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关键词： 珊瑚共附生细菌   黄杆菌   噬纤维杆菌   比较基因组学  

摘要： 上世纪八十年代以来,由于气候变化和人类活动的影响,全球珊瑚礁面临着前所未有的退化危机。珊瑚共附生细菌作为珊瑚共生体中的重要组成部分,对珊瑚的健康至关重要,因此受到了科研人员的广泛关注。前人研究发现噬纤维杆菌和黄杆菌（Cytophaga-Flavobacteria,CF细菌）在珊瑚中稳定存在,但目前对噬纤维杆菌-黄杆菌的研究仅停留在相对丰度的描述上,对其与珊瑚共生体之间的相互作用了解甚少。基于此,本论文对涠洲岛珊瑚噬纤维杆菌和黄杆菌进行纯培养和比较基因组学研究,得出了如下主要结论: （1）本实验对涠洲岛美丽鹿角珊瑚、角蜂巢珊瑚、盾形陀螺珊瑚、十字牡丹珊瑚、肉质扁脑珊瑚、澄黄滨珊瑚的可培养细菌进行了纯培养,发现黄杆菌纲（Flavobacteria）占据了38%的相对丰度。 （2）对噬纤维杆菌目两株新细菌（BMA10T和BMA12T）进行了多相分类鉴定,发现它们构成了一个新科和两个新属,分别命名为壮丽杆菌科（Splendidivirgaceae ***.）、珊瑚壮丽杆菌（Splendidivirgaceae corallicolla ***.,***.）和黄色琼脂杆菌（Agaribacillus aureus ***.,***）。新菌BMA12T的珊瑚共生特点和吲哚乙酸合成能力显示该菌可能参与珊瑚共生藻代谢调节。 （3）比较基因组学研究显示:珊瑚来源噬纤维杆菌和黄杆菌在珊瑚共生体中进化出了独特的代谢结构。这些细菌通常具备丰富的碳水化合物代谢酶系统,包括GH18（几丁质酶相关）、GH163（内切-β-N-乙酰葡萄糖胺酶）和CE9（N-乙酰氨基葡萄糖-6-磷酸脱乙酰酶）等可能的珊瑚粘液、肽聚糖或几丁质等复杂多糖降解系统;蛋白酶代谢系统,包括C39（细菌素加工肽酶）、M12B（去整合素-金属蛋白酶）、M20D（谷氨酸羧肽酶）和T03（γ-谷氨酰转移酶）等发挥抗生素、信号传导、氨基酸转运以及抗氧化作用的蛋白酶系统。此外,这些细菌还可能为珊瑚共生体提供必需的氨基酸、维生素等代谢产物。 综上所述,本研究通过纯培养发现了黄杆菌纲在可培养细菌中的优势地位;同时鉴定了两株噬纤维杆菌新物种,并以此构建了一个科两个属。此外,比较基因组学研究发现噬纤维杆菌和黄杆菌可能在珊瑚共生体中发挥着碳水化合物代谢、必需氨基酸和维生素供给以及调节共生藻代谢的功能。

