研究生物化学功能性高分子的作用

功能性高分子的研究,最先是以仿生为基础的,所以功能高分子的产生与发展,和生物化学始终是结不解之缘。例如由生物高分子形成的细胞膜,具有各式各样的功能与高度的选择性,能将离子从浓度小的一面向浓度大的一面转移。为着使人工制造的膜具有这种功能,我们就必须模拟构成细胞膜的生物高分子,以便用于生产,例如用于海水淡化的人工反渗透过程。     

热应激心肌细胞损伤的线粒体机制探讨

目的：观察热应激对大鼠凡肌细胞线粒体氧化磷酸化和钙代谢功能的影响、研究线粒体膜渗透性转移（ＰＴ）的变化及其病理学意义、探索热应激心肌细胞损伤发生机制。方法：用Ｋｌａｒｋ氧电极极谱法测定线粒体呼吸功能,用生物发光法主肌ＡＴＰ含量及线粒体Ｃａ＾２＋。ＡＴＰ酶活性;用电感耦合等离子－原子发射光谱仪测定线粒体内Ｃａ＾２＋含量,用分光光度法测定线粒体膜ＰＴ。结果：热应激大鼠心肌细胞线粒体的呼吸控制率（ＲＣＰ     

海水处理对向日葵幼苗生长及叶片一些生理特性的影响

采用海水水培的方法,比较了淡水、20%和40%海水处理对向日葵(Helianthus annuus L.)幼苗生长速率、根冠比、脯氨酸、丙二醛(MDA)含量和保护性酶超氧歧化酶(SOD)及过氧化物酶(POD)活性的影响.结果表明:20%海水处理显著地促进根系生长和根冠比的增加,大大地缓解了叶片的膜脂过氧化作用(使之降至与对照相当的水平),而40%海水明显抑制向日葵生长;脯氨酸在处理4 d后显著积累,40%海水处理后脯氨酸与MDA变化曲线相关性较强,表明脯氨酸的积累在本实验中表现为活性氧伤害的结果;40%海水处理对食葵叶片造成的过氧化伤害比油葵大,但食葵比油葵的自身修复受伤害膜系统的能力强.     

海水处理对向日葵幼苗生长及叶片一些生理特性的影响

采用海水水培的方法，比较了淡水、20%和40%海水处理对向日葵(Helianthus annuus L.)幼苗生长速率、根冠比、脯氨酸、丙二醛(MDA)含量和保护性酶超氧歧化酶(SOD)及过氧化物酶(POD)活性的影响。结果表明：20%海水处理显著地促进根系生长和根冠比的增加，大大地缓解了叶片的膜脂过氧化作用(使之降至与对照相当的水平)，而40%海水明显抑制向日葵生长；脯氨酸在处理4 d后显著积累，40%海水处理后脯氨酸与MDA变化曲线相关性较强，表明脯氨酸的积累在本实验中表现为活性氧伤害的结果；40%海水处理对食葵叶片造成的过氧化伤害比油葵大，但食葵比油葵的自身修复受伤害膜系统的能力强。     

