计算生物量

上一篇推文，介绍了WIGGENS的CGQ生物量在线监测系统，在微生物（细胞）效能评价/菌种筛选的应用。 本期介绍生物量监测在微生物（细胞）培养条件优化中的应用。培养基为微生物（细胞）的生长提供环境条件以及碳源，氮源，生长因子等。培养基具有通用性，但每种培养物都有特殊性。在通用培养基的基础上针对培养物的特性做适当的调整或成分添加，对目的产物的高效产出，具有重要正作用。 下图是德国法兰克福歌德大学，使用CGQ生物量监测系统对Saccharomyces cerevisiae (一种酿酒酵母)在不同碳源组分中的生长曲线。 三种碳源Glc（葡萄糖）、Gal（半乳糖）、Mal（酰胺）不同浓度对酿酒酵母的生长有着明显的影响，对迟缓期和对数期的影响显著。碳源各组分浓度不同，对酿酒酵母进入平台期的时间甚至有超过6小时的差距影响。这对注重效率的工业发酵来说，减少迟缓期的时间段，有着重要的参考意义。 下图是，在M9培养基中，通过加入不同浓度的甘油，Escherichia coli (大肠杆菌)的生长曲线 从上图大肠杆菌的生长曲线可以看出，在M9培养基中，甘油浓度是对大肠杆菌最终生长量的最大影响因素。0.4%的甘油浓度对比0.1%的甘油浓度，对数生长期有明显提升，最终得到的生物量也是低浓度甘油的4倍以上。 下图是通过培养过程的摇瓶补液，CGQ进行的实时生物量监测。 在大肠杆菌培养中，通过LIS摇瓶补液系统，在摇瓶培养过程中进行在线补入缓冲液，缓冲液对pH值进行了调节。在使用LB培养基培养大肠杆菌的过程中，对生物量的限制的最大因素不是培养基组分，而是pH值，持续的进行pH调节，可以有效的增加生物量，提高培养基的利用率。更多的CGQ生物量监测应用，请参考如下文献：[1]Tripp et al (2017):Establishing a yeast-based screening system for discovery of human GLUT5inhibitors and activators (Nature – Scientific Reports)[2]Bruder, S. &Boles, E. (2017): Improvement of the yeast based (R)-phenylacetylcarbinol productionprocess via reduction of by-product formation (Biochemical EngineeringJournal).[3]Gottardi et al. (2017):De novo biosynthesis of trans-cinnamicacidderivatives in Saccharomycescerevisiae (AppliedMicrobiology and Biotechnology).[4]Bracharz et al. (2017):The effects of TORC signal interference on lipogenesis in theoleaginous yeast Trichosporonoleaginosus (BMCBiotechnology). [5]Bruder et al. (2016):Parallelised onlinebiomass monitoring in shake flasks enables efficient strain and carbon sourcedependent growth characterisation of Saccharomycescerevisia (MicrobialCell Factories).

什么是CGQ？CGQ （Cell Growth Quantifier）系统，是一种在线实时监测摇瓶中生物量设备，通过摇瓶底部光学检测器，对培养物进行实时跟踪检测。测量时不需要将摇瓶从摇床中取出，也无需停止摇床运作，CGQ 系统通过专利的光学测量技术，自动监测生物量浓度。使用CGQ可以获取高准确率的生物生长动力学曲线。相对于传统的取样检测有着无可比拟的优势。 传统摇瓶中生物量检测方式传统的手动取样检测有诸多弊端：* 时间成本高（每个摇瓶的测量数据获得需要几分钟） * 手动测量 ，无法完成定时自动测量* 效率低（定时，手动操作，数据获取密度低） * 侵入性（因为需要取样测量，培养体积会变小，培养环境会改变） * 运行成本高 (需要耗材) * 每次测量取样，存在污染风险 CGQ工作原理CGQ通过底部的LED灯发射光线，检测器通过OD600nm波长进行生物量测定。生物量与检测器的光线检测量成正比。 CGQ光学法检测原理 位于摇瓶底部的LED发光及检测器 使用者可精确的实时监测生物量和生长曲线 CGQ在线检测产品特点：* 非侵入性（放置于培养瓶底部，不与培养基接触）* 持续性好，不会对微生物/ 细胞生长造成影响* 自动测量；节省操作时间和成本* 实时测量* 对任何偏差反应迅速* 数据采集量大* 在设定时间内对工艺过程进行详细监测* 平行反应监测* 可以同时监测最多16 个摇瓶 操作步骤简单：将检测器置于摇瓶底部，用于监测生物量。检测组件与培养液没有接触在摇瓶上，罩上黑色罩子，防止外界光线对检测的干扰数据收集器收集传感器信号，发送到CGQ数据中心，进行信息处理CGQ软件，通过数据处理，显示各个检测摇瓶的生物量适用于各种现有实验室培养系统：CGQ 系统可以用于多种科学应用：生长曲线指引的蛋白表达；培养基开发/优化；菌种筛选/比较；监测限制因素以及染菌；分析生长动力学曲线；优化培养条件；在线监测嗜热微生物等

上一篇推文，我们介绍了WIGGENS的CGQ生物量在线监测系统监测微生物或细胞的生长阶段，本期我们介绍生物量监测对微生物（细胞）效能评价/菌种筛选的应用。 首先我们来看一篇使用CGQ系统监测生物量的已发表文献。 Bruder et al. (2016):Parallelised onlinebiomass monitoring in shake flasks enables efficient strain and carbon sourcedependent growth characterisation of Saccharomycescerevisia (MicrobialCell Factories). Bruder对酿酒酵母的高效菌株（CEN.PK2-1C）和碳源依赖性生长特性监测。 上图中生物量曲线（OD值）是CGQ系统实时在线测量。葡萄糖浓度和酒精浓度用在线生化分析仪进行实时在线监测的数据。 从上图的数据曲线中我们可以清晰的看出生物生长量与培养基中葡萄糖浓度和酒精产量三者的关联性。发酵过程希望使用的菌种是能够更高效率的将糖类等底物转化为酒精。底物与产物的效能比是对酿酒酵母菌株效能的最直接评价。 CGQ和生化分析仪的在线监测联合使用，可以对菌种的综合效能进行直观评价。 对微生物或细胞的突变体研究，是寻找高效菌种的一种有效手段。突变体与野生型的对比研究，用于对突变体进行效能评估。 上图是德国最格赖夫斯瓦尔德大学（成立于1456年），使用CGQ系统对Staphylococcus aureus（金黄葡萄球菌）野生型和突变体生物量分析。 作为菌种筛选的有力工具，CGQ系统可以对同一培养条件下，或不同培养条件下的生物量进行实时监控，根据生物量的监测数据对菌种筛选提供数据支持。 CGQ与生化分析仪同时使用，可以对多参数相关性进行综合评估，有效的拓展了应用范围，可以通过多参数变化，对微生物效能进行综合评价。更多的CGQ生物量监测应用，请参考如下文献：[1]Tripp et al (2017):Establishing a yeast-based screening system for discovery of human GLUT5inhibitors and activators (Nature – Scientific Reports)[2]Bruder, S. &Boles, E. (2017): Improvement of the yeast based (R)-phenylacetylcarbinol productionprocess via reduction of by-product formation (Biochemical EngineeringJournal).[3]Gottardi et al. (2017):De novo biosynthesis of trans-cinnamic acidderivatives in Saccharomycescerevisiae (AppliedMicrobiology and Biotechnology).[4]Bracharz et al. (2017):The effects of TORC signal interference on lipogenesis in theoleaginous yeast Trichosporonoleaginosus (BMCBiotechnology). [5]Bruder et al. (2016):Parallelised onlinebiomass monitoring in shake flasks enables efficient strain and carbon sourcedependent growth characterisation of Saccharomycescerevisia (MicrobialCell Factories).

