首本《生物化学过程工程学》出版

2008年8月，由蒋立科教授（国家有特殊贡献的专家）和罗曼教授所主编的《生物化学过程工程学》（biochemical process engineering，BPE）于近日由科学出版社出版，这是我国进行细胞产物研究与应用以来第一部BPE教科书。

陆地高分辨率水文—生物地球化学过程CNMM-DNDC三维模型的研发及应用进展

CNMM-DNDC模型是本文作者团队研发的陆地高分辨率水文—生物地球化学过程三维模型。本文系统介绍了建模背景和理念、核心过程和模型特点、模拟功能和观测验证、多尺度区域或流域初步应用以及未来发展展望。自2018年刊发首个版本以来,该模型经过了多方面科学过程改进和模拟功能扩展,在元素化学反应、物质相变和机械迁移等基本物理、化学、生物过程层面,完成了对陆地表层系统碳氮磷水循环全耦合的精细刻画。迄今开展的观测验证表明,CNMM-DNDC模型基本普适于不同生物气候带(从热带到寒区多年冻土地带)的流域或区域长时间序列“三高”(时间、空间和过程高分辨率)综合模拟,实现对陆地生态系统的碳、氮、磷、水三维运移、水土流失、水力驱动溶解态和颗粒态碳氮磷横向迁移、碳氮温室气体和污染气体排放、生态系统生产力、水分蒸散发和水分能量平衡等众多可持续发展目标表征变量的预测。该模型广泛推广应用于多尺度区域或流域的复杂过程虚拟科学试验研究和服务于面向生态环境建设与减污降碳的优化调控决策,可望为协同落实联合国多个可持续发展目标提供先进的数值模拟技术支撑。

水中构筑物表面生物膜形成物理化学过程

水中构筑物表面生物膜的形成会加速构筑物的腐蚀,严重影响其使用效率和寿命;成熟后的生物膜老化脱落或受水力剪切作用进入主体水中,会造成水体二次污染,对动植物生长和人类生活造成重大影响。生物膜的形成是由单个细菌黏附到表面开始的,经过可逆黏附到不可逆黏附的过渡后,细菌分泌的胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPSs)会加速表面微菌落的形成,再通过细菌间的群体感应(quorum sensing,QS)使细菌启动表型和基因型变化,最终促使成熟生物膜的形成。本文综述了生物膜形成的不同阶段所涉及的物理化学过程(薄膜形成阶段、细菌黏附阶段、胞外聚合物膜阶段、群体感应调节生物膜阶段和生物膜成熟与表征),分析总结了本领域各方向的最新研究进展,归纳并阐明了水中构筑物表面生物膜形成的机理和影响因素,为生物膜防控、清除和利用等相关研究领域提供了理论依据。

仰止青山高 清风与终始——记中国科学院院士、化学工程学家汪家鼎

清华大学档案馆珍藏着一份我国著名化学工程学家、中国科学院院士汪家鼎的科研手稿。这份名为《化工分离过程进展》的手稿笔力雄健、端庄俊秀。它不仅是汪家鼎科研历程的真实记录,也生动再现了他严谨勤奋、勇攀科学高峰的治学态度和坚守育人初心、坚定服务国家的高尚情怀。

生物化学云班课开放式在线考试系统建设及应用

文章通过探讨新型教学模式中存在的问题,认为当前高等学校开放式在线考试系统建设迫在眉睫,并提出了开放式在线考试系统建设的九大原则,然后从题型选择、录入方式、格式、题量、内容、思政等六个方面讨论了开放式在线考试系统建设的方法,并且在五年的课堂教学过程中,应用云班课开放式在线考试系统对学生进行了过程性考核,实现了对学生学习情况实时监测和督促学生学习的目的。

高职农业院校动物生物化学课程思政建设的探索与实践

2016年,习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调,高校要坚持把立德树人作为中心环节,把思想政治工作贯穿教育教学全过程。2020年5月,教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》(以下简称《纲要》)明确指出,全面推进课程思政建设是落实立德树人根本任务的战略举措,立德树人成效是检验高校一切工作的根本标准。

基于思维导图、类比分析与过程性评价的教学设计——以糖类和糖生物学为例

糖生物学是生命科学领域中一个迅速发展的新兴方向,在生物化学教学中加强对糖类和糖生物学的学习,可为深入学习糖生物学专业课程奠定基础,有利于相关领域创新型人才的培养。该文介绍思维导图等方法在糖类和糖生物学教学设计和实践中的应用,结果表明思维导图和类比分析有利于学生更加有效地掌握知识框架、理解内在逻辑,而过程性学习评价能显著激发学生主动学习的意识。通过综合运用线上线下的教学平台,在课堂上开展多模式教学,达到提高学习效率和学习能力的目的。