电渗析技术用于猪毛水解液脱酸的研究

利用上海华凯科技贸易公司制作的HF系列离子交换膜为隔膜的电渗析器对猪毛水解液进行电渗析脱酸,研究了脱酸过程中浓缩室、淡化室酸度变化及电流效率     

不同浓度海水对菊芋幼苗生长及生理生化特性的影响

种植抗盐耐海水植物是合理利用和开发海涂资源的有效措施之一。采用水培的方式,用1/2Hoagland营养液培养菊芋幼苗至6叶完全展开时进行处理,设0%(对照)、10%、25%和50%海水4个处理。随后分别在第4、8和12天采样进行分析,研究不同浓度海水对菊芋幼苗生长、体内渗透物质的积累、保护性酶活性、膜透性及离子吸收分布的影响情况。结果表明:(1)在不同浓度海水处理下,菊芋地上部、地下部总鲜重及干物质重从0%到25%海水浓度没有明显变化,在50%海水胁迫下显著下降,干物质百分比则为50%海水处理的最高。随着时间延长,10%海水处理下,菊芋幼苗茎叶和根鲜重均增加,但与对照没有显著差异,25%海水处理生长速率较对照低,而50%海水处理下根鲜重和干重都降低。(2)随着时间的延长、海水浓度的增加,菊芋幼苗叶片保护性酶系SOD、POD、CAT的活性呈上升趋势,在10%海水处理下膜脂过氧化物MDA含量甚至低于对照,而50%海水处理下的MDA含量较其他处理高,在10%和25%海水处理下膜透性较对照变化不显著,而50%海水处理下膜透性增加明显,且随时间延长更显著。(3)菊芋幼苗叶片脯氨酸和可溶性糖含量随海水浓度增高而显著增加,随着时间的延长,10%和25%海水处理下,脯氨酸含量先增加后降低,而50%海水处理下,脯氨酸含量一直在升高,而10%、25%和50%海水处理下,可溶性糖含量先增加后降低。随海水浓度增高,菊芋幼苗地上部单位干重积累的Na 和Cl-依次增大,且随着时间延长,10%、25%和50%海水处理下地上部Na 和Cl-含量均增大;而K 与Na 积累情况不同,K 在25%海水胁迫下地上部单位干重积累得最多,随着时间延长,25%和50%海水处理下地上部K 含量均降低,且50%海水处理下降低幅度更大;地下部单位干重积累的Na 、Cl-和K 情况与地上部单位干重积累的各离子趋势相似。由此可见,菊芋能够通过生理生化机制适应一定浓度海水的灌溉,即利用一定浓度海水灌溉菊芋是安全有效的。     

凡纳对虾淡化养殖池浮游纤毛虫研究

在对虾养殖环境,纤毛虫能摄食大量的腐质和藻类,促进对虾养殖水体的自身净化;但缘毛类 Peritrichida 和吸管虫类Suctorida纤毛虫能大量固着生活在对虾的附肢、鳃等部位,是对虾养殖的重要危害生物。在我国,对海水、盐碱池和淡水养殖环境的浮游动物(包括纤毛虫)有较多的研究,对河口区斑节对虾淡化养殖环境浮游生物也有报道,本文报道了珠海市斗门区某凡纳对虾 Litopenaeus vannamei(南美白对虾)养殖基地44口淡化养殖虾池浮游纤毛虫种类及数量组成, 并对其中 1-5号虾池养殖过程中的纤毛虫种群的动态变化进行了研究,以期为凡纳对虾淡化养殖提供参考。       

厌氧膜生物反应器及其应用研究实例

厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)是一种耦合了厌氧发酵和膜工艺的新型废水生物处理技术。其优点包括出水水质优良、有机负荷高、污泥产率低以及生物甲烷回收等。归纳了厌氧发酵的原理,常见厌氧膜生物反应器的结构和种类,以及厌氧膜生物反应器的发展历程及其应用。详细介绍了笔者的最新研究成果:厌氧膜生物反应器在高浓度厨余垃圾处理中的应用,及其在城市污水处理中的研究进展。最后总结了该工艺的应用及发展现状,指出其在高浓度有机废水处理中拥有广阔的应用前景。     

耦合中空纤维膜超滤分离游离细胞催化合成ATP

对耦合中空纤维膜超滤分离进行游离细胞催化合成ATP过程进行了实验研究,考察了细胞的催化效率和膜组件的操作稳定性。结果显示,中空纤维超滤膜的耦合分离能有效地截留反应液中的游离酶,其中乙醇脱氢酶(ADH)和已糖激酶(HK)的稳态截留效率在95%以上。耦合膜分离的酵母细胞催化ATP合成反应可重复使用2.5～3.0次,酶的利用率比普通分离的细胞提高2.0～2.5倍。中空纤维超滤膜于0.1Mpa工作压力下连续11批耦合分离操作,膜的渗透性无明显下降,过滤速率保持在初速率的95%以上。在稀释速率0.25h-1下,反应体系保持了连续5h的ATP高转化率合成与分离耦合的拟稳态操作。     

鹰爪虾卵子激活及卵裂的研究

使用激光扫描共聚焦显微镜及电子显微镜对鹰爪虾的卵子产入海水中激活过程及卵裂特征进行研究。结果表明,鹰爪虾成熟卵子一接触海水立即被激活而发生皮层反应：先排出皮质贮泡内的胶质前体,形成胶质层,进而释放皮层颗粒,形成孵化膜。孵化膜举起时,有许多囊泡排入卵周隙。在发生皮层反应的过程中,减数分裂完成,相继排出第一极体和第二极体。卵子可由海水激活而无需受精。未受精卵可以由海水刺激发生皮层反应并完成减数分裂,这     

