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L-瓜氨酸能夠清除羥基，可有效保護(hù) DNA 及 PMN 免受氧化反應(yīng)的侵害。瓜氨酸對(duì)防治前列腺疾病作用明顯。近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)瓜氨酸在體內(nèi)可轉(zhuǎn)化為人體必需氨基酸 L-精氨酸，在維持心血管正常功能的一氧化氮代謝中也發(fā)揮著重要作用。此外，服用瓜氨酸能有效的改善人體的抗疲勞能力，維護(hù)健康的心肺功能，增強(qiáng)人體的肌肉強(qiáng)度，提高體能，在運(yùn)動(dòng)保健方面具有良好的作用。目前廣瓜氨酸在抗氧化，醫(yī)用檢測(cè)，保健食品，化妝品和食品添加劑等方面有著廣泛的應(yīng)用前景，國(guó)內(nèi)外需求巨大，市場(chǎng)前景廣闊。酶法轉(zhuǎn)化精氨酸生產(chǎn)瓜氨酸具有工藝簡(jiǎn)單、周期短、耗能低、專一性強(qiáng)、收率高、提取方便等優(yōu)點(diǎn)，因而受到越來(lái)越多的關(guān)注。本研究通過(guò)構(gòu)建工程菌，高通量篩選獲得一株高轉(zhuǎn)化率的菌株。 

L-鳥氨酸是細(xì)胞內(nèi)重要代謝化合物，近來(lái)研究發(fā)現(xiàn) L-鳥氨酸可刺激腦垂體分泌生長(zhǎng)激素，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成及糖與脂肪的分解代謝。此外，以鳥氨酸為原料制備的依氟鳥氨酸，能抑制多胺合成，延緩腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，是頗具前景的新型抗癌藥物。L-鳥氨酸除了在醫(yī)藥上作為試劑與注射液外，通常還用于配制保肝、強(qiáng)身、解毒的營(yíng)養(yǎng)劑以及生產(chǎn)消除疲勞的發(fā)泡飲料。而酶法轉(zhuǎn)化精氨酸生產(chǎn)鳥氨酸具有工藝簡(jiǎn)單、周期短、耗能低、專一性強(qiáng)、收率高、提取方便等優(yōu)點(diǎn)，因而受到越來(lái)越多的關(guān)注。技術(shù)指標(biāo)：工程菌經(jīng)過(guò)培養(yǎng) 6 h 后，ARG 酶活可達(dá)到 177.3 U/mL；在 4 h 的催化周期內(nèi)，L-鳥氨酸產(chǎn)量為 112.3 g/L，對(duì)精氨酸摩爾轉(zhuǎn)化率為 87 %。產(chǎn)品性能：無(wú)副產(chǎn)物，純度高。 

胍基丁胺（ Agmatine ）是一種多胺，在精氨酸脫羧酶（ argininedecarboxylase，ADC）作用下 L-精氨酸脫羧的產(chǎn)物，它幾乎分布于哺乳動(dòng)物體內(nèi)所有的器官和組織，具有降血壓、利尿、抗炎、調(diào)控細(xì)胞增殖等多種生理功能，因此是一種重要的醫(yī)藥中間體，具有較高的商業(yè)價(jià)值（50 萬(wàn)/噸）。其硫酸鹽對(duì)動(dòng)物嗎啡依賴性具有戒斷作用，是極具開發(fā)價(jià)值的戒毒類藥物。目前工業(yè)上合成胍基丁胺的生產(chǎn)方法主要為化學(xué)法，該方法具有高污染、生產(chǎn)條件苛刻、安全性差等缺點(diǎn)。本研究建立了一種運(yùn)用重組精氨酸脫羧酶（ADC）生產(chǎn)胍基丁胺的綠色環(huán)保新方法。通過(guò)基因工程手段，構(gòu)建了一株 L-精氨酸脫羧酶高產(chǎn)菌株。 技術(shù)指標(biāo)： 100 g/L 的 L-精氨酸經(jīng) 5 h 轉(zhuǎn)化，胍基丁胺產(chǎn)量可達(dá) 52.02 g/L，轉(zhuǎn)化率 69.6%。

磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS），又稱二酰甘油酰磷酸絲氨酸，是一類普遍存在的磷脂，通常位于細(xì)胞膜的內(nèi)層，尤其是大腦細(xì)胞膜的重要組成成分之一。它能調(diào)控大腦的各項(xiàng)功能正常運(yùn)作，起到調(diào)節(jié)血脂、改善記憶、健腦益智、以及延緩衰老等作用。但天然存在的磷脂酰絲氨酸很少，提取工藝繁雜， 并且安全性受到人們的質(zhì)疑。生物酶法制備磷脂酰絲氨酸具有反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。本研究室通過(guò)基因工程手段，大腸桿菌中異源表達(dá)了磷脂酶 D 基因，以粗話生產(chǎn)磷脂酰絲氨酸。目前，該研究正在進(jìn)行蛋白質(zhì)工程改造及各項(xiàng)優(yōu)化，以提高底物轉(zhuǎn)化率。 

近日，南開大學(xué)王磊教授團(tuán)隊(duì)首次揭示霍亂大流行菌株起源和完整進(jìn)化途徑的研究成果，被寫入美國(guó)微生物學(xué)會(huì)出版的權(quán)威教科書《微生物》（Microbe,3rd Edition）。該書由美國(guó)密歇根大學(xué)米歇爾·斯旺森教授等編寫，介紹微生物領(lǐng)域最基礎(chǔ)和核心的知識(shí)及原理，是國(guó)際上最經(jīng)典和暢銷的微生物學(xué)教科書之一。

水生植物修復(fù)技術(shù)是一種成本少、耗能低、效果好的生物－生態(tài)新技術(shù)，即利用植物的吸收、吸附作用，富集導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的氮、磷，降解、富集其它有毒有害污染物，同時(shí)由于水生植物生長(zhǎng)對(duì)藻類的抑制作用，使水體中藻類數(shù)量降低，提高水體透明度，達(dá)到化害為利、凈化水質(zhì)的目的，實(shí)現(xiàn)水域資源的可持續(xù)發(fā)展和利用。針對(duì)不同生態(tài)環(huán)境污染，從現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中篩選和構(gòu)建具有高效污染修復(fù)的水生植物- 微生物群落體系，更具有針對(duì)性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、效率高、成本低和對(duì)原有生態(tài)環(huán)境沒(méi)有威脅等優(yōu)點(diǎn)。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介水生植物修復(fù)技術(shù)是一種成本少、耗能低、效果好的生物－生態(tài)新技術(shù)，即利用植物的吸收、吸附作用，富集導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的氮、磷，降解、富集其它有毒有害污染物，同時(shí)由于水生植物生長(zhǎng)對(duì)藻類的抑制作用，使水體中藻類數(shù)量降低，提高水體透明度，達(dá)到化害為利、凈化水質(zhì)的目的，實(shí)現(xiàn)水域資源的可持續(xù)發(fā)展和利用。針對(duì)不同生態(tài)環(huán)境污染，從現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中篩選和構(gòu)建具有高效污染修復(fù)的水生植物- 微生物群落體系，更具有針對(duì)性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、效率高、成本低和對(duì)原有生態(tài)環(huán)境沒(méi)有威脅等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用范圍北京大學(xué)工學(xué)院從選育耐鹽堿性植物新品種入手，研究并優(yōu)化不同鹽堿程度下植物組合、配伍模式，構(gòu)建鹽堿環(huán)境植被快速恢復(fù)技術(shù)。篩選高效耐鹽功能菌，利用耐鹽功能菌接種技術(shù)，進(jìn)一步發(fā)揮微生物植物聯(lián)合修復(fù)作用，加快鹽堿環(huán)境改良進(jìn)程。形成以生物為主，鹽堿環(huán)境改良與污水治理同步進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)鹽堿改良—污染治理—生態(tài)重建系統(tǒng)綜合技術(shù)的集成的鹽堿化濕地的修復(fù)與改良綜合技術(shù)體系。項(xiàng)目階段北京大學(xué)工學(xué)院以多年對(duì)微生物的研究積累，將微生物與水體植物相結(jié)合，已經(jīng)完成難降解有機(jī)磷化合物微生物——植物耦合凈化體系理論模型構(gòu)建，建立了對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥和難降解有機(jī)物（壬基酚等）具有高效分解能力的微生物菌群（同時(shí)可以作為微生物菌劑應(yīng)用在水環(huán)境以外的如土壤環(huán)境的修復(fù)中）篩選、培育，開發(fā)了從相應(yīng)污染環(huán)境篩選具有有機(jī)物吸收或降解功能的水生植物的技術(shù)。微生物－植物耦合水體污染治理技術(shù)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(jī)物，調(diào)節(jié)土壤中的水氣溫狀況，改變土壤結(jié)構(gòu)與特性，改善有益微生物生存繁衍的環(huán)境。通過(guò)生物措施改良的鹽堿地脫鹽持久、穩(wěn)定，且有利于水土保持以及維持生態(tài)平衡。