pspan style="color: rgb(0, 176, 240) "strong什么是CGQ？/strong/span/ppCGQ （Cell Growth Quantifier）系统，是一种在线实时监测摇瓶中生物量设备，通过摇瓶底部光学检测器，对培养物进行实时跟踪检测。测量时不需要将摇瓶从摇床中取出，也无需停止摇床运作，CGQ 系统通过专利的光学测量技术，自动监测生物量浓度。使用CGQ可以获取高准确率的生物生长动力学曲线。相对于传统的取样检测有着无可比拟的优势。/ppbr//ppspan style="color: rgb(0, 176, 240) "strong传统摇瓶中生物量检测方式/strong/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/2a99060a-0161-4d06-9bcb-f970c3259735.jpg" title="1.jpg"//ppbr//ppbr//ppspan style="color: rgb(0, 176, 240) "strong传统的手动取样检测有诸多弊端：/strong/span/pp时间成本高（每个摇瓶的测量数据获得需要几分钟） /pp手动测量 ，无法完成定时自动测量/pp效率低（定时，手动操作，数据获取密度低） /pp侵入性（因为需要取样测量，培养体积会变小，培养环境会改变） /pp运行成本高 (需要耗材) /pp每次测量取样，存在污染风险/ppspan style="color: rgb(0, 176, 240) "strongCGQ工作原理/strong/span/ppCGQ通过底部的LED灯发射光线，检测器通过OD600nm波长进行生物量测定。生物量与检测器的光线检测量成正比。/ppbr//ppbr//pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/e8b65411-0758-47e4-90f1-377baab362a1.jpg" style="" title="2.jpg"//pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/7ec2c9b1-1389-4d91-b53a-12a65b6d8c6d.jpg" style="" title="3.jpg"//ppspan style="color: rgb(0, 176, 240) "strong使用者可精确的实时监测生物量和生长曲线/strong/span/ppspan style="color: rgb(0, 176, 240) "/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/e9e74d80-932b-4e6e-8bc0-5a128944277b.jpg" title="4.jpg"//ppspan style="color: rgb(0, 176, 240) "strongCGQ在线检测产品特点：/strong/span/pp非侵入性（放置于培养瓶底部，不与培养基接触）/pp持续性好，不会对微生物/ 细胞生长造成影响/pp自动测量；节省操作时间和成本/pp实时测量/pp对任何偏差反应迅速/pp数据采集量大/pp在设定时间内对工艺过程进行详细监测/pp平行反应监测/pp可以同时监测最多16 个摇瓶/ppspan style="color: rgb(0, 176, 240) "strong操作步骤简单：/strong/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/561b2374-a548-42cc-8ada-44b606857be9.jpg" title="6.jpg"//ppspan style="color: rgb(0, 176, 240) "strong适用于各种现有实验室培养系统：/strong/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/6aca9de1-7c75-4c34-832a-8a7ed64836e4.jpg" style="" title="7.jpg"//pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/bcd718f5-b9d7-4031-8f0f-467e7ed8ccf8.jpg" style="" title="8.jpg"//pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/9a177d36-10ca-4094-9a9d-8e11140122b9.jpg" style="" title="9.jpg"//ppCGQ 系统可以用于多种科学应用：生长曲线指引的蛋白表达；培养基开发/优化；菌种筛选/比较；监测限制因素以及染菌；分析生长动力学曲线；优化培养条件；在线监测嗜热微生物等。/pp class="t"strongspan style="color: rgb(0, 176, 240) "关于北京桑翌实验仪器研究所/span/strong/ppShinetek Instruments Research Institute 成立于2000 年，是一家集研发、生产、贸易于一体的集体所有制股份合作企业，公司为国家级高新技术企业。公司主营业务是为生命科学研发生产领域的客户提供一站式解决方案，尤其专注于生物培养设备及生物培养上下游设备的研发生产及系统集成。/p

