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項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:觀測(cè)活細(xì)胞內(nèi)生物大分子的動(dòng)力學(xué)過程和信號(hào)小分子對(duì)生物大分子的調(diào)控作用對(duì)于探索生理病理新機(jī)制及疾病治療新方法具有重要的科學(xué)意義。 我校物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院張忠平課題組（張瑞龍、田肖和、韓光梅、劉正杰），針對(duì)上述關(guān)鍵科學(xué)問題，通過設(shè)計(jì)一系列多響應(yīng)、多重定位的新型光學(xué)探針，實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子對(duì)蛋白/酶活性的調(diào)控以及遺傳物質(zhì)動(dòng)力學(xué)的分子影像分析，在理解細(xì)胞內(nèi)生物分子動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域取得了重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)。代表性進(jìn)展主要包含：（1）氣體信號(hào)分子對(duì)細(xì)胞內(nèi)酶活性的調(diào)控； (2）膜穿透性碳點(diǎn)對(duì)活體內(nèi)DNA和RNA結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)的超分辨影像分析；（3）超分辨成像揭示活性氧調(diào)控線粒體核蛋白動(dòng)力學(xué)；（4）超分辨STED和電鏡關(guān)聯(lián)成像對(duì)細(xì)胞微管蛋白超精細(xì)結(jié)構(gòu)的分析。 上述進(jìn)展解決了生物探針對(duì)細(xì)胞內(nèi)多種組分和細(xì)胞器的特異性識(shí)別問題，不僅有效避免了熒光光譜的重疊，還同步結(jié)合電鏡對(duì)生物大分子精細(xì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)行研究，為我校雙一流學(xué)科生物醫(yī)學(xué)探針和成像方向再添新成果。

本發(fā)明提供一種提高冬季低溫污水生物反硝化脫氮的方法，該方法包括步驟：采用序列間歇式活性污泥法運(yùn)行方式，將馴化好的活性污泥和硝酸鹽廢水置于四個(gè)連續(xù)攪拌反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，用冷卻水循環(huán)器將所述反應(yīng)器中的水溫控制在5～15℃溫度狀態(tài)下。從四個(gè)反應(yīng)器中取樣測(cè)定總氮，我國GB18918-2002要求總氮的最高排放標(biāo)準(zhǔn)為20mg/L，結(jié)合測(cè)定的結(jié)果分析最終排放總氮的量是否達(dá)標(biāo)。本發(fā)明的效果是采用該方法能夠在低溫條件下投加介體后顯著提高了生物脫氮，達(dá)到了我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)》要求總氮的最高排放標(biāo)準(zhǔn)。氧化還原介體的應(yīng)用克服了在低溫條件生物脫氮速率慢的缺點(diǎn)并為高效降解含氮污染物提供了新的思路。

本發(fā)明提供一種基于生物體觸電阻抗參數(shù)計(jì)算的多端口阻抗模型構(gòu)建方法，包括：采集活體試驗(yàn)對(duì)象在完整皮膚和破損皮膚狀況下的多組低壓配電網(wǎng)生物體觸電信號(hào)；根據(jù)所述生物體觸電信號(hào)，獲取生物體觸電阻抗參數(shù)；根據(jù)所述生物體觸電阻抗參數(shù)，利用非線性時(shí)變電阻和電容元件搭建試驗(yàn)生物體觸電阻抗電路模型，對(duì)生物體觸電的暫態(tài)過渡過程進(jìn)行描述；根據(jù)所述試驗(yàn)生物體觸電阻抗電路模型，基于外推法獲取生物體觸電多端口阻抗模型。該方法能計(jì)算生物體觸電阻抗參數(shù)并建立響應(yīng)精度較高的生物體觸電多端口阻抗模型，實(shí)現(xiàn)在低壓配電網(wǎng)工頻狀況下對(duì)生物體觸電暫態(tài)過渡過程的精確描述。

成果簡(jiǎn)介：  生物脫硫是21世紀(jì)綠色化學(xué)的一個(gè)重要組成部分，適用范圍廣、實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用和發(fā)展前景廣闊。氣體生物脫硫及硫磺回收是基于生物硫氧化原理建立起來的以硫磺回收為目標(biāo)的硫化氫脫除方法，具有高效、清潔、節(jié)能、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。 本項(xiàng)目開展微生物法脫除氣體中硫化氫及硫回收中試開發(fā)，

