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項目簡介水生植物修復技術是一種成本少、耗能低、效果好的生物－生態新技術，即利用植物的吸收、吸附作用，富集導致水體富營養化的氮、磷，降解、富集其它有毒有害污染物，同時由于水生植物生長對藻類的抑制作用，使水體中藻類數量降低，提高水體透明度，達到化害為利、凈化水質的目的，實現水域資源的可持續發展和利用。針對不同生態環境污染，從現場環境中篩選和構建具有高效污染修復的水生植物- 微生物群落體系，更具有針對性強、適應性強、效率高、成本低和對原有生態環境沒有威脅等優點。應用范圍北京大學工學院從選育耐鹽堿性植物新品種入手，研究并優化不同鹽堿程度下植物組合、配伍模式，構建鹽堿環境植被快速恢復技術。篩選高效耐鹽功能菌，利用耐鹽功能菌接種技術，進一步發揮微生物植物聯合修復作用，加快鹽堿環境改良進程。形成以生物為主，鹽堿環境改良與污水治理同步進行，實現鹽堿改良—污染治理—生態重建系統綜合技術的集成的鹽堿化濕地的修復與改良綜合技術體系。項目階段北京大學工學院以多年對微生物的研究積累，將微生物與水體植物相結合，已經完成難降解有機磷化合物微生物——植物耦合凈化體系理論模型構建，建立了對有機磷農藥和難降解有機物（壬基酚等）具有高效分解能力的微生物菌群（同時可以作為微生物菌劑應用在水環境以外的如土壤環境的修復中）篩選、培育，開發了從相應污染環境篩選具有有機物吸收或降解功能的水生植物的技術。微生物－植物耦合水體污染治理技術比原有單一的微生物凈化方式提高70% 的效率。同樣，用生物的方式治理土壤的鹽堿化，可以增加土壤中的有機物，調節土壤中的水氣溫狀況，改變土壤結構與特性，改善有益微生物生存繁衍的環境。通過生物措施改良的鹽堿地脫鹽持久、穩定，且有利于水土保持以及維持生態平衡。

2 015 年我國實施了史上最嚴的環境保護法，對企業污染排放做出嚴格規定， 對違法排污企業懲罰力度大大加強。食品和藥品發酵企業的廢水/廢渣的資源化 利用是降低企業運行成本的有效途徑。發酵廢水/廢渣由于其有機質含量高、可 生化處理性好和成分相對穩定的特點，非常適用于微生物電化學產氫氣。 微生物電化學產氫所用到的裝置稱作微生物電解池。該裝置被質子交換膜分 隔成一個陽極室和陰極室。在陽極室，生長在電極表面的微生物能夠降解有機物 生成二氧化碳、質子和電子。質子和電子分別通過質子交換膜和外電路到達陰極， 兩者在一定的外電壓（>0.2 V）作用下在陰極生成氫氣。整個裝置可以實現污水 中有機物的去除，同時回收氫氣。

我校生態研究中心王傳寬教授研究組在生態學著名學術期刊Global Ecology and Biogeography（環境科學與生態學1區，IF = 6.045）和土壤科學著名學術期刊Soil Biology and Biochemistry（農林科學1區，IF = 4.857）上相繼發表了題為“Effects of forest degradation on microbial communities and soil carbon cycling: A global meta-analysis”和“Trends in soil microbial communities during secondary succession”的系列研究成果，首次從兩個不同微生物分類尺度探索了宏觀生態學的演替干擾理論在微觀土壤微生物生態學中的應用，全球數據整合分析發現：生態對策理論和演替干擾理論可以成功地解釋生態系統進展演替和逆行演替中土壤微生物群落組成和結構的演變過程，不但推動了土壤微生物生態學研究的發展，而且對土壤固碳效應、生態系統模型等都有重要意義。 土壤微生物是陸地生態系統不可或缺的組分，是生物地球化學循環的重要調節者，在生態系統的穩定性、生產力和固碳效應的維持、生態系統服務功能的提供、生物多樣性保護等方面發揮著不可替代的作用。然而，土壤微生物群落結構極其復雜，1克土壤就含有高達10億個細菌和真菌細胞、由數萬種分類單元組成，從而給微觀生態學研究帶來了巨大挑戰。據論文的第一作者周正虎（博士生）和通訊作者王傳寬教授介紹，該研究團隊成功地將宏觀生態學理論應用到微生物研究中，發現生態系統進展演替過程中K-對策微生物越來越占優勢，而森林退化過程中（逆行演替）r-對策微生物越來越占優勢。他們還發現K-對策占優勢的微生物群落有利于土壤有機碳的固存，r-對策占優勢的微生物群落則會將更多的土壤碳排放到大氣中。這些成果不僅將激發微生物生態學的理論研究，而且將推進土壤微生物介導的碳循環過程的機理研究。

