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关键词： Science \u0026 technology   life sciences abbp  

ISBN: (数字)9780443220715 ISBN: (纸本)9780443220722

摘要： Enzyme Biotechnology for Environmental Sustainability discusses recent applications of enzyme biotechnology in various industrial sectors and state-of-the-art information on novel microbial enzyme technologies for a sustainable environment. The book describes in detail the latest developments and modern methods in microbial enzyme biotechnology for wider application in bioremediation, cleaner technology for industries and waste management, green chemistry and pharmaceutical biotechnology, sustainable textiles, food production and biodegradation, and other industries. The chapters cover topics such as genetic engineering, protein engineering, nanotechnological advances of microbial enzymes, computational tools for engineering enzymes, and health risk assessment of enzymes in different sectors. With contributors from an array of experts in the field, Enzyme Biotechnology for Environmental Sustainability is an informative reference for researchers, biotechnologists, microbiologists, environmental scientists, graduate and post-graduate students working in the area of enzyme technology and their biomedical, environmental, and industrial applications.

关键词： 哌啶环阳离子   聚(对三联苯靛红)   阴离子交换膜   协同作用   燃料电池  

摘要： 化工和石油能源的过度使用造成的能源短缺问题,让新能源的开发迫在眉睫。氢能因其来源广泛、燃烧值高、安全性好、利用形式多、可储能、清洁无污染成为当今世界热门的应用能源。燃料电池是将氢能转换为电能的中枢装置,普遍应用在汽车领域。阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）依靠在碱性条件下具有更高的氧化还原能力和使用非贵金属催化剂等优势代替质子交换膜燃料电池成为科研人员的研究热点。 阴离子交换膜（AEM）在AEMFCs中强碱性环境下运行的耐久性和离子传导率是影响其发展的关键问题。因此高化学稳定性、高机械稳定性和高离子导电性聚合物膜的形成策略得到高度关注。本文针对上述问题通过分子设计选用更稳定的主链骨干以及两种优势不同的阳离子协同发挥作用制备了两种阴离子交换膜,主要研究工作及成果如下: （1）为了有效诱导微相分离的形成,基于简单的超酸催化反应制备聚（对三联苯靛红）(PTI)主链,随后又接枝不同比例的具有季铵和哌啶环双阳离子侧链,得到了长侧链型的PTI-N-n阴离子交换膜。通过长程有序的侧链构建了微相分离结构,通过控制侧链比例实现对膜内离子通道的调控。经TEM显示离子域清晰地分布在膜中,证实了相分离结构地成功搭建。另外,AFM测试结果表明侧链比例的增加促进了离子域的聚集,提高了离子传导率。PTI-N-100的离子传导率可达到96.83 m S/cm。碱稳定性测试表明,在80℃、2 M KOH浸泡792小时后,PTI-N-100的电导率剩余初始的65.46%。 （2）为了探索季铵阳离子和哌啶环阳离子在耐碱性能方面更显著的协同效果,在聚（对三联苯靛红）骨架的基础上引入了3-溴-1,1,1-三氟丙酮制备了PTI-PTF-X主链。消除部分β-H存在,并且引入亲水侧链制备了双阳离子协同功能化的侧链型AEM。展开了双阳离子分开作用对以含氟PTI为骨架的AEM性能研究。通过控制主链上含氟单体的添加量,发现当加入50%的3-溴-1,1,1-三氟丙酮时具有最高的OH电导率,AFM测试中也显示出最明显的相分离结构。碱稳定性测试表明,在80℃、3 M KOH浸泡1056小时后,PTI-PTF-50-NOH的OH离子传导率保留率在90%以上。结果证实了阳离子分开作用会分担OH的攻击,提高了膜的耐碱性能。

摘要： 一、栏目设置本刊设置固定栏目和随机栏目。固定栏目常设研究论文，发表最新的原始研究成果。随机栏目根据稿源设述评及其他栏目。二、论文写作的基本要求1题目与标题论文题目要紧扣主题，务求简明、新颖，有足够的信息，能引起读者的兴趣，不用副标题，一般不宜超过25个汉字或英文单词。

