不同猪粪施用量下红壤水稻土表层水氮磷动态

土表水中养分含量变化不仅是土壤养分状况的直接反映，也是土壤养分流失及其环境影响的间接测度。研究施肥条件下土表水中养分含量动态，可为优化施肥管理措施提供科学参考。本研究通过布设0～44．8t／hm。共8个猪粪施用量梯度的水稻盆栽试验，通过定期采样监测，试图探明不同猪粪施用量水平下红壤水稻土表层水氮磷含量动态。结果表明：早稻季，表层水总磷、总氮、铵态氮和有机氮的平均含量分别为0．04～1．13、3．17～12．97、1．81～5．11和1．17～7．39mg／L。晚稻季各养分平均含量水平升高，分别为0．13～7．98、3．17～25．57、1．21～10．41和1．87～15．35mg／L，其中磷的累积效应最明显，较早稻季最大升高约6倍。各养分含量与猪粪施用量显著线性相关，当猪粪施用量≥11．2t/hm2时，表层水养分浓度显著升高并于施肥后第4天和第14天出现养分释放高峰。与单施化肥相比，配施猪粪会使表层水养分形态以有机氮为主，最高可占总养分的66％，同时养分大量释放期延长一周。连续大量施用产生的累积效应表明该施肥制度将导致土壤保肥能力趋于饱和，养分流失风险激增，实际生产中应考虑用量和频率的叠加效应。

柴油降解细菌的筛选及生长特性初探

【目的】分离柴油降解细菌并对其最适pH和温度进行筛选。【方法】以柴油为惟一碳源,通过富集培养和平板划线法从甘肃庆阳和河南中原油田原油污染土壤中筛选和分离柴油降解细菌;以紫外分光光度法测定分离菌株对柴油的降解率,结合各菌株的OD600值挑选优势菌株,并对其生长条件(pH和温度)进行研究。【结果】从中原油田和庆阳油田中分别分离出7株(z41a、z41b、z41c、z41d、z41g、z41h、z42c)和6株(q41a、q41b、q41c、q41e、q42a、q32d)柴油降解细菌,对其生长量和柴油降解率进行测定比较后,从中筛选了z41b、z41h、q41c、q41e4株表现较好的柴油降解菌,其于30℃振荡培养5d的柴油降解率分别为38.40%,33.90%,32.90%和42.40%,适宜生长温度和初始pH分别为35,35,25和30℃及8.0,9.0,8.0和9.0。【结论】从2个油田污染土壤中筛选到4株具有较强柴油降解能力的菌株,为柴油污染土壤的原位修复提供了菌种储备。

基于FTIR分析猪场废水有机物分解过程中组成结构变化

猪场废水排放的环境污染问题日益受到重视,研究废水中有机物的组成结构变化将可为制订合理的污染防治措施提供科学依据。本研究通过设置不同规模化猪场废水的室内培养试验,在培养过程中定期采样,采用抽滤、冷冻干燥等方法获得可溶性有机物(DOM)固体样品;运用FTIR光谱仪采集样品的红外谱图,研究废水中DOM组成结构在有机分解过程中的变化。结果表明,不同猪场来源的废水中DOM具有类似的组成结构,且主要由蛋白质、脂质类、腐殖酸、多糖类和酚类等有机物组成。随着培养天数的增加,与脂质类、蛋白质和酚类等相关的官能团含量逐渐降低并趋于稳定,而与腐殖酸和多糖类相关的官能团显著增加直至平稳。与初始样品相比,培养20天后样品中DOM组成结构以腐殖酸和多糖类为主,表明DOM的腐殖化程度有所提高。此外,与纤维素分子内氢键缔合的羟基(OH)相比,纤维素分子间氢键缔合的羟基降解速率相对更快,而以前者对微生物的降解更为敏感。废水中DOM以酚羟基C—O的降解速率更快,随后是芳香族COOH、糖类C—O和酰胺羰基CO,而糖类C—O倾向于优先被微生物所利用。综上所述,废水中不同的DOM组成结构在有机降解过程中的变化存在一定差异。

3DEEM和PARAFAC的猪场废水DOM组成特征分析

猪场废水中物质组成与其潜在的环境效应密切相关,研究废水中有机物的组成特征将可为制订科学的资源管理措施提供理论依据。通过采集江西省余江县不同养殖规模(以年出栏量计)的吴杨高(WYG,2 000头)、成林牧业(CL,5 000头)、万谷(WG,20 000头)和正邦(ZB,24 000头)等猪场自然氧化塘内的养殖废水,运用三维荧光(3DEEM)和平行因子分析(PARAFAC)模型研究废水中可溶性有机物(DOM)组成及其荧光特性。结果表明,成林和吴杨高猪场废水中化学需氧量(COD)、全氮(TN)、氨氮(NH+4)以及可溶性有机碳(DOC)浓度均显著高于万谷和正邦猪场。通过3DEEM和PARAFAC建模发现,猪场废水中可溶性有机物(DOM)主要有三个组分,其中包括两个类蛋白质组分(C1,C2)和一个类腐殖质组分(C3)。线性拟合结果表明,C1分别与C2,C3组分荧光强度间呈极显著正相关,表明不同组分间可能具有相同的物质来源或变化趋势。与养分浓度变化趋势一致,成林和吴杨高猪场DOM组分的荧光强度显著高于万谷和正邦。此外,C1和C2组分对猪场废水中DOM总的贡献率依次为成林(89.7%),吴杨高(87.9%),万谷(77.5%)和正邦(72.9%),而C3所占比例分别为成林(10.3%),吴杨高(12.1%),万谷(22.5%)和正邦(27.1%)。可见,废水中类蛋白质组分比例明显高于类腐殖质组分。与此同时,荧光指数(FI370)和腐殖化指数(humification index,HIX)的变化趋势,整体表现为正邦和万谷猪场显著高于成林和吴杨高猪场。Pearson相关性分析表明,不同的荧光指数受环境指标的影响存在一定差异,COD与DOC浓度分别与DOM组分荧光强度间呈极显著相关性。综上,不同的规模化猪场废水中养分水平在一定程度上影响着DOM组成和荧光特性的形成。