滇藏熱泉生態系統中蘊含著豐富的微生物資源，包含大量的系統發育位置未知且功能奇特的神秘、新穎的微生物類群。課題組結合宏基因組學測序技術和生物信息學手段從中重構出14個具有甲烷/烷烴代謝能力的微生物基因組（圖1），其系統發育多樣性極高且獨特，廣泛分布于韋斯特古菌門、哪吒古菌門(Nezharchaeota)等TACK超級門中。值得一提的是，該課題組首次于奇古菌門(Thaumarchaeota)中發現其具有產甲烷功能。此前，奇古菌門以其好氧氨氧化能力而為眾人所熟知，而課題組首次對其厭氧狀態下產甲烷能力的發現表明我們目前對此門認知的局限性，神秘的自然界或將遠遠超出我們的認知。此外，組學技術的發展或將指引我們對其進化歷史進行更全面的認知。課題組對這些未知生命的代謝特征進行了揭示，并發現除卻傳統的氫營養型產甲烷菌外，還有多種氫依賴的甲基營養性產甲烷菌，他們可吸收熱泉生態系統中多種甲基底物以完成甲烷的產生（圖2）。通過進化基因組分析，課題組還對古菌祖先的進化起源進行了推測，研究發現對于具有產甲烷能力的微生物類群，其甲烷代謝關鍵基因mcrABG相對較為保守，并無明顯的水平基因轉移時間發生；而對于烷烴氧化的微生物類群，水平基因轉移對其多樣性塑造有著深遠影響。基于甲烷代謝基因的保守性，課題組對其祖先序列進行了序列重構，從而來推測祖先序列的最適生長溫度，結果表明具有mcrABG標記基因的微生物類群或起源于高溫生境（圖3）。另外，由于 TACK和ASGARD超級門中，以及廣古菌門中大部分支系均具有甲烷/烷烴代謝能力，且相應微生物相比其它同支系微生物有著更為悠久的進化歷史，因此，課題組猜測地球早期生命中，古菌的祖先或具有甲烷和烷烴代謝能力。

本課題研發用于海洋環境（海水及水產品）中病毒、致病菌等病原微生物、重點針對可能引起人類疾病的細菌和病毒（如總桿菌數、大腸桿菌、糞鏈球菌、產氣莢膜梭菌、銅綠假單孢菌、金黃色葡萄球菌、腺病毒、腸道病毒、甲肝病毒、副溶血弧菌、創傷弧菌、沙門氏菌及李斯特菌）快速檢測的分子生物技術，為研制用于這些微生物的現場監測手段和設備奠定理論和技術基礎。檢測方法采用基因芯片檢測、蛋白質檢測和聚合酶鏈式反應（PCR）檢測三種。

本發明公開了一種微生物燃料電池的復合陽極及其制備方法。本發明復合陽極為負載季銨鹽為官能 團的聚合物和導電碳粉的活性炭顆粒填料陽極，活性炭顆粒的多孔結構附著面積大、提高了負載量。通 過將用含有負載季銨鹽為官能團的聚合物和導電碳粉的混合液澆鑄活性炭顆粒填料陽極，烘干后即得到 復合陽極。本發明復合陽極在無任何外加 pH 緩沖鹽時，季銨化陰離子交換聚合物作為一種固態 pH 緩 沖物質能加快陰離子傳遞到陽極，避免了陽極 pH 下降導致系統性能的下降。季銨

水生植物修復技術是一種成本少、耗能低、效果好的生物－生態新技術，即利用植物的吸收、吸附作用，富集導致水體富營養化的氮、磷，降解、富集其它有毒有害污染物，同時由于水生植物生長對藻類的抑制作用，使水體中藻類數量降低，提高水體透明度，達到化害為利、凈化水質的目的，實現水域資源的可持續發展和利用。針對不同生態環境污染，從現場環境中篩選和構建具有高效污染修復的水生植物- 微生物群落體系，更具有針對性強、適應性強、效率高、成本低和對原有生態環境沒有威脅等優點。