关键词： N-甲基奎宁   阴离子交换膜   离子交联  

摘要： 两个世纪以来,随着工业化的快速发展和地球资源的不断消耗,我们面临了前所未有的能源挑战和环境危机。在此背景下,寻求可持续发展的能源解决方案变得尤为重要。在众多清洁能源技术中,通过电解水制氢技术发展氢能已成为一个备受瞩目的方向。阴离子交换膜（AEMs）作为水电解槽中的核心部件,起到传导阴离子（如OH-）并隔离产生的气体的作用,其性能优劣直接影响电解水的能效。其中,交联型AEMs因具有良好的机械性能、尺寸稳定性、高离子传导率以及出色的碱稳定性,已经成为学者们研究的热点。 本文用3-奎宁环酮盐酸盐与对三联苯两种单体合成了聚芳基奎宁聚合物（PPTQ）,加入碘甲烷进行季铵化反应制备得到离子性聚合物（PPTQ-I）。为提高阴离子交换膜的机械强度,我们引入三种不同交联剂通过离子交联方式合成一系列交联型阴离子交换膜。主要研究内容和结果如下: 1.以PPTQ-I为聚合物基体,加入不同比例的聚丙烯酸钠（PAA-Na）作为交联剂,利用PAA-Na中的羧酸根阴离子基团与基体聚合物PPTQ-I中的季铵阳离子基团之间的静电引力制备阴离子交换膜。研究了交联剂比例对交换膜机械性能、离子电导率和碱稳定性等性能的影响。交联质量比PPTQ-I:PAA-Na=100:1的膜表现出较好的综合性能。其中100-PPTQ-I-PAA膜拉伸强度达到53.46 MPa且优于PPTQ-I基膜的40.06 MPa;100-PPTQ-OH-PAA阴离子交换膜的电导率总体上也优于未交联的PPTQ-OH基膜。此外,不同交联比例的OH-形式的阴离子交换膜在80℃的1 M NaOH中经过600小时的长时间浸泡后其电导保留率稳定在95%以上。 2.引用不同比例的聚苯乙烯磺酸钠（PSS-Na）为交联剂,利用PSS-Na中的磺酸根基团与聚合物基体PPTQ-I中的季铵阳离子基团之间的静电引力制备阴离子交换膜。研究了交联剂比例对交换膜机械性能、离子电导率和碱稳定性等性能的影响。交联质量比PPTQ-I:PSS-Na=100:1的膜表现出优异的综合性能。100-PPTQ-I-PSS膜的拉伸强度达到了54.55 MPa,断裂伸长率达到10.7%,两者均优于PPTQ-I基膜的机械性能。其OH-形式的阴离子交换膜也具有良好的离子电导率,低温情况下甚至高于基膜。交联膜在高温碱性环境下浸泡168小时后吸水率和溶胀没有显著变化,经过600小时的长时间碱液浸泡后电导保留率达到95%左右,表现出优异的碱性稳定性。 3.将全氟磺酸树脂（PFSA）与PPTQ-I按照不同比例混合,利用PFSA的磺酸根基团与聚合物基体PPTQ-I中的季铵阳离子基团之间的静电力制备阴离子交换膜。研究了交联剂比例对交换膜机械性能、离子电导率和碱稳定性等性能的影响。40-PPTQ-I-PFSA膜表现出优异的机械性能,其拉伸强度和断裂伸长率均优于PPTQ-I基膜分别达到了53.46MPa和13.83%;40-PPTQ-OH-PFSA膜的离子电导率也优于PPTQ-OH基膜,在80℃的时候,电导率达到了129.3 m S cm-1。交联膜具有优异的尺寸稳定性,且在长时间高温碱性条件下仍保持良好的导电性能,600小时后电导保留率接近96%,表现出优异的碱性稳定性。

关键词： 植物  

ISBN: (纸本)9787565531682

摘要： 本书共10章, 由3部分组成: 第一部分为植物组织培养, 共6章, 包括绪论、植物组织培养操作技术、胚胎培养、单倍体培养、原生质体培养与原生质体融合技术、植物茎尖脱毒与快速繁殖技术 ; 第二部分为植物基因工程原理与技术, 共3章, 包括基因克隆与植物遗传转化载体、植物基因克隆技术、植物遗传转化技术 ; 第三部分为植物分子标记辅助选择育种, 共1章, 即植物遗传标记与分子标记辅助选择育种。

关键词： 阴离子交换树脂   再生型率   碳酸型率  

摘要： 阴离子交换树脂的再生型率和碳酸型率是表征阴离子交换树脂的重要技术指标，文章在改进和优化ASTM D2187方法的原理和检测步骤的基础上，介绍了一种新的阴离子交换树脂再生型率和碳酸型率测定方法。该方法原理科学，适用范围广，重复性好，检测精度高，可操作性强，可用于再生型阴离子交换树脂、运行中及再生后的阴离子交换树脂的检测。

