粘土矿物参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物的结构特征研究

粘土矿物在催化木质素形成腐殖质方面具有重要贡献。为有效阐明微生物-木质素-粘土矿物三者间的关系，探明矿物-菌体残留物的结构特征，采用液体摇瓶培养法，以木质素为碳源，通过添加高岭石和蒙脱石，在接种复合菌剂后启动110 d液体培养，期间动态收集矿物-菌体残留物，利用傅里叶红外光谱及扫描电子显微镜技术对其结构特性进行了研究。结果表明：高岭石颗粒边缘多由管状体卷曲而成，在参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物后，连片状细小颗粒结构进一步团聚，结合更加紧凑，短管状结构增多，但整体仍保持多水高岭石的结构特征；在初始富营养条件下，高岭石能够促进微生物繁衍，使大量菌体聚集于高岭石表面，掩蔽了Si-O和Si-O-Al键，且矿物-菌体残留物中脂族碳结构比例增加；菌体中多糖物质通过含氧官能团与高岭石表面的水化层在多个部位形成氢键，氢键的形成对于高岭石稳定木质素及其降解产物具有重要作用，芳香碳结构比例和多糖类物质含量随培养时间逐渐增加，而后复合菌株对掩蔽在矿物表面的菌体进行二次利用，使高岭石Si-O-Al键重现；蒙脱石多由浑圆的颗粒结构组成，接种微生物可使其表面产生溶蚀，团粒结构遭到破碎；与10 d相比，历经30 d培养所得矿物-菌体残留物中的多糖类物质增多，使原本归属蒙脱石Si-O-Si及Si-O结构的1 034~1 038 cm-1处吸收峰强度增加，而后因多糖类物质与蒙脱石表面羟基发生缔合，又使该处吸收峰强度减弱，同时发生了氢键键合，该作用是蒙脱石-微生物-木质素间相互作用、形成矿物-菌体残留物的主要机制；高岭石在稳定有机碳方面的能力要高于蒙脱石，更易促进HS前体物质的形成。     

FTIR及SEM诊断铁铝锰氧化物参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物的结构特征

铁铝锰氧化物催化木质素形成腐殖质具有重要作用。为阐明微生物-木质素-铁铝锰氧化物三者间的关系,揭示矿物-菌体残留物的结构特征,采用液体摇瓶培养法,以木质素为碳源,通过添加针铁矿、三羟铝石及δ-MnO₂粉末,在接种复合菌剂后启动110 d液体培养,期间动态收集矿物-菌体残留物,利用FTIR及SEM技术对其特性进行研究。结果表明：针铁矿呈松针状结构,参与微生物利用木质素形成矿物-菌体残留物后表面附着了条状的暗色物质,表观结构不规则,但晶体结构并未改变。菌体中多糖类物质与针铁矿游离羟基的阴离子发生交换作用,芳香碳结构比例增加,菌体在针铁矿表面堆积掩蔽了Fe-OH键以及(001)面的γ-OH键,Fe-OH发生质子化使Fe-O键振动频率增强;三羟铝石表面结构疏松、呈绒球状物质,参与形成矿物-菌体残留物后,缩聚作用明显、疏松程度降低、表面微孔结构减少。氢键作用使矿物-菌体残留物的铝羟基振动频率下降,即与≡Al-OH相结合的O-H键极性减弱;木质素引入使芳香碳结构比例增加,随着培养进行,其含量先下降,而后再历经缩合;δ-MnO₂表面颗粒粗糙,以絮状或颗粒状团聚,参与形成矿物-菌体残留物后,颗粒团聚趋势明显、堆积更加紧密、表面结构更加光滑。60 d培养期间,δ-MnO₂结晶度受到菌体堆积以及氢键作用使O-H键的极性减弱,而后层间水分子-OH含量增加对其产生了叠加效应,使3 404~3 435 cm-1处吸收峰强度增加。菌体中多糖类物质的羟基通过氢键、化学力与δ-MnO₂表面发生缔合,所形成的矿物-菌体残留物芳香碳结构比例增加,但Mn-O基团受到掩蔽;δ-MnO₂的参与能够使矿物-菌体残留物产生更大数量的芳香碳结构,为腐殖质形成提供更多的稳定性碳,其次是针铁矿,而三羟铝石则在培养30~60 d更有利于木质素的微生物降解。     

