工业环境下酶蛋白的催化行为与适应性改造研究进展

酶在工业上有着广泛应用和巨大潜力,但工业生产中高温、强酸/碱、高盐、有机溶剂和高底物浓度等条件仍然制约着酶的大规模应用。为使酶能更好地在工业环境下发挥催化作用,目前的主要策略是对酶进行适应性改造(如理性或半理性设计、定向进化、固定化等)。文中简要阐述了酶在工业环境下的催化行为以及近年对其适应性改造的研究进展,以期为酶的适应性改造提供参考。     

2019环境生物技术专刊序言

环境生物技术,作为一门由现代生物技术与环境工程相结合的新兴交叉学科,已经在环境污染治理、环境监测中得到了广泛的应用,环境友好、高效地处理有机及无机污染,同时变废为宝生产高值化合物为从根本上解决环境问题提供了希望与支持。本专刊报道了环境生物技术在多环芳烃、抗生素、石油基塑料等环境污染物降解领域的基础与应用研究,介绍了吲哚、微生物铁载体等分子在生物修复中的应用,为全面认识环境污染现状、深入开展环境生物技术研究并制定综合治理策略等提供参考。     

基于扩展耗模型的可持续发展水平区域空间差异——以中国31个省市为数据源

将区域作为一个以人类生产和消费为中心的社会-经济-自然复合生态系统,构建了一种基于生物物理视角的生态热力学方法,从整体角度对区域的可持续发展水平进行定量评价。该方法囊括了维持复合生态系统运转过程中的自然资源投入、人力资源投入和环境污染损害成本投入等三种要素,完善了可持续发展评价以及绿色GDP核算中人力资源投入和环境成本的价值体现。然后以我国为例,核算了我国31个省市2006—2015年间可持续发展水平的时间动态,并以各省为边界,计算了2015年的区域可持续发展水平差异。计算结果显示:(1)十年间,我国整体上的可持续发展水平在逐步提高,能反映出我国生产率水平的提高和资源利用效率的提高;(2)从要素投入看,自然资源投入仍然占主要,但比例在逐渐降低。环境成本投入比例呈逐步降低趋势,说明环境保护取得了成效。另外,在2010年后,人力资源投入比例增加很快,反映了我国经济发展中劳动力成本上升明显。(3)各省市的计算结果差异较大,在不考虑区域间进出口的情况下,从GDP产出角度,北京的可持续发展水平最高,西藏最低。通过将本文的评价结果与绿色发展指数的评价结果进行比较,发现具有较好的一致性。建立的方法框架是对能值分析方法的扩展和完善,在今后的研究中,还需要继续对该方法框架中没有考虑全面的因素加以考虑,以便于更全面客观地反映区域的可持续发展水平。     

污染湖泊生态系统服务净价值评估——以滇池为例

水污染是我国湖泊生态系统面临的主要环境问题,评估污染条件下湖泊生态系统服务价值对认识和恢复污染湖泊生态功能具有重要意义。针对当前湖泊生态系统服务价值评估方法中未体现水污染负面影响的问题,在传统生态系统服务功能价值评估框架的基础上,将水污染造成的经济损失内化到生态系统服务功能价值中,提出了针对污染湖泊的生态系统服务功能价值评估方法。应用该方法核算了滇池生态系统服务净价值。结果表明:2006—2015年滇池年均生态系统服务功能价值为386.55亿元/a,水污染改变了滇池的价值结构,供水价值丧失,气候调节、旅游和蓄水等成为滇池生态系统服务功能价值的主体;滇池水污染对流域内外经济社会发展造成的损失达到15.23亿元/a,主要经济损失体现在生态补水费用和蓝藻去除费用;综合湖泊生态系统服务的正向价值和水污染的负向损失,滇池的净生态系统服务价值为371.33亿元/a,占流域GDP的11.7%。将水污染损失纳入湖泊生态系统服务功能价值评估中增强了评价结果的合理性,能够更加真实地反映湖泊生态系统对人类经济社会发展的综合影响。     

基于“风感”的紧凑型城市开放空间风环境实测和CFD模拟比对研究

城市开放空间的风场不仅影响微环境的"风感"舒适度还影响宏观尺度的城市气候。从景感生态学的角度出发,首先阐述"风感"的定义,总结了街道峡谷空间风场的基本规律和特点。运用Kestrel NK4500手持气象站对城市开放空间的风环境进行实测,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟软件Fluent 14.0对不含绿地的同一空间进行风环境模拟,通过两者的数据比对来研究紧凑型城市开放空间内绿地对行人高度风场的实际干扰程度。结果发现,紧凑型城市开放空间的"风感"受建筑和绿地空间布局的共同影响。当建筑高于绿地时,风场受建筑的控制;当林带高于建筑时,林带对风环境的影响程度受其疏密度影响。疏密度较高的常绿林带对风向和风速影响很大,而疏密度较低的林带会影响风速,对风向影响不大。影响风速的主要因素是空间围合所形成的空气域,相比实体、多孔介质,空气域对风的阻力要小的多。如铺装、草坪上方的通风廊道是影响行人高度层通风、导风的关键因素。紧凑型空间内的绿地在行人高度应保持通畅以保证通风,并通过建立平面和竖向上的通风、导风廊道体系,促进空气循环。     