关键词： 阴离子交换膜电解水   自支撑电极   四氧化三钴   膜电极   单电解池  

摘要： 阴离子交换膜电解水（AEMWE）具有低成本、快响应速度的特性,兼具碱性电解水和质子交换膜电解水的优点,有望成为未来主流的电解水技术,其高效催化剂的开发和膜电极的应用是目前亟待解决的关键技术难题。据此现状,本文从改善反应动力学转移速度和降低质量传输损耗出发,制备NiFeCo*/NF和Co3O4微球两种析氧催化剂,对其进行物相分析和电化学分析,提升催化剂本征活性;将其应用于AEM电解池的核心组件并进行改进,引入压力损失分析和EIS分析揭示电解池运行机制,改善传质过程。 使用一步电沉积法制备自支撑析氧电极NiFeCo*/NF,调节镀液组成以调控预催化剂电子结构和电化学表面重构过程,得到有丰富活性位点的球状纳米花团簇结构,电化学活化过程中发生的瞬态溶解和表面重构过程不断释放M-OOH（M=Ni、Co）,作为析氧反应实际活性组分。该催化电极过电位为203 m V@10 m A/cm2,Tafel斜率为19.69 m V/dec,具有优良的电化学本征活性。基于NiFeCo*/NF建立催化剂包覆底物（catalyst-coated substrate,CCS）膜电极,对电解池三相界面的反应进行压力损失计算、电化学阻抗谱（EIS）分析,表明其速控步骤为三相界面的传质损耗。通过对膜电极核心组件阳极气体扩散层的预压缩和阴极催化剂浆料的改进,在反应界面建立良好气液传输和电子转移通道,将AEM电解池性能提升至2.24 V@2 A/cm2,此外,电解池测试还表现出良好的稳定性,500 m A/cm2下运行50 h,电压上升速率为0.89 m V/h。 为进一步提升催化剂结构的可调性,增强催化剂层（CL）和AEM层的接触,探究AEM电解水的工业化发展方向,利用乙二醇介导的溶剂热法制备了介孔纳米片组装的空心微球Co3O4粉末。通过调节溶剂和表面活性剂对乙酸钴的水解过程进行调控,获得了具有插层介孔纳米片结构的空心微球前驱体,随后对前驱体进行高温焙烧,合成了尖晶石型Co3O4。制得的Co3O4具有高比表面积、稳定的晶体结构和良好的催化析氧活性,在10 m A/cm2下过电位为388 m V,100 m A/cm2下过电位为484 m V。基于Co3O4建立催化剂包覆膜（catalyst-coated membrane,CCM）膜电极,通过阳极催化剂载量和浆料的优化调节电解水速控步骤传质损耗,改善气液扩散过程和电荷转移过程,将电解池性能提升至2.23 V@2 A/cm2,在连续25 h稳定性测试后无明显衰减。对膜电极（MEA）截面进行物理表征,证实膜电极结构构筑合理。