法国LOV（Laboratoire d'Océanographie de Villefranche-sur-Mer；索邦大学和法国国家科学研究中心的联合研究单位）实验室的科学家Laetitia等人利用UVP的水下原位观测结果，结合机器学习模型，预测了19个浮游动物类群（ESD范围为1-50mm）的全球生物量分布，并探讨了其与环境因素的关系。研究背景浮游动物存在于全球所有海洋中，它们在海洋食物网和生物地球化学循环中发挥着重要的作用，是生物碳泵的主要驱动力，并为维持鱼类群落的稳定作出了巨大贡献。但浮游动物对环境条件很敏感，因此被认为是海洋变化的哨兵。它们的分布受到海洋中物理、化学、以及生物因素的相互作用及调控。为了更好地理解浮游动物的重要性，需要对浮游动物的生物量和功能群进行全球定量评估。目前只有少数浮游动物群体的全球分布得到了很好的研究，这些群体通常使用浮游生物网采样。但还有很多浮游动物类群非常脆弱，非常容易受到浮游生物网的破坏，或者易在固定液中保存不良，导致它们的生物量和在海洋生态系统中的生态作用被低估。在这种情况下，使用非侵入式的原位成像方法对浮游动物进行研究，显得尤为必要。在众多水下原位成像系统中，只有水下颗粒物和浮游动物原位成像系统（UVP）在全球范围内被广泛应用。研究过程Laetitia等人通过对全球范围内2008年-2019年之间获得的超过3549个UVP剖面（0-500米，图1）上的466872个个体进行了分类，估计了它们的个体生物量，并使用分类特定的转换因子将其转换为生物量。然后将这些生物量与环境变量（温度、盐度、氧气等）的气候学联系起来，使用增强回归树等机器学习算法，建立了生物量与环境因素之间的关系模型，以此预测全球浮游动物的生物量。图1 本研究使用的UVP数据集地图。透明度用来说明地图上点的密度。水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统UVP（图2）主要用于同时研究水下的大型颗粒物（80μm）和浮游动物（700μm），并在已知水体体积下对水中颗粒物和浮游动物进行量化。UVP使用传统的照明设备和经电脑处理的光学技术，来获得浮游动物原位数字图像，图像后续可以通过EcoTaxa浮游动物数据库共享平台（图3）来进行浮游动物种类鉴定及分类。图2 水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统UVP。左图为本实验中使用的UVP5（目前已停产）；右图为升级版本UVP6-HF，与UVP5功能相同，且重量更轻图3 EcoTaxa浮游动物数据库共享平台对浮游动物进行种类鉴定及分类研究结果结果表明，浮游动物对环境很敏感，并会对环境的变化作出反应。全球浮游动物的生物量呈现出一定的空间分布模式，生物量最高的区域位于大约60°N和55°S附近（图4），而在海洋环流附近最低。此外，预计赤道的浮游动物生物量也会增加。保守预估，全球综合浮游动物生物量最小值（0-500 m）为0.403 PgC。在不同的浮游动物群体中，桡足类为最主要的群体（35.7%，主要分布在极地地区），其次为真软甲类（26.6%）和有孔虫类（16.4%，主要分布在热带辐合带）。图4 利用分类群预测的0 ~ 500m全球生物量分布图图5 在世界范围、高纬度和低纬度模式下，0-200 m（A）和200-500 m（B）深度下预测平均生物量（PgC）的条形图，从高到低排列。研究结论尽管研究取得了一些重要发现，但也存在一些限制和挑战。机器学习模型对浮游动物数据库的大小比较敏感，并且对于稀有类群的预测能力较弱。因此，在未来的研究中，需要进一步改进模型以提高对这些类群的预测能力。总而言之，本研究提供了有关全球浮游动物生物量分布的重要预测结果，并揭示了其与环境因素之间的关系。这对于深入了解浮游动物在海洋食物网和生物地球化学循环中的作用具有重要意义。随着UVP等数字成像方法的不断发展和应用，科学家们将能够更准确地估计全球浮游动物的生物量分布，并为保护海洋生态系统提供更有效的决策依据。参考文献1. Drago L, Panaï otis T, Irisson J O, et al. Global distribution of zooplankton biomass estimated by in situ imaging and machine learning[J]. Frontiers in Marine Science, 2022, 9.

盐沼是地表过湿或季节性积水、土壤盐渍化并长有盐生植物的地段。滨海盐沼以草本植物为主，沿潮间带延伸，可忍受高盐条件和因涨潮引起的周期性淹水。盐沼植被生产力高，可为许多物种提供繁殖、觅食和越冬的场所。盐沼植被地上生物量（AGB）的估算为监测盐沼生态系统时空稳定性、生产力和地上碳储量提供了有用信息。然而，以往关于AGB的估算研究主要局限于站点水平，且通常基于单一植被类型。与野外地面调查方法相比，遥感（RS）卫星成本低、速度快、范围广，在盐沼植被结构和生物物理指标的空间估计方面更具优势。其中，UAV-LiDAR数据具有较高的时空分辨率，在滨海盐沼三维结构监测中具有很大潜力。然后目前，利用UAV-LiDAR数据估算盐沼植被AGB的研究有限。为了确定滨海盐沼潮沟对植被群落空间分布及其生物量的影响， 来自复旦大学的研究团队在上海崇明东滩滨海湿地（121°54′-121°55′E，31°27′-31°28′N）进行了研究，主要目的为：（1）探索UAV-LiDAR数据估算盐沼植物AGB的潜力；（2）研究潮沟对盐沼植物群落空间格局及其地上C储量的影响。作者于2019年9月基于DJI M600平台，利用LR1601-IRIS LiDAR传感器（北京理加联合科技有限公司，北京依锐思）收集UAV-LiDAR数据。于2019年9月27日和28日获取光学图像数据。于2019年10月和2020年10月收集植被样品，测量其高度和地上生物量，同时收集土壤样品，测量其土壤含水量和土壤盐分。基于盐沼植被群落所有样本，利用线性回归模型（多元线性回归，MLR）和5个机器学习回归模型，包括广义线性模型（GLM）、梯度提升机（GBM）、人工神经网络（ANN）、基于核正则化最小二乘（KRLS）和随机森林回归（RFR） 建立预测模型。通过R2和RMSE评估模型性能。研究区和采样点位置。【结果】滨海盐沼植被AGB实测值和预测值之间的关系。（a）MLR；（b）KRLS；（c）ANN；（d）GBM；（e）RFR；（f）GLM不同盐沼群落AGB的空间分布、验证和比较。（a）利用UAV-LiDAR数据和随机森林模型进行盐沼植被AGB制图。（b）不同盐沼群落AGB平均值。（c）AGB实测值和预测值的回归拟合。（d）AGB预测值的密度分布曲线。与潮沟不同距离的盐沼AGB的比较。（a）代表整个植被群落AGB变化趋势；（b-e）分别代表PA，IC，CS和SM的AGB变化趋势。D1：0-50 m；D2：50-100 m；D3：100-150 m；D4：150-200 m。【结论】基于UAV平台收集的高分辨率图像和LiDAR数据，估算了盐沼群落的空间分布和AGB。研究表明，通过改变土壤盐分和水分条件，与潮沟的距离会对群落空间格局和盐沼植被AGB具有重要影响。研究结果证实了UAV-LiDAR数据与随机森林算法相耦合可简便有效的检测盐沼AGB。综上所述，该研究提供了一种估算盐沼地上C储量的有效方法，强调了精确估算在制定合理的科学测量进行滨海生态系统管理和保护中发挥重要作用。

