微生物细胞电镀磁性金属化研究

本文以钝顶螺旋藻细胞为模板,通过电镀工艺在其表面沉积磁性合金来制造螺旋形磁性微粒,对微生物细胞电镀磁性金属化工艺进行研究.通过光学显微镜、扫描电子显微镜、电子能谱、X射线衍射、振动样品磁强计等对电镀磁性化后螺旋藻的细胞形态、表层成分、相结构及静磁性能进行观察与分析.结果表明螺旋藻细胞经电镀处理后表面包覆上一层不含非金属相的铁磁性材料,实现了微生物细胞电镀磁性金属化,这为生物约束成形技术提供了新工艺.在金属化过程中,微生物形体保持良好,细胞表面镀层厚度均匀,镀层为面心立方结构的NiFe合金,颗粒具有软磁特性.此外,对微生物细胞电镀磁性金属化工艺过程的电化学反应机理进行了分析,表明NiFe合金在微生物表面的沉积为异常共沉积.     

自然光照条件下可再生的微生物燃料电池阴极体系

本文中采用多碘离子(I3-)为阴极电子受体,利用碘离子(I-)可以在太阳光照条件下跟氧气生成多碘离子的特性,提出并构建了可利用太阳光进行循环再生的微生物燃料电池阴极体系;并在太阳光照条件下对多碘离子的再生特性及其再生特性对电池性能的影响进行了实验研究.结果表明,多碘离子做阴极电子受体时的微生物燃料电池的性能要明显高于铁氰酸钾(K3[Fe(CN)6])为电子受体时的性能;并且在太阳光照条件下,多碘离子可以利用太阳能快速循环再生,是一种较合适的微生物燃料电池阴极受体.同时实验发现多碘离子浓度对微生物燃料电池性能有很大影响,在本实验条件下,多碘离子浓度越高,微生物燃料电池性能越好;并且通过线性扫描实验可知,在自然光照条件下,多碘离子向阴极表面的扩散是影响微生物燃料电池性能的主要因素.     

分子生物学技术在环境微生物研究中的应用

随分子生物学和遗传工程技术的迅速发展，已存在对微生物进行遗传操作而促进微生物在环境生物技术中的应用。本文较系统地概述了与环境微生物密切相关的分子生物学技术，如核酸探针检测技术，利用引物的PCR技术，基因重组技术，基因芯片技术，以及这些相关技术在环境监测、环境污染的防治和环境基因工程菌的稳定性和安全性评估中的应用。结果表明，分子生物学技术在研究环境微生物中发挥了重要的作用。     

沉积型微生物燃料电池效能的影响因素研究进展

沉积型微生物燃料电池是一种利用微生物催化氧化作用处理水体沉积物的原位修复方法。本文综述了影响其效能的影响因素:电极、底物的预处理和传质、水体、微生物及外电阻,并对如何从这些方面进一步提高效能进行了展望。     

电化学红外光谱解析五氯酚的阴极微生物还原脱氯机制

通过构建基于恒电位(0,-200,-500,-800 mV vs. SCE)的生物电化学系统,考查了污染土壤五氯酚(pentachlorophenol, PCP)脱氯效率、阴极生物膜的电子吸收能力以及电活性物质种类;借助原位电化学红外光谱和二维相关光谱手段解析了参与PCP阴极还原脱氯的氧化还原活性基团及可能的电子传递途径;通过16S r RNA基因测序技术分析了微生物群落结构对不同恒电位的响应变化.结果表明:(1)-500 mV电位刺激下的PCP微生物还原脱氯效率分别是0和-200 m V电位下的5倍以及-800 mV的1.8倍,最高生物电流(约45μA)也高于其他电位处理(0～35μA),说明-500 mV电位刺激下的阴极生物膜电子吸收能力和PCP还原脱氯效率明显优于其他电位处理;(2)-500 mV电位下的CV曲线中氧化还原峰位于-250和-450 mV(vs. SCE),该物质可能是参与PCP还原脱氯的主要电化学活性物质;(3)-200,-500和-800 mV电位下形成的电活性生物膜参与PCP还原脱氯,对阴极电子传递响应最迅速的主要氧化还原活性成分分别是氨基III、细胞色素和腐殖酸,-500 mV电位下细胞色素可能介导了更高效的电子传递,从而导致PCP的微生物还原脱氯效率明显优于其他电位处理;(4)不同电位下微生物群落结构差异显著,-500 mV电位下的优势微生物为丛毛单胞菌(Comamonadaceae),可能是驱动PCP阴极还原脱氯的重要功能微生物.该研究初步解析了参与PCP阴极还原脱氯的优势微生物及重要氧化还原活性成分,为PCP的高效降解及污染环境的治理提供了理论支撑.     