艾滋病由人體免疫缺陷病毒（HIV）感染而引起。針對(duì) HIV-1 的侵入、傳染的機(jī)制 及其它一些可能抑制 HIV-1 的機(jī)理，我們已經(jīng)獲得抗 HIV-1 的 C22 和 M3 多肽等系列的 膜融合抑制劑。但是多肽和蛋白質(zhì)類藥物在胃腸道給藥過程中普遍存在如胃內(nèi)酸解酶解、 胃腸道粘膜滲透性差、脂溶性差影響吸收等難點(diǎn)和缺點(diǎn)。 殼寡糖是利用殼聚糖為原料，通過生物工程技術(shù)降解制備獲得的 2-20 個(gè)氨基葡萄 糖連接而成的低聚氨基葡萄糖。有增強(qiáng)免疫力、降低血脂血糖、防控癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移、抑制 細(xì)胞老化等重要作用。 本發(fā)明在于提供殼寡糖及其衍生物作為抗 HIV-1 多肽藥物載體的應(yīng)用。殼寡糖作為 多肽藥物載體，可增加低吸收率的多肽藥物的生物利用率；控制多肽藥物的釋放；減少 對(duì)胃腸粘膜的刺激；保持多肽藥物在體內(nèi)穩(wěn)定性；提高藥物的靶向性。 二、功能特點(diǎn)： 3、增加低吸收率的多肽藥物的生物利用率。 4、控制多肽藥物的釋放；減少對(duì)胃腸粘膜的刺激。 5、保持多肽藥物在體內(nèi)穩(wěn)定性；提高藥物的靶向性。