圈养马麝的个性分类

本研究在甘肃兴隆山国家级自然保护区马麝繁育场展开,分别于2012年7月和2013年8月,针对374只圈养马麝,采用基于量表的个性评价法进行评价调查。结果表明:可建立包含17个个性项目的圈养马麝个性量表,因子分析显示每个项目公因子方差和载荷均大于0. 4,各因子累计贡献率为60. 33%,表明此量表具有较好的结构效度。此外Cronbach’sα系数为0. 787,表明量表具有较高的内部一致性信度,量表设计合理;因子分析和聚类分析结果显示,可将圈养马麝划分为五大个性维度:侵略性、社会性、刻板性、温顺性、活跃性。研究发现,圈养马麝个性维度与野生个体的个性类型划分存在差异,主要是受圈养条件和人为干扰等影响。圈养马麝个性量表和五大个性维度的建立对指导马麝繁育管理具有重要实践价值,填补了马麝个性研究的空缺,并为进一步进行麝类动物个性研究奠定了基础。另外,此类个性层次研究方法具有较好区分度,可为其他动物个性的初期研究提供参考。     

类受体激酶——植物环境适应性的调节枢纽

“莫听穿林打叶声,何妨吟啸且徐行。”大雨滂沱,苏轼拄着竹杖穿着蓑衣寻找避雨之所……树林竹叶虽不能避雨,却也不怕大雨的击打,这全都依赖于植物进化出了一套高度精密的信号响应机制来“趋利避害”,实现对环境变化的适应。植物感受环境信号需要类受体激酶(Receptor-like kinases,RLKs)。类受体激酶是一类定位在细胞膜上的单次跨膜蛋白,包括一个感受外界信号的胞外受体结构域,一个跨膜结构域和一个胞内激酶结构域。常见的类受体激酶信号通路中,首先由胞外受体结构域感受和识别细胞外界信号,将信号传递到细胞质一侧,胞质激酶结构域与下游蛋白相互作用,并启动其生化反应(如磷酸化),最终通过细胞核-细胞质穿梭信使将信号传递到细胞核内,调控下游基因表达进行信号输出,从而实现对环境快速变化的适应。     

滇西北高山微水体与溪流生境底栖动物多样性和环境特征

高山微水体由于面积微小且通过地表径流形成串联结构常常被认为与高山溪流具有类似的生境, 然而由于这两类生境中环境因子与底栖动物多样性存在差异, 它们在生态系统中的作用可能完全不同。滇西北地区是全球生物多样性热点区域之一, 境内高山微水体和高山溪流分布密集, 在区域底栖生物多样性维持方面具有重要的功能, 然而目前对这两类高山淡水生态系统的研究较少。为了比较这两类生境环境因子的异同及其对底栖动物多样性的维持作用, 2015年6月, 作者在云南省怒江州贡山县的高山峡谷内, 对27个高山微水体和同区域分布的1条高山溪流(海拔高差500 m范围)的底栖动物多样性和水环境因子进行了实地调查。结果表明: (1)高山微水体和高山溪流底栖动物群落中优势分类单元种群数量均比较庞大, 而稀有分类单元数量较多且种群较小; (2)两种生境在环境因子、物种多样性、功能多样性和群落结构方面的差异明显, 高山溪流有较高的物种丰富度、物种多样性和功能多样性; (3)高山微水体底栖动物多样性的分布与水环境因子无关, 而高山溪流底栖动物多样性与群落结构的形成受到与流速关联的水环境因子和海拔的影响。因此, 高山微水体与高山溪流不能简单地视为类似的生境类型, 它们对区域底栖动物多样性和生态功能维持可能具有不同的作用。     

转mCry1Ac基因玉米BT799对斑马鱼的生态毒理学效应

转基因作物的饲用安全性问题一直是人们关注的焦点之一.为评估转mCry1Ac基因玉米BT799对鱼类的生态毒理效应,本研究以斑马鱼为受试动物,设置5个处理:含20%转基因玉米膨化饲料组(GMF)、含20%亲本玉米膨化饲料组(PF)、转基因玉米粉(GMM)、亲本玉米粉(PMM)以及商业饲料对照组(CF),通过98 d的喂养试验,调查斑马鱼的生长表现、组织病理、繁殖、肝脏中抗氧化酶活性及敏感蛋白mRNA的表达水平.结果表明:转mCry1Ac基因玉米对斑马鱼的各项生长指标、肝脏、脑和肠道的组织病理、产卵量、受精卵孵化率、肝脏中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及SOD、CAT、热激蛋白70(HSP70)和卵黄蛋白原(VTG)mRNA表达量均无显著影响.但在试验后期,饲料组(GMF和PF)和玉米粉组(GMM和PMM)斑马鱼的体重、体长和特定生长率显著低于商业饲料组;饲料组斑马鱼的孵化率显著低于玉米粉组和商业饲料组;饲料组(3.85±0.76)雄鱼肝脏中的VTG mRNA表达量显著高于玉米粉组(1.60±0.56).研究表明,转mCry1Ac基因玉米对斑马鱼没有明显生态毒理效应,但由于配制的膨化饲料与商业饲料在营养成分和适口性上的差异,可能导致个别指标与商业饲料组相比有显著差异.