碳纳米管固定化纤维素酶的最佳工艺研究

纤维素酶在环保、医药、食品等领域都具有广泛的应用前景,但由于纤维素酶的生产成本较高,生物活性较低,使得纤维素酶的应用受到了限制。为了寻找一种固定化纤维素酶的方法,使酶可以重复多次使用,首次以多壁碳纳米管为载体固定化纤维素酶,研究功能化的多壁碳纳米管固定化纤维素酶的固定化条件,采用正交试验对酶固定化中的主要条件进行优化,并通过傅里叶变换红外光谱仪对多壁碳纳米管（multiwalled carbon nanotube,MWCNTs）、纤维素酶及固定化纤维素酶的结构进行表征。结果表明,固定化纤维素酶的最佳工艺条件为：酶浓度5 mg·mL-1,温度40 ℃,pH 5.0,固定化时间3 h;通过傅里叶变换红外光谱证实纤维素酶成功固定到多壁碳纳米管上。     

新疆特色药食两用植物恰玛古内生放线菌的分离与鉴定

恰玛古（Qamgur, Brassica rapa L.）内生菌的研究主要集中在内生真菌,内生放线菌的研究报道较少。通过研究新疆药食两用植物恰玛古内生放线菌多样性,以期发现产新活性物质的放线菌或新种放线菌,为研究微生物药物奠定基础。从恰玛古根、茎和叶三个部位分离培养获得内生放线菌,对其菌落与个体形态进行观察,并利用序列测定方法进行鉴定,以获取其分类地位。从恰玛古三个部位共分离得到17株内生放线菌,其中12株为革兰氏阳性杆菌,3株为革兰氏阳性球菌,2株为革兰氏阳性丝状菌;17株内生放线菌分属于红球菌属（Rhodococcus）、拟诺卡氏菌属（Nocardiopsis）、链霉菌属（Streptomyces）、短杆菌属（Brevibacterium）、小短杆菌属（Brachybacterium）、两面神菌属（Janibacter）和微杆菌属（Microbacterium）。从新疆药食两用植物恰玛古中分离获得17株内生放线菌以稀有放线菌为主。     

稻田除草剂二氯喹啉酸降解菌15#的分离、鉴定及降解特性

[背景] 二氯喹啉酸（Quinclorac,QNC）是一种高选择性、激素类、低毒性除草剂,主要用于防治稻田稗草,持效期长,易于在土壤中积累而影响后茬作物的生长发育,而且环境中残留的QNC可对动物生长发育产生不良影响,并影响微生物的群落结构和丰度。[目的] 从稻田土壤中分离筛选出一株可降解除草剂QNC的菌株,鉴定并明确其降解特性。[方法] 通过形态学、生理生化试验、磷脂脂肪酸（Phospholipid Fatty Acid,PLFA）微生物鉴定、16S rRNA基因测序及分析鉴定菌株。通过单因素实验探究菌株的降解特性。[结果] 筛选得到一株编号为15^#的QNC降解菌,被鉴定为无色杆菌属菌株（Achromobacter sp.）。降解特性研究结果表明,菌株15^#的最佳培养条件为：30℃、pH为6.0、初始QNC浓度为100 mg/L、接种量为7%、添加质量分数为0.1%的酵母浸粉、氮源为蛋白胨,在此条件下培养21 d后QNC的降解率可达43.0%。[结论] 筛选到降解QNC新菌株并为该菌株的进一步研究提供理论基础。     

高寒草地土壤温室气体排放对放牧的响应研究进展

高寒草地生态系统具有独特的地理环境和气候特征,对放牧干扰十分敏感,在全球温室气体通量中贡献突出,研究高寒草地放牧对土壤温室气体排放的影响机制具有重要意义。本文总结高寒草地温室气体源/汇特征、不同放牧方式对土壤微环境和微生物群落结构的影响,发现高寒草地主要是CO₂源、CH₄汇、N₂O源。放牧通过家畜选择性采食、践踏和排泄物返还等多重机制作用于地上植物、土壤结构、温度、湿度和养分,进而影响地下微生物及温室气体通量。本文旨在为高寒草地生态系统健康发展和管理及缓解全球气候变化提供科学依据,并对未来研究方向进行展望。     