退役NCM333正极材料热化学还原转化过程研究

锂离子电池日前的爆发式增长使之将在未来的3~5年内面临大量的“退役”问题。退役锂离子电池尤其是退役正极材料的高效、可持续的回收利用,是实现新能源产业碳达峰和碳中和目标的关键。主要研究了玉米秸秆对退役正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)(NCM333)中有价金属的热化学还原过程,通过调控转化高价金属,选择性回收金属盐及单质,避免传统回收过程中化学试剂的添加,同时利用退役正极材料中的过渡金属特性,对玉米秸秆进行催化重整产气。使用X射线衍射仪、X射线光电子能谱等仪器分析热解后的正极材料和玉米秸秆,结果表明,玉米秸秆热解、气化产生的还原性气体和生物碳破坏了正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)中的高价金属—氧键,降低Ni,Co和Mn的金属价态,同时将Li转化为Li_(2)CO_(3)。不同的热解温度得到了不同的热解产物,较高的温度更易得到Ni-Co合金及MnO。热解还原过程中正极材料中的过渡金属对玉米秸秆热解来说是良好的催化剂,可以降低热解反应的所需温度,提升碳热反应的可能性,从而实现“废物+废物=资源”的目的。该工艺可以在不外加还原剂的情况下高效、高选择性和无污染地梯度回收有价金属,不仅提供了一条绿色可持续发展的退役锂离子电池回收路径,也为生物质的催化重整提供了一种成本低廉的催化剂的选择。

食品生物化学的发展与运用

由宁正祥等主编,华南理工大学出版社出版的《食品生物化学(第四版)》一书,对食品生物化学领域的基础理论知识进行了深入而系统的阐释,详尽地覆盖了从静态到动态的生物化学过程,细胞层面的生物化学活动,组织层面的生物化学交互,以及食品在加工过程中所涉及的化学变化等关键领域;还探讨了食品添加剂化学的相关内容,以及人体生物学在食品营养和健康方面的应用。

冶金反应工程学

冶金反应工程学是研究冶金反应工程问题的科学。它以实际冶金反应过程为研究对象,研究伴随各类传递过程的冶金化学反应的规律。它又以解决工程问题为目的,研究实现不同冶金反应的各类冶金反应器的特征,并把两者有机结合起来形成一门独特科学体系,即以研究和解析冶金反应器和系统的操作过程为中心的新兴工程学科。

化学还原-生物刺激对高质量比Cr(Ⅵ)污染土壤治理及稳定化

为提高Cr(Ⅵ)污染土壤治理后的稳定性,采用化学还原剂联合乙酸钠生物刺激对高质量比Cr(Ⅵ)污染土壤进行治理和稳定化。通过测定Cr(Ⅵ)质量比、Cr形态及含量并结合XRD分析,同时对生物刺激过程中Cr(Ⅵ)污染土壤的细菌多样性变化进行监测,对比多硫化钙(Calcium polysulfide,CPS)、硫酸亚铁(FeSO4)、零价铁3种化学还原剂以及乙酸钠用量对高质量比Cr(Ⅵ)污染土壤的治理能力及稳定化效果。结果表明:质量分数为10%的FeSO4与质量比为7 g/kg的乙酸钠联用,在生物刺激50 d时对高质量比Cr(Ⅵ)的去除及稳定化效果最佳,还原率为93.58%,且能够将毒性较大的生物有效态铬全部转化为其他稳定形态的铬。XRD结果表明,两种方法联用后土壤中Cr主要以Cr(Ⅲ)的形式存在。生物刺激过程中土壤细菌群落物种分布变化明显,生物刺激50 d时,富集的细菌类群最多。

农业废弃物静态高温堆腐过程中的生物化学变化

以养鸡场鸡粪、小麦秸秆为原料,在静态通气条件下研究了堆腐过程中有机物料温度、微生物及酶活性变化。结果表明,发酵罐底部有机物料温度较低,中上部较高;罐内有机物料在7～8h可以从环境温度上升到50℃,并在50℃以上持续198～483h。持续高温时间符合消灭病原微生物标准。有机物料温度处于55℃左右的高温阶段,纤维素酶活性[0.457mgglucose/(g·24h)]和蔗糖酶活性[87.836mg glucose/(g·24h)]最高,脱氢酶和脲酶活性分别达到高峰值21.62μlH+/(g·24h)和0.932mgNH3/(g·24h)。堆腐后期降温阶段,多酚氧化酶活性达到最高值6.23mg gallicin/(g·2h)。细菌和放线菌数在堆肥2d达到高峰值,分别为2.51×1012CFU/g和3.68×108CFU/g,之后缓慢下降;放线菌数变化较平缓。真菌数在堆腐开始较高,随着堆体温度上升而下降;堆腐后期随着温度下降而缓慢上升。整个堆腐过程中,真菌数一直较低,而细菌和放线菌相对较高。

