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镧元素与菠菜体内叶绿素的作用关系

中国科学（C辑） 2001年第5期31卷 392-400页

作者：洪法水魏正贵赵贵文苏州大学生物系苏州215151 中国科学技术大学化学系合肥230026

比较系统而深入地研究了在水培下稀土元素La^(3+)与菠菜体内叶绿素的作用. 结果表明: La^(3+)能促进菠菜的生长, 提高光合效率; 明显增加叶绿素含量, 缺Mg^(2+)情况下La^(3+)可部分取代Mg^(2+)的作用; 对PSⅡ形成的促进作用比对PSⅠ的明... 详细信息

比较系统而深入地研究了在水培下稀土元素La^(3+)与菠菜体内叶绿素的作用. 结果表明: La^(3+)能促进菠菜的生长, 提高光合效率; 明显增加叶绿素含量, 缺Mg^(2+)情况下La^(3+)可部分取代Mg^(2+)的作用; 对PSⅡ形成的促进作用比对PSⅠ的明显, 提高PSⅡ的电子传递效率. ICP-MS和原子吸收测定结果进一步表明, 稀土进入叶绿体内后不仅使Mg^(2+)叶绿素增加, 而且叶绿素上结合有稀土元素, 形成了稀土叶绿素, 缺Mg^(2+)情况下用La^(3+)处理后稀土叶绿素约占总叶绿素的72%. UV-Vis, FT-IR和EXAFS表征出La^(3+)参与了叶绿素卟啉环中N的配位, La-N键长为0.253nm.

关键词：镧菠菜叶绿素光谱学特征生长促进光合效率电子传递效率

几种模型下砂生槐叶绿素荧光-快速光响应曲线(RLC_S)拟合的比较

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北方园艺 2019年第9期 83-89页

作者：赵玉文林玲南吉斌李瑛萍段少荣西藏农牧学院资源与环境学院西藏林芝860000

以西藏砂生槐(Sophora moorcroftiana)为试材,采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、单指数方程、双指数方程和双曲线修正模型对2个种源砂生槐叶绿素荧光-快速光响应曲线进行拟合,研究了5种模型对砂生槐叶绿素荧光-快速光响应曲线的... 详细信息

以西藏砂生槐(Sophora moorcroftiana)为试材,采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、单指数方程、双指数方程和双曲线修正模型对2个种源砂生槐叶绿素荧光-快速光响应曲线进行拟合,研究了5种模型对砂生槐叶绿素荧光-快速光响应曲线的适用性,以期为筛选最优模型和深入研究砂生槐的生理生态提供参考。结果表明:直角双曲线模型、非直角双曲线模型和单指数方程无法拟合砂生槐PSⅡ动力学下调时(光抑制)的曲线,不能拟合砂生槐的饱和光强(PAR_(sat)),最大电子传递效率(J_(max))比实测值高。双指数方程和双曲线修正模型可以拟合砂生槐的主要荧光参数,但双指数方程拟合的最大电子传递效率(J_(max))低于实测值,饱和光强(PAR_(sat))高于实测值;双曲线修正模型拟合出的主要荧光参数,其拟合值与实测值相关性最强(R^2=0.998、R^2=0.994)。利用均方根误差(RMSE)、平均相对误差绝对值(MAE)和赤池信息量准则(AIC)评价5种光合模型,发现双曲线修正模型(MRH)拟合的光合参数可信性最高,显著优于其它4种光合模型。在5种光合模型中用双曲线修正模型拟合砂生槐叶绿素荧光-快速光曲线是最佳模型。

关键词：叶绿素荧光-快速光响应曲线双曲线修正模型电子传递效率饱和光强砂生槐

聚中性红修饰电极强化微生物燃料电池脱氮产电研究

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聚中性红修饰电极强化微生物燃料电池脱氮产电研究

作者：赵丝蒙浙江大学

学位级别：硕士

面临能源短缺以及环境污染的双重压力,传统能量密集型的废水处理技术已经难以满足二十一世纪可持续发展的要求。微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是一种新型的废水处理技术,能够在降解废水中污染物的同时将化学能直接转化为电能... 详细信息