不同寡营养条件下副溶血性弧菌的异质性比较

采用稀释培养基的方法模拟了不同寡营养环境,分析了副溶血性弧菌在不同稀释度培养基中的生长和被膜形成异质性以及在人工海水培养条件下进入活得不可培养状态的异质性。结果表明：副溶血性弧菌在不同寡营养条件下具有较大的生长变异性;环境菌株的生物被膜形成能力比临床菌株的生物被膜形成能力强,且在不同寡营养条件下的被膜形成具有较大变异性;在低温人工海水培养50 d后,副溶血性弧菌菌株并未全部进入活得不可培养状态,且细菌细胞的形态发生变化。比较了副溶血性弧菌在不同寡营养条件下的异质性,以期为开展精准的风险评估提供理论依据。     

海水胁迫对菠菜（Spinacia olerancea L.）叶绿体活性氧和叶绿素代谢的影响

以海水敏感品种圆叶菠菜和耐海水品种‘荷兰3号'为试材,采用水培方法,研究了海水胁迫对菠菜(Spinacia olerancea L.)叶绿体活性氧(ROS)和叶绿素(Chl)代谢的影响.结果表明,海水胁迫下,2个菠菜品种叶绿体内超氧阴离子(O-·2)产生速率、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量显著升高,并且圆叶菠菜的提高幅度大于‘荷兰3号';圆叶菠菜叶绿体内的超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性和抗坏血酸(AsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)含量均低于‘荷兰3号',而过氧化物酶(POD)活性高于‘荷兰3号';光氧化剂甲基紫精(MV)进一步使2个菠菜品种叶绿体内O-·2产生速率加快、H2O2含量提高、膜质过氧化加重,活性氧清除剂AsA明显降低了菠菜叶绿体内ROS水平,缓解了由MV造成的严重的膜质过氧化伤害.海水胁迫下,2个菠菜品种叶片叶绿素b(Chlb)、叶绿素a(Chla)及其合成前体物质原叶绿素酸(Pchl)、镁原卟啉Ⅸ(Mg-protoIX)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)和尿卟啉原Ⅲ(UroⅢ)含量明显降低,而胆色素原(PBG)和δ-氨基酮戊酸(ALA)积累,Chl合成受到阻碍,并且圆叶菠菜的受阻程度大于‘荷兰3号';MV进一步加剧了这种受阻程度,而AsA部分缓解了由海水胁迫和MV造成的阻碍作用.海水胁迫明显提高了圆叶菠菜叶片叶绿素酶(Chlase)活性而对‘荷兰3号'没有影响,MV处理对圆叶菠菜Chlase活性的影响程度大于‘荷兰3号',但AsA对2个品种叶片Chlase活性没有明显影响.上述结果说明,海水胁迫下,菠菜叶绿体内ROS与Chl代谢密切相关,不仅通过叶绿体膜的氧化伤害使Chl降解,而且使Chl合成的PBG向UroⅢ转化步骤受阻.耐海水品种‘荷兰3号'叶绿体清除ROS主要通过SOD和AsA-GSH循环系统,清除能力较强,减轻了ROS对叶绿体膜的氧化损伤和Chl合成的受阻程度,并且海水胁迫对其Chlase活性的影响较小;而海水敏感品种圆叶菠菜叶绿体清除ROS主要依赖于SOD和POD,对ROS的清除能力有限,从而导致了ROS大量积累,叶绿体膜的氧化损伤和Chl合成的受阻程度严重,并且海水胁迫显著提高了Chlase活性,加剧了Chl降解.     

菜豆下胚轴质膜微囊和液泡膜微囊体外热稳定性的研究

从抗热潜势较高的“８５ＣＴ－４９７６２”菜豆（Ｐｈａｓｅｏｌｕｓ ｖｕｌｇａｒｉｓ Ｌ．）的下胚轴分离出微粒体、质膜微囊和液泡膜微囊。通过比较正常细胞的膜微囊、热锻炼细胞的膜微囊以及热锻炼过程中放线菌酮抑制了蛋白质合成的细胞膜微囊的质子泵在体外的热稳定性,发现热锻炼可使细胞膜微囊质子泵体外热稳定性提高,热锻炼过程中合成的蛋白质与此效应有关。进一步分析膜外周蛋白对质子泵体外热稳定性的影响,证明热激蛋白ＨＳＰ７０ 和小分子量热激蛋白（ＬＭＷ ＨＳＰ）对质子泵有热保护功能     