关键词： 基因组学   框架填充   片段重叠群   匹配块   近似算法  

摘要： 基因测序技术已成为现代生物学和生物技术领域的重要里程碑。这项技术为揭示生命的基本机理以及人类健康和疾病研究提供了强大的支持。随着测序技术的不断进步,测序速度显著提高,同时成本也逐步降低。尽管如此,目前广泛采用的测序技术通常只能提供缺失部分基因的基因组框架。为了获得一个完整的基因组序列,必须对测序后的基因组框架进行进一步的填充处理。 基因组框架填充指的是通过计算机技术将缺失的基因或片段整合到基因组框架中,以恢复完整的基因组序列。这一过程在基因组学和生物信息学中占有极其重要的地位,因为获取完整的基因组框架对于理解基因的功能、研究遗传变异和探索疾病至关重要。实现这一目标的方法依赖于已有的基因组数据和一系列计算技术,如基因序列比对、序列重建等。利用这些技术,研究者可以预测并确定缺失基因的精确位置,完成基因组框架的填充任务。 传统的研究假设中,缺失的基因被认为可以插入到不完整基因组框架中任意两个基因之间的位置。然而,在实际应用中,基因组框架往往以片段重叠群(contig)或匹配块的形式存在,这限制了缺失基因的潜在插入位置,使得填充问题在这些特定数据类型上表现出更高的复杂性,也更具挑战性。研究人员通常应用组合优化技术,开发多种算法来应对这一挑战,包括贪心算法、动态规划以及最大匹配算法等。 本文从限制插入位置的单面基因组片段填充的两类问题展开研究,一类是基于contig的单面基因组框架填充问题,另一类是基于匹配块的单面基因组框架填充问题。 (1)在基于contig的单面基因组框架填充问题研究中,本文发现现有的2-近似算法存在不足:无法有效防止冗余公共邻接的生成,故近似性能比未能达到2。尽管Tan G等人提出了一种解决方案,其近似性能比最终仅为2.57。为了解决这一问题,本文结合最大匹配、贪婪策略设计了一种新的近似算法,不仅解决了冗余公共邻接的问题,还提升了算法的近似性能比,成功证明该算法近似性能比为2。 (2)本文补充了基于匹配块的单面基因组框架填充问题的预备阶段工作,将其定义为单面基因组匹配块问题(OSGBM),并深入分析了该问题的复杂性。研究证明了OSGBM问题属于NP-hard问题类别,进而设计了一个针对该问题的近似求解算法。此外,利用Python、Pillow和MySQL等技术,开发了一个桌面应用程序,专门用于计算单面基因组匹配块,以支持更广泛的科研和实际应用需求。 (3)在基于匹配块的单面基因组框架填充问题研究中,本文深入分析了现有的1.71-近似算法,发现其未能充分考虑初始匹配块在输入序列中位置对应关系的错位情况。针对这一缺陷,设计了一个新的算法,在该算法的输入数据中,初始匹配块的位置关系可为任意一种,即允许出现错位情况,并证明了算法近似性能比为2。

关键词： 大螟   适应性进化   基因组重测序   耐旱   栖息地扩张  

摘要： 大螟Sesamia interens(Walker)是一种重要的钻蛀性农业害虫,对中国的水稻,玉米,高粱,甘蔗等农作物造成严重的危害。大螟原为水稻上的次要害虫,仅在稻田周边零星发生。然而,进入21世纪以来,大螟田间发生种群数量上升,局部地区发生危害呈逐年加重趋势,南方部分地区大螟的发生危害已超过二化螟,并由次要害虫上升成重要常发性害虫。大螟在中国原分布于北纬34°线以南,即陕西周至-河南信阳-安徽合肥-江苏淮阴线以南地区,但近年的调查发现,在中国的河南北部,山东地区,河北唐山等北方地区已有大螟危害。这暗示随着全球气候变暖及种植结构等的改变,大螟的分布北限也在逐渐向北扩展,未来我国东北水稻种植区存在遭受大螟危害的潜在威胁,因此亟需解析大螟栖息地扩张和适应性进化的分子机理,为重新审视水稻大螟的防治策略提供新的见解。本研究获得主要结果如下: 1.用PacBio和Hi-C技术对大螟的基因组进行了测序,获得了大小为824.97 Mb的高质量染色体水平基因组,contig N50为1.23 Mb。BUSCO分析表明,该基因组的基因覆盖率高达96.1%。共鉴定出459.72 Mb重复序列(占组装基因组的53.14%)和20858个蛋白质编码基因。我们使用Hi-C技术将1135个重叠群锚定在31条染色体上,其scaffold N50为28.60Mb比较基因组分析发现,显著扩展的基因家族与碳代谢,丙酮酸代谢,柠檬酸循环(TCA循环)和各种氨基酸代谢等代谢途径密切相关。此外,这些家族在不同环境下参与ABC转运蛋白,NOD受体信号通路和微生物代谢过程。基因组正选择分析发现,共2217个基因处于正选择状态。对这些基因进行富集分析,发现它们与催产素信号通路,Gn RH信号通路,Apelin信号通路等信号通路以及抗坏血酸和醛酸盐代谢,次生代谢产物生物合成,嘧啶代谢等代谢通路有关。 2.对采自我国14个不同地理种群的143个大螟个体进行了全基因组重测序,基于高质量的全基因组SNPs和SV数据集分析,发现中国大螟主要有3个高度分化的群体,对应于中国的北方,南方地区和云贵高原,具有显著的地理和环境距离隔离模式。进一步进化历史估计的分析结果表明,大螟的3个亚种群间存在不同规模的不对称迁移。 3.为明确大螟在适应新扩张栖息地中表现出选择特征的基因组区域,首先基于PBS和u-test方法对北方群体(NCN)和南方群体(SCN)之间进行了选择性清楚分析,结果表明昆虫表皮蛋白(GRP)基因在北方群体中具有强烈选择信号,推测该基因与北部群体的耐干旱适应性相关。针对近年在我国北方山东地区发生的大螟种群,我们基于CLR分析发现一些基因(例如SETMAR)受到强烈选择,推测这些基因可能与山东地区种群的局部适应性密切相关。本研究结果对重新审视水稻大螟的防治策略提供新见解。

