基于代谢通量分析的琥珀酸放线杆菌高产选育研究

在对产琥珀酸放线杆菌代谢分析的基础上选育出高产突变株对琥珀酸的工业生物转化有重要意义.在矩阵分析代谢通量基础上,围绕柔性节点下的副产物乙酸及乙醇的降低分别实施软X诱变及定点突变选育,并对比分析了突变株与出发株相关酶活及基因序列变化.针对出发株的流量分析显示产物琥珀酸的代谢通量为1.78(mmol/g/h),主要副产物乙酸与乙醇的代谢通量分别为(0.60mmol/g/h)和(1.04 mmol/g/h),并发现乙醇代谢加剧了琥珀酸合成中的H电子供体的不足;筛选出的氟乙酸抗性突变株S.JST1的乙酸代谢通量降低了96%,为0.024(mmol/g/h),酶活检测表明磷酸乙酰转移酶(Pta)的酶比活力从602降低到74,进一步的序列对比分析发现pta突变基因中产生了一个突变位点:adh定点复合突变株S.JST2的乙醇代谢通量降低了98%,为0.020(mmol/g/h),酶活检测表明Adh的酶比活力从585降低到62.最终突变株S.JST2琥珀酸累积产量达65.7 g/L.围绕产琥珀酸放线杆菌Pta及Adh酶活的降低实施定向选育,在降低副产物流量的同时,有助于改善细胞H供体代谢平衡进而提高琥珀酸的流量.所获突变株具有工业应用潜力.     

谷氨酸棒杆菌SYPS-062合成L-丝氨酸的代谢通量分析

以一株由自然界筛选获得的能够利用糖质原料直接产L-丝氨酸的谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum SYPS-062为研究对象,考察了一碳单元循环中的辅因子—叶酸和维生素B12对菌株生长、蔗糖消耗及L-丝氨酸生成的影响,同时对处于对数生长期的菌株进行了代谢流量分析。结果发现,添加扰动因子叶酸和维生素B12对磷酸戊糖途径(HMP)碳流影响较大,碳源主要用于细胞生长及合成能量,而流向目的产物L-丝氨酸的碳流减少。同时在添加维生素B12时,增大了G3P节点的L-丝氨酸合成途径的分流比,但造成三羧酸循环(TCA)的流量不足,需要大量回补,从而限制了产物合成速率的进一步提高。     

大气热层结条件对林冠显热的影响

应用欧拉二阶闭合模型研究了大气热层结条件下森林冠层显热通量源汇分布和通量特征.结果表明:白天,冠层上的不稳定层结和冠层下的稳定层结是森林冠层大气层结的一种特有现象;温度廓线的变化表明林冠高度2/3处存在较强的热源;冠层内大气处于弱稳定状态时,热量继续向上输送,呈现出热通量的反梯度输送.显热通量日变化的模拟值与实测值吻合,其R2=0.9035(P0.01).在显热收支方程中添加浮力项,可提高反演模型在实际大气中的模拟精度,从而改善模型对热通量收支的模拟能力.     

利用原位连续测定水汽δ~(18)O值和Keeling Plot方法 区分麦田蒸散组分

利用稳定同位素技术和Keeling Plot方法可以有效分割地表蒸散量,进而加深对陆地生态系统水循环的理解.该研究通过原位连续测定麦田的水汽同位素数据,评价Keeling Plot方法在分割地表蒸散中的应用,并揭示华北冬小麦(Triticum aes-tivum)蒸腾在总蒸散中的比例.实验于2008年3-5月在中国科学院栾城农业生态站进行,利用国际上先进的H_2~(18)O、HD~(16)O激光痕量气体分析仪(TDLAS)为基础构建的大气水汽~(18)O/~(16)O和D/H同位素比原位连续观测系统,同时利用涡度相关技术、真空抽提技术、同位素质谱仪技术,获取了必要的数据.研究分析了一天中不同时间段的连续的大气水汽δ~(18)O与水汽浓度倒数拟合Keeling Plot曲线的差异和可能的原因.结果显示,中午时段的拟合结果较好,这也暗示中午时段蒸腾速率高时最可能满足植物蒸腾的同位素稳定态假设.进一步的分析发现植物蒸腾的同位素稳定态并不总是成立,尤其是水分胁迫下进入成熟期的小麦,其蒸腾水汽同位素一般处于非稳定态.利用同位素分割结果显示,生长盛期麦田94%-99%的蒸散来源于植物蒸腾.     

