中国退耕还林还草对生态系统服务权衡与协同的影响

基于生态系统服务之间相关关系的时空动态变化,实现区域可持续发展与生态系统利益最大化,是兼顾生态保护、粮食安全、改善民生等多目标的重要途径。通过分析退耕还林还草工程县域粮食供给与地块水源涵养、土壤保持、防风固沙功能变化,评估退耕还林还草工程对生态系统关键服务之间权衡与协同关系的影响。结果表明：（1）2000-2015年,约76%工程县域的粮食供给增加,约46%和49%工程县域退耕还林还草地块的土壤保持与水源涵养功能呈提升态势,而风蚀区仅约2%工程县域的地块防风固沙功能明显提升。（2）1897个工程县域中,约24%县域粮食供给与地块水源涵养、约18%县域粮食供给与地块土壤保持之间呈显著地空间协同关系,风蚀区约38%县域粮食供给与地块防风固沙之间呈显著地空间权衡关系。（3）31%工程县域表现为多重生态系统服务供给区,其中双重服务供给县域占43%,三重服务供给县域占53%,四重服务供给县域占4%。（4）近16年,不同区域退耕还林还草工程导致粮食供给与调节服务之间呈现权衡与协同相互转换、权衡或协同程度变化等差异的空间相关关系,反映了多重生态系统服务联合权衡与协同在未来工程生态效应评估中的重要性。     

中国天然林资源保护工程综合评价指标体系与评估方法

天然林资源是国家重要的战略资源与生态资源,在维护国土生态安全、应对气候变化、保护生物多样性等方面发挥着不可替代的重要作用。作为覆盖范围最广、投资规模最大的天然林资源保护工程（简称天保工程）自2000年正式启动以来,对长江上游、黄河上中游地区以及东北、内蒙古、新疆、海南等重点国有林区的森林资源保护修复、区域生态环境改善及经济社会可持续发展等多方面都产生了巨大、深远影响。天保工程二期于2020年结束,全面定量评估天保工程的生态、经济和社会综合效益和国内外的巨大影响,可为全面推进我国天然林资源保护修复提供科技支撑,为后续政策修订提供决策依据。本文基于空间信息技术、样地调查、生态站观测、比较分析等手段,构建了适用于天保工程的综合评价指标体系与评估方法,涵盖森林资源、生态效益、社会经济效益、生态修复措施和政策设计5个方面,对全面贯彻落实国家生态文明战略和《天然林保护修复制度方案》具有重要的现实意义和深远历史意义,为开展全国性的重大生态工程评估提供借鉴和参考。     

重组大肠杆菌全细胞催化L-苏氨酸合成2,5-二甲基吡嗪

2,5-二甲基吡嗪 (2,5-dimethylpyrazine,2,5-DMP) 在食品香料与医药方面具有重要的经济价值,工业上普遍采用环境不友好且反应条件苛刻的化学合成法来生产。文中结合代谢工程和辅因子工程策略设计高效催化L-苏氨酸合成2,5-DMP的全细胞催化剂,实现微生物转化法合成2,5-DMP。本研究首先分析了不同微生物来源的苏氨酸脱氢酶 (Threonine dehydrogenase,TDH) 对2,5-DMP合成的影响,发现来源于大肠杆菌Escherichia coli中EcTDH具有最佳的催化能力,2,5-DMP产量达到 (438.3±23.7) mg/L。随后结合辅因子工程,通过引入乳脂链球菌Lactococcus cremoris中NADH氧化酶 (NADH oxidase,LcNoxE) 并优化其表达方式发现通过融合表达EcTDH和LcNoxE可平衡胞内NADH/NAD+水平,维持较高细胞存活率,进一步提高2,5-DMP产量。最后,通过阻断合成2,5-DMP的支路代谢途径,可以显著减少副产物积累,增加2,5-DMP产量,同时提高L-苏氨酸转化率。最终获得的重组菌EcΔkΔAΔBΔA/TDHEcNoxELc-PSstT在含有5 g/L L-苏氨酸的转化体系中于37 ℃、200 r/min孵化24 h,可积累 (1 095.7±81.3) mg/L的2,5-DMP,L-苏氨酸转化率达到76%,产物得率为0.288 g/(g L-苏氨酸)。因此,文中构建的重组菌可以实现高效催化L-苏氨酸合成2,5-DMP,具有一定的工业应用潜力。     

组织工程细胞片的构建

作为一种无支架的组织工程技术,组织工程细胞片不仅可以避免支架材料带来的不利影响,而且可通过组装进一步形成更为复杂的三维功能化组织,因而在生物医学领域备受关注。细胞片的构建主要是基于敏感性材料所构建的培养基底,通过改变温度、酶、光、离子、氧化还原pH、糖等刺激因素,调节基底对细胞的粘附行为使细胞发生自然脱附,从而获取细胞片。近年来,随着研究的深入进行,特别是各种新型的敏感性培养基底的不断发展,各种简单高效的细胞片构建技术不断涌现,得到的各种具有优良性能的细胞片极大地扩展了其应用的广度和深度。文中对组织工程细胞片的各种构建方法进行了阐述,对其存在的问题及发展前景进行了分析和展望。     