微生物多糖的应用研究进展

微生物多糖以其安全、无毒、理化性质独特等优良特性,被广泛地应用于工业生产中,具有较强的市场竞争力和广阔的发展前景.本文主要介绍了微生物多糖的来源及其在食品、医药、环境等方面的应用.     

微生物细胞溶胶-凝胶法磁性化研究

以微生物细胞为模板可制备具有多样形状的磁性或导电微颗粒．本文探讨微生物细胞溶胶一凝胶法磁性化的可行性,以尺寸在微米级的具有天然螺旋形体的微生物材料螺旋藻的细胞为模板进行细胞溶胶．凝胶法包覆磁性材料铁氧体的工艺研究,并通过光学显微镜、扫描电镜、电子能谱、透射电镜、X射线衍射对其细胞形态、表层成分、相结构进行观察与分析．结果表明,螺旋藻细胞经溶胶．凝胶处理后表面能包覆上铁氧体材料;其天然螺旋形体可保持良好,得到的单体表面磁性层厚度、成分基本均匀,在文中试验条件下,细胞表层铁氧体为立方尖晶石结构的Fe3O4;还可观察到细胞内部有纳米颗粒产生,同时细胞间横壁也有沉积．还探讨了微生物细胞溶胶．凝胶法磁性化工艺过程的物理化学反应机理．     

不同电子受体诱导活性污泥生物质内源减量

活性污泥法是世界上应用最广泛的污水处理工艺.该工艺在净化水质的同时会产生大量的剩余污泥,而剩余污泥处理处置已成为该工艺发展的瓶颈.尽管现有污泥减量技术能够降低污泥产量,但是这些技术自身涉及能量和化学品的消耗,有悖于可持续污水处理的理念.在新陈代谢中,细菌合成取决于电子传递过程中所产生的能量(三磷酸腺苷ATP).不同电子受体因电子传递路径差异导致能量产率不同而影响细菌产率.本研究基于上述分析,以低溶解氧活性污泥工艺为研究对象开展不同电子受体诱导污泥减量性能与机制研究.在低溶解氧下的活性污泥微生物种群结构中, 29.7%的微生物为缺氧菌,这些缺氧菌能够利用NO_x~-为电子受体.基于热力学电子当量模型及电子传递模型推导出:微生物利用NO_x~-作为电子受体时的能量(ATP)产量仅为以O_2为电子受体时的2/3.胞外蛋白质组学揭示:低溶解氧系统中,微生物胞外蛋白中涉及电子传递和质子传递的蛋白丰度为8%和4%;而传统活性污泥系统中这个比例仅为2.9%和2%. NO_x~-作为电子受体时,更多的蛋白参与了电子传递过程.在低溶解氧系统和常规活性污泥系统中具有氧化还原催化活性的蛋白占23.7%和10.7%.这证实微生物以NO_x~-作为电子受体时电子传递活性更加活跃.电子受体的改变诱导了分解代谢与合成代谢之间的基质分配发生变化,微生物以NO_x~-作为电子受体参与细胞合成的电子供体fs明显小于O_2为电子受体的值.微生物以NO_x~-作为电子受体时,更少的能量和物质用于细胞合成,更多的能量被耗散掉.在无需额外的能量和资源消耗下,低溶解氧活性污泥系统获得15.4%的污泥减量效率.本研究成功地诱导微生物转换电子受体实现污泥减量.     

电力电子学中的脉冲功率瞬态过程及其序列

在电力电子变换器应用过程中, 经常出现各种形式的失效和损坏. 实践表明多数的损坏与瞬态能量过于集中有关. 针对电力电子变换器的物理特征, 从电磁能量变换的角度提出脉冲功率及其序列是电力电子变换技术的基础的观点. 分析了电力电子装置中的开关器件、导电电路和控制系统中的脉冲功率瞬态过程, 并以在高压大容量样机中的试验中发现的一些脉冲现象为基础予以阐释. 基于电力电子学中的脉冲功率瞬态过程研究, 对于解决电力电子装置中出现的器件失效、装置损坏等问题具有极为重要的理论和实际应用意义, 并将成为今后电力电子领域内的一个重要的研究方向.     