海水处理下菊芋幼苗生理生化特性及磷效应的研究

种植抗盐耐海水植物是合理利用和开发海涂资源的有效措施之一。该试验研究了海水处理下菊芋(Helianthus tuberosus)幼苗生长发育、渗透物质积累、保护性酶活性、膜透性和离子吸收分布情况及磷素对其影响。结果表明:1)10%海水对菊芋幼苗生长发育没有抑制作用,甚至有一定的促进作用,25%海水胁迫对菊芋幼苗形态发育上具有一定抑制作用,增加磷素浓度后,能显著缓解其抑制作用;2)10%和25%海水处理下,脯氨酸和可溶性糖含量较对照显著增加,随着时间的延长,先增加后降低,增加磷素浓度后,能显著增加菊芋幼苗叶片脯氨酸和可溶性糖含量;3)海水处理下菊芋幼苗叶片SOD、POD和CAT活性都显著增加,增加磷素浓度后,能显著增强菊芋幼苗叶片SOD、POD和CAT活性;4)10%海水处理菊芋幼苗叶片MDA含量与对照差异不大,甚至小于对照,25%海水处理能显著增加MDA含量及膜透性,增加磷素浓度后,均降低了MDA含量和膜透性;5)随着海水浓度增加和时间延长,菊芋幼苗地上部和根部Na⁺和Cl^-含量显著增加,增加磷素浓度后,均能降低地上部和根部Na⁺和Cl^-含量,而地上部和根部K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺含量较对照增加,增加磷素浓度后,均能增加K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺含量。由此可见,磷素能够改善菊芋幼苗的营养状况,同时能够增强其抗盐性。     

膜技术在绿色生物制造中的应用

生物制造是我国战略性新兴产业发展的重点领域,但生物制造过程中普遍存在着产物抑制、产物浓度低且成分复杂、废水排放量大等问题。膜分离技术应用于生物制造过程,可有效解决生物制造过程中所面临的上述问题。重点介绍了笔者研究团队将膜技术应用于绿色生物制造领域所取得的研究进展,包括高性能渗透汽化优先透醇分离膜的研制与规模化制备技术,高效旋转膜生物反应器的研制,分别实现了乙醇/丁醇发酵-渗透汽化分离耦合和乳酸发酵-旋转膜分离耦合,有效降低了产物抑制,大幅提高了发酵效率;开发了周期性换向-脉冲冲刷膜污染控制技术,成功应用于酱油等调味品的传统发酵行业,显著提高了产品品质,大幅降低了能耗和水耗。以上成果充分显示膜分离技术在绿色生物制造中有着广阔的应用前景。     

海水氮浓度和盐度对孔石莼(Ulva pertusa)生物量和碳氮含量的耦合影响

全球气候变化和人类活动已经对近岸海域海水氮营养盐和盐度产生了显著影响。孔石莼(Ulva pertusa)作为温带近岸海域的优势种,在富营养条件下会爆发性生长,对海洋生态系统造成显著的负面影响。本研究采用室内模拟实验,分析了海水中氮营养盐和盐度对孔石莼的耦合影响。结果表明:海水氮营养盐和盐度对孔石莼的生物量有显著的协同影响,在较高的盐度(40)条件下,孔石莼生物量较高,并且氮营养盐升高会使其生物量降低;孔石莼组织碳(C)含量、氮(N)含量以及碳氮比值(C/N)与氮营养盐浓度无显著相关性,与海水盐度有显著相关性。研究结果可为明确全球气候变化背景下富营养化海域大型海藻爆发的机制和科学管理提供依据。     

