Biological nitrogen fixation in the upper water column in the south Taiwan Strait during summer 2011

2011年6—7月,利用15n2示踪法实测了台湾海峡南部海域的生物固氮速率,结合温度、盐度、天然颗粒物氮同位素组成的分布,分析并讨论了影响研究海域生物固氮速率的环境因素。结果表明,夏季台湾海峡南部海域的生物固氮速率介于168—1080 nMOl M-3d-1之间,平均为537 nMOl M-3d-1,较高的生物固氮速率大多出现在次表层水体中。研究站位的积分固氮速率变化范围为11—40μMOl M-2d-1,平均为23μMOl M-2d-1。积分固氮速率的空间变化与不同水团的影响有关,在受黑潮水影响的海域,生物固氮速率较高,而在上升流和受河流冲淡水影响的海域,生物固氮速率较低,说明较低的水温及较高的无机氮营养盐可能会抑制研究海域的生物固氮作用。研究海域天然颗粒物δ15n与生物固氮速率之间呈现良好的负相关关系,表明天然颗粒物氮同位素组成可定性指征研究海域生物固氮作用的强弱。Biological N2fixation in marine environments is a major component in the ocean nitrogen budget and plays an important role in global carbon cycles through the sequestration of atmospheric carbon dioxide and production of marine organic matter.N2fixation could be regulated by the abundance and chemical speciation of nutrients and many trace elements in seawater.Recent studies have revealed that N2fixation is much more widespread in marine environments than previously thought.However,little is known about the N2fixation in the Taiwan Strait,especially on N2fixation rates,and their relationship with environmental parameters.The major objectives of this study were to determine the N2fixation rates and their spatial distributions and to explore major physicochemical controlling factors in the south Taiwan Strait.During June and July 2011,seawater samples were collected from ten stations at two transects in the south Taiwan Strait for the measurements of N2fixation rate using the15N2tracer assay.Particulate nitrogen and its isotopic composition were measured with an elemental analyzer(Carlo Erba NC 2500) coupled with a Finnigan MAT DeltaplusXP isotope ratio mass spectrometer.Reproducibility of nitrogen isotope measurements(in terms of δ15N) was within 0.2‰.Our results showed that N2fixation rates in the south Taiwan Strait ranged from 168—1080 nmol m-3d-1with an average of 537 nmol m-3d-1.Most of the high rates were observed at subsurface layers.The depth-integrated N2fixation rates were 11—40 μmol m-2d-1with an average of(23±10) μmol m-2d-1.The distribution of the N2fixation rates showed regional variations with influence from water masses with distinctive temperature and salinity.Higher N2fixation rates were mostly observed in the regions influenced by the Kuroshio,with an average of 31 μmol m-2d-1,while lower rates occurred in the upwelling and river plume regions with an average of 15 μmol m-2d-1.This spatial distribution pattern indicated that biological N2fixation was largely impeded by the low temperature and the high concentration of dissolved inorganic nitrogen in the south Taiwan Strait.The contribution of N2fixation in the study area could be further quantified based on the δ15N signatures of suspended particles which could be significantly depleted during N2fixation.Indeed,a negative correlation between the δ15N signatures of suspended particles and N2fixation rates was observed regardless of using all data points or depth-averaged values within the water column.This indicated that15N-depleted particles were largely derived from the enhanced N2fixation,supporting the use of nitrogen isotopic composition(δ15N) of suspended particles as a potential indicator of N2fixation in the south Taiwan Strait.Further studies are needed to better elucidate the relationship between N2fixation rates and limiting elements and their chemical speciation,and thus the physical and biogeochemical controls on N2fixation in the south Taiwan Strait.国家自然科学基金资助项目(41125020;41076043;41206062); 国际海域资源调查与开发“十二五”项目(DY125-13-E-01