关键词： 阴离子交换膜电解水   膜电极   析氢反应   非铂催化剂   动态稳定性  

摘要： 阴离子交换膜电解水不仅具有零间隙结构和固体聚合物电解质的特点,而且其碱性环境允许使用廉价金属催化剂和组件,被视为应对当今能源挑战和零排放制氢要求的关键技术。然而,低成本、高活性、稳定的碱性析氢催化剂的缺乏是制约其发展的瓶颈之一。本论文以镍基和钌基材料为研究对象,通过异质原子掺杂和单原子修饰等手段调控析氢反应中间体吸附能,构筑高效稳定的析氢催化剂,并研究其在阴离子交换膜电解槽中的性能和降解行为。主要研究成果如下: （1）通过结构设计,将Cu原子掺杂到Ni-Mo中,制备Ni-Cu-Mo三金属析氢催化剂,电化学测试表明Cu的引入使产氢转换频率提高5倍,这一改进得益于微量Cu掺杂对Ni-Mo合金电子结构的调控及d带中心的降低,从而加速了氢脱附过程;以该阴极和Ni Fe阳极组成的阴离子交换膜电解槽在阳极供给纯水、2.0 V条件下电流密度达到1.7 A cm-2,并连续运行1000小时,降解速率低至0.5 m V h-1,展现出实现工业级性能和寿命的可行性。 （2）为评估电解槽对波动性电力输入的适应性,探究了Ni-Cu-Mo催化剂在动态工况下的降解机理。结果表明,在间歇工作模式下催化剂性能快速衰减,这很大程度上归因于断电引起的反向电流导致催化剂发生吸氧腐蚀。基于对降解机理的理解,本研究提出了一种微小阴极电流保护策略抑制吸氧腐蚀,实现了电解槽在动态工况下与连续工况相当的耐久性。 （3）为开发能适应波动工况的高活性析氢催化剂,采用醇还原法将Cu单原子修饰到Ru团簇上。Cu单原子的掺杂降低了析氢反应中间体OH*和H*的吸附能,促进水解离和氢脱附过程,其质量活性相比铂碳提高一个数量级,达到9.8 A mg-1。该催化剂作为阴极组装的电解槽在碱性介质中电流密度(5.05 A cm-2@2.0 V)达到质子交换膜电解槽的水准,并且在稳态和间歇模式下也表现出同等水平的稳定性。 （4）为进一步降低电解槽的降解速率,评估了阴极和粘结剂种类对其稳定性的影响,研究发现阴极催化层结构不稳定是导致电解槽初期性能快速衰减的主因;通过优化催化层制备工艺解决了催化层易从膜上剥离的问题,增强了催化层机械强度和界面粘附力,性能衰减速率由1.5 m V h-1降低至38μV h-1,展现出催化层制备工艺在提高电解槽稳定性方面的应用潜力。

关键词： 梅花鹿   江西桃红岭梅花鹿国家级自然保护区   宏基因组测序   病原微生物  

摘要： 近些年，江西桃红岭梅花鹿国家级自然保护区植被正向演替明显，大量梅花鹿（Cervus nippon）开始向保护区外围扩散和聚集，调查桃红岭梅花鹿潜在病原携带情况，有利于掌握其种群健康状况，进而制定精确的保护管理对策，因此在该保护区不同区域（核心区、缓冲区和实验区）采集梅花鹿新鲜粪便样品，并基于宏基因组测序技术分析其病原携带情况。结果表明：桃红岭梅花鹿携带病原微生物包括细菌、真菌、放线菌、支原体、衣原体和螺旋体，共34属63种，其中包含大量人兽共患病病原；病原丰度最高的5个属分别是拟梭菌属（Clostridioides）、李斯特菌属（Listeria）、克雷伯氏菌属（Klebsiella）、志贺氏菌属（Shigella）和沙门氏菌属（Salmonella），丰度最高的5个种分别是艰难拟梭菌（Clostridioides difficile）、单核增生李斯特氏菌（Listeria monocytogenes）、肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）、肠炎沙门氏菌（Salmonella enteritidis）和福氏志贺氏菌（Shigella flexneri）；不同研究区域中，核心区梅花鹿携带病原数量显著低于缓冲区和实验区。以上结果表明，桃红岭梅花鹿携带有多种病原，存在一定疫病发生风险。建议在保护区核心区积极开展栖息地矮化工作，同时开展高危病原的持续性监测及预警，并加强对保护区外围扩散梅花鹿种群的保护管理。

