CO_2对牟氏角毛藻高密度培养的影响

以牟氏角毛藻为材料,通过对比实验研究了CO2和CO2通入方式对光合生物反应器中高密度培养的牟氏角毛藻的生长速度和细胞密度的影响;并以水体pH值为指标,控制CO2的通入数量,进而研究了牟氏角毛藻在我们自行研制的卧式光合生物反应器中的生长情况。结果表明细胞悬浮培养达到一定密度之后,CO2的供应,可以有效地提高生长速度和细胞密度。对CO2通入方式的实验结果表明,不同的CO2通入方式,产生的效果不同,其中以空气和纯CO2混合后通入,效果最好。     

CO2对牟氏角毛藻高密度培养的影响

以牟氏角毛藻为材料,通过对比实验研究了CO2和CO2通入方式对光合生物反应器中高密度培养的牟氏角毛藻的生长速度和细胞密度的影响;并以水体pH值为指标,控制CO2的通入数量,进而研究了牟氏角毛藻在我们自行研制的卧式光合生物反应器中的生长情况.结果表明细胞悬浮培养达到一定密度之后,CO2的供应,可以有效地提高生长速度和细胞密度.对CO2通入方式的实验结果表明,不同的CO2通入方式,产生的效果不同,其中以空气和纯CO2混合后通入,效果最好.     

光生物反应器脱除空气中CO2的模型研究

微藻光生物反应器具有脱除空气中CO₂能力。从光生物反应器构型、进气流速、混合传质,及微藻光合/呼吸速率等方面,探讨气升式光生物反应器脱除空气中CO₂效果,提出了时间离散化和集中参数法两种分析方法。运用集中参数法建立了气升式柱型光生物反应器脱除CO₂的数学模型,模拟了藻液中溶氧浓度（DO）、pH随时间的变化情况,及进气CO₂浓度影响,预测并验证了光照条件下出气CO₂、O2浓度的变化趋势。模拟结果和实验数据基本吻合,所提出的模型对光生物反应器的优化设计、微藻的高密度培养,及CO2去除能力预测具有参考意义。     

聚球藻7002在光生物反应器中的光自养培养

通过对聚球藻7002在光生物反应器中的培养,研究了光强在聚球藻7002培养液中的衰减规律,得到了培养过程光强随藻细胞浓度和光程距离变化的关系式,即I=I₀exp［-(-0.0239+0.0777OD₇₅₀)·L］。并对培养过程特性及培养温度、外加CO₂浓度和光照强度对藻细胞生长的影响进行了较为详细的研究,得到了反应器中较为适宜的聚球藻7002的培养条件,藻细胞培养密度达到3.4g/L(干重),体积产率达到0.57g/(L·d)的较高水平。     

微藻固定CO2研究进展

空气中CO₂ 浓度升高所导致的温室效应已成为重大的环境问题 ,受到人们普遍关注。概述了高效固定CO₂ 微藻藻种的筛选和培养方法 ,分析了微藻固定CO₂ 的无机碳利用形式和浓缩机制 ,讨论了高效光生物反应器设计和运行目标 ,简要介绍了微藻 (酶 ) 膜生物反应器集成新技术。并认为今后的研究方向主要是在进一步探索微藻固定CO₂ 有关机理的基础上 ,构建高效固定CO₂ 的转基因微藻 ,开发高效膜生物反应集成系统。     

氧化铝气体分布器应用小球藻培养的研究

光生物反应器设计中,气体分布器对微藻生长有较大的影响,尤其是在鼓泡式光生物反应器中更为显著。实验考察了采用氧化铝烧制的多孔气体分布器的5L鼓泡式光生物反应器中通气速率、CO₂ 浓度对小球藻LICME002生物量、叶绿素含量、油脂积累的影响。对该气体分布器下的CO₂浓度和通气速率对小球藻的作用机理进行了初步的探讨。结果表明,CO₂浓度为3%时,该株微藻生物量、叶绿素、油脂积累的最佳;CO₂浓度超过6%时各项指标显著下降。通过对0.1vvm,0.4vvm,0.7vvm、1.0vvm的通气速条件下的各项指标的分析,确定最佳通气条件为0.4vvm。结论显示,在最佳通气速率和CO₂浓度下,微藻生物量能达到1.52g/L,油脂含量达到31.5%。     