基于读图的生物学专业能力考核改革与实践

提出一种基于读图的问答题形式,通过解读理论概念、实验数据、工程策略等内容的相关图示,进行图示生物学过程的阐释、理论问题的解答或工程解决方案的设计,由此实现对信息提取、逻辑思维和理论应用3种生物学专业关键能力的全面考查。以代表性案例分析读图型问答题的特点与优势,并提出该题型的设计原则。实施效果表明该题型显著有别于传统的知识记忆型考题,可以有效淘汰掉“记忆型”考生,具备优异的成绩区分度和选拔精准度。读图型问答题为真实专业能力的评估提供了新手段,有助于推动生物学专业人才选拔方法的升级优化,为生物学高端教育质量提供保障。

基于科学前沿的“一体式”微生物学开放实验课程探索

微生物学开放实验课程是高等院校深化课堂教学内容的重要环节,结合生命学院微生物学开放实验教学工作的实际情况,以前沿科学进展为导向,通过设置“一体化”式的实验课程对微生物学开放实验课程进行改革探索,旨在激发学生的发散性思维,将学生培养成为应用创新型人才,为科技进步及应用实践储备人才。

基于学科交叉实施生命科学基础类课程教学改革

“生命科学基础”等生物学通识课程是了解生命科学研究方向和培养生命科学研究兴趣的重要窗口,基于学科交叉实施生命科学基础类课程教学模式改革,培养具有生物学交叉应用能力的复合型人才,对于推动我国生物经济快速发展至关重要。简单的学科叠加式教学方法已经难以让学生发现学科交叉的乐趣,为此,立足于北京理工大学理工类学科特色,针对“生命科学基础”课程,设计理工交叉的教学内容体系,进行理工特色的教学模式创新。围绕基础知识内容,设计专业背景导向的交叉教学内容,通过多学科、多元知识点的衔接转化,构建符合学生身心发展特色的教学体系。设计差异化的交叉教学模式,通过“1+N”混合沉浸式交叉思维训练,提升基本科学素养和交叉思辨能力。基于“教学中”和“教学后”数据模型反馈,评估个性化和精准化交叉教学的培养效果,推动交叉教学过程的循证式优化,进而提升生物交叉学科的课程智教能力。

高级醇的微生物绿色制造

高级醇是含有两个以上碳原子的醇类,具有比乙醇更优秀的燃料性能,是化石燃料的重要补充与替代品。利用微生物以可再生的生物质为原料进行高级醇的生产可同时缓解当前的能源与环境危机,已成为绿色生物制造的重大发展方向。天然的微生物仅能少量生产个别种类的高级醇,因此,通过代谢工程及合成生物学技术,在模式工业菌株中重构高级醇的合成途径,成为了克服高级醇生产瓶颈的必要手段。该领域自兴起以来已历经数十年发展,取得了多项开创性成果。本文作者有幸亲历了该领域从零到一、直至实现跨越式突破的完整历程。在代谢工程学科创立30周年之际,文中回顾了高级醇异源微生物合成的数个里程碑式工作,从途径创建、途经优化、原料扩展、底盘改造、产业化进程等多方面进行了分析总结。望以此激发学界对高级醇代谢工程的深入关注,促进新技术、新策略的开发应用,推动我国生物能源产业的创新升级。

密码子优化策略在异源蛋白表达中的应用

酶在医疗和生物药物方面有着广泛的应用,不仅可以用来治疗各种疾病,还在临床诊断和人体健康等方面有着重要的影响。利用微生物来表达异源蛋白已经成为获取酶最简单快速的方法。为获得高浓度和高质量的异源蛋白,常用的方法是对基因序列进行密码子优化。传统的密码子优化策略主要基于密码子偏好性和GC含量,忽略了翻译动力学和代谢水平等复杂多样的变化因素。文中从基因水平、转录水平、翻译水平、翻译后水平以及代谢水平等多方面考虑出发,提供了一个较为全面的密码子优化策略,主要包括密码子偏好性、密码子协调性、密码子敏感性、调整基因序列结构以及一些其他影响因素。同时对每种策略的内容、理论支持以及应用范围等方面作了全面的总结,并将各策略的优缺点进行了系统的比较,为异源蛋白表达提供了全方位、多层次、多选择的优化策略,也为酶工业和生物药物等方面提供参考。