关键词： 生物技术   含油污水   电动力技术   响应曲面法  

摘要： 船舶含油污水是造成海洋生态环境污染的主要源头之一,为了减少船舶含油污水对海洋生态环境的污染,不仅需要减少非必要的船舶含油污水产生而且需要高效的船舶含油污水处理技术,单一处理工艺难以快速并彻底降解船舶含油污水中的石油物质。本文以电动力耦合生物技术处理船舶含油污水为研究对象,设计船舶含油污水处理试验台三维Solid Works模型、搭建试验台、构建复配噬油菌群、制备固定化载体、探究影响处理效果的因素、利用响应曲面法(Response Surface Methodology,RSM)优化分析试验台处理条件。主要研究内容如下: (1)设计了一种基于电动力耦合生物技术处理船舶含油污水的试验台。首先,明确了电动力耦合生物技术处理船舶含油污水试验台的设计目标,通过船舶运动姿态分析、试验台工艺流程、电极排布方式确定了试验台的关键技术参数,完成了电动力耦合生物技术处理含油污水试验台总体方案设计;其次,对试验台各部分进行结构设计,包括船舶含油污水储存舱设计、船舶含油污水处理罐设计、试验台供电单元选择以及其他设备的确定与选型。最后,使用Solid Works完成了试验台的三维建模与虚拟装配,确定了电动力耦合生物技术处理船舶含油污水试验台设计的合理性和可装配性,依照三维模型完成了试验台安装并调试。 (2)构建复配噬油菌群,解决单株菌油污降解效果差的问题;制备一种新型甘蔗渣基生物炭固定化载体,提升菌群聚集和抗逆能力。通过对实验室前期从渤海滩涂含油土壤和船舶含油污水中筛选得到的十株菌株进行牛津杯抑菌实验,发现001#、003#、007#、009#和010#两两之间菌株无拮抗可以共生,因此选用这五株菌株按照1:1:1:1:1菌株比例进行构建菌群,复配菌群通过7 d降解实验石油烃降解率达到49.52%。对农业废料中的甘蔗渣进行炭化处理,制得甘蔗渣基生物炭。以甘蔗渣基生物炭为碳源,辅以生物相容性较好的海藻酸钠(SA)和聚乙烯醇(PVA)制得包埋液,将包埋液与含有柠檬酸(CA)和氯化钙的交联剂低温交联数小时,制得甘蔗渣基生物炭固定化载体。当PVA浓度为10 g/L,CA浓度为15 g/L,SA浓度为20 g/L,甘蔗渣基生物炭浓度为4 g/L,低温交联24 h时,得到的甘蔗渣基生物炭固定化载体各项性能最佳,具有可漂浮,形状规则,良好的机械强度,能够有效地固定微生物。采用包埋法将菌群固定化后处理效果达到了57.91%,其处理效果提升了8.39%。 (3)通过单因素实验研究不同电极排布、电极材料、电场强度对电动力耦合生物技术处理船舶含油污水的影响。设计了四种电极排布方式,通过对比相同条件的7 d石油烃降解率发现,正六边形电极排布方式得到的试验台处理含油污水效果最佳。选取不同的材料为试验台的电极材料,对船舶含油污水进行7 d石油烃降解实验,对比实验结果和考虑环境因素发现,石墨作为试验台的电极材料为最佳。通过控制试验台的电场强度进行7 d石油烃降解实验,发现当电场强度为1.0 V/cm时,石油烃降解率为81.07%,其处理效果最佳。 (4)利用RSM优化分析试验台处理条件。通过单因素实验研究含油污水的温度、p H、盐度对试验台处理含油污水效率的影响,研究结果发现当温度为30℃、p H为7、盐度为3 g/L时,其处理效果最佳。利用RSM中Box-Behnken设计法,对污水的温度、p H、盐度的建立三因素三水平实验,构建一个回归模型。回归模型预测试验台7 d石油烃降解率为83.25%,实验测得真实石油烃降解率为81.79%,误差小于2%,证明该模型可靠,可用于试验台7 d石油烃降解率的优化分析。并通过对取自贵池轮污水柜的含油污水进行处理,验证了电动力耦合生物技术处理实船含油污水有着高效的油污去除效果。电动力耦合生物技术处理船舶含油污水试验台的设计为生物技术处理含油污水在船舶上的应用提供了技术支持,为解决船舶含油污水污染问题提供了一条新途径。

