摘要: 萜类化合物（terpenoids）是种类最为繁多、结构最为丰富的天然产物，目前对倍半萜、二萜和多萜类化合物的合成研究较多，而对C₃₅萜类化合物的合成了解较少.在枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）中，C₃₅萜类化合物经由三步催化合成途径生成，催化第一步反应的酶是异戊二烯基二磷酸合酶（heptaprenyl diphosphate synthase,BsHepPPS合酶），催化双底物异戊烯基二磷酸（isopentenyl pyrophosphate,IPP）和法尼基二磷酸（farnesyl pyrophosphate,FPP）合成C₃₅直链化合物.为探讨BsHepPPS合酶的催化机制，利用X-射线晶体衍射技术解析枯草芽孢杆菌BsHepPPS合酶的三维晶体结构，分辨率2.48?(1?=10^-10 m).该酶为异源二聚体，包含HepT大亚基和HepS小亚基.大亚基HepT含两个催化活性中心区域FARM和SARM，关键催化残基高度保守.相比之下，HepS小亚基则与其他HepPPS合酶异源二聚体的小亚基差别较大. BsHepPPS合酶的底物结合口袋以疏水性为主，底物口袋邻近的残基Ala107/Ile104（位于大亚基HepT）和残基Asp97/Ser103（位于小亚基HepS）在对产物链长的调节中发挥着重要作用. BsHepPPS合酶的晶体结构信息揭示了C₃₅萜类化合物合成起始的分子基础；结果为开展BsHepPPS合酶的蛋白质工程改造提供了理论基础，有助于利用该酶生产不同链长的萜类化合物.（图5表1参21）

摘要: CYP121酶是结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）中的一种P450酶,该酶能够利用H₂O₂作为氧供体催化底物氧化反应。封面图展示了这一化学反应过程。然而,该过程中关于CYP1 21酶对H₂O₂分子的活化机制,以及催化反应活性物种是否为CpdⅠ等问题还存在争议。封面文章通过计算化学方法对CYP121酶的催化机制进行了系统研究,明确了H₂O₂活化机制,揭示了CpdⅠ作为氧化活性物种在该反应中起着关键作用。该工作加深了对P450酶催化H₂O₂活化机制的理解,为以H₂O₂作为氧供体的人工酶设计奠定了理论基础。

摘要: 研究植物根系对海拔的响应，可为了解植物生态策略提供科学依据.以岷江源区弓杠岭、卡卡山红花绿绒蒿（Meconopsis punicea）和全缘叶绿绒蒿（Meconopsis integrifolia）为研究对象，分析根系生物量、长度、表面积、体积、直径、比根长、比表面积、组织密度，以及不同径级根系长度、表面积、体积随海拔的变化.结果发现：（1）物种、采样区域、海拔对两种绿绒蒿根系性状影响显著（P<0.05）;(2)红花绿绒蒿根系生物量、比表面积、体积、直径、组织密度均显著低于全缘叶绿绒蒿；（3）卡卡山两种绿绒蒿根系生物量均随海拔升高而显著增加，红花绿绒蒿比根长和全缘叶绿绒蒿比表面积均随海拔升高而显著降低，弓杠岭两种绿绒蒿根系对海拔变化均无显著响应；（4）卡卡山样地的红花绿绒蒿根系（D > 0.8 mm）和全缘叶绿绒蒿根系（0.2 mm<D≦0.4 mm,0.6 mm<D≦0.8 mm）对海拔响应显著，而弓杠岭的红花绿绒蒿根系（0.4 mm<D≦0.6 mm）和全缘叶绿绒蒿根系（0.6 mm<D≦0.8 mm）对海拔响应显著.本研究发现两种绿绒蒿根系对海拔变化的响应存在一定共性，即均通过调整根系生物量分配来适应海拔变化；但除此之外的其他指标在海拔响应上均表现出明显的种间差异，这表明在个体指标水平上，适应方式的种间差异比共性更为突出；另外，不同直径根系在绿绒蒿适应不同海拔中所发挥的功能存在明显差异.（图6表1参45）