纤维素菌体残留物提取类腐殖质的红外光谱研究

微生物驱动下,纤维素分解及转化在腐殖质形成中具有重要作用。采用红外光谱辅以元素分析的技术手段对单一真菌(木霉、青霉和黑曲霉)及复合菌液体摇瓶培养70 d后菌体残留物的类腐殖质(类胡敏酸HLA和类胡敏素)结构进行了分析对比。结果表明：(1)两技术手段的结合有助于菌体残留物HLA分子结构的阐明,然而在表征残留物类Hu结构方面,尚需进一步探讨;(2)木霉有利于其所形成菌体残留物HLA分子的缩聚作用,而青霉则更有利于该组分的降解;(3)青霉和复合菌对残留物HLA分子表现为氧化降解作用;(4)复合菌和黑曲霉均有助于培养液无机氮化合物向残留物HLA和类Hu组分中有机氮成分的转移,促使其氨基C含量增加,为腐殖化进程提供氮源。     

离子液体对酪氨酸酶碳糊电极电化学行为的影响

分别用循环伏安法、计时电量法和交流阻抗法考察了离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PF6)对酪氨酸酶碳糊电极(T-CPE)电化学行为的影响。结果表明:离子液体酪氨酸酶碳糊电极(T-CPE-IL)比T-CPE对邻苯二酚有更灵敏的响应。离子液体的加入改善了T-CPE的表面性能,使邻苯二酚在电极表面的吸附电量由2.08mC增至5.67mC,电子转移标准速率常数增加了约2个数量级,使电极反应的控制步骤由受电子转移控制转化为受扩散控制。     

K+,Ca2+,Fe2+催化β-O-4木质素多聚体模型化合物的快速热解特性研究

为揭示Cα官能团和金属离子对木质素热解过程的影响机制,本研究合成了两种β-O-4型木质素多聚体模型化合物(Cα上分别连接羰基和羟基官能团),开展了在不同温度(500℃、650℃、800℃)和不同金属离子(K+、Ca2+、Fe2+)醋酸盐催化的Py-GC-MS快速热解实验.实验结果表明,Cβ-O键比Cα-Cβ键更容易断裂发生均裂反应产生较多的酚类化合物;添加K+、Ca2+、Fe2+金属离子均能降低热解时所需温度,促进酚类产物的生成,抑制茴香基(醛)类和乙酰苯基类产物的生成.     

GC/MS和GC/FTIR分析细菌降解呋喃丹的产物

采用液体萃取法在不同的降解时期提取了细菌CDS-1(Sphingomonas sp.)降解呋喃丹的产物,经气谱-质谱联用(GC/MS)分析,分离鉴定出呋喃丹的首步代谢产物呋喃酚.通过化合物质谱行为分析,基本确定了分子量为182的未知化合物为2-羟基-3-叔丁醇基-苯酚,并且确定其为呋喃酚的下一步代谢产物.经气-质联用与气谱-傅里叶红外光谱联用(GC/FTIR)分析,确定细菌在降解呋喃丹后期产生的具有刺激性气味的物质的主要成分为藏茴香酮.     