2 015 年我國(guó)實(shí)施了史上最嚴(yán)的環(huán)境保護(hù)法，對(duì)企業(yè)污染排放做出嚴(yán)格規(guī)定， 對(duì)違法排污企業(yè)懲罰力度大大加強(qiáng)。食品和藥品發(fā)酵企業(yè)的廢水/廢渣的資源化 利用是降低企業(yè)運(yùn)行成本的有效途徑。發(fā)酵廢水/廢渣由于其有機(jī)質(zhì)含量高、可 生化處理性好和成分相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，非常適用于微生物電化學(xué)產(chǎn)氫氣。 微生物電化學(xué)產(chǎn)氫所用到的裝置稱作微生物電解池。該裝置被質(zhì)子交換膜分 隔成一個(gè)陽(yáng)極室和陰極室。在陽(yáng)極室，生長(zhǎng)在電極表面的微生物能夠降解有機(jī)物 生成二氧化碳、質(zhì)子和電子。質(zhì)子和電子分別通過(guò)質(zhì)子交換膜和外電路到達(dá)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(gè)裝置可以實(shí)現(xiàn)污水 中有機(jī)物的去除，同時(shí)回收氫氣。

我校生態(tài)研究中心王傳寬教授研究組在生態(tài)學(xué)著名學(xué)術(shù)期刊Global Ecology and Biogeography（環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)1區(qū)，IF = 6.045）和土壤科學(xué)著名學(xué)術(shù)期刊Soil Biology and Biochemistry（農(nóng)林科學(xué)1區(qū)，IF = 4.857）上相繼發(fā)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(gè)不同微生物分類尺度探索了宏觀生態(tài)學(xué)的演替干擾理論在微觀土壤微生物生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用，全球數(shù)據(jù)整合分析發(fā)現(xiàn)：生態(tài)對(duì)策理論和演替干擾理論可以成功地解釋生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)展演替和逆行演替中土壤微生物群落組成和結(jié)構(gòu)的演變過(guò)程，不但推動(dòng)了土壤微生物生態(tài)學(xué)研究的發(fā)展，而且對(duì)土壤固碳效應(yīng)、生態(tài)系統(tǒng)模型等都有重要意義。 土壤微生物是陸地生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的組分，是生物地球化學(xué)循環(huán)的重要調(diào)節(jié)者，在生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、生產(chǎn)力和固碳效應(yīng)的維持、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的提供、生物多樣性保護(hù)等方面發(fā)揮著不可替代的作用。然而，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，1克土壤就含有高達(dá)10億個(gè)細(xì)菌和真菌細(xì)胞、由數(shù)萬(wàn)種分類單元組成，從而給微觀生態(tài)學(xué)研究帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。據(jù)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(tuán)隊(duì)成功地將宏觀生態(tài)學(xué)理論應(yīng)用到微生物研究中，發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)展演替過(guò)程中K-對(duì)策微生物越來(lái)越占優(yōu)勢(shì)，而森林退化過(guò)程中（逆行演替）r-對(duì)策微生物越來(lái)越占優(yōu)勢(shì)。他們還發(fā)現(xiàn)K-對(duì)策占優(yōu)勢(shì)的微生物群落有利于土壤有機(jī)碳的固存，r-對(duì)策占優(yōu)勢(shì)的微生物群落則會(huì)將更多的土壤碳排放到大氣中。這些成果不僅將激發(fā)微生物生態(tài)學(xué)的理論研究，而且將推進(jìn)土壤微生物介導(dǎo)的碳循環(huán)過(guò)程的機(jī)理研究。

1 成果簡(jiǎn)介本項(xiàng)目在研發(fā)過(guò)程中得到了教育部留學(xué)人員歸國(guó)基金、教育部博士點(diǎn)基金、自然科學(xué)基金、國(guó)家科技支撐計(jì)劃的部分支持，經(jīng)過(guò)主持單位和協(xié)作單位的聯(lián)合攻關(guān)，經(jīng)過(guò) 8 年的時(shí)間研究完成的。通過(guò)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(guò)程中共申請(qǐng)國(guó)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中剩余污泥減量 60~75%；處理河道污水的過(guò)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(shuō)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(guò)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(guò)程中可以使污泥減量 60~75%，處理河道污水的過(guò)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(wú)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(guò)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(guó)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)。