应用型本科高校围绕解决生物工程专业复杂工程问题能力培养的课程体系思考与构建

准确把握专业复杂工程问题的特征与内涵是设置专业毕业要求、构建课程体系、设计教学内容的重要前提。文中通过讨论生物产业的复杂工程问题特征,挖掘长三角地区生物产业对于本科层次人才的需求,总结岗位典型任务和要求,阐述了典型任务中包含的复杂工程问题的内涵。在此基础上构建了多阶段培养解决生物工程专业复杂工程问题能力的课程体系。该课程体系结合产教深度融合的医药生物技术学院、教师科研反哺教学项目建设、课程团队与一流课程建设、覆盖全员的学生专业社团建设等多种措施,更好地支撑了解决复杂工程问题能力的培养。     

新工科背景下生物反应工程课程的多元化教学模式 改革与探索

生物反应工程作为一门理论性与应用性都很强的专业课程,在生物工程等相关专业的课程设置中处于桥梁和纽带地位,对新型应用型工科人才的培养发挥着重要的作用。但由于该课程中公式等抽象理论知识过多,导致学生学习效率十分低下。因此,为了适应新工科教育背景下对创新型人才培养的需求,提高学生的学习兴趣和积极性,并培养学生的自主学习等创新能力,教学团队在课程教学中通过引入虚拟仿真技术、开展微课教学、采用案例式教学模式、利用科研平台等多元化方式,对该课程的教学模式、方法和手段尝试改革和探索,取得了一定的教学效果,并就此进行了一些探讨,以期能为相关课程的教学改革提供一些思路和启示。     

封面说明

封面照片为内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院房丽晶同学拍摄于内蒙古自治区乌珠穆沁草原的巴拉格尔河流域。巴拉格尔河蒙古语意为"蜜之河",发源于内蒙古西乌珠穆沁旗浩勒图高勒镇巴彦宝拉格嘎查哲尔德毛日图山脊东南。巴拉格尔河流域(116°21’—119°31’E,43°57’—45°23’N)面积5350 km²,海拔885~1876 m,是乌珠穆沁草原的重要组成部分。该流域属于温带干旱半干旱大陆性气候,年均气温1.2℃,年均降水量333.1 mm,年均蒸发量1550 mm,年均径流深9.7 mm。     

聚多巴胺的表面修饰功能在组织工程的应用进展*

聚多巴胺作为贻贝的仿生材料,可由多巴胺在碱性环境中自发形成。由于其较好的黏附特性以及组织相容性,在生命科学等领域有着广泛的应用。将聚多巴胺对材料进行表面修饰,既可以保护材料免受强氧化剂、酸碱等外界的侵蚀,也可以通过表面改性赋予材料新的功能,使其在各领域发挥更好的作用。对聚多巴胺的制备原理、生物性能,以及近年来在组织工程领域(骨组织、软骨组织、硬脑膜组织、血管组织、耳组织)的运用进行综述,以期为后续聚多巴胺作为组织工程黏附材料的研究提供参考。     

3D生物打印在软骨修复中的应用*

关节软骨损伤后的自我修复是医学界一直在研究和探讨的难题。3D生物打印技术可以精准的分配载细胞生物材料,构建复杂的三维活体组织,在优化软骨缺损修复组织的内部结构、机械性能以及生物相容性上有很大优势,因此近年来成为软骨修复组织工程领域的研究热点。重点介绍了软骨生物3D生物打印的最新进展,包括软骨生物打印“墨水”材料的选择、种子细胞的来源以及3D生物打印技术的发展。此外,还阐述了3D生物打印技术在组织工程学应用上的部分局限性,并对其在软骨修复领域的发展与应用进行了预测。     

南水北调中线工程对海河流域鱼类入侵风险分析

海河流域是南水北调中线工程的受水区之一, 为评估中线工程引发海河流域鱼类入侵的风险, 本研究统计了南水北调引水区和受水区海河流域鱼类物种多样性差异, 采用水生生物入侵能力筛查系统(aquatic species invasiveness screening kit, AS-ISK)和外来鱼类入侵风险评估体系筛选引水区有入侵风险的鱼类物种, 并用MaxEnt模型预测有入侵风险的鱼类物种在海河流域的潜在适生区。结果表明, 丁鱥(Tinca tinca)、陈氏新银鱼(Neosalanx tangkahkeii)和大口鲇(Silurus meridionalis)是具有高入侵风险的鱼类, 另有3种鱼类具有中入侵风险, 均需重点监控; 而具入侵风险鱼类的适生区预测结果表明, 海河流域南部的徒骇马颊河水系、海河水系的漳卫南运河以及环渤海地区的河流是极易发生鱼类入侵的水域。因此在海河流域高入侵风险水域应开展持续性的水生生物监测, 针对具有高入侵风险的鱼类应进行早期筛查, 此外在水资源利用和分配上应加强管理, 从源头上杜绝鱼类入侵的发生, 还应尽快开展针对东线工程的鱼类资源调查和入侵风险评估工作。