Study on the production of β-poly (L-malic acid) by microorganism

β-聚-L-苹果酸（PMLA）是一种具有极佳水溶性的阴离子聚酯，在医学及其它工业中受到越来越多的重视。本文系统地研究了菌株出芽短梗霉ipe-1生产PMLA的发酵条件及培养基组成、PMLA的代谢途径、细胞生长与PMLA合成的关系、在对数生长后期提高PMLA产量的策略和PMLA的结构特性。 pH 6.0和溶解氧浓度（DO）大于70%时PMLA产量最高，同时pH对细胞的形态有明显的影响，当pH大于等于6.0时，细胞主要呈酵母形态，此形态细胞是主要的PMLA生产者。高DO、高转速将促进细胞生长，但却降低了PMLA对葡萄糖的得率，而在对数生长前期高细胞浓度有利于PMLA的合成，因此采用三段DO和搅拌控制策略有利于促进PMLA合成且提高PMLA对葡萄糖的得率，第一阶段恒定高转速（800 rpm）维持DO大于70%；第二阶段当DO自然降至70%时，通过搅拌与DO偶联控制DO 70%促进PMLA的合成；第三阶段低转速（400 rpm）高DO（70%）降低细胞生长速率，进而提高PMLA对细胞的得率。 PMLA的合成与葡萄糖的消耗速率及细胞的生长速率成正比。采用氧化态氮源硝酸钠时PMLA产量最高，而随着还原态铵浓度的增加PMLA产量降低；当硝酸钠浓度大于6 g/L时，将显著降低黑色素的合成，最大PMLA产量达到37 g/L。初始 5 g/L酵母粉和190 g/L葡萄糖对PMLA的合成较适宜，进一步增加酵母粉浓度对细胞生长无明显促进作用，葡萄糖浓度大于190 g/L将抑制细胞的生长。当在培养基中添加锌离子和磷酸二氢离子时将提高PMLA的生产强度，尽管锰离子对PMLA的生产强度也有促进作用，但是同时促进了黑色素的合成，铁、镁、铜及钾离子对PMLA的产生无明显促进作用，而添加0.1 g/L氯化钙却使PMLA产量提高11.38%。氢氧化钠和碳酸钠做中和剂对PMLA合成无明显影响，而采用氨水做中和剂导致生物量增加23.41%，PMLA产量降低19.96%。 PMLA的合成与细胞的生长在对数生长前期相偶联，而在对数生长后期出现部分解离，原因是高浓度的PMLA（大于40 g/L）不仅抑制PMLA的合成而且对细胞的生长有害，另外，在对数生长后期培养基中氧化还原电位（CRP）从57 mV升高到100 mV，缺乏还原力也将降低PMLA的生产强度。因此，通过半连续发酵维持细胞处于对数生长阶段或通过膜-细胞循环移除新产生的PMLA将提高PMLA的生产强度，同时无论在哪种发酵模式下在对数生长后期控制CRP小于70 mV都将促进PMLA的产生。在超过240 h的5个半连续发酵周期内PMLA的平均浓度60.19 g/L、生产强度达到1.15 g/L·h。 当葡萄糖作为补料溶液的碳源，发酵结束时分批发酵与分批补料发酵中PMLA产量无明显差别。初糖为蔗糖时PMLA产量最高，而为果糖时PMLA对菌体的得率最高，自36 h开始连续补充葡萄糖与蔗糖（10:1）混合液可维持CRP小于70 mV，PMLA产量达到63.2 g/L，同时发酵体积增加25%。另外，补充外源L-苹果酸、丁二酸、三氟乙酸和亲和素对PMLA的合成无明显影响，而生物素、丙酮酸及高的CRP将抑制PMLA的合成，这说明PMLA的合成途径主要涉及磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）在PEP羧化酶催化下经由草酰乙酸合成PMLA的还原途径。 从菌株ipe-1发酵液提取获得的PMLA重均分子量为10.58 KDa，分散系数1.13，而在发酵过程中PMLA重均分子量变化范围为12.7-18.6 KDa，在190-260 nm 具有正向的CD谱带

短梗霉生产聚苹果酸合成机制研究进展

聚苹果酸是一种可完全生物降解的高分子材料,具有高度水溶性、无免疫原性等优良特性,在生物医药及生物材料领域具有广泛应用前景。文章介绍了微生物法合成聚苹果酸的代谢途径、关键酶系及其代谢调控机制,展望了聚苹果酸合成代谢的研究方向。</p

短梗霉生产聚苹果酸合成机制研究进展

聚苹果酸是一种可完全生物降解的高分子材料,具有高度水溶性、无免疫原性等优良特性,在生物医药及生物材料领域具有广泛应用前景。文章介绍了微生物法合成聚苹果酸的代谢途径、关键酶系及其代谢调控机制,展望了聚苹果酸合成代谢的研究方向