10月21日至22日，中国海洋湖沼学会底栖生物学分会第三届底栖生物学学术研讨会在山东青岛召开。会议以“新时代底栖生物多样性研究与保护”为主题，来自全国底栖生物学研究领域64家相关单位200余位专家、学者和研究生参加会议。作为藻分类监测的优秀企业，宝怡环境科技（上海）有限公司（安洲源旗下）受邀参会，展示了最新的产品和研发成果，吸引了参会专家学者的关注。中国海洋湖沼学会理事长、中国科学院海洋研究所所长王凡研究员、徐奎栋研究员分别在开幕式致辞。会议围绕“底栖生物多样性与演化”和“底栖生物生态与适应”设置两个平行分会场，62位专家学者作了分会场报告，22位专家学者进行了墙报展示。会上，宝怡环境展示了野外藻类分析仪、在线藻类测定仪、手持式底栖藻类测定仪等领先产品 ，参会观众对手持式底栖藻类测定仪表现出浓厚的兴趣，与宝怡环境工作人员开展了深入交流和探讨。手持式底栖藻类测定仪(Bentho Torch)是一款适用于野外现场对着生藻类生物量(叶绿素a)进行快速定量分析的高灵敏度检测设备，仪器自带充电电池，一次充电可满足6小以上时连续测量。仪器工作电压为12VDC，功率小于10W，是一款理想的便携式底栖藻类测量仪器。仪器无需任何化学试剂，也无需对样品进行预处理。仪器能够实现对蓝藻贡献的叶绿素a的浓度，绿藻贡献的叶绿素a浓度，硅藻贡献的叶绿素a浓度进行检测。仪器通过470nm, 525nm以及610nm共3个波段的激发光源对着生藻类进行照射，通过检测680nm处的藻类荧光反射信号进行藻类叶绿素a浓度的计算。手持式底栖藻类测定仪不仅能够快速可靠地实时判定着生藻类的叶绿素a浓度，同时检测结果带有点位GPS地理信息，可以方便的后期通过地图软件进行测量点位的数据处理 。仪器采用一体化设计，检测单元，操作显示单元，传输单元一体化集成，方便于现场使用。同时仪器也可以通过bbe++软件实现操作及数据处理。通过这次学术讨论会，宝怡环境展示了最新的技术和产品，与参会人员分享了研究成果和进展，建立起广泛的联系和友谊，进一步增强了专业影响力。未来，宝怡环境将继续致力于技术创新和产品研发，携手更多生态环境领域的科技工作者，为客户提供高效、便捷的解决方案。

上图 真菌可能与标准电子设备相连。图片来源：安德鲁阿达马茨基下图 实验室培养的脑细胞可用于计算。图片来源：托马斯哈滕/约翰斯霍普金斯大学细菌和超级计算机有什么区别？区别是细菌更“高级”，因为它有更多的回路和更强的处理能力。所有生命都在“计算”。从响应化学信号的单个细胞，到在特定环境中航行的复杂生物体，信息处理是生命系统的核心。经过数十年的尝试，科学家终于开始收集细胞、分子甚至整个生物体，来为人类自己的目的执行计算任务。从本质上讲，计算机也只是信息处理器，而且人们越来越认识到大自然拥有丰富的这种能力。最明显的例子是复杂生物体的神经系统，它能处理来自环境的大量数据并对各种复杂的行为“下指令”。但即使是最小的细胞，也充满了复杂的生物分子通路，这些通路响应输入信号，打开和关闭基因、产生化学物质或进行自我组织。最终，生命中所有令人难以置信的壮举，都依赖于DNA存储、复制和传递遗传指令的能力。如何构建一台生物计算机？生物系统有自身的独特优势：更紧凑、能源效率更高、可自我维持和自我修复，而且特别擅长处理来自自然界的信号。在过去的20年里，强大的细胞和分子工程工具让人们终于能在构建生物计算机领域迈出一步。美国麻省理工学院生物合成学家克里斯托弗沃伊特说，该方法的核心是“生物电路”，类似于计算机中的电子电路。这些电路涉及各种生物分子相互作用以获取输入，并对其进行处理以产生不同的输出，就像它们的硅对应物一样。通过编辑支撑这些过程的遗传指令，人们现在可以重新连接这些电路以执行自然界从未计划的功能。2019年，瑞士联邦理工学院利用CRISPR技术，构建了相当于计算机中央处理器（CPU）的生物等效物。这个CPU被插入一个细胞，在那里它调节不同基因的活动以响应专门设计的RNA序列，使细胞实现了类似于硅计算机中的逻辑门。印度萨哈核物理研究所在2021年更进一步，诱使一群大肠杆菌计算简单迷宫的解决方案。该电路分布在几个大肠杆菌菌株之间，每个菌株都被设计用来解决部分问题。通过共享信息，该电路成功地实现了如何在多个迷宫中导航。大多数生物系统并不同于经典计算机的二进制逻辑，它们也不会像计算机芯片那样一步步解决问题。它们充满了重复、奇怪的反馈循环和以不同速度并排运行的截然不同的过程。更怪异的是，生物的计算能力还能完全脱离其自然环境。瑞典隆德大学科学家正在试验一种完全不同的生物计算方法，使用由分子马达驱动的微小蛋白质丝围绕迷宫推进。迷宫的结构经过精心设计，而细丝能同时探索所有路线。这意味着解决更大的问题不需要更多的时间，只需要更多的细丝。重新设计生物系统会带来什么？但美国马萨诸塞州塔夫茨大学的迈克尔莱文认为，生命系统已经在生物学的各个层面展示了令人惊叹的计算壮举，人们应该将重点从尝试重新设计生物系统，转移到寻找与现有系统交互的方法。莱文实验室已经证明，他们可以操纵细胞之间的电通信，帮助它们决定如何以及在哪里生长。举个恐怖的例子，这可能让蝌蚪的内脏上长出眼睛，或让青蛙长出额外的腿。它并不等同于计算，但团队认为它代表了如何将自然界预先存在的电路折射为一个“新目标”。类似的方法可用来解决广泛的计算任务。此外，真菌计算的深奥领域也正在显示其应用潜力。英国布里斯托尔西英格兰大学研究显示，真菌在感知pH值、化学物质、光线、重力和机械应力等方面具有的能力令人印象深刻。它们似乎使用电活动的尖峰进行交流，这开辟了将它们与传统电子设备连接的前景。类器官智能有多智能？要探寻生物计算，离不开人们迄今已知的最强大计算设备：大脑。当前组织工程学的进步意味着，科学家们可从干细胞中培育出相当于微型大脑的复杂神经元簇，也就是“大脑类器官”。与此同时，能将信号传输到脑细胞并能解码它们的反应，意味着人们已经开始试验类器官的记忆和学习能力。今年早些时候，美国约翰斯霍普金斯大学团队概述了“类器官智能”这一新领域的愿景。目标与人工智能相反：他们不会让计算机更像大脑，而是试图让脑细胞更像计算机。初创公司Cortical已可训练在硅芯片上培养的人类脑细胞来玩电子乒乓游戏Pong。而在它们的新软件中，任何具有基本编码技能的人都能为“培养皿大脑”编程。不过，所有这些生物计算方法目前都远未成为主流。与设计和制造硅芯片的能力相比，人们操纵生物学的能力仍处于初级阶段。但生物计算的巨大潜力和投入生物技术的数十亿美元，将在未来几年为这个领域带来快速进步。