TG-FTIR法研究低变质煤共热解过程气体的析出规律

采用热重-红外联用技术（TG-FTIR）对比研究了陕北低变质粉煤（SJC）与重油（HS）、焦煤（JM）、液化残渣（DCLR）共热解过程中气相产物的析出特性。研究表明,随热解温度升高,SJC与HS,JM,DCLR的共热解过程均可分为三个阶段。第一阶段表现为原料表面吸附物的释放,第二阶段发生解聚和分解反应,随温度继续升高,第三阶段形成更为稳定的半焦。在热解第二阶段中均存在煤与添加剂之间的协同效应,SJC作为主要的供氢体,热解产生的氢自由基与HS,JM,DCLR热解产生的小分子自由基碎片之间发生相互作用生成焦油和煤气。SJC和SJC+DCLR在450 ℃附近的温度区间内热解反应进行的更加充分,大部分N元素转移到了焦油组分中。热解过程气相产物中H₂O和酚类物质、含N杂环物质及CO的析出伴随着热解的整个温度区间,SJC+JM和SJC+HS热解过程含N物质的转移主要集中在400~650 ℃区间,CH₄和脂肪烃类物质的析出最高峰出现在450 ℃附近,而SJC+DCLR和SJC则出现在550 ℃。JM,HS及DCLR的添加可促使焦油中芳香族化合物的析出,SJC+JM与SJC+HS热解过程芳香族物质大量析出的温度区间在400~550 ℃。该研究结果为低变质粉煤的清洁转化与提质分级新技术的研究开发提供理论依据,对低变质煤的增值利用具有重要的意义。     

基于拉曼光谱快速检测亚氯酸钠法脱木素的动力学及选择性

酸性亚氯酸钠法脱木素是目前实验室最常用的脱木素方法,可最大程度地保留综纤维素,但关于木质素在逐步脱除过程中其动力学及选择性的研究却很少。拉曼光谱能快速、定性和半定量地测定亚氯酸钠法脱木素过程中残余木质素及木质素单体含量在不同细胞及形态学区域的动态变化。以阔叶材桉木、针叶材杉木、禾本科毛竹为例,通过提取亚氯酸钠法脱木素过程中不同细胞木质素(1 598 cm~(-1))及单体愈疮木基(G, 1 270 cm~(-1))、紫丁香基(S, 1 331 cm~(-1))的平均拉曼光谱,发现三种木材在各区域中木质素脱除动力学总体规律一致,即在反应初期木质素大量快速移除,随着反应的进行木质素脱除效率下降。其中,在反应前0.5 h, 1 598 cm~(-1)处平均拉曼强度降低量超过82%,而在脱木素后期(1.0～1.5 h),木质素平均拉曼强度减少仅5%～15%。特别的,竹材脱木素所需时间要明显少于木材。相同条件下,竹材纤维细胞在前10 min内1 598 cm~(-1)处拉曼强度减少就达88.65%。同时,木质素的脱除具有高度的选择性。在反应初期,射线细胞中G和S型木质素的移除率均高于导管和纤维细胞,而在导管、纤维细胞中, S型木质素的脱除比G型木质素更明显。在逐步脱除木质素过程中,导管、射线、纤维细胞间木质素相对强度关系总体不变,即导管、射线相对木质素浓度始终高于纤维细胞。总体而言,在组织水平,导管中木质素最难于脱除,射线细胞次之,纤维细胞中的木质素较容易脱除。在纤维细胞中,细胞角隅木质素脱除速率最高,其次是复合胞间层,次生壁最低。就木质素单体而言, S型木质素比G型木质素更容易脱除。研究表明拉曼光谱能简单、快速地检测不同树种中各类组织、细胞以及木质素结构单元在生物质化学预处理中残余木质素含量的动态变化,同时进一步加深对生物质亚氯酸钠法脱木素选择性及动力学的理解。     

氮源影响PHB合成代谢的拉曼光谱分析

应用拉曼光谱学结合奇异值分解方法在单细胞尺度上对杀虫贪铜菌(C.necator)H16菌株在不同的氮源下合成聚β-羟基丁酸(PHB)的代谢动态进行分析。结果显示,硫酸铵是PHB发酵的理想氮源,对应PHB发酵速度、效率和产量在测试氮源中表现最好。奇异值分解结果显示,源自RNA、DNA、蛋白质和PHB的拉曼峰是发酵的主要特征,随着发酵进程的延伸,菌体细胞差异、产物含量差别逐渐增大。分析PHB产物快速合成过程,可见表征核酸、蛋白质和PHB的782、1574、1660、1732 cm~(-1)等峰的强度变化活跃;不同氮源下,782 cm~(-1)峰与1660 cm~(-1)峰的强度呈正相关,而1660 cm~(-1)峰与1732 cm~(-1)峰的强度呈负相关。因此,不同氮源可能影响细胞的RNA代谢和蛋白质代谢,从而间接影响PHB的合成。拉曼光谱结合数据挖掘技术可以分析微生物发酵过程中的代谢信息,从分子光谱的角度为寻找最佳的发酵条件提供新的信息。     