纳滤浓缩回收高含磷废水

采用商品纳滤膜NF90浓缩回收高含磷废水,考察了预处理、pH、跨膜压力和浓缩倍数对纳滤浓缩回收含磷废水效果的影响。结果表明,利用氢氧化钠调节废水至pH=5时,固体去除率为64.2%,电导率降低60.3%。纳滤膜除磷技术的优化工艺条件为:料液pH=5,操作压力3 MPa,此条件下纳滤膜可长时间保持较高的通量。料液浓缩5倍时,TP的截留率为91.7%,脱盐率为90.7%。</p

Soil Moisture Physical Properties of Farming-withdrawn Land and Enclosed Grassland in a Typical Grassland

对典型草原云雾山保护区退耕6 a,11 a(放牧8 a)和16 a的3个退耕地和4个封育草地(百里香群落、铁杆蒿群落、大针茅群落和长芒草群落)对照坡耕地表层土壤的水分特征曲线数学模型、持水参数和比水容量进行了测定。结果表明,封育草地的持水和供水性能要大于退耕地和坡耕地,放牧对退耕11 a的持水和供水性能有较大影响。云雾山自然保护区坡地退耕和草地封育后,样地土壤的持水能力大小顺序为封育长芒草群落&gt;大针茅群落&gt;百里香群落&gt;铁杆蒿群落&gt;退耕16 a&gt;退耕6 a&gt;坡耕地&gt;退耕11 a(放牧8 a)。供水能力大小顺序为封育长芒草群落&gt;百里香群落&gt;铁杆蒿群落&gt;大针茅群落&gt;退耕16 a&gt;退耕6 a&gt;退耕11 a(放牧8 a)&gt;坡耕地。这说明土壤持水和供水性能随着退耕年限的增加和封育草地的正向植被演替均逐渐增强的趋势。坡地退耕和草地封育能够通过改善土壤的水分物理性质提高土壤的蓄水持水性能和抗侵蚀能力

Soil structural characteristics and its effect on infiltration on abandoned lands in semi-arid typical grassland areas

坡地土壤降雨入渗、径流和侵蚀过程与土壤结构密切相关。试验样地为宁夏固原云雾山自然保护区的坡耕地、退耕6a、退耕11a(前8a放牧,后3a禁牧)和退耕16a坡地,室内测定土壤结构指标,野外采用基于径流-入流-产流方法的新型降雨仪器在17、43和56mm/h雨强下观测坡地土壤的入渗性能,分析土壤结构特征对入渗的影响。对土壤结构的稳定性指标、孔隙性指标和分形维数指标进行分析,结果表明,随着退耕年限的延长,土壤团聚体稳定性增强,土壤结构孔隙状况得到明显改善。模拟降雨结果显示,随着雨强的增大,退耕地的土壤入渗率增加,但坡耕地反而降低。退耕11a样地受放牧牲畜践踏影响,入渗性能最差。通过逐步回归分析可知,在17mm/h和56mm/h雨强下,影响土壤稳定入渗率的土壤结构因子主要是容重和有机碳含量,而在43mm/h雨强下主要是毛管孔隙度和非毛管孔隙度。土壤有机碳含量和孔隙状况的差异致使土壤结构特征不同,从而对入渗性能和过程产生明显的影响

光电对抗平台高精度平稳跟踪技术

针对某光电对抗平台跟踪精度高、跟踪平稳连续的要求,提出了基于PI-P调节器的复合控制技术,具有结构简单、抗负载扰动能力强、控制平稳等特点,保证了系统的高精度跟踪;通过先对视频跟踪器数据进行合理性检验,然后与外部引导数据进行数据融合的方法,剔除干扰,提高对机动目标位置预测的可信度和准确度,保证目标跟踪的连续性和平稳性。实验结果表明,该方法满足系统高精度、平稳连续跟踪的要求,在保精度角速度20(&deg;)/s,保精度角加速精度25(&deg;)/s2时跟踪最大误差小于2&prime;,该系统具有广泛的适用性

适合全光组播网络的网络编码技术研究

传统的网络编解码算法需要进行线性运算,只适合在电域中实现。而当前全光器件的发展已经能够实现逻辑运算和移位操作。为了将网络编码引入到全光组播网络当中,文章研究了生成网络编码组播树的算法,以及适合于光网络编码的编码向量选取方法,并对所提出的算法进行了仿真分析。结果表明,将网络编码应用于全光组播中能够显著提高组播性能