北京东灵山3种温带森林土壤呼吸及其20年的变化

土壤呼吸是陆地生态系统最主要的碳释放过程。为了探讨温带森林土壤呼吸在长时间尺度的变化, 利用北京东灵山地区的白桦(Betula platyphylla)林、辽东栎(Quercus wutaishanica)林和油松(Pinus tabuliformis)林3种温带森林永久样地, 于2012-2015年对其土壤呼吸进行测定, 并与1994-1995年的测定结果进行了比较。结果显示: 2012-2015年, 白桦林的平均年土壤呼吸量为(574 ± 21) g C·m^-2·a^-1, 显著高于辽东栎林(455 ± 31) g C·m^-2·a^-1和油松林(414 ± 35) g C·m^-2·a^-1, 比20年前(1994-1995年)的估测值分别增加了85%、17%和73%。这些结果表明, 近20年来这3种生态系统的碳周转速率明显加快。     

若尔盖高原湿地不同微地貌区甲烷排放通量特征

若尔盖高原是我国泥炭沼泽湿地的主要分布区、青藏高原的主要甲烷(CH₄)排放中心。为了研究湿地微地貌环境对高原湿地CH₄排放通量的影响, 2014年5-10月, 采用静态箱和快速温室气体分析仪原位测量若尔盖高原湖滨湿地3种泥炭沼泽5种微地貌环境下的CH₄排放通量特征。结果表明: (1)常年性淹水泥炭湿地洼地(P-hollow)和草丘(P-hummock)生长季平均CH₄排放通量为68.48和40.32 mg·m^-2·h^-1, 季节性淹水的泥炭湿地洼地(S-hollow)和草丘(S-hummock)平均CH₄排放通量为2.38和0.63 mg·m^-2·h^-1, 而无淹水平坦地(Lawn)平均CH₄排放通量为3.68 mg·m^-2·h^-1; (2)湿地5种微地貌区CH₄排放通量为(23.10 ± 30.28) mg·m^-2·h^-1 (平均值±标准偏差)), 变异系数为131%。分析显示这5种微地貌区CH₄排放通量的平均值与其水位深度平均值存在显著的线性正相关关系(R² = 0.919, p < 0.01), 表明水位深度是控制湿地微地貌区CH₄排放通量空间变化的主要因子; (3) P-hummock、P-hollow和S-hummock的CH₄排放通量存在显著的季节变化, Lawn和S-hollow无明显的季节性变化, 但5种微地貌区在夏季或秋季均观测到CH₄排放通量峰值, 其影响因子可能与水位深度、土壤温度和凋落物输入密切相关; (4) P-hollow可能时常发生冒泡式CH₄排放, 这可能导致过去低估了若尔盖高原湿地的CH₄排放量。     

三峡水库湖北段甲烷排放通量时空特征及其影响因素分析

甲烷是一种重要的温室气体, 在大气中的浓度以每年1%的速率增加, 是CO2增加速率的4倍, 其在100 a的时间尺度上, 具有25倍于CO2的增温潜力1, 自20世纪90年代以来受到了学者们的广泛关注。一般认为化石燃料燃烧是大气中温室气体增加的主要来源, 最近的研究发现自然水体和人工水库均可以排放甲烷。       

扎龙芦苇湿地生长季的甲烷排放通量

为研究高寒地区天然淡水芦苇湿地的甲烷排放特征,采用静态箱-气相色谱法,测定了扎龙不同水位芦苇湿地生长季的甲烷排放通量.结果表明:观测期内,扎龙芦苇湿地甲烷排放通量平均为7.67 mg·m^-2·h^-1（-21.18～46.15 mg·m^-2·h^-1）,其中深水区(平均水深100 cm)和浅水区(平均水深25 cm)的平均甲烷排放通量分别为5.81和9.52 mg·m^-2·h^-1,排放峰值分别出现在8月和7月,最低值均出现在10月.深水区夏季(6-7月)的甲烷排放通量显著低于浅水区,而春(5月)、秋(8-10月)季节显著高于浅水区.生长季甲烷排放通量的变化为夏季>秋季>春季;昼夜排放量为12:00和14:00最高,0:00最低.温度和水位是高寒地区淡水芦苇湿地甲烷排放通量变化的主要影响因子.     

广州市十种森林生态系统的碳循环

为了探讨南亚热带森林生态系统碳循环的规律,在广泛收集资料和试验数据的基础上,对广州10种森林生态系统的碳循环进行研究.结果表明：10种森林生态系统的碳密度在108.35～151.85 t C·hm^-2,其中乔木层碳密度在10.85～48.86 t C·hm^-2,0～60 cm土壤层在87.74～99.01 t C·hm^-2,均低于全国平均水平;从大气流向植被层的碳流量为4.41～9.15 t C·hm^-2·a^-1,植被层流向土壤层的碳流量为0.74～2.06 t C·hm^-2·a^-1,土壤层流向大气层的碳流量为3.94～5.42 t C·hm^-2·a^-1,即系统从大气净吸收碳在0.47～4.97 t C·hm^-2·a^-1之间.各种林分的净系统生产力不同,阔叶林大于针叶林,混交林大于纯林,天然次生林大于人工林.     

河流输送硅通量降低的机制及生态效应

从筑坝成库、硅藻吸收和固定、渔业发展、水体富营养化、水文结构变化几方面对河流输送硅通量降低的影响机制进行了归纳分析,综述了河流输送硅通量降低对河流、河口和近海产生的生态效应。研究表明,河流输送硅通量降低对硅的地球化学循环平衡产生了巨大影响,并造成了一系列的生态变迁。其中,硅藻是河流输送硅通量降低的主要因素,大量繁殖的硅藻将水库水体溶解性硅(DSi)吸收后转化成自身的生物硅(BSi),死亡后沉积到水库底部贮存起来,导致下游河流和海洋缺乏DSi,从而产生对人类具有重大影响的生态效应。