1 成果簡(jiǎn)介本項(xiàng)目在研發(fā)過程中得到了教育部留學(xué)人員歸國基金、教育部博士點(diǎn)基金、自然科學(xué)基金、國家科技支撐計(jì)劃的部分支持，經(jīng)過主持單位和協(xié)作單位的聯(lián)合攻關(guān)，經(jīng)過 8 年的時(shí)間研究完成的。通過實(shí)驗(yàn)室小試，開發(fā)出可將污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間分離的新型多孔微生物載體，研究了好氧-厭氧耦合污泥減量化的機(jī)理。采用設(shè)計(jì)的新型載體構(gòu)建了中試裝置，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)中試和實(shí)際應(yīng)用，取得了一系列突破性的進(jìn)展和成果，并成功的將該項(xiàng)目應(yīng)用在生活污水、河道污水和工業(yè)廢水的治理中，在項(xiàng)目研究過程中共申請(qǐng)國家發(fā)明專利 6 項(xiàng)（其中5 項(xiàng)已授權(quán)），實(shí)用新型 1 項(xiàng)，發(fā)表論文 30 余篇，翻譯教材 2 部。 該項(xiàng)目在實(shí)施過程中，主要取得如下幾個(gè)方面的技術(shù)突破： （ 1）研究了好氧-厭氧耦合體系在處理廢水的同時(shí)對(duì)污泥減量化的作用機(jī)理，開發(fā)出好氧-厭氧多次反復(fù)耦合原位污泥減量技術(shù)。 （ 2）對(duì)多孔載體的結(jié)構(gòu)及對(duì)剩余污泥的截流效果進(jìn)行了全面研究。設(shè)計(jì)了一種空隙率高、對(duì)污泥截流效果好的多孔載體。 （ 3）開發(fā)出以天然高分子為助凝劑的鐵鹽混凝除磷技術(shù)。 （ 4）實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)的實(shí)際推廣應(yīng)用，分別應(yīng)用于處理城市生活污水、農(nóng)村的生活污水、工業(yè)廢水和河道污染治理中。在高碑店污水處理廠進(jìn)行的運(yùn)行兩年的 103/d 的中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，運(yùn)行效果穩(wěn)定，在水力停留時(shí)間為 12h 時(shí)，出水 COD 保持在 60mg/L 以下，出水 SS 在 30mg/L以下，兩年不需要排泥。在廣東肇慶處理 5m3/d 的高濃度發(fā)酵制藥廢水（ COD 2000~3000 mg/L），運(yùn)行近一年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在水力停留時(shí)間為 27h 時(shí)，出水 COD 保持在 100 mg/L 以下，出水 SS 在 50mg/L 以下。 在以上中試試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，我們將該技術(shù)推廣應(yīng)用于青島即墨市兩個(gè)社會(huì)主義新農(nóng)村的生活污水處理（日處理量 150~180 噸），上海浦東區(qū)金家村農(nóng)村生活污水處理（適于不同地理特點(diǎn)的 170 套反應(yīng)器，服務(wù)人口 2120 人），佛山市石角涌河道截污工程（日處理量 1000~3000噸）和河北威遠(yuǎn)生物化工有限公司的農(nóng)藥廢水處理項(xiàng)目（日處理量 780 噸）。應(yīng)用結(jié)果表明該技術(shù)可以有效地去除廢水中的有機(jī)物及氮，同時(shí)實(shí)現(xiàn)原污泥減量化，而且對(duì)于用常規(guī)方法不能去除的有機(jī)物（如苯、苯酚等）也可以有效地去除。新型多孔微生物載體技術(shù)在污水處理過程中不需要對(duì)剩余污泥進(jìn)行處理，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低，具有廣闊的應(yīng)用前景。2 技術(shù)指標(biāo)生活污水經(jīng)過處理后達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn) GB18918-2002》一級(jí)B 排放標(biāo)準(zhǔn)；處理生活污水的過程中剩余污泥減量 60~75%；處理河道污水的過程中剩余污泥減量 70~85%；多孔微生物載體的使用壽命在 10 年以上；工業(yè)污水由于種類較多，排放標(biāo)準(zhǔn)不一，需要根據(jù)具體的情況進(jìn)行確定。3 應(yīng)用說明本技術(shù)主要是應(yīng)用于新建或者現(xiàn)有污水處理廠污泥減量、廢水處理方面。該技術(shù)利用多孔載體和定點(diǎn)曝氣技術(shù)，在反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)了沿載體軸向、反應(yīng)器水流和高度方向的多層次好氧-厭氧反復(fù)耦合環(huán)境，從而在同一個(gè)反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)好氧-厭氧微生物反應(yīng)的耦合。實(shí)驗(yàn)室采用人工廢水的小試研究結(jié)果表明，該類耦合體系的 COD 去除率大于 90%，而與傳統(tǒng)廢水處理工藝相比，剩余污泥的產(chǎn)率可以減少 90%以上。 對(duì)該類耦合體系實(shí)現(xiàn)污泥減量的機(jī)理研究表明，好氧區(qū)增殖的污泥進(jìn)入下游的厭氧區(qū)后發(fā)生死亡溶解釋放出胞內(nèi)蛋白質(zhì)等組分，進(jìn)一步被降解成小分子物質(zhì)，這些物質(zhì)流入下游好氧區(qū)被污泥再次利用，強(qiáng)化了污泥的隱性增殖；而微型動(dòng)物的穩(wěn)定存在強(qiáng)化了捕食效應(yīng)。整個(gè)過程伴隨著 CO2、 N2 的釋放，使得進(jìn)水中有機(jī)物以氣體形式脫離體系，從而實(shí)現(xiàn)了廢水的凈化處理和剩余污泥的原位減量。 為了進(jìn)一步將污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間分離以實(shí)現(xiàn)污泥減量效果，本研究設(shè)計(jì)開發(fā)了新型的多孔微生物載體。采用設(shè)計(jì)的新型載體構(gòu)建了中試裝置，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)中試和實(shí)際應(yīng)用，取得了一系列突破性的進(jìn)展和成果，驗(yàn)證了新型載體的實(shí)際應(yīng)用效果，并進(jìn)而成功地將該技術(shù)應(yīng)用在生活污水、河道污水和工業(yè)廢水的治理中，在處理生活污水的過程中可以使污泥減量 60~75%，處理河道污水的過程中可以使污泥減量 70~85%。4 效益分析城市污水處理廠污泥安全處置工作有其艱巨性和復(fù)雜性，特別對(duì)于污水處理規(guī)模較小，污泥厭氧發(fā)酵無法實(shí)施的地方，污泥減量化污水處理技術(shù)的應(yīng)用將成為必要的選擇。通過該技術(shù)的實(shí)施，可以大量的減少剩余污泥的產(chǎn)量，減少填埋用地，節(jié)約土地資源，避免了對(duì)環(huán)境的二次污染。同時(shí)，由于污水處理廠對(duì)污泥處理量的減少，運(yùn)行費(fèi)用隨之降低，而且運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，對(duì)促進(jìn)我國水處理事業(yè)的發(fā)展有積極的影響。 該技術(shù)既可以用于生活污水的處理也可以用于工業(yè)廢水的處理，適用范圍比較廣，而且在處理污水的同時(shí)可以大量的減少剩余污泥的產(chǎn)量。不僅可以減少污水處理設(shè)備的投資，而且可以節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用， 適于中小規(guī)模的生活污水處理及有機(jī)工業(yè)污水處理。5 合作方式技術(shù)轉(zhuǎn)讓或合作開發(fā)。