限制性内切酶Mlu I蛋白及其硒代衍生物的制备

【背景】限制性内切酶Mlu I是一种常用的工具酶,在分子生物学领域发挥着重要的作用,其三维结构尚未被解析。【目的】在大肠杆菌中克隆表达、纯化重组Mlu I蛋白及其硒代蛋白,并进行结晶条件的研究。【方法】构建重组表达载体pET28b-Mlu I,在大肠杆菌BL21(DE3)pLysS中诱导表达,利用亲和层析和凝胶过滤层析纯化重组Mlu I蛋白和硒代Mlu I蛋白。对蛋白进行质谱检测、圆二色谱检测以及酶活检测,利用坐滴法进行结晶条件的筛选。【结果】构建了重组表达载体pET28b-Mlu I并纯化获得达到结晶纯度的蛋白,通过质谱检测确定硒代Mlu I蛋白中的8个甲硫氨酸全部被取代,结合酶活测试及圆二色谱检测确定了硒代对Mlu I蛋白的活性、结构无明显影响。采用坐滴法进行初步的晶体生长研究,重组蛋白目前已在1种条件下获得针状晶体并进行初步衍射,获得分辨率在0.32 nm左右的衍射数据。【结论】Mlu I蛋白及硒代Mlu I蛋白纯化体系的构建和结晶条件的研究,可为下一步解析Mlu I三维结构、作用机制的探讨及定向改造奠定基础。     

长白山林线过渡带树岛土壤微生物群落结构和生态功能

林线过渡带是指从郁闭森林上限到树种分布上限之间的区域,过渡带内生物多样性丰富,生态系统结构、功能和生态过程在很小的海拔梯度内发生剧烈变化,因此对全球气候变化和人类活动极为敏感。树岛是在林线过渡带内出现的斑块状或条带形不连续分布的树木集群,树岛内生存的树木通常能达到与较低海拔郁闭森林同样的高度和胸径,因此揭示树岛这一特殊生境的生态特征及其形成机制,对于预测未来气候变化下林线动态具有重要意义。以长白山岳桦林线过渡带一大型树岛作为研究对象,测定了土壤理化性质和土壤酶活性,采用宏基因组测序技术分析了微生物群落结构组成和功能基因丰度,通过与同海拔的开阔区生境进行对比,揭示了树岛这一特殊生境的土壤微生物群落结构特征和潜在生态功能,从土壤养分和土壤微生物学角度,阐明树岛形成的可能驱动机制。结果表明,树岛土壤的含水量、总碳、总氮和微生物生物量显著高于同海拔开阔区（P<0.05）,与微生物r-策略相关的生理生化和遗传学指标,包括纤维素酶活性、放线菌相对丰度、与转录、防御、控制细胞周期相关的基因丰度、小分子碳降解基因丰度,均高于开阔区（P<0.05）。相反的,与微生物K-策略相关的指标,包括酸杆菌相对丰度、大分子碳降解基因相对丰度低于开阔区。揭示了树岛土壤微生物学特征,并从土壤微生物组学角度探讨了树岛形成的潜在机制,认为树岛内土壤养分增加并导致微生物群落r-策略倾向,这种变化反过来也可能促进树岛进一步扩大,进而影响林线动态。     

荒漠草原向灌丛地转变过程中两种优势植物种子萌发及阈值特征

选取宁夏荒漠草原人为灌丛地转变过程中的两种优势种沙芦草（Agropyron mongolicum）和柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）为对象,利用不同浓度PEG条件下的种子萌发特性来探究其在干旱胁迫下植被更新萌发特征,结果表明：柠条锦鸡儿平均初始萌发时间早于沙芦草14 h,且柠条锦鸡儿吸水率低于沙芦草,分别为201.21%、293.43%;柠条锦鸡儿和沙芦草种子萌发率和萌发速率均随渗透势的升高呈先上升后下降趋势,且均在-0.02 MPa时萌发率最高,分别为28.67%、44.67%,在-1.2 MPa时最低,分别为6.67%、1.33%;两者萌发速率均在-0.02 MPa时达到最大,分别为12.84%、9.52%,且柠条锦鸡儿起始萌发天数少于沙芦草1-4 d;通过S型生长曲线和线性模型模拟种子萌发水势和萌发率关系,分析得出柠条锦鸡儿萌发水势阈值范围为-0.3--0.86 MPa、沙芦草为-0.3--0.65 MPa,灌木柠条锦鸡儿种子萌发水势阈值范围低于多年生禾草沙芦草。以上结果表明灌丛引入下的荒漠草原在未来干旱条件下,其灌丛柠条锦鸡儿种子在植被更新中较沙芦草更具萌发优势。     

