负载二氧化钛陶瓷材料对玉米秸秆光合生物制氢的影响

【目的】探究陶瓷材料作为二氧化钛(TiO_(2))载体在玉米秸秆光合生物制氢中的作用。【方法】将3种陶瓷材料(氧化铝、氧化锆和碳化硅)负载TiO_(2),以累计产氢量、pH值和还原糖质量浓度为考察指标,考察负载TiO_(2)陶瓷材料对玉米秸秆光合生物制氢的影响及重复使用效果。【结果】添加负载TiO_(2)陶瓷材料可以提高玉米秸秆光合生物制氢累计产氢量,其中负载TiO_(2)氧化铝陶瓷材料效果最好,累计产氢量相较空白对照组提高了25.7%,最大产氢速率为12.08 mL·h^(-1);添加负载TiO_(2)陶瓷材料对光合生物制氢pH值和还原糖质量浓度的影响较小,仅在12~48 h内导致还原糖质量浓度明显降低。在重复使用试验中,负载TiO_(2)氧化锆陶瓷材料在第二次和第三次使用中效果更好,累计产氢量相较空白对照组提高了24.7%和28.0%,可以有效提高TiO_(2)的重复利用率。利用扫描电子显微镜观察使用后的陶瓷材料,发现TiO_(2)的负载有利于光合细菌的固定。【结论】添加负载TiO_(2)陶瓷材料可以有效提高TiO_(2)在玉米秸秆光合生物制氢工艺中的催化效果和重复利用率。

太阳能光合生物制氢光转化效率的影响因素研究

介绍了国内外光合生物制氢光转化效率方面的技术现状,从理论上分析了影响太阳能光合生物制氢光转化效率的主要因素及其局限性,提出了高效利用太阳能提高光合生物制氢光转化效率的途径和方法.

酸碱度对玉米秸秆酶解液光合生物产氢动力学的影响

主要研究p H值对玉米秸秆酶解液光合生物产氢动力学的影响,以生物量干重为指标研究p H值对光合产氢细菌生长的影响,以产氢速率和产氢量为指标研究p H值对光合细菌产氢的影响。利用Logistic模型和MMF模型分别对光合细菌生长和玉米秸秆酶解液光合生物产氢进行了回归模拟,提出了p H值对光合细菌生长动力学和玉米秸秆酶解液产氢动力学的影响规律。结果表明：p H值对光合细菌生长及产氢过程都有显著影响,随碱性增强,光合细菌生物量逐渐增大,当p H值为8时,光合细菌生物量达到最大,为0.543 7 g/L,最佳接种时间为84~96 h;光合细菌产氢量随p H值增加同样呈现先递增再递减的趋势,当p H值为6时,产氢速率和产氢量达到最大,分别为29.72 m L/（L·h）、168.96 m L。

玻璃管道光合生物反应器中小球藻大规模培养的研究

设计并装置容积１０００Ｌ玻璃管道光合生物反应器进行小球藻大规模中试培养研究。当停留时间为３ｄ，收获培养物总体积的１／３时，可建立稳定的连续培养系统，使小球藻的平均密度保持干重３ｇ／Ｌ，最大生长量为干重０６０５ｇ／Ｌ·ｄ，平均生长量为干重０３７５ｇ／Ｌ·ｄ，所设计的光合反应器是稳定的。

光合生物色素-蛋白质复合物的多样性

通过对近年来放氧型光合生物有关研究结果的概括分析 ,提出放氧型光合生物光系统Ⅰ、光系统Ⅱ及捕光色素 蛋白质复合物具有多样性 ,并根据其PSⅠ复合物的 77K荧光发射特点 。

南海东北部分粒级叶绿素a和超微型光合生物的周日变化

分别于2014年春、秋和2015年夏3个季节对南海东北部A站位(118°E,21.5°N)分粒级叶绿素a浓度和超微型光合生物(原绿球藻、聚球藻和超微型真核藻类)细胞丰度的昼夜变化进行了24 h时间序列连续观测和分析。通过萃取荧光法分析叶绿素a浓度,发现叶绿素a浓度呈现明显的昼夜变化,春季正午最高,秋季和夏季基本变化趋势为白天升高,夜晚降低;而因夏季中午的光抑制作用,叶绿素a的浓度相对较低。超微型光合生物(0.2~3μm)对总叶绿素a的贡献最高(>71.49%),小型浮游植物(>20μm)贡献率最低(<10.41%)。通过流式细胞技术检测到3个超微型光合生物类群;其中,原绿球藻为优势类群,最大细胞丰度达1.05×10~5cells/m L,其次是聚球藻,超微型真核藻类的细胞丰度最低,但由于其单位细胞内的叶绿素a含量高,所以可能对叶绿素a的贡献最大。聚球藻丰度基本上白天下降,傍晚到午夜上升;秋季和夏季,超微型真核藻类的丰度白天高,夜晚低,而春季则相反;原绿球藻在秋季和春季的昼夜变化规律和超微型真核藻类相似。在多种因素共同影响下,光照是调控叶绿素a浓度和超微型光合生物丰度昼夜变化的一个关键因素。季节变化上,原绿球藻的细胞丰度季节间没有统计学差异(P>0.05),聚球藻的季节变化为秋>夏>春,超微型真核藻类的季节变化规律和聚球藻相反。