面临能源短缺以及环境污染的双重压力,传统能量密集型的废水处理技术已经难以满足二十一世纪可持续发展的要求。微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)是一种新型的废水处理技术,能够在降解废水中污染物的同时将化学能直接转化为电能,具有能耗较低、工艺简单、清洁高效的优点,因此受到广泛的关注。目前,废水中的氮污染较为严重,已有研究证明MFC能实现废水有效脱氮,但MFC内部微生物与电极间的电子传递效率不高,导致系统产电性能偏低,废水处理效果也受到影响,从而限制了 MFC的实际应用。电极材料对胞外电子传递效率具有决定性的作用,是解决问题的关键,因此,开展电极材料的研究具有重要意义。本论文旨在通过电极材料改性促进电子传递,在确保废水处理效果的基础上,提高反硝化MFC功率密度。主要结果如下:1、制备了聚中性红修饰电极,构建了不同微生物燃料电池,对比了 MFCs之间的性能差异。以碳毡为基体电极,将吩嗪类介体中性红通过电聚合方法合成聚中性红(Poly-neutral red,PNR)负载到碳毡表面,得到修饰电极。构建了三个装置,分别为聚中性红修饰阳极微生物燃料电池(MFC with PNR modified anode,APNR-MFC),聚中性红修饰阴极微生物燃料电池(MFC with PNR modified cathode,CPNR-MFC)以及以碳毡作阴极和阳极的对照组电池(Control MFC,C-MFC)。试验表明,CPNR-MFC具有最强的脱氮和产电性能,其次为APNR-MFC。CPNR-MFC和APNR-MFC启动速度快,平均最大输出电压分别达486 mV和476 mV。在不同进水硝氮浓度测试下,实验组MFCs对硝氮的去除率均达到98%以上,CPNR-MFC具有0.040kg N/(m3·d)的最大硝氮去除速率和15.29 W/m3的最大功率密度,较对照组分别提高14.29%和82.51%,而APNR-MFC仅分别提高5.71%和31.93%。实验结果证实聚中性红修饰阴极对电池性能提升具有更显著的作用。2、对比了 MFCs电化学特性和微生物群落特征,探究了聚中性红修饰电极对MFCs性能影响的机理。对MFCs用极化曲线法、电化学阻抗法进行分析,结果显示,相比对照组,APNR-MFC和CPNR-MFC的电荷转移内阻显著降低,全电池总电阻分别降至71.00 Ω和54.49 Ω,仅占对照组MFC的65.99%和50.64%;微生物群落分析结果显示,相比对照组,在APNR-MFC和CPNR-MFC中,电活性微生物选择性富集,产电功能菌Geobacter占比上升至31.83%和24.88%,norank f Desulfarculaceae占比上升至10.64%和10.79%,演变成阳极优势菌属,降解基质中的乙酸盐并释放电子。阴极富集的功能菌群多为异养反硝化菌,而自养反硝化功能菌Thiobacillus和Afipia只在CPNR-MFC富集,已知的自养反硝化细菌在CPNR-MFC中的总占比达20%以上,远高于其余两组MFCs。测试结果揭示了聚中性红修饰电极能够增加电活性微生物在群落中的占比,降低电荷转移内阻,从而提升反应器的性能,并以此解释了 CPNR-MFC性能更好突出的原因。

关键词：微生物燃料电池反硝化电子传递效率聚中性红

检测氧化三甲胺的全细胞生物电化学传感器构建及应用

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检测氧化三甲胺的全细胞生物电化学传感器构建及应用

作者：靳宏伟河南工业大学

学位级别：硕士

生物传感器具有特异性强、操作方便、组成简单、成本低、可应用范围广、无生物毒性等特点,在环境监测,生物医学,食品分析和国防军事等领域已显示出其应用前景,已引起国内外研究者的广泛关注。如何提高生物传感器检测的检测范围和灵敏性... 详细信息