近期，海洋二所王春生研究员团队借助ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统对东海的浮游生物样品进行粒径多样性分析，获得的关键数据解释了东海西部浮游动植物生物量之间的时空不匹配现象，为进一步验证粒径多样性假说在实际生态系统或实验中的可靠性提供了方法。相关成果以“Seasonal variation in size diversity: Explaining the spatial mismatch between phytoplankton and mesozooplankton in fishing grounds of the East China Sea”为题发表于Ecological Indicators期刊（IF=4.96，中科院二区）。孙栋副研究员为论文第一作者，刘镇盛研究员和王春生研究员为论文的共同通讯作者。 研究背景东海（ECS）是中国最重要的渔场。在以往的实地研究中，一直发现东海中浮游植物的种群数量与浮游动物生物量之间没有正相关关系。这种现象称为“浮游植物和中型浮游动物之间的不匹配”或“Z/P的变异”。 在浮游生态系统中，物种之间的营养关系会受到群落粒径结构的强烈调节。标准化粒径谱（NBSS）的斜率和群落粒径多样性被认为是粒径结构框架中的两个关键参数。另外，有研究发现，水生群落中食肉动物的存在会阻碍初级生产者向植食性动物传递能量的效率，即当中型浮游动物处于较强的捕食压力下时，它们对浮游植物的控制较弱。此外，还有人认为大型的初级生产者是中型浮游动物的首选，初级生产者的粒径结构变化将影响沿海水域浮游植物和浮游动物之间的营养关系。因此，浮游动物标准化粒径谱（NBSS）的斜率、浮游动物群落粒径多样性、浮游动物食性鱼类的捕食压力及较大型初级生产者的存在都可能会造成东海出现浮游植物和中型浮游动物之间不匹配的现象。研究成果研究团队在东海西部的32个站点进行了采样（图1）。在2019年1月、4月、7月和10月进行的4个航次中，总共收集了122个中型浮游动物样本用于数据分析。 图1. 中国东海西部两个重要渔场的海流和采样站点图。在每个站点进行浮游生物采样和环境调查。箭头表示台湾暖流（TWC）和东海沿岸流（ECSCC）。 收集到的样品使用法国HYDROPTIC公司的ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统（图2）进行测量。在使用过程中，直接将处理好的浮游动物样品倒入ZooSCAN 11cm×24cm的扫描区域中进行扫描, 每次扫描通常测量500-4000个个体，扫描精度为4800dpi，以得到浮游动物样品的图片；之后使用仪器配套的ZooProcess软件对样品图片进行处理，得到浮游动物数量、不同浮游动物的等效球体直径（ESD）等关键生态学数据，由此计算浮游动物个体的粒径、生物量；此外，利用仪器携带的软件上的数据库，可以对被检测对象自动进行浮游动物种类分类，以便对不同类群的浮游动物进行生物学统计。图2. 浮游动物图像扫描分析系统ZooSCAN 此外，采用标准方法测得单位面积浮游动物食性鱼类的生物量（kg km-2），代表对中型浮游动物的捕食压力。测得20 μm Chl a/总Chl a的比值作为浮游植物粒径结构的代用指标，代表较大的初级生产者。使用线性混合效应模型（LMM）研究Z/P如何受到浮游动物群落粒径多样性、NBSS斜率、浮游动物食性鱼类的捕食压力以及较大的初级生产者比率的影响。以此来验证造成浮游植物和中型浮游动物之间不匹配的四个假设：（a）中型浮游动物标准化粒径谱（NBSS）更平坦的斜率提高了Z/P；（b）较高的中型浮游动物粒径多样性增强了Z/P；（c）来自浮游动物食性鱼类的更强的捕食压力降低了Z/P；（d）规模较大的初级生产者提高了Z/P。统计结果表明log2（Z/P）存在较强的季节性变化。春季中，粒径多样性是唯一重要的解释变量（p = 0.004）。夏季中，粒径多样性、NBSS斜率和浮游动物食性鱼类的生物量都是重要的解释变量（p 0.05），两个重要的解释变量（粒径多样性和NBSS斜率）显示出相似的解释力（ΔAIC = 0.18），表明它们都是可靠的预测因子。秋季中，也是仅有浮游动物的粒径多样性与Log2（Z/P）呈正相关（p = 0.017）。浮游动物食性鱼类生物量的模型最适合解释Log2（Z/P）的空间变异（夏季AIC = 132.80，秋季 AIC = 110.12）现象。然而，它不能支持假设c（即来自浮游动物食性鱼类更强的捕食压力降低了Log2（Z/P）），因为LMM显示Log2（Z/P）与浮游动物食性鱼类生物量之间显著正相关。实验结果证明：除冬季外，浮游动物的粒径多样性影响了各个季节的Z/P空间变化。浮游动物的体型强烈地预测了浮游动物和浮游植物之间的营养相互作用。此外，浮游动物的NBSS斜率也是影响浮游生态系统中Z/P的重要因素，但其仅在夏季与Z/P显著相关。假设c（来自浮游动物食性鱼类更强的捕食压力）不能在每个季节都得到支持。假设d（规模较大的初级生产者）也没有在每个季节得到支持。在ZooSCAN浮游动物图像扫描分析系统的助力下，研究团队验证了东海西部浮游植物与中型浮游动物生物量之间空间不匹配（Z/P的变异）的假设，并得出结论：除冬季外，浮游动物的粒径多样性是东海中各季节Z/P空间变化的最佳解释。该研究受到了国家重点研发计划课题（2018YFC1406304）和国家自然科学基金面上项目（42076122, 41976091）的共同资助。

