基于虚拟区域法的黏弹性流体中微生物游动的数值模拟和应用

微生物是自然生态系统的重要组成部分,掌握微生物在复杂流体中的运动特性可以为微型器件的设计制造提供理论指导.壁面效应是微生物游动研究中的重要问题之一,已有研究表明微生物在壁面附近存在复杂的行为特征.然而已有研究大多集中于微生物在牛顿流体中的游动模拟,仅有少数涉及黏弹性流体等非牛顿流体.本文采用直接力虚拟区域法与乔列斯基分解相结合的数值方法,引入Squirmer微生物游动模型,研究了微生物在黏弹性流体中的游动问题.首先给出求解黏弹性流体本构方程的数值格式;并将该方法应用于研究微生物游动中的壁面效应.研究结果表明,游动方向是影响微生物颗粒壁面效应的重要因素.流体弹性应力会对微生物产生一个反向转矩,影响微生物的游动方向,从而阻碍微生物逃离壁面.微生物颗粒在黏弹性流体中与壁面作用时间较长,几乎达到牛顿流体的两倍以上.     

零价铁耦合厌氧微生物法在废水处理中的应用

零价铁(ZVI)与厌氧微生物的耦合是一项很有前景的技术,在难降解有机废水的去除中得到了广泛关注。该耦合技术将ZVI技术的高效性与厌氧生物技术的经济性有效融合,在多元微电场和厌氧微生物协同作用下,有效降低难降解有机物的生物抑制性和毒性。本文综述了此技术处理工业废水的潜在机理、实际应用中主要操作参数及影响条件以及处理含氯化合物、重金属、染料等生物难降解污染物的研究进展。归纳了ZVI与厌氧微生物耦合对上述污染物进行高效去除的研究现状,并对该技术在实际工程应用方面的可行策略进行了展望。     

微生物肥料对西红花生长及代谢物的影响

在大田条件下,研究了重茬净、微生物菌剂、锦能菌宝、自制活性生物肥料4种不同微生物肥料对西红花产量、代谢物和根际微生物生态的影响。结果表明,与对照组相比,施用微生物肥料后,根际土壤中好酸性的细菌呈减少趋势,而嗜中性或碱性的细菌呈增加趋势,4种微生物肥料均能提高西红花有效球比例,表明增施微生物肥料具有缓解西红花连作障碍的功效。同时,增施重茬净、微生物菌剂、锦能菌宝和自制活性生物肥料分别引起2,3,3和13种代谢物含量上调和2,3,2和4种代谢物含量下调。     

干旱胁迫对长雄野生稻根际微生物群落结构的影响

干旱胁迫是影响水稻生产的主要障碍。本研究以6种长雄野生稻(Oryza longistaminata)为材料,采用盆栽控水模拟干旱胁迫,通过16SrDNA高通量测序技术,研究干旱胁迫对长雄野生稻根际微生物群落结构的影响。结果表明:细菌的优势门是变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和酸杆菌门(Acidobacteria),相对丰度分别为24.3%～36.49%、11.94%～20.39%和8.9%～17.83%。古菌的优势门是泉古菌门(Crenarchaeota)和广古菌门(Euryarchaeota),相对丰度分别为0.50%～1.05%,0.17%～0.64%。与空白土壤比较,干旱胁迫后的根际土壤微生物菌群多样性未发生明显变化,但群落组成结构发生显著改变(P<0.05)。在干旱胁迫处理下,酸杆菌门(Acidobacteria)、α-变形菌(Alphaproteobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、放线杆菌门(Actinobacteria)、TM7和泉古菌门(Crenarchaeota)的相对丰度显著升高,而δ-变形菌(Deltaproteobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、OD1、绿菌门(Chlorobi)、螺旋菌门(Spirochaetes)、OP11和NC10的相对丰度显著降低。这些结果表明,长雄野生稻根际微生物能对干旱环境进行响应,发生群落结构改变达到新的平衡,保持同样高的群落结构多样性,来应对干旱环境的变化。     