生物传感器具有特异性强、操作方便、组成简单、成本低、可应用范围广、无生物毒性等特点,在环境监测,生物医学,食品分析和国防军事等领域已显示出其应用前景,已引起国内外研究者的广泛关注。如何提高生物传感器检测的检测范围和灵敏性等分析性能是生物传感器相关研究中关注的核心问题。提高系统的电子传递效率被认为能有效提高生物传感器的传感性能。因此,在本论文中,我们选择疾病相关化合物氧化三甲胺,研究了全细胞生物电化学传感器用于氧化三甲胺的分析检测的可行性,进一步探讨了纳米材料修饰电极对电极和微生物细胞之间的电子传递效率的影响,并对新电极材料在全细胞生物电化学传感器检测氧化三甲胺的应用中作出探索。首先,构建以希瓦氏菌为识别元件的全细胞生物电化学传感器用于检测氧化三甲胺的研究。探究了菌体状态、菌液浓度等对其输出信号的影响,当希瓦氏菌培养时间达到18 h,传感器系统菌液OD600=6.0,检测前将三电极系统静置48 h能够得到最佳的检测效果。在最优操作条件下,对传感器的线性范围、稳定性、重复性等分析指标进行考察,其检测氧化三甲胺的最低检测限为10μM,检测范围在10μM和2 mM之间时,线性相关方程为y=6.141x+91.511,相关系数达到0.9985;以第一次加样为标准,连续加样35次内电流响应峰峰面积浮动在91.42%05.77%之间,开始检测后8 d内峰面积浮动在92.92%11.11%之间;二甲胺、三甲胺、葡萄糖和柠檬酸对电流响应曲线不能造成明显干扰。说明构建的传感器检测氧化三甲胺具有重复性,稳定性和特异性。使用电镀石墨烯和原位聚合沉积聚苯胺的方法制备石墨烯-聚苯胺复合修饰的新型碳布电极,通过XRD、拉曼光谱图、扫描电子显微镜对其进行表征,使用电化学工作站通过电化学方法对复合纳米材料修饰电极的电化学性能表征与分析,并进一步应用于微生物燃料电池中探索其对微生物-电极间电子传递效率的影响。结果表明石墨烯-聚苯胺复合修饰电极与碳布对照相比能大幅提高比电容,极化内阻降低33.33%,复合修饰电极所搭载的MFC最大输出效率达到对照组的10.59倍。说明修饰电极能够有效提高微生物-电极间电子传递效率。以石墨烯聚苯胺修饰电极组建全细胞生物电化学传感器,对应空白碳布组其电流信号强度,电流响应曲线峰面积及峰宽分别提高了27.21%,51.01%和22.02%;新型复合电极所属传感器对应的电流响应曲线噪音峰强度与噪音峰面积对应空白碳布组增加了35.9%和75%。这样的探索说明新型石墨烯聚苯胺电极能够有效提高全细胞生物电化学传感器电流响应信号的强度和电流峰的峰宽和峰面积,但是,同时噪音峰强度和噪音峰面积也大幅升高。这为使用纳米材料修饰传感器电极应用中提供了指导意义,在提高电子传递效率的同时将噪音强度降低将会更有效的改善生物传感器的检测能力。综上,论文成功构建了一种能够用于氧化三甲胺分析定量的全细胞生物电化学传感器,制备了能有效提高电子传递的石墨烯聚苯胺修饰碳布的新型电极,新型电极在全细胞生物电化学传感器中能够有效提高电流响应曲线信号强度。论文所得的结论对于氧化三甲胺新型量化检测方法,及提高生物传感器量化检测物质的检测能力具有指导意义,可进一步应用于实际中氧化三甲胺的量化检测,对与氧化三甲胺具有高关联性的疾病检出具有重要意义。

关键词：生物传感器氧化三甲胺微生物电化学系统希瓦氏菌石墨烯聚苯胺电子传递效率

生物基FeOx/C纳米复合材料的制备及其在MFC中的应用

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生物基FeOx/C纳米复合材料的制备及其在MFC中的应用