土壤呼吸 | 极端干旱通过改变高寒泥炭地土壤微生物功能群丰度来降低土壤异养呼吸而非甲烷通量【温室气体】人类活动造成温室气体排放急剧增加，全球地表温度持续上升，显著改变了自然生态系统碳水循环格局。极端气候事件，尤其是极端干旱事件发生的频率和强度不断升高，对土壤含水量、土壤微生物群落结构和功能、土壤异养呼吸（Rh）以及土壤甲烷（CH4）通量具有重要影响。高寒泥炭地拥有巨大的碳储量，对气候变化高度敏感。虽然目前围绕高寒泥炭地碳排放开展了一些研究，但对高寒泥炭地生态系统碳排放对极端干旱响应的微生物机制仍不清楚。若尔盖国家级自然保护区基于此，中国林业科学研究院湿地研究所的研究团队以青藏高原东部若尔盖国家级自然保护区高寒泥炭地（33°47′56.62′′ N，102°57′28.44′′ E，3430 m.a.s.l.）为研究对象，依托模拟极端干旱的野外控制实验平台，通过原位观测和室内试验相结合，旨在解决以下问题：（1）不同植物生长期，极端干旱如何影响Rh和CH4通量?（2）极端干旱如何影响土壤微生物群落结构和功能群?以及（3）驱动Rh和CH4通量变化的主要因素是什么？作者于2019年6月18日至9月25日测量了Rh（PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统（北京理加联合科技有限公司））和CH4通量（一个闭路静态室（0.5×0.5×0.5 m）+ABB LGR便携式温室气体分析仪（UGGA，GLA132-GGA））。试验三个生长期结束时，作者测量了样地0-20 cm土壤的土壤性质，包括总氮（TN）、土壤有机碳（SOC）、有效磷含量（AP）、总磷（P）、pH值、溶解有机碳（DOC）、土壤含水量（SWC）、硝态氮（NO3--N）、铵态氮（NH4+-N）、微生物生物量磷（MBP）、微生物生物量氮（MBN）和微生物生物量碳（MBC）。此外，还进行了新鲜土壤样品的DNA提取、PCR扩增和测序。图1 PS-9000便携式土壤碳通量自动测量系统。【结果】图2 不同植物生长期极端干旱对土壤异养呼吸（a）和甲烷通量（b）的影响。“ED”，“MD”，和“LD”分别代表植物快速生长期、盛花期和植物生长衰退期。图3 不同植物生长期极端干旱对细菌碳循环功能群的影响。图4 驱动因素对土壤微生物呼吸（a）和甲烷通量（b）的相对贡献。【结论】极端干旱导致植物生长衰退期土壤异养呼吸显著降低38.04 mg m−2h−1，但对CH4通量无显著影响。极端干旱显著降低了细菌的α多样性，显著降低了植物快速生长期和衰退期的Rokubacteria和Chloroflexi菌的相对丰度，显著增加了盛花期Actinobacteria菌的相对丰度。在植物快速生长期和盛花期，极端干旱使芳香烃降解功能群（aromatic hydrocarbon degraders）相对丰度分别降低了50.26%和64.37%。在植物生长衰退期，极端干旱显著降低了甲醇氧化（methanol oxidizers）和木质素降解（lignin degraders）功能群的相对丰度，分别为81.63%和82.08%。随机森林模型分析表明，细菌功能群在决定土壤异养呼吸和甲烷排放中起着重要的作用。芳香族化合物降解（aromatic compound degraders）和芳香烃（aromatic hydrocarbon degraders）降解功能群对土壤异养呼吸累计贡献率为11.89%。芳香族化合物降解（aromatic compound degraders）、芳香烃降解（aromatic hydrocarbon degraders）、脂肪族非甲烷烃降解（aliphatic non-methane hydrocarbon degraders）和甲基营养（methylotrophs）功能群对甲烷通量的累计贡献率为13.29%。研究结果强调土壤细菌碳循环功能群对于探索未来极端干旱背景下土壤碳循环可能的微生物响应机制至关重要，为高寒泥炭地应对未来气候变化提供了理论基础和科学依据。【产品简介】PS-9000是一套用于测量土壤CO₂通量的便携式测量系统，采用动态气室法测量，专利设计。具有控制测量、存储和数据处理等功能，可测量呼吸室内CO₂浓度变化，同时结合自身测量的空气温度、大气压、土壤温度等传感器的数据，计算处理得到CO₂通量。PS-9000可通过掌上控制器实现无线操作，实时显示仪器测量的各种参数值，并可现场修改各种设置参数。

地球表面面积70.8%是被水覆盖的，几乎所有水体中都有种类繁多的生物生存。19世纪初有人开始对水中的微小生物进行观察，到19世纪80年代，德国学者汉逊提出了浮游生物这一名词，被公认为浮游生物研究的奠基人。近几十年来，为了合理利用管理水资源，保护人类环境，对水体浮游生物学的研究有了进一步的发展和深入。2012年，万深公司整理国内外公开的海量资源，运用先进的视觉检测技术，推出AlgaeC浮游生物智能鉴定计数系统，该系统配有功能强大的浮游生物智能搜索图库，帮助科研人员快速简便地分类统计及鉴定浮游生物，并计算浮游生物量。该系统面市以来用户单位遍布全国，如中国科学院下属海洋、生态、水产等研究所、中国生态环境部，国家海洋局及下属所和监测站，各省市环境监测中心、各农业、海洋院校，以及其他综合性大学的有关专业等。2019年应用户需求，万深公司再次推出：AlgaeAC藻类自动分类计数仪和ZooCC浮游动物自动分类计数仪，实现当地水域藻类、浮游动物的全自动分类计数并报告。为了能让科技人员更好地了解这几款产品，我们将在钉钉上举办2020年度第二场产品推介会。一、会议时间2020年6月5日（周五）晚上19：30分-21：00，签到时间：19：20-19：30。二、会议形式钉钉群在线直播。三、推介产品1、AlgaeC浮游生物智能鉴定计数系统2、AlgaeAC藻类自动分类计数仪3、ZooCC浮游动物自动分类计数仪4、HiCC全自动菌落计数分析仪 四、参加人员从事水生生物学、渔业、水污染防治、环境保护等方面研究的科技人员，及服务于该领域研究人员的经销商公司的朋友。五、钉钉直播培训二维码参会人员须在6月5日晚上19：30点前通过钉钉扫描码加入观看