暗间歇时长对光合生物制氢的影响

通过改变暗间歇时长,考察HAU-M1光合产氢细菌的生长及pH值和底物浓度的变化情况,研究暗间歇时长与光合细菌产氢量及其工艺参数之间的相关关系。实验结果表明:暗间歇时长为0(持续光照)、6、12、18h时,累计产氢量分别为351、380、275和181mL;反应器内的光合细菌浓度最大值分别为0.547、0.632、0.665和0.449g/L;反应残液的p H值分别为5.58、5.17、4.98和4.71。表明适宜的暗间歇时长可促进光合生物制氢反应过程中光合细菌的生长,同时有利于光合生物产氢过程的进行,可为光合生物制氢工艺技术的进一步优化和产业化发展提供科学参考。

pH值对白茅生物质光合生物产氢的影响

为了探究pH值对白茅光合产氢体系产氢效果的影响,使用白茅生物质作为产氢原料,以产氢速率和产氢量为关键指标、以还原糖质量浓度和氧化还原电位(ORP)等为辅助指标研究pH值对白茅光合生物产氢的影响,分析几种指标的数据变化情况,提出pH值对白茅光合生物产氢的影响规律。结果表明,ORP呈现先降低后上升的趋势。当pH=8时,光合细菌对白茅降解的还原糖利用率较高,超过了94.8%;累计产氢量和产氢速率达到最大,分别为422 mL和8.08 mL/h,ORP达到最小值-465 mV。试验结束时各体系的pH值维持在5.3~5.5,中性和碱性环境下白茅光合生物产氢能力明显高于酸性环境下的产氢能力,但碱性过强又对产氢能力产生抑制作用。

微藻合成生物技术发展总结与展望:从底盘细胞到光合生物制造

光合生物制造技术是一种全新的生物制造模式,其以光合微藻为底盘,将太阳能和二氧化碳在单一过程、单一平台直接转化为生物燃料和生物基化学品,可以同时起到固碳减排和绿色生产的效果。光合生物制造技术走向工程化、规模化、产业化推广和应用,技术核心是开发生长速度快、合成效率高、工业属性强的高效能光合细胞工厂以及与之适配的过程工程技术体系,而技术取得突破的基础和关键则是优质微藻底盘细胞的开发。从微藻底盘细胞的基因组编辑和调控、微藻代谢网络的优化重塑与定向扩展、微藻光合细胞工厂工业应用属性的优化这3个层面,介绍如何应用合成生物学工具和策略开发"可编辑、可控制、可应用"的微藻底盘细胞和光合细胞工厂,进而推动光合生物制造技术在工业环境下的成功应用。

秸秆类生物质酶解动力学与光合生物产氢特性研究

采用类分形动力学对4种常见秸秆类生物质的酶水解过程及其光合生物产氢能力进行了实验研究,并分析了各种秸秆类生物质的光合生物产氢能力及其与产氢菌种生长之间的相关关系,得到了秸秆类生物质酶解及光合生物产氢的相关动力学方程。实验结果表明,4种秸秆类生物质的酶解效果与产氢能力从大到小依次为小麦秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆,酶解后还原糖质量浓度分别达到了19.88、15.72、14.04、9.41 g/L,累积产氢量分别达到了515.7、362、194.8、123.95 m L,且在菌种生长的对数期产氢速率达到最大。同时,利用类分形动力学揭示了秸秆类生物质酶解动力学参数与还原糖质量浓度及累积产氢量成正比例关系,为进一步完善秸秆类生物质光合生物产氢工艺理论和技术提供了参考。

光合生物有机肥在有机水稻生产中的应用效果

采用田间试验方法 ,研究了光合生物有机肥在生产有机水稻上的应用效果。结果表明 :光合生物有机肥应用在生产有机水稻上 ,按HJ/T80 -2 0 0 1有机食品技术规范操作 ,667m2 能生产有机水稻 5 3 8 8kg ,农户增加经济效益 13 8 5 9元。

