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华中农大近期科学研究进展

生物技术 时间:2019-12-21 12:40:38 作者:莫敖坤
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水虻基因组图谱和肠道微生物组降解规律获解析
近日,华中农业大学生命科学技术学院张吉斌教授课题组与上海植物生理研究所黄勇平研究员课题组合作,对武汉亮斑扁角水虻纯化10代的品系进行了全基因组测序,获得了高质量水虻基因组图谱,并对水虻转化不同有机废弃物的肠道微生物组进行分析,揭示了水虻能在畜禽粪污等恶劣环境中高效利用有机废弃的机制。研究结果于11月25日在线发表在细胞生物学学术期刊Cell Research上。
随着全球人口的迅速增长和餐厨剩余物、畜禽粪污等废弃物的围城,粮农组织号召全世界利用食用昆虫将有机废弃物质高效资源化,满足畜禽和人类对饲料和食物的需求,并能净化环境。水虻优良品系的开发和水虻转化有机废弃物的工业化应用成为当下研究的热点。

华中农大近期科学研究进展

华中农业大学喻子牛、张吉斌教授课题组从美国德州农工大学引入水虻养殖技术,采集全国不同地区的野生水虻进行室内驯化,通过3年的努力,成功获得了具有自主知识产权的高效转化有机废弃物的亮斑扁角水虻武汉品系,并解决了水虻大规模饲养的关键技术,建立了水虻与微生物联合转化有机废弃物新工艺。为了对水虻武汉品系进行深入的研究与开发,课题组对系野生型杂合性高的亮斑扁角水虻武汉品系进行纯化,培养出亮斑扁角水虻武汉纯化品系。随后,张吉斌教授课题组与黄勇平研究员课题组合作,获得了高质量水虻基因组图谱,并通过对水虻转化不同有机废弃物的肠道微生物组进行分析,揭示了水虻能在畜禽粪污等恶劣环境中高效利用有机废弃的机制。

华中农大近期科学研究进展

该研究进一步研发了一种基于CRISPR/Cas9基因编辑的高效方法,获得了水虻不具有飞行能力的品系,并增强了饲养能力的表型,为水虻应用基础研究、优良品系的开发和水虻转化有机废弃物的工业化应用奠定了基础。
华中农业大学蔡珉敏副教授为论文共同第一作者,张吉斌教授和中科院上海植物生理研究所黄勇平教授为共同通讯作者。本研究得到了十三五国家重点研发计划、国家外专局高端外国专家项目和中国科学院的资助。
沼液中氨氮分离及资源化利用研究取得新进展
近日,华中农业大学工学院晏水平教授团队在能源与环境工程国际学术期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上在线发表题为Developing a Vacuum-Assisted Gas-Permeable Membrane Process for Rapid Ammonia Recovery and CO2 Capture from Biogas Slurry的文章,提出了一种低碳足迹的沼液氨氮快速回收及资源化利用新技术。该技术可在不改变沼液pH值条件下实现快速的氨氮回收和CO2分离,同时还可规避传统氨氮分离中易产生泡沫和引入氧气等问题,对于沼液中氨氮的稳定脱除及后期的沼液回用提供可能,为资源回收与碳捕集提供新途径。
畜禽粪便厌氧发酵后产生的沼液中含有高浓度氨氮,其直接利用将可能导致氮的大量流失,进而造成空气中颗粒物(如PM2.5)的增加、水体富营养化、甚至地下水污染等环境问题。因此,有必要在沼液利用前回收其中大部分氨氮。此外,沼液回流进行厌氧发酵工艺中,高氨氮浓度也极易导致发酵失败,因而沼液回用前必须进行氨氮脱除。从沼液中回收的氨氮既是重要的肥料资源,同时也是重要的化工原料。但现阶段大多数氨氮回收的研究多关注于回收效率提升和可行性探讨,对于低碳足迹的氨氮回收与利用涉及较少。

华中农大近期科学研究进展

科研团队创新性提出采用减压辅助的透气膜过程用于沼液氨氮分离与回收,可实现沼液氨氮的快速回收和CO2捕集。研究中,使用一级反应动力学模型验证了减压辅助的透气膜过程对于氨氮回收的高效性,其一级反应动力学常数达到0.28 h-1,大大超过单独的膜吸收与热脱除技术。通过氨氮与水分传质特性,获得了高效低能耗操作参数,揭示了氨氮和CO2在该过程中传质机理,验证了过程的长期稳定性。根据全生命周期评估原理,核算出该过程的温室气体排放量为-1.6 kg-CO2/kg-N,表明该过程可实现CO2的净负排放。

华中农大近期科学研究进展

该项研究以厌氧发酵后沼液中的氨氮回收制备可再生CO2吸收剂(RAA)为主线,进一步梳理出以农业废弃物如秸秆、畜禽粪便等为原料,加工制备出用于CO2捕集的醇胺类吸收剂、氨基酸盐类吸收剂和无机盐类吸收剂,为近期工业化利用化学吸收法捕集CO2提供充足的绿色原料支撑。与此同时,在沼气工程的碳减排与提质增效方面,研究提出以可再生氨水为纽带,同时实现营养物质的回收、CO2捕集和沼气提纯。相比于传统工艺过程,新型的工艺系统通过资源的合理配置和能源的梯级利用,可实现系统经济利润的增加和CO2净负排放。相关研究成果也陆续发表在ACSSustainable Chemistry & Engineering,EnvironmentalScience&Technology等国际期刊上。
华中农业大学工学院讲师贺清尧博士和农业部沼气科学研究所席江博士为共同第一作者,晏水平教授为论文通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金(51376078,51676080)、中央高校基础研究基金(2662018PY046, 2662018QD028)、农业部农村可再生能源开发利用重点实验室开放研究课题基金(2018-003)的资助。
秸秆还田耕整技术装备及检测研究取得新进展
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