土壤农药降解微生物及其作用机理

化学农药在土壤中残留造成的环境污染和给人类健康带来的危害日益严重,土壤微生物在土壤残留农药降解中起着关键作用,利用微生物来降解农药可以保障土壤的健康发展.本文从土壤残留农药的种类、降解农药的微生物类群、微生物降解农药的机理、微生物降解的影响因素等方面进行了综述,并且对土壤农药微生物降解的研究趋势提出了自己的观点.     

环境微生物的分子生物学研究方法

本文介绍了在环境微生物生态研究中的分子生物学方法如分子杂交，聚合链式扩增技术PC震，rRNA基因同源分析法，新型凝胶电泳技术，生物醌谱图法等和应用。这些技术的使用将大大扩展微生物生态学研究的空间，并使得在分子水平研究生态问题的机制成为可能。     

微生物细胞热分解法磁性化研究

生物约束成型技术是把微生物学、材料学、制造学等有机紧密结合产生的一种制备具有多样形状磁性或导电微颗粒的新技术．本文探讨热分解法生物约束成形技术的可行性,以尺寸在微米级天然具有螺旋形体的螺旋藻的细胞为模板,根据五羰基铁受热分解的原理,研究在其表面包覆纯铁的工艺,并通过光学显微镜、扫描电镜、电子能谱、透射电镜、X射线衍射对颗粒形态、表层成分、相结构进行观察与分析．结果表明,在螺旋藻细胞经热分解五羰基铁包覆处理后,表面有一层铁颗粒沉积;其螺旋形体保持良好,得到的单体表面磁性层厚度、成分基本均匀;文中试验条件下,螺旋形羰基铁颗粒经700℃热处理后变为α-Fe;还探讨了微生物细胞热分解法金属化工艺过程的物理化学反应机理．     

混合菌--一类值得重视的微生物资源

在微生物学发展的历程中,分离纯培养曾经是一个巨大的进步,但是,在长期的实验和生产实践中,人们也不断进发现很多生物过程是单株微生物不能完成或只能微弱地进行,必须依靠两种或两种以上的微生物共同培养完成。混合菌资源已渐为人们所重视。本文概述了近年来混合菌资源应用研究进展。     

烟草连作对旱地土壤微生物及酶活性的影响

测定了烟草不同连作年限的旱地土壤中微生物数量、活度及酶活性.结果 表明,连作8年以下的旱地土壤中的好气性细菌、厌气性细菌、放线菌及真菌的数量随连作年限增加而有上升趋势,连作8年以上的微生物数量却有下降趋势.烟草连作对旱地土壤的细菌数量影响最大,对真菌数量的影响次之,对放线菌数量的影响最小.烟草连作对旱地土壤微生物活度及土壤酶活性的影响不大.烟草长期连作将改变土壤微生物的数量及多样性,会影响连作病害的发生,不利于土壤生态系统的健康发展.     

稻草还田翻耕对水稻土微生物及酶的影响研究

稻草直接还田是一条合理利用秸秆资源齐地培肥的有效途径.为了探明翻耕条件下秸秆还田量对土壤生物学特征的影响,为制定舍理的秸秆还田量,用于早稻秸秆还田培肥土壤,减少环境的污染和保障农业的可持续性发展,进行了0%、33%、67%、100%早稻秸秆连续2年覆盖翻耕对水稻土微生物及酶活性的影响研究.结果表明:经过稻草翻耕还田后,稻田土壤的生物学性状得到了一定程度的改善.不同的稻草还田量对土壤微生物数量、微生物活度、土壤酶活性以及土壤微生物作用强度的影响存在差异,33%和67%稻草还田量较0%和100%稻草还田更能改善稻田土壤质量.     