摘要: CYP121酶是结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）中的一种P450酶，可利用简单的氧供体H₂O₂催化其天然底物环酪氨酸（cYY）分子内C—C偶联反应以及催化底物甲氧基化产物（cYF-OMe）的去甲基化反应生成cYY.目前，关于CYP121酶如何催化H₂O₂活化反应以及底物氧化反应的活性物种是CpdⅠ还是Cpd 0等问题尚存在争议.通过分子动力学（MD）模拟和量子力学/分子力学（QM/MM）计算阐明不同底物在活性位点的结合对CYP121酶催化H₂O₂活化机制的影响，并探究蛋白环境对反应中涉及的Cpd 0中间体不同电子结构稳定性差异的影响.计算结果表明，不同的底物在活性位点的结合会在H₂O₂周围形成不同的氢键网络，从而影响CYP121酶中H₂O₂向CpdⅠ的转化.此外还对先前研究提出的Cpd 0可作为催化cYY底物氧化活化过程活性物种的假设进行了验证.计算发现Cpd 0催化的cYY氧化活化过程对应的活化能垒高于30 kcal/mol，而CpdⅠ催化的cYY氧化反应计算的能垒仅为1.6 kcal/mol，因此计算结果支持CpdⅠ作为CYP121酶氧化cYY的活性物种.通过对比在均一隐式溶剂模型和酶环境中的Cpd 0物种不同自旋多重度的稳定性发现，CYP121酶环境对Cpd 0六重态的稳定作用大于对其二重态的稳定作用.本研究发现不同的底物影响CpdⅠ的形成，CpdⅠ为CYP121酶氧化cYY的活性物种；结果加深了对P450酶催化H₂O₂活化机制的理解，为利用H₂O₂作为氧供体的人工酶设计奠定了理论基础.（图12参50）

摘要: 气候变暖背景下季节冻土冻融变化引发土壤水分的改变并影响植被生长.以青藏高原东缘的青海省河南县为研究区，利用2003-2021年气候、冻土、土壤水分和植被物候及生物量长期观测数据，分析气候和冻土的长期变化特征及对土壤水分和植被的影响.结果表明，2003-2021年，气候呈暖化趋势，冻结开始日平均为9月26日，以21.8 d/（10 a）变化率显著推迟，完全融化日为5月21日，先推迟后提前，最大冻结深度为106.8 cm，变化不显著；0-10 cm土层土壤水分5-8月（生长季）平均为38.1%，以7.1%/（10 a）变化率显著增大，季节动态表现为5-6月（生长季前期）土壤水分变化呈显著增大趋势，7-8月（生长季后期）土壤水分变化增大不显著，5-6月土壤水分变化增大主要受5-6月降水和冻土最大冻结深度的共同影响；草地返青期和8月生物量分别为5月9日和906.2 g/m²，均未表现出明显的变化趋势，返青期与冻土完全融化日期显著正相关，6月生物量主要受水分条件的影响，而8月则受水热条件的共同影响.上述结果表明青藏高原东缘高寒草甸土壤冻融变化显著影响了其生态水文特征的变化，这为理解高寒草地生态系统对气候暖化与冻土退化的响应提供了科学依据.（图8参37）

摘要: 微生物群落结构多样性是土壤生态恢复的重要指标.以贵州某典型煤矸石堆场自然恢复的4种优势植物根际土壤及根系为研究对象，测定植物根际土壤速效氮（AN）、速效磷（AP）、速效钾（AK）、有机碳（TOC）含量，以及土壤重金属元素Cd、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Pb、Zn的全量.采用高通量测序法分析植物根际土壤及根系微生物群落组成特征.结果显示：4种优势植物都显著提高了煤矸石层土壤的pH值和AK(P<0.05)，显著增加了土壤细菌和真菌操作分类单元（OTUs）数量（P<0.05），根际土壤细菌OTUs数量表现为光皮桦>鳞毛蕨>马尾松>五节芒>煤矸石层土壤，4种植物根际土壤细菌OTUs数量达显著性差异（P<0.05）.根际土壤优势细菌群落为变形菌门（Pseudomonadota）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、放线菌门（Actinomycetota）、绿弯菌门（Chloroflexi）.植物根内生细菌优势菌门为变形菌门和蓝菌门（Cyanobacteria），根内生细菌OTUs数量显著低于根际土壤细菌数量. pH、AK含量极显著影响根际土壤微生物OTUs(P<0.01)，根际土壤AN、AK含量和根内Mn、Mg含量极显著影响植物根内生菌OTUs(P<0.01).本研究表明不同植物种类根际微生物OTUs数量存在较大差异，根部内生菌微生物OTUs数量普遍低于根际土壤，煤矸石堆场优势植物根际招募的微生物在矿区生态恢复中具有应用潜力；结果可为后期金属矿山废弃地植物-微生物联合生态治理提供理论依据.（图8表5参50）

摘要: 为了明确CpxA/R双组分调控系统基因缺失对粘质沙雷氏菌生理特征的影响及相关基因的调控关系，我们开展了系列研究.已知CpxA/R双组分调控系统是广泛存在于革兰氏阴性细菌中的压力感受应答系统，前期研究发现其基因缺失后，粘质沙雷氏菌的耐酸性、耐热性和细胞能动性有所提高，而胞外多糖和生物被膜合成能力有所下降.基于此，进一步对原菌株及CpxA/R双组分系统基因缺失菌株进行转录组学分析，筛选出actP、agaW、argO、asr、betI、betT、bioC和bglF这8个显著差异基因，并通过基因敲除和功能互补实验，验证这些基因与粘质沙雷氏菌胞外多糖和生物被膜合成能力以及耐酸性、耐热性、细胞能动性等生理特征的相关性.结果显示，在胞外多糖合成方面，betT起负调控作用，bioC起正调控作用；在生物被膜合成上，actP与asr负调控，bioC和bglF正调控；就耐热性而言，argO和bglF负调控；对于耐酸性，actP、asr和betT正调控；在蜂群与泳动运动性方面，asr正调控，而betT、bioC和bglF负调控.综上，本研究明确了CpxA/R双组分调控系统基因缺失对粘质沙雷氏菌生理特征的影响，确定了上述8个显著差异基因与该菌相关生理特征的具体调控关系，这为深入理解粘质沙雷氏菌的生理特性及调控机制提供了重要依据，也为后续针对该菌的相关研究和应用提供了新的思路和方向.（图6表2参29）