新疆卡拉麦里山有蹄类野生动物自然保护区啮齿动物群落多样性及其与环境因子的关系

啮齿动物的群落结构受生态环境特征影响,并能反映环境变化规律。为探讨啮齿动物群落多样性及其与环境因子间的关系,利用铗捕法获得了新疆卡拉麦里山有蹄类野生动物自然保护区9种生境类型的环境因子及啮齿动物群落结构数据。2019-2020年春、夏季,共布设样地291块,有效铗日55269个,调查总面积176.875 km²,记录了啮齿类分布的12个环境因子。捕获啮齿动物419只,分属1目4科10属12种,优势种为三趾跳鼠（Dipus sagitta）和五趾跳鼠（Allactaga sibirica）,分别占捕获总个体数的34.13%和27.68%。分析结果显示,卡山自然保护区啮齿类捕获率最高的生境类型为沙漠（2.18%）;捕获鼠种的主要分布型为耐旱型（98.09%）。12个环境因子在9个生境类型中均呈极显著差异（P<0.01）,说明该保护区啮齿动物分布的生境异质性高。冗余分析表明,海拔高度、植被种类、灌木盖度和灌木高度是决定啮齿动物群落结构最主要的4个环境因子,其中植被种数与啮齿类群落多样性呈正相关,随着植被种数数值的增加,除优势度指数外,其它多样性指数随之增加。     

基于残差注意力网络模型的浮游植物识别

浮游植物作为水生态系统中最重要的生物组成部分之一,对水环境敏感,在水环境监测中得到了广泛的关注。然而水生环境复杂多样,准确高效地识别浮游植物是监测工作中的一大挑战。当前浮游植物识别方法可分为经典形态学分类、分子标记和人工智能图像识别三类。前两种方法已被广泛采用,但费时费力,不利于监测机构的大规模应用和推广。同样,利用图像进行自动化分类难以在高准确率与高效率上达到平衡。深度学习技术的发展为此提供了新思路。本文提出一种新的深度卷积神经网络RAN-11。该网络以残差注意力网络Attention-56和Attention-92为基础,凭借通道对齐融合主干上的底层特征与顶层特征,通过调整注意力模块和残差快个数以精简结构,并引入了Leaky ReLU激活函数代替ReLU。以太湖11个优势属共计1036张图像为数据来源进行对比验证。除星杆藻外,RAN-11对单一优势属的的查准率都在90%以上,并且有5个优势属达到100%的查准率。RAN-11的识别准确率为95.67%,推理速率为41.5帧/s,不仅比Attention-92（95.19%的准确率,23.6帧/s）更准确,而且比Attention-56（94.71%的准确率,41.2帧/s）更快,真正兼顾了准确率与效率。研究结果表明：（1）RAN-11在查准率、准确率和推理速率上优于原始残差注意力网络,更优于以词包模型为代表的传统图像识别方法;（2）融合多尺度特征、精简网络结构和优化激活函数是提高卷积神经网络性能的有力手段。建立在经典分类基础之上,本文提出新的残差注意力网络来提升浮游植物鉴定技术,并构建出浮游植物自动化识别系统,识别准确率高、易于推广,对于实现水体中浮游植物的自动化监测具有重要意义。     

三峡水库坝下江心洲植物群落及其性状对不同水淹强度的响应

三峡水库的运行,改变了其坝下游的水沙情势,使坝下游沙洲生境呈现出明显的水淹强度梯度变化。阐明这一梯度变化下沙洲植被组成、分布和性状结构特征,是理解植被与沙洲稳定关系的基础,更是阐明三峡工程对长江中下游地区生态环境影响的核心内容之一。选取上荆江河段第一个江心洲-太平口心滩作为研究样地,通过植被组成和分布特征的调查,对不同水淹强度下群落物种组成、多样性和功能特征进行了深入分析。结果表明：太平口心滩植被组成以草本植物为主,稀布小型灌木川三蕊柳。调查共记录物种21科33属39种,以禾本科和菊科植物为主要优势种。轻微（20-40 d）和极强水淹强度（100+d）条件下的生境物种组成同其他水淹强度生境具有显著性差异,轻微水淹强度下牛鞭草和节节草为主要优势种,极强水淹强度下虉草为主要优势种。不同水淹强度下物种多样性指数差异显著,功能多样性指数和生物多样性指数趋势基本一致。随着水淹时间的延长,植被更倾向于表现出花果期位于出露期、植株高度更加低矮、须根系、进行营养繁殖的功能性状。江心洲植被的群落结构和功能性状特征都在水淹梯度下呈现出明显的梯度变化特征。这些研究结果表明水淹强度的梯度变化是沙洲植物群落变化的重要驱动因子,为进一步研究沙洲植物群落动态变化以及沙洲植被协同演替机制,明晰大坝影响下的生态环境变化提供重要依据。