CO2浓度升高条件下内生真菌感染对宿主植物的生理生态影响

以内蒙古草原常见伴生种、感染内生真菌的天然禾草羽茅为研究对象,通过比较不同CO₂浓度和不同养分供应条件下,带内生真菌和不带菌植物在种子发芽和幼苗生长等方面的差异,探讨带内生真菌的天然禾草对CO₂浓度增加的响应。结果表明:CO₂浓度增加对带菌种子发芽率和发芽速度均无显著影响,但CO₂浓度增加显著降低了不带菌种子的发芽率和发芽速度,即CO₂浓度升高加大了带菌和不带菌种子发芽率之间的差异;内生真菌感染显著提高了宿主植物的最大净光合速率和水分利用效率;羽茅的营养生长受CO₂浓度和养分供应的交互影响,高CO₂浓度对生长的促进作用只出现在充足养分供应条件下;CO₂浓度升高和内生真菌感染对植物根系形态有显著的交互作用,在正常CO₂浓度下,带菌植株根径>1.05 mm的根系比例显著高于不带菌植株,随着CO₂浓度的升高,带菌植株上述根径根系所占比例无显著变化而不带菌植株所占比例显著升高,CO₂浓度升高导致带菌和不带菌不同根径根系分配之间的差异缩小。     

4株微藻悬浮和固定培养生长和氮磷去除效果的比较

为了比较牟氏角毛藻(Chaetoceros muelleri)、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、新月柱鞘藻(Nitzschia closterium)四株微藻在悬浮和固定培养方式下藻细胞生长状况和氮磷去除效果,试验采取模拟含氮磷人工污水,向培养液中添加NH₄Cl,在相同培养条件下,分别培养4株微藻。实验结果表明:4株微藻在悬浮和固定化培养均能生长,氮磷去除效果良好。4种微藻悬浮培养的生长速率要优于固定化培养。两种培养方式生长速率均为:蛋白核小球藻>新月柱鞘藻>三角褐指藻>牟氏角毛藻;4种藻在悬浮培养下,NH₄⁺-N和PO₄^3--P去除率为:新月柱鞘藻>三角褐指藻>牟氏角毛藻>蛋白核小球藻;4种藻在固定化培养下,NH₄⁺-N和PO₄^3--P去除率为:新月柱鞘藻>...     

地质封存CO2泄漏对玉米根系形态的影响

碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage,CCS）是应对全球气候变化、实现煤炭清洁利用的有效手段之一,但是地质封存的CO₂存在泄漏的风险,可能对农田生态系统产生重大威胁,影响我国粮食安全。根系生长是地上部和地下部相互作用、相互促进的统一过程,其形态特征对作物生产力有显著影响,但CCS泄漏对植物根系的影响评估尚不多见。本文以玉米为研究对象,采用盆栽底部通入CO₂的方法模拟不同CO₂泄漏情景,研究CK（0 g m^-2 d^-1）和G1000（1000 g m^-2 d^-1）和G2000（2000 g m^-2 d^-1）三种泄漏情景下CO₂对玉米根系形态的影响。结果表明：CO₂泄漏对玉米根系形态有明显的影响,随着泄漏量的增大总根长从40290.81 cm减少至21448.18 cm,减少46.77%,其中细根大幅减少;CO₂泄漏造成玉米明显减产,最大减产率达26.64%;玉米的地上部生物量较地下部生物量对CO₂泄漏更加敏感。综合来看,随着CO₂泄漏量增大,对玉米根的生长、地上部生物量、地下部生物量以及产量有显著的抑制作用。作物根系形态对封存CO₂泄漏的响应可为CCS泄漏监测和生态修复提供系统科学依据。     

微载体高密度培养Vero细胞的研究

微载体是动物细胞高密度培养的有效手段。首先在硅化的方瓶中对Cytodex 1、Cy-todex 3、Biosilon、Bellco Glass Microcarrier、CT-1、CT-3、MC-1、CT-28种国产和进口微载体进行了比较和筛选。确定以Biosilon作为Vero细胞高密度培养的首选微载体。用500mlWheaton搅拌瓶探索影响Vero细胞高密度培养的条件,表明50～60mg/ml的微载体浓度、1～2×10⁶/ml的细胞接种密度、适当的通气(95％O_2+5％CO₂)对该细胞的高密度培养具有重要意义。在200ml培养体积的Wheaton搅拌瓶中,微载体浓度为50～60mg/ml,细胞接种密度为9.24×10⁵/ml,搅拌速度为65～85r/min,经25d培养,Vero细胞密度可达2.34×10⁷/ml,表明50～60mg/ml的微载体浓度对培养细胞没有毒性。接着在1.5L CelliGen生物反应器中进行培养,细胞接种密度为4.98×10⁵/ml,培养体积为1.2L,日灌流量从0.20L逐渐加大到3.65L,经22d连接灌流培养,最终细胞密度可达2.05×10⁷/ml。     