本課題研發(fā)用于海洋環(huán)境（海水及水產(chǎn)品）中病毒、致病菌等病 原微生物、重點(diǎn)針對(duì)可能引起人類疾病的細(xì)菌和病毒（如總桿菌數(shù)、 大腸桿菌、糞鏈球菌、產(chǎn)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(chuàng)傷弧菌、沙門氏 菌及李斯特菌）快速檢測(cè)的分子生物技術(shù)，為研制用于這些微生物的 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段和設(shè)備奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。檢測(cè)方法采用基因芯片檢 測(cè)、蛋白質(zhì)檢測(cè)和聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）檢測(cè)三種

傳統(tǒng)發(fā)酵通常采用固態(tài)多菌種釀造，其功能微生物組成復(fù)雜，其形成的微生態(tài)在釀造的過程中一直處于動(dòng)態(tài)的平衡，這種微生態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的揭示對(duì)提升傳統(tǒng)釀造食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、風(fēng)味保持具有重要意義，通過現(xiàn)代的微生態(tài)技術(shù)，認(rèn)識(shí)釀造微生物群落結(jié)構(gòu)及其功能，并加以理性應(yīng)用，既是重要的基礎(chǔ)科學(xué)問題，又是行業(yè)技術(shù)升級(jí)的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期從事傳統(tǒng)釀造食品的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐，與國內(nèi)的眾多 大型釀造企業(yè)，如鎮(zhèn)江恒順、瀘州老窖、山西老陳醋、張家界大德釀造、安徽胡玉美等保持著長(zhǎng)期的產(chǎn)學(xué)研合作。近十多年來，針對(duì)白酒、黃酒、醬油（醬）、泡菜等傳統(tǒng)釀造食品，在系統(tǒng)研究釀造微生物功能的基礎(chǔ)上，理性設(shè)計(jì)功能調(diào)控手段，達(dá)到傳承工藝特色，穩(wěn)定發(fā)酵生產(chǎn)，提升產(chǎn)品品質(zhì)的目的。 創(chuàng)新要點(diǎn) （1）系統(tǒng)建立了復(fù)雜釀造微生物群落結(jié)構(gòu)解析和微量代謝產(chǎn)物精確分析的技術(shù)體系，解決了妨礙定量研究傳統(tǒng)釀造食品微生物群落結(jié)構(gòu)以及精確其復(fù)雜組份的技術(shù)難題。 （2）創(chuàng)新了傳統(tǒng)釀造功能微生物高效篩選技術(shù)，從傳統(tǒng)食醋等釀造過程中分離獲得近百株背景明確、安全可靠、發(fā)酵性能優(yōu)良的微生物，形成了完備的釀造用菌種庫，包括乳酸菌、醋酸菌、酵母菌、米曲霉等。 （3）首次提出了傳統(tǒng)釀造菌群生物強(qiáng)化策略，構(gòu)建了釀造微生物群落功能強(qiáng)化技術(shù)體系并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，促進(jìn)了傳統(tǒng)釀造生產(chǎn)的三個(gè)可控（釀造微生物群落功能可控、釀造過程可控、產(chǎn)品品質(zhì)可控）。