水体细菌微生物种类快速鉴别方法研究

紫外可见多波长透射光谱包含了细菌微生物对光的吸收和前向散射等信息,能反映细菌细胞的组分、大小以及形态等特征,具有细菌种属的特异性,可应用于细菌微生物的快速种类鉴别。以水体中常见细菌微生物为研究对象,实验测量了大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌以及肺炎克雷伯菌的紫外可见多波长透射光谱,简要分析了不同种类细菌微生物的多波长透射光谱特征;研究了透射光谱与支持向量机多向量分析方法相结合的水体细菌微生物快速识别方法,利用基于网格搜索法的训练集内部交叉验证获取建模所需最佳惩罚因子C和核函数参数g,根据最优参数和LibSVM一对一多分类法建立细菌快速分类鉴别模型。利用不同株实验细菌的透射光谱作为测试集对所建模型进行识别正确率的验证,结果表明,所建立的快速分类鉴别模型可以对选取的大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌以及肺炎克雷伯菌进行快速种类识别,识别正确率为100%;分类鉴别模型对不同大肠杆菌亚种的测试集识别正确率为100%,证明该模型对细菌属间鉴别具有较好的稳定性。不仅可为饮用水源细菌微生物的快速识别预警提供方法,而且可在生物医学方面作为细菌微生物鉴别的一种简便、快速、准确的手段。     

微生物阳极燃料电池极性反转现象研究

本文在构建出微生物阳极燃料电池系统的基础上,研究了微生物燃料电池极性反转现象. 实验表明,由活性污泥混合菌源接种的微生物阳极在电极表面形成电化学生物膜,但平行构建的微生物阳极燃料电池系统在内阻、输出电压和放电时长等方面存在着不同程度差异. 在串联微生物燃料电池组中,放电操作会导致性能较差的微生物单电池首先出现极性反转. 电极电势测量表明,较高的放电电流使微生物阳极电势迅速正移,导致电池系统出现极性反转. 在室温范围内,温度升高可使MFC承受较高的放电电流,不易发生极化. 燃料物质缺乏时,MFC易发生极性反转,但过高的电流仍能使燃料物质充分的MFC出现极性反转. MFC极性反转会对微生物阳极性能造成影响. 极性反转时间较短(<5 min),对微生物阳极影响不大,但延长极性反转时间,会导致微生物阳极性能下降.     

硫化锰夹杂溶解和微生物存在对不锈钢管发生点蚀

结合发电厂凝汽器不锈钢管内壁腐蚀部位分布规律和腐蚀外貌特征,分别对腐蚀部位沉积物、内壁蚀孔附近管材成分进行扫描电子显微镜观察和能谱分析,探讨了管材中MnS溶解与微生物对凝汽器不锈钢管腐蚀的电化学反应机理,发现二者在点蚀形成过程中具有协同作用,并在综合分析影响不锈钢腐蚀的各种因素的基础上,提出了不锈钢凝汽器在运行过程中应采取的防护措施。     

电池300余年的发展史

从300多年前“伏打电堆”的诞生之日起,电池便成为人类社会不可或缺的重要部分,能源短缺以及环境问题使人们一直在不停地寻找新的电池,也更进一步加速了电池的发展。本文介绍了各种最新电池的发展历史及其原理和用途,并对电池的未来发展做出展望。     

基于多波长透射光谱法的水体细菌微生物检测能力初步研究

搭建的水体细菌微生物多波长透射光谱快速测量实验系统,实验获取了肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在不同浓度下220～900 nm范围内的多波长透射光谱,研究建立了三种细菌基于不同波长点及全光谱波段的浓度校准曲线,计算了肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的检测限,并与紫外-可见分光光度计测量分析结果进行了对比。结果表明,实验系统与紫外-可见分光光度计测量光谱线性相关系数在0.999 8以上,具有非常好的一致性,且30次光谱信号采集时间仅需15 s;基于实验系统分析得到三种细菌在220,258,300,350,400,450,500和550 nm不同波长点以及全光谱波段的检测限结果均优于紫外-可见分光光度计,且利用多波长透射光谱全光谱波段计算得到的细菌检测限均最低,其中：肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的检测限分别为1.60×104,1.06×104和1.16×104 cells·mL-1。研究结果为进一步发展水体细菌微生物的多波长透射光谱快速定量检测技术提供了基础数据。     

甘油在微生物代谢合成及生物催化中的应用

生物柴油是一种可再生能源,因其可替代石油来源的柴油而日益受到重视。随着生物柴油工业的蓬勃发展,其制备过程中的主要副产物甘油出现明显的产能过剩。作为一种廉价的清洁资源,甘油的深度开发和利用既是发展生物柴油工业的关键,也符合绿色化学的发展要求。近年来,甘油不仅作为重要的起始原料用于一些高附加值化学品的制备,而且因其独特的理化性质和易降解、生物相容性好等特性,在生物催化和绿色溶剂领域的应用研究日趋活跃。本文主要综述了甘油在工业微生物发酵、生物合成和绿色溶剂领域的研究进展,并就其应用中存在的一些问题,如甘油原料品质和微生物利用效率等进行分析,同时展望了甘油在生物催化领域的应用前景。