地质封存二氧化碳与深地微生物相互作用研究进展

地质封存将工业和能源相关领域生产活动产生的二氧化碳（CO₂）进行捕集并注入到深部地下岩石构造中,以实现长期储存的目标,是降低温室气体排放、实现CO₂长期封存的重要可行性手段之一。向深部地下地质构造中注入大量CO₂会导致深地环境发生显著变化,进而引起原生微生物活性及群落结构发生明显改变。因此,地质封存CO₂能够直接或间接影响深地微生物驱动的生物地球化学过程。同时,微生物在短期和长期的超临界CO₂（scCO₂）胁迫作用下,也会通过不同的适应性进化方式影响CO₂在地下环境中的迁移、转化和赋存形态。本文介绍了国内外二氧化碳捕获与封存发展现状以及地质封存CO₂影响条件下的scCO₂-水-微生物-矿物的相互作用领域的最新科研进展,并展望了利用深地微生物强化CO₂固定以及将其转化为高附加值产物的潜力。     

热带假丝酵母细胞内pH的测定及其与生长代谢活性的关系

应用荧光探针5(6)-双醋酸羧基荧光素 (Carboxyfluorescein diacetate) 测定了产长链二元酸热带假丝酵母 (Candida tropicalis) 细胞内pH (pHi) 值,确定了该探针载入C. tropicalis细胞的适宜条件。用摇瓶培养C. tropicalis细胞,考察了细胞外pH和生长碳源对pH_I的影响,实验结果表明：细胞外pH对pH_I略有影响,而生长碳源对pH_I的影响略为明显。利用5L发酵罐进一步研究了细胞生长代谢活性与pHi的关系,结果表明：细胞比生长速率、CO₂比生产速率和葡萄糖比消耗速率与pHi变化密切相关,pH_I的增加伴随着细胞生长活力的增加,反之亦然。在pH6.0条件下用葡萄糖和醋酸钠共作碳源培养C. tropicalis细胞时,测得的pH_I值维持在5.72～6.15范围内。     

氮磷对青岛大扁藻和牟氏角毛藻单养和共培养生长的影响

通过实验生态学的方法,分别以KNO3和KH2PO4为氮源和磷源,研究青岛大扁藻(Platymonas helgolandicavar.tsingtaoensis)和牟氏角毛藻(Chaetoceros muelleri Lemmerman)单培养和共培养时的生长状况。结果显示,不同氮磷处理对两种藻的单培养和共培养都有显著影响(P<0.05)。共培养时,青岛大扁藻的最大藻密度与氮磷浓度呈正相关。氮处理时,当培养液中KNO3为110 mg/L时,取得最大值;磷处理时,青岛大扁藻的最大藻密度在KH2PO4为9 mg/L时取得最大值;而牟氏角毛藻分别在KNO3为70 mg/L和KH2PO4为5 mg/L时取得最大值。共培养时两种藻的藻密度都低于单培养。另外,无论低氮高磷还是高氮低磷都不利于两种藻获得较大的终细胞密度。     

杉木人工林不同深度土壤CO2通量

土壤CO₂通量具有明显的时间和空间变异性。土壤温度和含水量是影响土壤CO₂通量的重要因素,同时,不同深度的土壤CO₂通量对温度和含水量变化的响应差异较大,因此,研究土壤CO₂通量和影响因素随土壤深度的变化,对于准确评估土壤碳排放具有重要意义。选择福建三明杉木人工林(Cunninghamia lanceolata)作为研究对象,利用非散射红外CO₂浓度探头和Li-8100开路式土壤碳通量系统,并使用Fick扩散法计算了0-60cm深度土壤CO₂的通量,结果表明:(1)5种扩散模型计算的表层(5cm)CO₂通量与Li-8100测量结果均具有显著相关性(P<0.01),Moldrup气体扩散模型计算结果较好。(2)土壤CO₂浓度随深度的增加而升高,但60cm深度以下土壤CO₂浓度开始降低;不同深度土壤CO₂浓度的日变化均呈现单峰型;0-60cm土壤CO₂通量日通量均值变化范围为0.54-2.17μmol m^-2 s^-1;(3)指数拟合分析显示,5、10cm和60cm深度处土壤CO₂通量与温度具有显著相关性,Q₁₀值分别为1.35、2.01和4.95。不同深度土壤含水量与CO₂通量的相关性不显著。     