滇藏?zé)崛鷳B(tài)系統(tǒng)中蘊(yùn)含著豐富的微生物資源，包含大量的系統(tǒng)發(fā)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(jié)合宏基因組學(xué)測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)手段從中重構(gòu)出14個(gè)具有甲烷/烷烴代謝能力的微生物基因組（圖1），其系統(tǒng)發(fā)育多樣性極高且獨(dú)特，廣泛分布于韋斯特古菌門、哪吒古菌門(Nezharchaeota)等TACK超級(jí)門中。值得一提的是，該課題組首次于奇古菌門(Thaumarchaeota)中發(fā)現(xiàn)其具有產(chǎn)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(duì)其厭氧狀態(tài)下產(chǎn)甲烷能力的發(fā)現(xiàn)表明我們目前對(duì)此門認(rèn)知的局限性，神秘的自然界或?qū)⑦h(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的認(rèn)知。此外，組學(xué)技術(shù)的發(fā)展或?qū)⒅敢覀儗?duì)其進(jìn)化歷史進(jìn)行更全面的認(rèn)知。課題組對(duì)這些未知生命的代謝特征進(jìn)行了揭示，并發(fā)現(xiàn)除卻傳統(tǒng)的氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌外，還有多種氫依賴的甲基營(yíng)養(yǎng)性產(chǎn)甲烷菌，他們可吸收熱泉生態(tài)系統(tǒng)中多種甲基底物以完成甲烷的產(chǎn)生（圖2）。通過進(jìn)化基因組分析，課題組還對(duì)古菌祖先的進(jìn)化起源進(jìn)行了推測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于具有產(chǎn)甲烷能力的微生物類群，其甲烷代謝關(guān)鍵基因mcrABG相對(duì)較為保守，并無明顯的水平基因轉(zhuǎn)移時(shí)間發(fā)生；而對(duì)于烷烴氧化的微生物類群，水平基因轉(zhuǎn)移對(duì)其多樣性塑造有著深遠(yuǎn)影響。基于甲烷代謝基因的保守性，課題組對(duì)其祖先序列進(jìn)行了序列重構(gòu)，從而來推測(cè)祖先序列的最適生長(zhǎng)溫度，結(jié)果表明具有mcrABG標(biāo)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(jí)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(yīng)微生物相比其它同支系微生物有著更為悠久的進(jìn)化歷史，因此，課題組猜測(cè)地球早期生命中，古菌的祖先或具有甲烷和烷烴代謝能力。

丁二酸又名琥珀酸，是生物煉制產(chǎn)品工程中最重要的碳四平臺(tái)化合物，是制備多種重要化工中間體（1，4-丁二醇、四氫呋喃、g-丁內(nèi)酯等）與生物可降解材料（PBS）的原料，市場(chǎng)需求總量將有望由目前的1.8萬噸擴(kuò)展至400萬噸。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法采用的是從丁烷經(jīng)順丁烯二酸酐通過電解生產(chǎn)，生產(chǎn)污染大，成本高，抑制了丁二酸這一大宗化學(xué)品的發(fā)展?jié)摿ΑＩ锓ㄉa(chǎn)丁二酸的主要原料來源廣泛且價(jià)格低廉（玉米、廢乳清、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢料等），可以減少對(duì)不可再生資源的消耗，微生物合成丁二酸的過程中吸收并固定CO2用于菌株的代謝，并最終生成丁二酸，每生產(chǎn)1kg丁二酸，將會(huì)有0.37kg的CO2被固定。如果將發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸與另一大宗發(fā)酵產(chǎn)品乙醇的生產(chǎn)過程進(jìn)行耦合，更可將發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)生的CO2加以利用，減少溫室氣體的排放，并同時(shí)生產(chǎn)出丁二酸、乙醇等產(chǎn)品。該制備技術(shù)具有產(chǎn)物濃度高、原料來源豐富、分離簡(jiǎn)便、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)。可利用葡萄糖、玉米粉糖化液、纖維素/半纖維素水解糖液并在發(fā)酵中固定二氧化碳?xì)怏w作為碳源，在較高葡萄糖濃度下（100g/L）實(shí)現(xiàn)了較高濃度產(chǎn)物的累積（60~70g/L），生產(chǎn)強(qiáng)度達(dá)1.5g/（L?h），丁二酸提取收率≥80%，產(chǎn)品純度≥98%。擁有具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的丁二酸生產(chǎn)菌株：產(chǎn)琥珀酸放線桿菌NJ113，該菌株具有良好的丁二酸生產(chǎn)性狀，生產(chǎn)水平目前處于國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先。建立了從種子培養(yǎng)、厭氧發(fā)酵、產(chǎn)物分離提取及檢測(cè)分析等一系列較為完整的上下游工藝，具有路線簡(jiǎn)單、便于操作、綠色清潔等優(yōu)點(diǎn)。