浓醪乙醇发酵的单细胞拉曼光谱表征

应用激光镊子拉曼光谱技术收集500L发酵罐中木薯淀粉浓醪乙醇发酵过程底物、产物及酵母单细胞的拉曼光谱,以期从单细胞水平为乙醇发酵提供新的认识。结果显示:1)拉曼光谱可以实时监测浓醪乙醇发酵过程底物与产物的变化;2)酵母细胞胞内物质的变化存在类似于产物变化的前发酵期、主发酵期和后发酵期3个阶段,但出现的时间要比产物变化晚约4h;3)为适应浓醪发酵环境,酵母细胞的生理状态和胞内物质在不断地进行调整,随着环境乙醇浓度的升高,酵母细胞在胞内累积蛋白质和脂类物质,蛋白质二级结构逐渐变为以无规则卷曲为主;4)发酵后期,酵母细胞在胞内累积大量的嘌呤类物质,但细胞间含量存在异质性。上述结果表明,单细胞拉曼光谱技术提供了一种研究微生物发酵的新方法,可从新的角度获知乙醇发酵过程酵母细胞内外的变化信息。     

乳腺癌细胞及其外泌体的拉曼表型快速鉴定与关系研究

外泌体(Exosome)是直径大小为30～150 nm的膜性囊泡,包裹DNA/RNA, miRNA,蛋白质和脂质等多种物质并参与微环境中的生物信息传递,是理想的癌症生物标志物,在液体活检领域具有重要的应用潜力,有望成为癌症快速检测的手段之一。表面增强拉曼光谱(SERS)是分子振动光谱,可从分子水平上探测物质的精细结构和信息变化,具有“指纹图谱”的特征。采用差速离心结合超速离心的方法获得乳腺癌细胞来源的外泌体,以金溶胶为增强基底,收集外泌体及其母细胞的SERS图谱,结合多元统计分析,进行乳腺癌细胞的快速鉴别与区分。研究结果表明,乳腺癌细胞及其外泌体在500～1 600 cm^-1波段范围内有特征拉曼信号,采用非标记检测所获得的图谱信息是样品“whole-organism fingerprint”整体信号的呈现。根据外泌体的拉曼表型并结合OPLS-DA分析,能够100%分辨3种不同类型的乳腺癌细胞。单细胞SERS检测联合PCA-LDA分析,区分乳腺癌细胞的准确率为83.7%。通过比较乳腺癌细胞及其外泌体的拉曼特征图谱发现,二者在拉曼谱图的波数高度表现一致,但是外泌体在特...     

12C6+离子辐照对阿维链霉菌代谢效应研究

对12C6+ 离子辐照诱变高产阿维链霉菌株ZJAV-Y1-203 和原始菌株ZJAV-A-1 的摇瓶发酵pH 值、菌体浓度、碳源和氮源代谢进行了测定,研究了12C6+ 辐照对阿维链霉菌的代谢效应。在发酵前期(48h),原始菌株发酵液pH 值低于突变菌株;在发酵96~196 h,诱变高产菌株ZJAV-Y1-203 繁殖快,生长旺盛,N的利用率高;菌体浓度大于原始菌株的浓度,且发酵液的pH 稳定,菌体处于代谢相对更稳定期;在发酵144~240 h,诱变高产菌株ZJAV-Y1-203 对糖源消耗低于原始菌株ZJAV-A-1。这些结果表明,12C6+ 离子辐照对阿维链霉菌代谢影响有利于阿维菌素合成。pH value, mycelium concentration, carbon source and nitrogen metabolism in flask fermentation of the mutant high-producing strain ZJAV-Y1-203 and the original strain ZJAV-A1 have been investigated, in order to show the metabolic effect of avermitilis irradiated by ion beam of 12C6. In early stage (48 h) of the fermentation, pH value of the original fermentation was lower than that of the mutant strains. In 96~196 h of fermentation, the nitrogen utilization in the strains ZJAV-Y1-203 was higher than that in the original strains, its reproductive was fast, and its growing was vigorous. The mycelium concentration of ZJAV-Y1-203 was greater than the original strain, and the pH value of fermentation were stable, so its metabolism was relatively more stable. In 144240 h of fermentation, the strain ZJAV-Y1-203 on sugar consumption was less than the original strains. The effect of 12C6 ion irradiation on metabolism of Streptomyces avermitilis is conducive to the synthesis of avermectin.     