兽用抗生素在土壤中的环境行为、生态毒性及危害调控

长期以来,集约化畜禽养殖行业广泛使用抗生素来预防和治疗传染性疾病或促进动物生长,导致其随畜禽粪便大量地进入农田土壤中,造成一系列的生态毒理效应,以及诱导抗性细菌和抗性基因的产生和增长,对人类健康带来潜在威胁.本文系统综述了兽用抗生素在土壤环境中的迁移和降解行为与机理,对植物、土壤动物与微生物的毒性效应,以及抗生素危害调控方法及其机理.抗生素在土壤中的环境行为主要包括吸附/解吸、微生物降解与非生物降解,它们与土壤的理化性质(pH、有机质含量等)以及抗生素本身结构和化学性质(官能团、疏水性等)密切相关.抗生素对植物、土壤动物与微生物的毒理效应主要取决于抗生素的种类和浓度以及土壤的理化性质等.抗生素在堆肥和厌氧消化过程中主要通过微生物降解和水解被去除.此外,畜禽粪便中的抗生素还可通过高温热解的方式被高效地分解.生物炭和石墨烯基复合材料则可以通过氢键、表面络合、静电作用、离子交换等作用吸附固定土壤中的抗生素,调控其危害.在对当前研究进展总结的基础上,本文提出了抗生素污染研究中尚待解决的重要问题,并对未来的研究方向作出展望.     

微生物细胞金属化工艺研究

为生物约束成形加工制备单体, 对微生物材料固囊酵母菌和蜡状芽孢杆菌细胞的化学镀镍磷工艺、细胞形态、镀层成分和相结构进行了研究. 结果表明细胞壁厚的固囊酵母菌金属化后不破裂、不变形；蜡状芽孢杆菌在适当镀层厚度下仍能保持原来形状；镍磷镀层成分及厚度均匀, 为非晶态结构. 还探讨了菌体金属化工艺过程的化学反应机理.     

化学反应和结晶控制的电化学储能电极材料

电化学储能材料的微结构、尺寸、形貌等特征直接影响着电化学储能设备的性能,例如能量密度、功率密度、寿命等.因此,合成高电化学活性的电极材料是储能设备性能的重要制约因素.在电极材料的合成过程中,化学反应是材料合成的第一个步骤,然后经过结晶过程最终得到电极材料.通过控制化学反应和结晶过程,可以得到具有不同活性的电极材料.电极材料制备过程中的化学反应以及电能储存过程中的电化学反应都是本文要研究的问题.虽然在材料合成方面取得了巨大的进步,能够合成各种不同形貌、结构和性能的电极材料,但是对化学反应如何控制材料的结晶、结晶过程如何影响材料的电化学性能以及电极材料和电化学活性的对应关系,依然缺少深入的理解.本文通过研究反应控制的结晶过程以及结晶影响的电化学性能,揭示化学反应-结晶、结晶-电化学性能和化学反应-电化学性能的关系,以及提高储能材料综合性能的途径.     

种植模式对稻田土壤微生物数量及活度的影响

为了明确种植模式对稻田土壤微生物的影响情况，进行了少耕和翻耕时不同种植模式对稻田土壤微生物数量及活度的影响研究，结果表明：种植马铃薯、紫云英、黑麦草、油菜、小黑麦等冬季作物能够不同程度的影响土壤中微生物的数量与活度，影响程度可以表示为马铃薯〉黑麦草〉小黑麦〉紫云英〉油菜〉冬闲。在晚稻收割期，少耕土壤中的好气性细菌、厌气性细菌、真菌、放线菌数量都多于翻耕土壤。早稻收割期翻耕比少耕的微生物活度略高，而晚稻收割期翻耕比少耕的微生物略低，这与所测的几类微生物数量的基本变化规律是一致的。少耕能激活土壤中的微生物，改良土壤。     

十壤与箭竹群落的互动关系研究进展

由于箭竹独特的生物学特性及其对亚高山森林生态系统功能的影响和作为大熊猫主食竹的保护生物学意义,大熊猫主食竹生态学的研究受到了国内外学者的广泛关注.但迄今为止,有关箭竹生态学的研究主要集中在箭竹群落地上部分的研究,而有关土壤生态条件对箭竹群落的生长、演替和开花影响的研究报道还相当少见.因此,建议在未来的箭竹生态学研究中加强以下几方面的研究(1)土壤养分库及其有效性与箭竹群落生长和演替之间的互动过程;(2)通过控制实验检验"箭竹开花机理的养分假说";(3)箭竹群落土壤生态过程.