本課題研發用于海洋環境（海水及水產品）中病毒、致病菌等病原微生物、重點針對可能引起人類疾病的細菌和病毒（如總桿菌數、大腸桿菌、糞鏈球菌、產氣莢膜梭菌、銅綠假單孢菌、金黃色葡萄球菌、腺病毒、腸道病毒、甲肝病毒、副溶血弧菌、創傷弧菌、沙門氏菌及李斯特菌）快速檢測的分子生物技術，為研制用于這些微生物的現場監測手段和設備奠定理論和技術基礎。檢測方法采用基因芯片檢測、蛋白質檢測和聚合酶鏈式反應（PCR）檢測三種。

項目針對國內外脂溶性功能因子微膠囊化產品儲藏穩定性差、生物利用率低、 配料安全性問題等諸多品質不足，提出以構建乳化和成膜特性俱佳的食品大分子乳化體系為基礎，進行包載脂溶性功能因子的高生物利用率、高穩態化、可控型納米顆粒及固態粉末產品的綠色制備。產品結構多樣，填補了國內市場空白，縮小了我國食品配料產業與發達國家的差距。取得了一系列創新性成果。 針對脂溶性營養素微膠囊化產品載量低、生物利用率差等問題，利用天然蛋白質的分子柔順性和復雜大分子結構，采用增溶、乳化-溶劑揮發高效制備技術，提高營養素載量，同時收縮載體分子體積、減小粒徑，制備獲得高載量、安全、無油型包載營養素的蛋白質納米顆粒。該產品粒徑范圍在 60-100nm，β-胡蘿卜素載量較普通含油型載體提高了 100 倍，具有抗胃蛋白酶消化和完全的小腸吸收特性，β-胡蘿卜素生物利用率是未包埋時的 25 倍，抗氧化活性提高了 2-8 倍。針對蛋白質易在等電點 pH、高鹽、高溫等極端環境下因變性而失穩，采用Maillard 糖基化反應對其進行接枝，通過控制反應進程及糖基供體，獲得等電點不沉淀、乳化穩定性提高 5-7 倍，變性溫度提高 10℃以上的高穩定蛋白。以 其為載體制備的抗環境因子干擾型納米顆粒在pH2.0-10.0 范圍內粒徑均穩定在 100nm 以下，4 °C 下儲藏 6 個月，營養素保留率達 92%以上。 針對液態乳化產品在儲藏過程中的不穩定性，利用淀粉的結構可塑性，在確低黏度且兼具乳化和成膜雙重特性的辛烯基琥珀酸（OSA）酯化淀粉的改性機制的基礎上，提出同步改性-乳化-干燥技術，構建了脂溶性營養素的粉末化制品。通過分析 OSA 淀粉分子分散密度和取代度與功能因子儲藏穩定性及生物有效性之間的相關性，獲得了生物利用率提高 10 倍以上的乳化粉末產品。復水后乳液 保持納米級粒徑，室溫下儲藏半年保留率達 95%以上。 針對不易使用熱處理手段的熱敏性風味油脂，提出納米乳液包埋-多孔淀粉 吸附的兩步非熱固化技術。創新性的采用“熱液處理”原淀粉結合生物酶法打孔，制備得到吸油率為 135%的高吸附型多孔淀粉。強揮發性薄荷油納米乳液多孔淀粉吸附產品，在室溫敞口放置 40 天，保留率可達 98%以上，且產物在 160-200℃ 高溫條件下具有緩釋特性。

本實用新型提供了一種固態微生物飼料添加劑復配裝置，包括底座、第一支撐架和固定板，第一支撐架兩端分別垂直固定在底座和固定板上，所述第一支撐架中部垂直固定有固定架，所述固定架上固定有橢球形攪拌桶，所述攪拌桶底部一側設有第二排料口，所述攪拌桶內設有攪拌裝置，所述底座上鑲嵌固定有第一電機，所述第一電機的輸出軸頂端貫穿攪拌桶底部并延伸至攪拌桶內部固定連接在攪拌裝置上，所述固定板底面上固定有導料箱。本實用新型能夠對飼料添加劑輔料進行預先研磨粉碎，使得微生物菌劑顆粒與飼料添加劑輔料的混合更加均勻。