Streptomyces sp.HJC-D1溶藻过程产物光谱学特征及机理

运用傅里叶红外光谱、三维荧光光谱、透射电镜等技术,研究了溶藻菌株Streptomyces sp.HJC-D1抑制铜绿微囊藻过程中溶解性有机物(DOM)的组成与特性,初步揭示了微生物溶藻机理。结果表明,溶藻菌株发酵液添加量5%(φ)时铜绿微囊藻去除率可达72.6%±5.5%;溶藻产物DOM以类腐殖酸物质为主,平均分子量在1 000Da左右;溶藻过程藻细胞结构遭到明显破坏,推测可能的微生物溶藻机理为:溶藻菌破坏铜绿微囊藻细胞壁,导致藻细胞失活、死亡。     

大麻基因密码被破译

 10 月19 日的《基因生物学》(Genome Biology)刊登论文报道,纤维植物印度大麻的基因测序已完成。这个研究小组选择的样本是一种称为紫兴都库什(PurpleKush)的大麻植物(如图)。其一个产生四氢大麻酚前体物质的基因被关闭了,紫兴都库什只有极少量甚至不含大麻二酚酸(大麻植物中一种类似复合氨基酸的物质),可能是这些分子吸收了四氢大麻酚。     

保定府河溶解性有机质三维荧光光谱分析(英文)

利用三维荧光光谱法(3D-EEM)研究了保定府河溶解性有机质(DOM)的荧光特性,根据三维荧光光谱图中荧光峰的位置、数量及强度变化,荧光峰之间的相关性,初步判断荧光物质的类别、分布和来源。府河水体溶解性有机质主要有类蛋白质和类溶解性微生物代谢产物两类,类蛋白荧光峰Ex/Em=225~230/340nm(A);类溶解性微生物代谢产物荧光峰Ex/Em=275/340~350nm(B)。不同采样时间和采样点,府河水体基本上都存在类蛋白荧光峰和类溶解性微生物代谢产物荧光峰。分析各荧光峰强度与水质指标相关性发现,两荧光峰之间呈显著性相关,表明研究区域中类蛋白质和类溶解性微生物代谢产物具有同源性;DOM两类荧光峰与COD,TN,TP,NH3-N呈显著正相关,表明通过两类荧光峰强度可推测府河污染程度,为府河污染防治和沿河流域生态环境治理提供参考。     

光照强度对蛇足石杉共生蓝藻细胞悬浮培养的影响

以蛇足石杉孢子囊为材料,分离出蛇足石杉共生蓝藻细胞,研究光照强度对液体培养的共生蓝藻细胞生长的影响.研究结果表明,在光强500 Lx下,共生蓝藻的生长速率最大;增加光照强度(> 2000 Lx)将抑制共生蓝藻的生长,菌体褪绿变白;在共生蓝藻生长过程中,蓝藻细胞内叶绿素a的含量随着光强的增加而显著减少,这与其在强光照下生物量的降低呈正相关.不同光质实验结果表明,绿光和蓝光条件下蛇足石杉内生藻生长快而红光条件下藻体增殖最慢,这与在绿光和蓝光条件下藻体细胞合成的色素含量增高有密切的关系.实验结论:蛇足石杉共生蓝藻细胞适宜的光照条件是弱光光照,适宜的光质是绿光或蓝光.     