摘要： 办刊宗旨《生物技术进展》是由中华人民共和国农业农村部主管,中国农业科学院茶叶研究所和生物技术研究所联合主办的学术期刊,于2011年7月创刊,双月刊,国内外公开发行。本刊由中国农业科学院生物技术研究所林敏研究员任主编,中国科技核心期刊,在中国知网、中国学术期刊(光盘版)、万方数据库、维普期刊网全文收录。

关键词： 热增强微生物技术   石油烃   土壤修复  

摘要： 当前石油烃对土壤环境的污染给生态环境和人类健康带来极大的危害,迫切需要研究出高效经济的土壤修复技术来实现土壤的可持续利用。本研究选取石油烃作为目标污染物,通过将热处理和生物修复技术耦合的方法处理石油烃污染土壤,为实现石油烃污染场地的修复提供安全经济的方案。研究结果如下: 首先,研究不同因素对石油烃降解菌A和B[两株石油烃高效降解菌均属于地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)]降解率的影响。结果表明:菌A在初始油浓度为15000 mg/L、温度为60℃、接菌量为20%(v/v)时对石油的降解率最高,菌B在初始油浓度为10000 mg/L、温度为50℃、接菌量为20%(v/v)时对石油的降解率最高。复配比例为A:B=3:1(v/v)在温度为60℃时对灭菌土壤中石油烃去除率达64.60%,在35、70和85℃时相较于其他复配菌液也表现出良好的降解效果(36.78%-50.21%),说明复配菌液有着广泛的温度适应性。 其次,对两种不同类型的实际污染土样壤土R(65600 mg/kg)和砂粘土S(83500 mg/kg)进行热增强本土微生物技术修复试验研究。经过为期60 d的修复,S土中去除效率最高的反应温度是60℃,去除率达到19.23%;R土也在60℃时降解率最高为33.65%,同时铵态氮含量从300.75 mg/kg降低到121.43 mg/kg,有效磷从160.82 mg/kg降低到113.59 mg/kg,脱氢酶活性最高达到1153μg TPF/g土壤。 再次,对进入降解“迟滞期”的土壤进行外源微生物强化研究。向试验土壤加入复配的石油降解菌群[A:B=3:1(v/v)]进行为期60 d的再降解,结果表明:S土在35℃的石油烃降解率达到47.34%,R土在85℃时达到59.89%的石油烃降解率,土壤理化性质和土壤中脱氢酶活性以及脲酶活性再次发生不同程度的变化。 最后,经过温度的刺激和外源微生物的添加对土壤中石油烃降解微生物的组成有着不同程度的影响。在门水平上,R土和S土在自然衰减和35℃时以Actinobacteriota、Proteobacteria、Patescibacteria和Bacteroidota为优势门,在60℃和85℃中以Firmicutes为主导门,外源微生物的添加促进R土和S土在60℃时Gemmatimonadota相对丰度增加。在属水平上,R土在60℃和85℃下有着相对丰度高的Geobacillus和Bacillus,均属于嗜热石油烃降解菌,尤其R-2-4(85℃)中的Geobacillus相对丰度高达61.8%,S土添加外源微生物后在85℃(S-2-4)中富集大量石油烃降解菌Paenibacillus(相对丰度78.5%)。此外,一些石油烃降解微生物,如Mycobacterium、TM7a、Erythrobacter、Gordonia、Thioclava、Salegentibacter、Marinobacter和Ilumatobacter等也在不同样本中得到富集。 因此,热增强微生物技术对石油烃污染土壤的修复有很大的应用潜力。