湖泊水体中氮的生物地球化学过程及其生态学意义

通过大量文献资料和实际数据分析,讨论了浅水型湖泊水体中氮的生物地球化学过程及其生态学意义.以太湖流域为例,采用入湖河流多年水文和水质监测数据,分析了流域内氮的主要来源、不同来源的相对贡献及入湖通量的年变化规律.利用氮形态转化的文献资料,讨论了入湖河流、湖泊水体和沉积物环境氮的形态转化过程及控制形态转化的物理化学条件.结合湖泊富营养化机制,讨论了氮的湖相循环及氮、氮磷比对藻类的限制性作用.围绕湖泊富营养化中氮的生物地球化学过程及其生态学意义,提出未来需要重点解决的关键科学问题.

潮滩湿地N、P生物地球化学过程研究

潮滩湿地是一种特殊类型的海岸湿地,其生态系统表生环境生物地球化学过程以及特殊生态与生物多样性保护的基础研究已经日益成为海岸生态系统相关研究的热点问题之一。由于其独特的演化过程、地理位置、地理环境、和所受的动力条件,使N、P在其生态系统内的生物地球化学过程不同于其他湿地类型。通过对潮滩湿地N、P生物地球化学循环特点和循环过程、盐沼植物在N、P生物地球化学循环中的作用以及潮滩湿地生态系统N、P的输入和输出等几个问题进行了概述,分析了当前国内外潮滩湿地N、P生物地球化学过程的研究特点和存在问题,提出了今后相关问题的主要研究趋势。

海洋碳循环研究的关键生物地球化学过程

主要阐述了海洋碳循环生物地球化学过程研究的主要进展,包括海 气界面CO2 通量过程、溶解—颗粒碳的海洋转化过程、生物固碳与生物泵过程以及河口碳的生物地球化学过程。海—气界面CO2 通量随着海—气界面的扰动程度的变化而变化,而海—气界面的扰动程度主要由风速决定,各海域的CO2 通量各不相同;溶解 颗粒碳的海洋转化过程则是由海域的初级生产力所决定,是温度的函数,所以受时间和季节更替的影响很大;河口地带由于处在海水和淡水交界面,又有大量河流带来的陆源输入,所以总体碳循环的生物地球化学过程与大洋主体水域不同,碳通量主要由河流带入;生物在海洋碳循环中的作用不可忽视,浮游植物通过光合作用固碳,而浮游动物在垂直分布过程中通过取食呼吸和排泄作用使碳进行垂直迁移。

湿地生物地球化学过程研究进展

Wetlands are special ecosystems with distinctive biogeochemical circulation.Wetland soil locates where biogeochemical conversions take place,and its Eh value strongly influences the biogeochemical conversion procedure of elements. This paper analyzed the biogeochemical conversion procedure of essential elements such as C,N,P and S,the main environmental factors influencing the biogeochemical circulation in wetlands,and summarized important characters of the biogeochemical circulation in wetlands.It is concluded that controlling pollution and reinforcing conservation and management of wetlands will keep positive biogeochemical circulation in wetlands.

深水人工湖环境生物地球化学过程研究：以贵州红枫湖-百花湖为例

红枫湖和百花湖地处长江支流乌江水系猫跳河流域,位于黔中人为活动高强度地区,具低纬度-高海拔的地理区位;是河道型梯级开发的人工湖,具碳酸盐岩的地质背景、水寄宿时间小、水深变幅大、水体多功能、农区与覆水区镶嵌等重要特征。红枫湖表层沉积物Pb稳定同位素组成表明其污染具多源特征;剖析百花湖-红枫湖"突发性"水质恶化相互关联水质指标表明"湖泊黑潮"是特定季节、特殊气候条件下,沉积有机质生物氧化作用的耦合;脱氮过程受阻的pH控制导致亚硝酸根浓度增高;维护该湖泊水系环境质量需预防工业污染、流域侵蚀、生活污染并综合治理湖区。

^(15)N示踪技术在湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用进展

稳定性同位素技术是现代生态学研究中的一门应用技术,它几乎在生态学研究的各个领域都有着广泛的应用。其中15N技术由于具有示踪和区分氮素物质的源与去向等优越性而在生态系统氮循环研究中发挥了极为重要的作用。文章主要从湿地氮素的输入过程、转化过程以及归趋过程三方面综述了该技术在当前国内外湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用进展,特别指出当前基于该技术的湿地氮素生物地球化学过程研究尚缺乏一定的系统性、深入性和广泛性。最后,文章就该技术在湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用前景进行了展望研究。