摘要: 为优化工艺、促进己酸高效生产，构建中试规模的厌氧膜生物反应器（anaerobic membrane bioreactor,AnMBR），以浓香型白酒黄水为底物，在pH 6.5条件下研究其连续生产己酸的性能，并分析发酵过程中微生物群落演变规律.结果表明，反应器在100 d的稳定运行中，己酸浓度（以化学需氧量COD计）最高达到24.5 g/L，其选择度和产率分别为17%±1.3%和7.3%±0.5%.在反应稳定运行后期，发酵液中主要组分为乙酸、丙酸、丁酸、己酸和乙醇.微生物群落以Proteiniphilum、Actinomyces和Caproiciproducens为优势种群，Caproiciproducens是典型的己酸发酵菌，其相对丰度达到14.6%.可溶性微生物产物（soluble microbial product,SMP）和结合性胞外聚合物（bound extracellular polymers,BEPS）浓度显著增加，以抵御酸性条件下的不利环境，但同时也造成了膜通量不断下降，由最初的19.3 L m^-2h^-1下降至7.0 L m^-2 h^-1，并在此通量下保持稳定运行至反应结束.本研究表明AnMBR工艺放大与应用具有一定可行性，工艺放大主要面临的挑战为己酸的产率及选择度较低，在后期回收己酸可能面临成本较高问题.因此在后续的研究中，可以考虑通过筛选富集己酸菌再投入到反应器内以提高己酸的产率及选择度.（图6表2参61）

摘要: 啤酒中的功能因子对于维持人体健康发挥着重要的作用.为选育高产功能因子的工业啤酒酵母，优化不同功能因子的高通量检测方法，并以工业啤酒酵母为出发菌株，通过常压室温等离子体（ARTP）诱变技术和高通量筛选方法强化工业啤酒酵母对功能因子（γ-氨基丁酸、谷胱甘肽和异麦芽糖）的合成能力，并采用实验室模拟啤酒发酵的方法，比较突变菌株和出发菌株在功能因子合成水平、啤酒酿造基本指标及主体风味物质影响等方面的差异.结果表明，突变菌株G3中的谷胱甘肽含量（14.16±0.08 mg/L）比原始菌株提高了337.74%，突变菌株63的γ-氨基丁酸含量（37.47±5.16 mg/L）提高了122.16%，突变菌株α4中的异麦芽糖含量（73.85±5.12 mg/L）提高了320.08%，同时突变株发酵的啤酒中各功能因子含量有所提高，主体风味物质、酒精度、发酵速度和原麦汁浓度等基本指标与出发菌株无明显差异.本研究通过ARTP诱变方法获得了不同功能（γ-氨基丁酸、谷胱甘肽和异麦芽糖）的酵母，并满足啤酒酿造的基本指标，为选育具有优良生产性状的工业化啤酒酵母菌株提供了技术支持，也为不同种类功能性啤酒的开发提供了新的研究方向和实践参考.（图10表6参29）

摘要: 厌氧发酵技术将果蔬垃圾转化为富含挥发性脂肪酸（VFAs）的发酵液（以下称酸化液），用作污水处理反硝化过程碳源脱氮具有“以废治废”的优点，还可能解决污水处理过程传统碳源添加引起的高成本难题.为探究酸化液作为碳源添加时的污水反硝化脱氮性能及微生物学机制，分别以酸化液和乙酸钠为碳源，对比研究两种碳源对污水反硝化脱氮性能、微生物群落结构及功能的影响.结果表明，两种碳源添加时污水反硝化脱氮效率均达到99.5%以上.酸化液碳源阶段反硝化速率（氮/挥发性悬浮固体，N/VSS）达到24.31 mg g^-1 h^-1)，是乙酸钠碳源阶段的1.97倍，反硝化速率、反硝化潜力和异养增殖产率等指标也均优于乙酸钠.微生物群落分析结果表明，酸化液作为碳源添加高度富集了Dechloromonas、Thauera和Stenotrophomonas等关键反硝化微生物菌属（占比75.41%），远高于乙酸钠碳源阶段（58.84%），进而促进了污水反硝化脱氮进程.本研究表明果蔬垃圾厌氧酸化液作为污水反硝化过程的碳源具有较大潜力.（图5表3参27）