关键词： 密度泛函理论   多金属氧酸盐   单原子催化剂   二维材料   二氧化碳转化   硝基苯还原反应  

摘要： 鉴于环境污染和能源危机的严重性,绝大多数国家将可持续能源的开发和利用视为一项战略选择。催化剂在新能源和可持续能源领域中扮演着关键角色。因此,催化剂的设计已成为一个亟待解决的问题。其中,多金属氧酸盐（POMs）由于其独特的分子结构和氧化还原性质,在相关能源领域得到了广泛应用。关于多酸的实验研究日益丰富,在分子水平上对催化剂的作用机制进行深入探索已成为重要研究方向,这为提高催化剂活性以及新型催化剂的设计提供了重要的理论指导。近年来,量子化学计算已经成为化学和材料领域不可或缺的研究手段。作为一种高效且重要的理论研究方法,密度泛函理论（DFT）在催化剂设计研究中具有显著优势,能够有效缩短开发周期并降低成本,在催化领域中得到广泛应用。 本论文采用DFT计算研究了多酸在催化二氧化碳（CO2）转化以及硝基苯（Ph-NO2）还原的反应机理。本论文共分为六个章节,第一章为绪论,介绍多酸在催化CO2转化和硝基苯还原领域的最新研究进展;第二章详细阐述本论文所用的理论方法和计算程序;第三至第六章为本论文的主要研究内容,分别为: 1.采用密度泛函理论方法揭示了风车型多钒酸盐[（C2N2H8）4（CH3O）4V4IVV4VO16]·4CH3OH（V8-1）与助催化剂n-Bu4NX（X=Br,I）共催化CO2环加成反应的微观机制。对该过程中环氧丙烷开环、CO2插入和闭环进行深入研究。助催化剂n-Bu4NX（X=Br,I）的引入可以显著降低反应能垒,并且n-Bu4NI表现出优于n-Bu4NBr的催化活性。通过自然键轨道（NBO）电荷和基于Hirshfeld配分的独立梯度模型（IGMH）解释助催化剂n-Bu4NX（X=Br,I）优先进攻亚甲基碳（Cβ）的原因。V8-1在反应中既作为路易斯酸活性中心,又可以充当“电子海绵”,持续得到和失去电子。该研究为合成有机碳酸酯新型催化剂的开发提供新的思路。 2.通过密度泛函理论计算预测了一系列过渡金属（TM=Sc～Zn、Y～Cd）锚定α-Keggin型Na4[Si Mo12O40]（Na4SMA）的多酸-单原子催化剂（POM-SACs）用于电催化CO2还原反应（CO2RR）。TM1/Na4SMA（TM=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Zn、Y、Zr、Nb和Cd）能够稳定负载在Na4SMA上。其中,TM1/Na4SMA（TM=Sc、Cr、Mn、Ti和V）催化CO2RR的限制电位较低,表现出优异的催化活性。在反应过程中,α-Keggin型多酸不仅提供锚定单原子所需的“4-H”位点,同时充当“电子海绵”,不断地接受和提供电子。期望该研究将推动POM-SACs在电催化CO2RR领域的开发与应用。 3.采用密度泛函理论计算探讨了Pt负载在Na3[PMo12O40]（Na3PMA）上的单原子催化剂Pt1/Na3PMA催化Ph-NO2氢化反应机理。Ph-NO2的第一个和第二个N–O键的断裂分别由单氢诱导和双氢诱导机制触发。反应的限制电位为–0.19 V,是目前Ph-NO2还原反应的最低电位。基于此,进一步预测了Pd1/Na3PMA催化还原Ph-NO2的催化活性,其催化性能优于Pt1/Na3PMA,并强调了催化剂与反应物间的电荷转移促进了Ph-NO2的活化。Pt/Pd原子充当催化活性中心,多酸在反应中起着“电子海绵”的作用。该研究为设计新型高效的用于催化Ph-NO2还原的POM-SACs提供了新视角。 4.基于密度泛函理论计算研究了多酸Na3PMA嵌入双层酞菁分子层形成三明治结构Zn-Co Pc/PMo12/Zn-Co Pc的电子性质,探讨了该结构电催化以及光耦合电催化CO2RR的微观机制。研究发现,体系中引入Zn原子使吸收光谱红移并提高了吸光能力。电催化CO2RR过程中,在外加电场作用下,存储在POM中的电子转移给Zn-Co（II）Pc,还原态的Zn-Co（I）Pc用于催化CO2还原;在光耦合电催化CO2RR过程中,Zn-Co（I）Pc将电子转移到POM,还原态多酸也可用于催化CO2还原。POM的引入暴露出了更多的Co活性位点,促进了CO2RR催化过程。POM不仅起到了电子储存器的作用,同时也作为催化活性位点。期望该研究为设计多酸与二维材料结合的新型复合材料催化剂提供有益思路。