盐生盐杆菌在不同营养条件下紫膜蛋白形成的差异

用四种培养基培养产生紫膜极端嗜盐菌盐生盐杆菌（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｈａｌｏｂｉｕｍ）菌株Ｒ１,通过超速离心和蔗糖密度梯度纯化紫膜,ＳＤＳ－ＰＧＡＥ后用考马斯亮蓝染色的结果显示其合成的紫膜蛋白的形式有所差异。从蛋白胨培养基上获得的紫膜有三条蛋白带,分子量约２６～２７５ｋＤ,而从复合培养基、合成培养基和人工海水培养基上获得的紫膜,仅呈现一条蛋白带,分子量约２６ｋＤ,即蛋白胨培养基上的成熟紫膜蛋白形式。ＷｅｓｔｅｒｎＢｌｏｔｉｎｇ的结果证明,在以上四种培养基上获得的纯化紫膜经ＳＤＳ－ＰＧＡＥ后考马斯亮蓝染色的条带确系紫膜蛋白,但还存在含量低于考马斯亮蓝染色灵敏度的紫膜蛋白带,从复合培养基、合成培养基和人工海水培养基所得紫膜在２８ｋＤ左右有一条浅带,但从蛋白胨培养基所得紫膜无此带;四种培养基所得紫膜在２３５ｋＤ左右都有一条浅带。可见,培养基营养成分的差别影响了紫膜蛋白的存在形式     

阿的平调节β－肾上腺素受体、膜磷脂代谢及预防热损伤的研究

以前研究表明,热应激可使大鼠肺组织细胞膜肾上腺素能受体明显下调、膜磷脂分解代谢加速。本研究观察了阿的平（磷脂酶Ａ２的非特异性抑制剂）对β－肾上腺素受体及膜磷脂代谢的调节作用和对机体热损伤的防护作用。结果表明,阿的平对热应激造成的β－受体的下调、磷脂分解的加速具有明显的抑制作用,并能明显提高大鼠和人对热应激的耐受能力。     

基于太阳能的碳化钛气凝胶用于污水处理及海水淡化

太阳能蒸馏技术作为一项绿色、经济、便捷且可持续的水处理技术，对解决全球水资源危机具有重要意义。二维碳化钛(Ti₃C₂)是一种新型光热纳米材料，光热转化效率可达100%。本文通过定向冷冻干燥法制备了一种具有垂直孔道结构的Ti₃C₂气凝胶，并构建了一个基于Ti₃C₂气凝胶的太阳能蒸馏系统；系统包含太阳能吸收器(Ti₃C₂气凝胶)、水传输器(醋酸纤维棉棒)和热绝缘体(聚苯乙烯泡沫)。并考察了该Ti₃C₂气凝胶的光热转化能力和水蒸发速率，及相应太阳能蒸馏系统对模拟海水和亚甲基蓝染料废水处理效果。结果表明，气凝胶的水蒸发速率为2.73 kg·m^-2·h^-1,太阳能转化效率为139.2%,对水中金属离子及亚甲基蓝的去除率均为99.9%以上。因此，该Ti₃C₂气凝胶具有海水淡化以及染料废水处理的应...     

不同菠菜品种对海水胁迫的生理响应差异

以耐海水菠菜品种荷兰3号和海水敏感品种圆叶菠菜为材料,采用水培方法,研究了海水胁迫对菠菜叶片、根系质膜的伤害作用以及叶片光合作用、叶绿素荧光参数的影响.结果表明:(1)海水胁迫对荷兰3号单株干重影响不大,而显著降低圆叶菠菜的单株干重,并使2个品种植株的叶片和根系MDA含量增加,质膜透性增大,叶片光合色素含量降低,但荷兰3号的变化幅度(叶片MDA除外)小于圆叶菠菜.(2)海水胁迫下,短期内2个品种由于气孔限制引起叶片胞间CO2浓度(Ci)降低,净光合速率(Pn)下降;长期胁迫下,荷兰3号Pn恢复到对照水平,而圆叶菠菜同化力下降,Pn降低.(3)海水胁迫对荷兰3号光化学猝灭系数(qP)影响不大,实际光化学效率(ΦPSⅡ)明显升高,而圆叶菠菜的qP和ΦPSⅡ均下降;荷兰3号初始荧光(F0)的下降幅度和非光化学猝灭系数(qN)上升幅度比圆叶菠菜大;2个菠菜品种的最大光化学效率(Fv/Fm)均下降,但荷兰3号光抑制程度(1-qP/qN)的升高幅度比圆叶菠菜小.研究结果说明,海水胁迫下,2个耐性不同的菠菜品种植株都产生了光合作用的光抑制和光氧化伤害,使膜质过氧化和叶绿素含量降低;耐性强的品种能够较多地将光能用于光化学反应,热耗散能力较强,光抑制程度较低,膜系统和光合色素受到活性氧的破坏程度较低,保持了较高的净光合速率,最终可明显降低海水胁迫对植株生长的影响.