不同恢复方式下大兴安岭重度火烧迹地林地土壤温室气体通量

为研究大兴安岭重度火烧迹地在不同恢复方式下林地土壤CO₂、CH₄和N₂O排放特征及其影响因素,采用静态箱/气相色谱法,在2017年生长季（6月-9月）对3种恢复方式（人工更新、天然更新和人工促进天然更新）林地土壤温室气体CO₂、CH₄、N₂O通量进行了原位观测。研究结果表明：（1）3种恢复方式林地土壤在生长季均为大气CO₂、N₂O的源,CH₄的汇;生长季林地土壤CO₂排放通量大小关系为人工促进天然更新（（634.40±246.52）mg m^-2 h^-1） > 人工更新（（603.63±213.22）mg m^-2 h^-1） > 天然更新（（575.81±244.12）mg m^-2 h^-1）,3种恢复方式间无显著差异;人工更新林地土壤CH₄吸收通量显著高于人工促进天然更新;天然更新林地土壤N₂O排放通量显著高于其他两种恢复方式。（2）土壤温度是影响3种恢复方式林地土壤温室气体通量的关键因素;土壤水分仅对人工更新林地土壤N₂O通量有极显著影响（P < 0.01）;3种恢复方式林地土壤CO₂通量与大气湿度具有极显著的响应（P < 0.01）;土壤pH仅与天然更新林地土壤CO₂通量显著相关（P < 0.05）;土壤全氮含量仅与人工促进天然更新林地土壤CH₄通量显著相关（P < 0.05）。（3）基于100年尺度,由3种温室气体计算全球增温潜势得出,人工促进天然更新（1.83×10⁴ kg CO₂/hm²） > 人工更新（1.74×10⁴ kg CO₂/hm²） > 天然更新（1.67×10⁴ kg CO₂/hm²）。（4）阿木尔地区林地土壤年生长季CO₂和N₂O排放量为8.85×10⁶ t和1.88×10² t,CH₄吸收量为1.05×10³ t。     

环境因子对小球藻生长的影响及高产油培养条件的优化

探讨了不同环境条件对小球藻(Chlorella sp.)叶绿素荧光动力学参数以及净光合放氧速率的影响,确定了以L₁海水培养基为基础,以8.8 mmol/L浓度的(NH₂)₂CO为氮源、0.145 mmol/L NaH₂PO₄ · H₂O浓度为磷源,在150 μmol · m^-2 · s^-1光照强度、培养温度为18 ℃的小球藻最优培养条件。在此条件下,明显加快了小球藻细胞的生长速度,促进了油脂和脂肪酸的积累,细胞密度增加24%,油脂和脂肪酸含量分别增加了16.8%和66.6%。在培养液中添加外源柠檬酸(最适浓度以0.06 mmol · L^-1 · d^-1为宜)可以明显提高小球藻的生长速度,促进其脂肪酸的积累。同时也可看出,筛选的小球藻藻种具有生长快、易培养、产油高的优点,可作为生物能源研究的良好材料,为海洋微藻的开发利用奠定了基础。     

鸟氨酸脱羧酶活性微量测定法

本文采用一种简单,微量反应系统,根据 ¹⁴C-鸟氨酸释放的 ¹⁴CO₂量测定鸟氨酸脱羧酶(ODC)的活性,酶反应在置于液闪计数瓶内的玻璃小管中进行,释放的 ¹⁴CO₂被瓶内滤纸片上的海胺吸收。实验结果表明,加酸释放 ¹⁴CO₂后30分钟 ¹⁴CO₂吸收已达最大值,且吸收量与释放量成正比,酶反应测定证明 ¹⁴CO₂释放速度在40分钟内保持恒定。ODC活性与酶浓度呈线性关系,此方法不仅用于ODC活性测定,而且亦可用于其他脱羧酶活性的测定。     

悬浮培养HEK-293 N3S细胞生产重组腺病毒Ad-GFP的实验研究

利用5L生物反应器悬浮培养HEK-293 N3S细胞生产携带绿色荧光蛋白基因的重组腺病毒(recombinant adenovirus-green fluorescent protein,Ad-GFP),为规模化生产腺病毒基因药物建立一种稳定可行的生产工艺。复苏的种子细胞进行逐级放大最后接入5L搅拌式生物反应器中,采用含5％胎牛血清（FBS）的DMEM/F12培基灌流培养293 N3S细胞,当细胞密度达到(2～4)×10⁶个/mL时感染Ad-GFP,48h后收获细胞,经两步氯化铯超速离心获得纯化的Ad-GFP。采用紫外分光光度计比色法和高压液相色谱法（HPLC）测定病毒颗粒数和纯度,采用组织培养半数感染剂量（TCID₅₀）法检测腺病毒的感染滴度。连续培养10～12d,细胞密度可达到(2～4)×10⁶6个/mL左右,纯化的Ad-GFP感染滴度和颗粒数分别为1.0×10¹¹IU/mL和1.68×10¹²VP/mL,比活性为6.0%,A₂₆₀A₂₈₀比值为1.33,产品纯度达到99.2%。建立了5L生物反应器悬浮培养293 N3S细胞生产重组腺病毒Ad-GFP的生产工艺,对携带其他基因的重组腺病毒药物生产具有一定的指导意义。     