【大会简介】2017年6月23日至26日，由北京大学定量生物学中心主办的“定量生物学2017：计算与单分子生物物理国际会议”在北京大学隆重召开，会议组织者为宋晨研究员和齐志研究员。本次会议分为两大主题，计算模拟和单分子生物物理。计算领域的学术报告涉及染色质、蛋白质、细胞膜等多方面的动力学模拟，单分子领域的学术报告涵盖了单分子荧光共振能量转移（smFRET）、光镊、DNA帘幕等技术的前沿应用。主题报告内容丰富有趣，开拓了参会师生的眼界，促进了相关学术领域之间的交流与合作。【现场图片】【仪器简介】：产品简介： 荧光光镊--C-Trap，是世界上首款将光镊、共聚焦或STED 超分辨显微镜和微流控系统结合的单分子操控仪器。C-Trap通过高度聚焦激光束产生的力来操作纳米/微米颗粒，实现了对生物分子的单分子操纵，并且结合力学检测系统和共聚焦或 STED 超分辨显微镜，可以定位反应的结合位点，并实时监测生物分子的单分子动力学特性。LUMICKS 超分辨单分子动力分析仪技术特征：多重连续激光光阱捕获 超稳定负压驱动微流体 多重共聚焦扫描荧光显微镜 无与伦比的刚性范围 自动控制的微流控芯片 单光子灵敏度较低的力学噪声 高度相关的力学-荧光数据采集 可升级到STED超分辨率绝对的3D捕获定位应用领域：应用包括：利用 CTFM（CorrelativeTweezers – Fluorescence Microscopy）揭示大量分子相互作用机制的详细信息，主要包括： DNA的修复 中间纤维 核糖体的翻译 细胞的运动机制DNA的复制和转录 生物分子马达和酶 细胞膜的相互作用 DNA-DNA的相互作用DNA发夹结构动力学 DNA/RNA的结构动力学 蛋白质的折叠（去折叠） DNA的组织化和染色质化 DNA-蛋白互作可视化 蛋白折叠/去折叠微管微丝的力学特性的研究 膜蛋白、膜融合的研究小分子、酶活性的研究 细胞骨架、分子马达动力学的研究锘海生命科学整体解决方案：

微生物组（又称菌群）测序在生态健康诊断、生态过程监控、生物资源挖掘、合成生物学研究等领域广泛应用。针对目前菌群测序方法学领域面临的痛点与难点，中国科学院青岛生物能源与过程研究所所单细胞中心和中国海洋大学提出一种高物种分辨率、高灵敏性，并可同时鉴定所有原核与真核微生物、不惧样品降解或污染的低成本微生物组测序技术2bRAD-M。　　在微生物组研究中，解析微生物群落的物种构成主要依赖于两种高通量手段：扩增子测序（16S/18S/ITS）和鸟枪法宏基因组测序（WMS）。目前这两种主流手段都面临着关键瓶颈。扩增子测序存在扩增偏好性、脱靶扩增、物种分辨率低等问题，且通常无法同时检测细菌、古菌与真菌。鸟枪法测序虽然一定程度上解决了上述问题，但对样本DNA质和量的要求高，故通常难以分析痕量、高度降解或污染严重的样品，且测序成本相对很高。　　　据此，青岛能源所单细胞中心博士孙政、黄适等提出了名为2bRAD-M的“简化宏基因组测序技术”，有效克服了上述扩增子测序和鸟枪法测序的核心缺陷，可服务于人体与环境中痕量、高度降解或污染严重之菌群样品的高效解析。　　IIB型限制性内切酶是一种能够识别双链DNA分子中的某种特定核苷酸序列，在识别位点上游和下游的特定距离进行切割，形成等长短片段（20—33 bp）的核酸内切酶。作为一种基于IIB型限制性内切酶特性的测序技术，2bRAD目前已经被应用于包括人体、模式动物、海洋动物等上百个单一物种的基因组研究。但一个菌群通常由成百上千个真菌、细菌和古菌物种组成，比分析单一物种复杂得多。　　2bRAD-M技术的原理是：处理菌群总DNA样本，对IIB酶切片段进行扩增和测序，然后以各种微生物基因组序列上的理论酶切位点为参造，来推断菌群结构。为验证该技术，科研人员通过模拟酶切数据研究了不同来源、相似度或复杂程度以及不同实验方法学对菌群定性和定量分析的影响，并解决了高重复性短片段DNA干扰序列匹配的问题；通过利用人工和自然菌群样本，验证了2bRAD-M的敏感性、重复性、分辨率、准确度和偏好性等，进而挖掘了该方法用于各种实际菌群样品之测序的潜力和局限性。　　具体来说，研究证明该技术能够有效处理低生物量菌群样本。例如，针对总DNA仅为1 pg、长度仅有50 bp的高度片段化或99%被宿主DNA污染的人工菌群DNA样本，2bRAD-M均能得到种水平、高度准确、同时涵盖细菌、古菌和真菌的菌群结构的定性与定量分析结果。针对皮肤，肠道和环境等实际样本，2bRAD-M同样表现出色。针对临床最常见、但菌群DNA极为微量且高度降解或污染的福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）样本，仅用极微量的FFPE切片样本（3 cm × 2 μm），2bRAD-M就能捕捉到潜在可服务宫颈癌诊断的微生物物种标识物。这些发现对于肿瘤微生物组、免疫组织微生物组等基础医学研究与临床实践，具有方法学意义。　　相关成果发表在基因组学领域期刊Genome Biology上。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金、山东省人才工程等支持。　论文链接高效分析痕量降解微生物组的2bRAD-M技术。IIB型限制性内切酶就如同二郎神手中的三尖两刃戟，在微生物DNA上寻找核心识别位点并同时切割其两侧翼序列（对应“三尖两刃”），从而产生大量等长短标签，通过扩增、测序及相关算法计算，可对痕量、高度降解、严重污染的菌群样本进行种水平的细菌、古菌和真菌鉴定。

本篇承接上文。《使用ReacSight增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制（上）》（点击查看）。《使用ReacSight增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制（中）》（点击查看）。2.4 探索营养缺乏对健康和细胞压力的影响荧光蛋白可以作为报告物来评估细胞的表型特征，也可以作为条形码来标记具有特定基因型的菌株。再加上生物反应器阵列的自动细胞仪，这种能力扩展了可能的实验范围：在动态控制环境中的多重菌株特性和竞争（图 4a）。事实上，一些荧光蛋白可用于基因分型，其他可用于表型分型。然后，自动细胞仪（包括原始数据分析）将提供关于不同菌株之间竞争动态和每个菌株的细胞状态分布动态的定量信息。根据实验的目标，这些丰富的信息可以反馈给实验控制，以适应每个反应器的环境参数。作为可以进行此类实验的概念的第一个证明，作者开始探索营养缺乏对健康和细胞压力的影响（图 4b，左上角）。