作者：杨思琪齐鲁工业大学

学位级别：硕士

微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)作为一种独特的生物电化学装置,可以利用电化学活性菌在将污水中的有机物降解为简单无机物的同时产生电能,因此在可再生能源及废水处理方面引起越来越多的关注。然而,MFCs的低功率输出等问题... 详细信息

微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)作为一种独特的生物电化学装置,可以利用电化学活性菌在将污水中的有机物降解为简单无机物的同时产生电能,因此在可再生能源及废水处理方面引起越来越多的关注。然而,MFCs的低功率输出等问题严重影响了其大规模商业化应用。在大多数MFCs中,与能量转换有关的细菌附着和电子转移都发生在阳极上,因此对电极材料的开发和修饰成为提高MFCs效能的有效途径。已有研究表明,利用具有催化活性的铁氧化物及碳的复合材料修饰碳基电极,能够增加电极的比表面积并改善细菌与电极之间电子传递,是一种很有前景的方法。但是目前的氧化铁/碳复合修饰电极在应用过程中还存在修饰材料易脱落及生物相容性降低等问题,从而影响微生物与阳极之间的电子转移速率。本研究开发了两种基于无机和有机碳骨架分散氧化铁来制备氧化铁/碳复合催化剂修饰阳极的新方法。修饰后的阳极具有催化活性高、生物亲和性强及结构均匀稳固等优势,这为未来MFCs的大规模商业化应用提供新思路。首先,基于碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)骨架分散铁氧化物,制备了具有高催化活性及导电性的FeO/CNTs纳米材料修饰阳极。其次,基于希瓦氏菌(Shewanella)含铁蛋白中有机碳链对铁原子微观分散及菌体在电极上宏观分散,开发了一种原位碳化菌体法来制备具有高分散氧化铁的生物基FeO/C纳米材料修饰阳极。最后,通过表征含修饰阳极MFC的产电性能、电化学性能及阳极生物膜结构阐明修饰阳极促进MFCs效能的机制。修饰剂中生物基FeO共价分散在肽链碳化产生的掺氮碳壳中,赋予修饰电极很高的催化活性并降低了电极的电荷转移电阻。在电池运行过程中,采用生物基FeO/C纳米材料修饰阳极的MFC表现出最高的功率密度(0.530 W m),分别是空白对照MFC(0.175 W m)和MFC-FeO/CNTs(0.205 W m)的3.029倍和2.585倍,这表明基于Shewanella外膜含铁蛋白在电极中的分散性而制备的Bio-FeO/C纳米材料修饰阳极具有优秀的生物亲和性和催化活性,可显著提高MFCs的功率密度。本文开发了基于有机碳骨架来分散氧化铁颗粒的原位碳化菌体法来制备氧化铁/碳纳米复合催化剂修饰电极,为氧化铁/碳复合催化剂修饰电极的制备提供了新的绿色的策略,在构建高性能MFCs方面显示出巨大的应用潜力,对高效MFCs的研发和应用具有积极的指导意义。

关键词：微生物燃料电池氧化铁纳米复合材料阳极修饰电子传递效率

基于碳纳米管的阳极修饰及其在微生物燃料电池中的应用

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基于碳纳米管的阳极修饰及其在微生物燃料电池中的应用

作者：赵学东齐鲁工业大学

学位级别：硕士

基于生物电化学系统的微生物燃料电池（microbial fuel cells,MFCs）是一种新兴的绿色能源装置,它可以通过电活性微生物的特殊机制将碳源中的化学能转变为电能。然而,由于MFCs现阶段还存在输出功率较低、应用成本高、启动条件较苛刻等... 详细信息