居住在海洋中的光合生物 海藻

作为居住在海洋中的光合生物，海藻与大多数陆地植物有很大的不同，它在一些海岸环境中发挥着重要的作用。海藻将光能以有机物质的形式转化为化学能，并最终变成其他海洋生物的食物。海藻也供给陆地和海洋生物赖以生存的氧气。像单细胞藻一样，海藻是真核的藻类，结构和繁殖也更为复杂。但相较陆地植物，海藻仍然缺乏高度特化的结构和更为有利的繁殖机制。海藻分为三个种类：绿藻、褐藻及红藻。通过天然的色泽来分辨海藻的不同种群并不是件窖易的事情，因为它们有着不同含量组成的叶绿素及其他色素。

极大螺旋微藻（分节螺旋属）在一六面体光合生物反应器中生物合成^13C标识氨基酸和糖

This paper presents the investigation on biosynthesis of high-value-added amino acids and sugars labeleduniformly with stable isotope 13C by microalga Spirulina (Arthrospira) maxima in a parallelepiped photobioreactor.The kinetic data of both batch and continuous cultures with characterization of the amino acids and sugars areshown. The continuous culture without nutrients deficiency is for biosynthesis of amino acids, with tyrosine as oneof the principal constituents, and the batch culture with deficiency in nitrogen is for biosynthesis of labeled glucosethat is up to 64% versus dry mass of cells.

城环所在光合生物甲基化砷研究方面取得新进展

中国科学院城市环境研究所一直致力于研究生物对土壤和水体中砷的转化（包括甲基化）及其对环境的影响。最近，他们在光合生物对砷的甲基化研究方面取得了新的进展。

非光合自养微生物固定CO2的影响因素及增效策略

微生物固定CO_(2)是一种极富前景的碳捕获和利用途径,对实现全球生态系统碳中和至关重要.非光合自养微生物由于其环境适应性强、固碳途径的多样性,以及会产生高附加值产物而备受关注.基于非光合自养微生物固定CO_(2)的研究进展,系统分析影响非光合自养微生物固碳效率的内部和外部因素,包括有固定CO_(2)途径、固碳关键酶、碳源、电子供体、代谢产物等,并列出多种增效策略.除了直接对应影响因素的增效方法外,还涉及微生物间的协同作用及代谢促进剂(生物炭与微纳米气泡)的使用.本工作有助于为深入理解和进一步增效非光合自养菌固定CO_(2)提供理论基础和技术支撑.

化肥减量配施有机肥和微生物肥对番茄光合特性和肥料利用率的影响

为加快有机肥替代化肥和推广应用微生物肥料,实现化肥减量的目标,以番茄品种多吉瑞星为试验材料,设置6个施肥处理,研究化肥减量对设施番茄光合特性及肥料利用率的影响。结果表明,株高随着化肥减量的增加而降低。在化肥减量一致下通过配施有机肥和生物肥可促进番茄株高、根长和果穗数的增加。RFM1处理(化肥减施20%配施有机肥20%+微生物肥)增加了SPAD、氮素含量、气孔导度(Gs)和净光合速率(Pn)。有效磷和速效钾含量随着有机肥增加而增加,配施微生物肥后随着有机肥增加呈下降的趋势。氮肥利用率、磷肥利用率和钾肥利用率以RFM2处理(化肥减施40%配施有机肥40%+微生物肥)为最高,但与RFM1处理差异不显著。RFM1处理的番茄可溶性固形物、维生素C和番茄红素含量均最高,且有效降低了有机酸含量。番茄产量以RFM1处理为最高,RF1、RFM1和RFM2处理分别较CF处理增产4.41%、8.14%和0.82%,RF2处理较CF减产6.54%。综合考虑,在设施番茄栽培中,化肥减施20%配施有机肥20%和微生物肥,可达到化肥减施的效果。

矿物增强生物光合作用大田试验研究取得突破——花生亩产增幅达43.91%,红薯亩产翻番

早在《地学前缘》创刊不久的1996年就刊载了笔者的一篇短文《废水的矿物学处理》[1];《地学前缘》于2005年刊载了笔者研究团队十年研究成果总结《矿物法——环境污染治理的第四类方法》[2];2014年刊载了又一个十年创新研究成果总结《关键带中天然半导体矿物光电子的产生与作用》[3],其间笔者连续获得两项国家科学技术部“973”项目资助,发现自然界除了太阳光子和元素价电子能量外还存在矿物光电子能量形式,可促进某些非光合微生物生长代谢作用[4]。