大气CO2浓度升高对B型烟粉虱大小、酶活及其寄主的选择性影响

以CO₂浓度升高为作用因子,观测了连续3代饲养在转Bt基因棉(GK-12)和亲本棉泗棉3号(S3)上B型烟粉虱的个体大小、解毒酶活性及第3代烟粉虱的选择性和产卵量。结果表明,CO₂浓度和棉花品种处理对第2、3代烟粉虱卵长、伪蛹大小、雌雄成虫大小的影响均不显著,但CO₂浓度升高使第1代烟粉虱的伪蛹长、雌虫翅展和雌、雄虫长显著低于对照CO₂浓度下生长的烟粉虱;取食S3的伪蛹长、雌虫长和雌虫翅展分别比相应的对照浓度下的低2.81%、2.95%、0.94%,取食GK-12的雌虫翅展和雄虫长均比相应的对照浓度下的低2.08%和2.58%。3种解毒酶的活性测定显示,取食高CO₂浓度处理的转基因棉GK-12上的F3代烟粉虱的谷胱甘肽S转移酶(Glutathione Stransferase, 简称GSTs)活性和取食亲本棉S3的F1代的乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase;简称AchE)的活性分别比对照处理的增加45.73%和27.68%;而羧酸酯酶(Carboxylic Ester hydrolase;简称 CarE)在取食4个处理的棉花上烟粉虱的活性均无显著的差异;而取食对照CO₂条件下GK-12棉花的F1代烟粉虱GSTs活性比取食S3棉花低35.12%。对3个因子的交互分析结果显示,C0₂浓度对3种酶活影响均不显著,品种对GSTs的影响显著,世代、CO₂×品种及CO₂×品种×世代间的交互作用对AchE酶活影响显著,各因子对CarE的活性影响均不显著。烟粉虱的选择实验结果表明,4种处理的F3代B型烟粉虱均喜好选择在高CO₂处理的棉花,而且选择高CO₂处理的GK-12的数量多于其他3个处理,其中对照浓度下生长的烟粉虱选择高CO₂的GK-12比高CO₂处理的S3、对照浓度处理的GK-12 和S3分别增加9.175%, 19.89%、27.93%; 而高浓度下生长的烟粉虱选择高CO₂的GK-12比高CO₂处理的S3、对照浓度处理的GK-12 和S3分别增加12.56%,21.05%,28.73%。72h的产卵量检测发现,烟粉虱在高CO₂处理的2种棉花上的产卵量也是多于对照条件下的棉花,对照条件下的棉花相比,高CO₂和对照浓度下生长的烟粉虱的在高CO₂处理的2种棉花上的产卵量分别增加24.55%和19.03%;在高CO₂浓度下生长的F3代烟粉虱更喜好在高CO₂浓度处理的GK-12上产卵,与对照浓度下的GK-12相比增加26.93%,差异达到显著水平。     

全球CO2 水平升高对浮游植物生理和生态影响的研究进展

工业革命以来由于化石燃料的大量燃烧,大气CO₂水平不断增加,预计在21世纪末将增至现有水平的两倍,达到750 μL/L。作为全球初级生产力的重要贡献者,浮游植物应对CO₂水平升高的生理生态响应必然会对水生生态系统和碳、氮等元素的生物地球化学循环产生重要影响。全球CO₂水平的升高将显著改变水体的碳化学环境,淡水生态系统(湖泊和河流)由于容量小变化比海洋更为显著。水体碳化学环境的改变首先会影响浮游植物个体,在高CO₂水平下,浮游植物的细胞会有变小的趋势,并且细胞的光合作用强度也会有不同程度的增加,其中细胞较小或者不具有碳浓缩机制(CCM)的浮游植物增加较多,此外浮游植物细胞的化学元素计量值也将显著改变。随后浮游植物个体水平上的变化会进一步影响水生生态系统,例如水体初级生产力水平的提高,浮游植物、浮游动物群落结构组成以及水体微食物网结构的变化等。此外浮游植物对CO₂水平升高的生理生态响应程度还与水体的营养水平有关。总结了大气CO₂水平升高对浮游植物生理生态影响的研究方法,展望了未来可能的研究方向。