小分子液体的高温布里渊散射研究

利用金刚石对顶砧技术,采用180°背向散射和60°前向对称散射两种几何配置,对水、氨、二水合氨和甲烷等含氢小分子液体进行了高温高压布里渊散射研究,计算了在室温(296K)和高温(410K)下的声速,比较了不同小分子液体中的声速及绝热体弹模量随压力的变化关系。在等温条件下,各体系中声速随着压力的增加逐渐增加;在相同温度下,甲烷液体的声速随着压力增加的速率明显高于水、氨及二水合氨液体;在相同的温度和压力条件下,水、氨及二水合氨液体的体弹模量明显高于甲烷液体的体弹模量,表明氢键的存在对于小分子液体弹性具有较大影响。二水合氨的体弹模量斜率在1.5GPa左右发生改变,表明液体结构可能发生了改变,并分析了氢键对该体系弹性性质的影响。研究有助于理解其他含氢小分子液体中压力和温度诱导的分子结构变化。     

功能离子液体复配溶液吸收CO_2性能研究

采用酸碱中和一步法制备出四甲基铵甘氨酸([N1111][Gly])功能离子液体,并进行~1H NMR和TGA表征。通过[N_(1111)][Gly]与单乙醇胺(MEA)水溶液复配成混合吸收剂,研究了不同复配浓度、温度、压力对CO_2的吸收性能的影响。结果表明;在MEA溶液中添加[N_(1111)][Gly]功能离子液体可以提高吸收CO_2的速率,在本文采用的5种吸收剂中,0.3mol·L-[N_(1111)][Gly|与0.7 mol·L~(-1)MEA复配形成的吸收剂具有较高的吸收容量和较大的吸收速率。温度升高,混合吸收剂吸收CO_2的速率增加,但平衡时的吸收容量减小。混合吸收剂的CO_2吸收速率和吸收容量均随压力的升高而增加。     

拉曼光谱对稀酸预处理奇岗细胞壁区域化学的研究SCIEI北大核心CSCD

共聚焦拉曼显微光谱技术可有效用于木质纤维生物质细胞壁的区域化学研究。利用该技术探索稀酸预处理过程中奇岗纤维细胞壁木质素和羟基肉桂酸的区域化学变化规律。研究发现预处理前木质素在细胞壁各区域的浓度不同,木质素浓度较高的区域羟基肉桂酸的浓度也较高。稀酸预处理后1 600cm-1(木质素)和1 170cm-1(羟基肉桂酸)的峰值强度降低,表明二者被部分溶出,且溶出率为次生壁>复合胞间层>角隅胞间层。预处理过程中次生壁和复合胞间层的特征峰强度比值(I1 170/I1 600)呈现上升趋势,表明在这两个形态区域中木质素比羟基肉桂酸更易溶出;而在角隅胞间层没有明显变化,表明该形态区域对二者的溶出没有倾向性。通过本研究可以更加深入了解稀酸预处理中化学组分在亚细胞水平的变化规律,同时也进一步拓展了拉曼光谱技术在植物细胞壁研究领域的应用。     

糖尿病及并发症血清的表面增强拉曼光谱

为了从分子水平上二探讨病人血清中组织、细胞代谢产物的生化异常.利用表面增强拉曼散射技术检测了糖尿病及并发症(冠心病、青光眼和脑梗塞)病人的血清.结果表明:这几种疾病患者血清的表面增强托曼光谱十分相似,说明这几种疾病中组织、细胞代谢产物的分子结构或含量变化相近;与正常人血清的表面增强拉曼光谱相比,存在显著的差异,特别是在这几种疾病患者血清中,谱线725 cm-1相对强度明显增强,且增强部分来自腺嘌呤的贡献,与血糖的高低无关,说明这几种疾病患者的代谢产物中含有较高的碱基腺嘌呤,这些结果为研究糖尿病及并发症的生化机理以及临床诊断提供有力的实验依据.