基于生物电化学系统的微生物燃料电池（microbial fuel cells,MFCs）是一种新兴的绿色能源装置,它可以通过电活性微生物的特殊机制将碳源中的化学能转变为电能。然而,由于MFCs现阶段还存在输出功率较低、应用成本高、启动条件较苛刻等不稳定因素,限制了其大规模商业应用。其中,MFCs的阳极性能很大程度上影响其输出功率的提高,而电活性微生物与阳极表面的电子传递效率是其中最关键的因素。为了促进阳极电子转移,最可行的方法是优化阳极的表面结构与电化学性能,使其利于电活性微生物的粘附并且快速传导产出的电子。因此,寻找创新且高效的阳极改性方法是提高MFCs产电性能的重要途径。一般来说,碳基材料因其稳定性和生物亲和性被广泛用作传统MFCs阳极材料。然而,其导电性和表面积需要进一步提高。本研究采用碳纳米管（carbon nanotubes,CNTs）这种高长径比和导电率高性能碳纳米材料,利用其高效的电子接收和传导能力以及易修饰性将之对传统碳材料进行改性,基于CNTs本身的优异性能,通过不同的改性方法促进电活性微生物和阳极之间的增强接触以及快速传递电子。本文探究了不同修饰修饰方法的可行性以及优化方案以求最大程度上的功能释放,并且以希瓦氏菌为产电微生物将CNTs改性阳极应用于双室MFCs中评测其产电性能。具体研究内容如下:首先,利用层层自组装方法,通过静电相互作用将正电荷的聚乙烯亚胺和负电荷的CNTs交替组装,构造了一种新型的碳纳米管多层改性MFCs阳极。研究了组装的多层膜的电化学催化活性,阳极的形貌以及MFC系统中的阳极性能。其次,开发出一种通过焊接组装制造高效CNTs修饰电极的新方法,碳纳米管和聚电解质被逐层组装在一个电极上,然后通过焊接形成一个完整并且导电优秀的内部连接的3D网络结构。3D网络结构出色的细菌附着力和电子转移性能赋予MFC更高的功率密度。最后,通过改变MFCs的运行参数验证其产电性能,激发出了MFCs在最佳条件下的最大输出功率,同时证明了前文制备的高效阳极在MFCs的成功应用。在阳极液p H和运行周期的考量下,从应用角度证明了焊接CNTs网络可以促进电子在微生物与阳极材料界面之间的传递,进而增强了阳极生物膜的形成和相应MFCs的功率密度。本文为制备高性能和低成本的MFCs阳极提供了简单可控进而便于扩展的新方法,同时研究了适用于焊接CNTs网络阳极的运行条件并成功应用于MFCs中,对高效MFCs阳极的性能开发和应用具有指导意义。

关键词：微生物燃料电池碳纳米管阳极修饰电子传递效率

5种光合模型下巨柏叶绿素荧光—快速光响应曲线拟合的比较

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高原农业 2019年第4期3卷 353-359,456页

作者：李瑛萍姚祺张胜赵垦田西藏农牧学院西藏林芝860000 西藏自治区林木科学院西藏拉萨850000

以巨柏为研究材料,用Li-6400-40光合仪荧光叶室,测定4种基质苗木的叶绿素荧光——快速光响应曲线。分别用5种模型进行拟合比较主要荧光参数与实测值的接近程度,筛选最佳的巨柏叶绿素荧光——快速光响应模型。结果表明,直角双曲线模型、... 详细信息

以巨柏为研究材料,用Li-6400-40光合仪荧光叶室,测定4种基质苗木的叶绿素荧光——快速光响应曲线。分别用5种模型进行拟合比较主要荧光参数与实测值的接近程度,筛选最佳的巨柏叶绿素荧光——快速光响应模型。结果表明,直角双曲线模型、非直角双曲线模型和单指数方程无法拟合巨柏的PSⅡ动力学下调时的曲线,无法直接求取巨柏的饱和光强,且最大电子传递效率与实测值偏差较大;双指数方程和双曲线修正模型都可以拟合巨柏的主要荧光参数,但双指数方程给出的最大电子传递效率低于实测值;饱和光强高于实测值;采用双曲线修正模型拟合4种基质的巨柏快速光曲线的最大电子传递效率和饱和光强几乎完全与实测值符合,均达到显著水平,同时从均方根误差、平均相对误差绝对值和赤池信息量准则模型评价参数来看,双曲线修正模型的3个参数均小于其它模型,拟合程度最佳。因此双曲线修正模型为拟合巨柏叶绿素荧光——快速光曲线的最佳模型。

关键词：快速光响应曲线双曲线修正模型电子传递效率巨柏