微生物群落中的不同物种根据其代谢多样性或专业性有不同的营养需求，因此它们的适合性不仅取决于外部环境因素，还取决于群落本身通过营养物质消耗、代谢物释放和其他细胞间耦合。与分批竞争分析相反，连续培养允许控制这些因素。例如，在恒浊器培养基中，营养素的可用性取决于营养素供应（即输入介质中的营养素水平）和细胞的营养素消耗（主要取决于 OD 设定值）。作者使用组氨酸营养不良作为营养缺乏的模型：对于 his3 突变细胞，组氨酸是一种必需的营养素。通过将 his3 突变细胞与野生型细胞在不同 OD 设定值和喂养介质中不同组氨酸浓度下进行竞争，可以测量营养缺乏如何影响适应性（图 4b，右上角）。在这两个菌株中使用应激报告子也可以了解营养缺乏情况下适应性和细胞压力之间的关系。作者将重点放在未折叠蛋白反应 （UPR）应激上，以研究营养应激是否会导致其他事先无关的应激类型，这将表明细胞生理学中的全局耦合。组氨酸浓度为 4µM 时，在考虑的 OD 设定值（0.1-0.8）范围内，his3 突变细胞被野生型细胞强烈竞争（图 4b，左下角）。当浓度为 20µM 时，情况不再如此。在这种浓度下，野生型细胞的生长速度优势在 OD 设定值 0.6 以下接近零（剩余组氨酸足以使 his3 突变细胞正常生长），在最大 OD 设定点 0.8 时超过 0.2 h −1（剩余组胺过低，限制了 his3 突变体细胞的生长）。因此，对于这种营养供应水平，细胞的营养消耗水平对 his3 突变细胞的适应性有很大影响。4µM 到 20µM 之间 的这种定性变化与组氨酸的单个高亲和力转运体 HIP1 的 Km 常数报告值 17µM 高度一致。此外，因为组氨酸浓度为 4µM 的野生型和突变型细胞之间的生长速度差异接近甚至超过野生型细胞通常观察到的生长速度（在 0.3 到 0.45 h −1之间， 取决于 OD 设定值），作者得出结论，突变细胞在这些条件下完全生长。UPR 数据显示，在组氨酸浓度为 20µM 的所有 OD 设定点上，突变细胞和野生型细胞之间几乎没有差异，但在组氨酸含量为 4µM 时，突变细胞中的 UPR 反应明显激活 （图 4b，右下角）。因此，看似相似的生长表型（例如 4 和 20µM OD 为 0.8 的突 变细胞）可能对应于不同的生理状态（如不饱和蛋白反应应激水平的差异所揭示的）。此外，为了展示基于菌株丰度数据的环境反应控制，作者着手动态控制两个菌株的比率。控制微生物培养物的组成和异质性有望实现更有效的生物加工策略。作者推断，当两种菌株中的一种对组氨酸具有营养缺陷时，培养物的 OD 可以用作方向盘。事实上，组氨酸生物合成突变生长速率在 20µM 的中等组氨酸浓度下对 OD 的强烈依赖性（图 4b，左下角）意味着可以通过切换恒浊器培养物的 OD 设定值来动态控制其生长速率。此外，如果这种菌株与组氨酸原营养菌菌株共同培养，但以 OD 独立的方式生长较慢，则可以实现两种菌株比率的双向控制（图 4c，左）。作者利用繁重的异源蛋白分泌构建了这种菌株。然后，作者构建了一个简单的模型来预测组氨酸营养不良菌株的（稳态）生长速率差异。将此模型用于模型预测控制和 ReacSight 事件系统，作者可以以完全自动化的方式在平行生物反应器（图 4c，右）中保持两种菌株的不同比率。然而，作者注意到稳态误差的系统存在。这种行为可能是由于慢菌株的生长速度意外恢复所致。由于在特征化实验中未观察到这种行为，作者假设这种差异是由于特征化或对照实验中使用的氨基酸供应混合物的组成不同（除了组氨酸外，Sigma 的组氨酸缺失补充物比 Formedium 的完整补充物更丰富）。图 4 探索和利用适应性、营养缺乏和细胞应激之间的关系。a 由于共培养、自动细胞仪和反应性实验控制，结合单细胞基因分型和表型分型的实验得以实现，以实时适应环境条件。b 左上角：必需营养素的可用性（例如 his3 突变株的组氨酸）取决于环境供应，也取决于通过营养素消耗的细胞密度。营养素供应不足会阻碍生长速度，并可能引发细胞应激。右上角：实验设计。野生型细胞（标记为 mCerulean 组成表达）与 his3 突变细胞共同培养。这两个菌株都含有一个 UPR 应激报告基因 mScarlet-I 的驱动表达。自动细胞仪能够将单个细胞分配 给其基因型，并监测菌株特异性 UPR 激活。这两种菌株相对数量的动态可以 推断突变细胞和野生型细胞在每种情况下的生长速度差异。左下图：两种不同介质组氨酸浓 度下突变细胞适应度缺陷的细胞密度依赖性。虚线表示野生型增长率对 OD 设定值的近似依赖性。右下角：每种情况下的菌株特异性 UPR 激活。c 左：双应变联合体的原理，其组成可以通过 OD 控制来控制。右：实施和演示。异源难折叠蛋白的分泌被用作营养独立的慢生长表型。使用模型预测控制和 ReacSight 事件系统对 OD 设定值进行动态控制，类似于图 3b （参见方法）。在时间 0 时开始蓝光，并在整个实验期间保持亮起，以诱导慢 his+菌株的慢 生长表型。作者注意到系统存在稳态误差，测得的比率低于目标值。在补充注释 3 中，作者 研究了限制控制性能的机制（慢生长表型的不稳定性、菌株识别错误和模型中未考虑的延 迟），还提供了其他控制实验的结果。源数据作为源数据文件提供。2.5 ReacSight是一种通用策略：通过吸液功能增强平板阅读器为了说明 ReacSight 的通用性，将其作为通过连接实验室设备来生长细胞和 /或测量细胞读数以及吸管机器人来创建实验平台的策略，作者将 Tecan 平板阅读器与 Opentrons 吸管机器人连接起来（图 5a）。移液机器人和驱动读板器的计算机通过 Flask 连接。因为无法访问平板阅读器的 API，所以再次使用了基于 pyautogui 的“点击”控制策略。在第一个应用中，作者使用移液机器人在生长条件下长时间保持细菌细胞数量。更具体地说，大肠杆菌临床分离物在两种不同的培养基（M9 葡萄糖加或不加 casamino 酸）中生长，并存在不同浓度的头孢噻肟（CTX），一种β-内酰胺抗生素。由于β-内酰胺酶的表达，所选菌株对头孢噻肟处理具有耐药性。它对 CTX 的最低抑制浓度为 2 mg/L。当细胞群 OD 的中位数达到目标水平时，介质将按照补偿蒸发的策略更新（图 5b，左）。通过所选策略，作者能够在至少 15 代细胞中 保持 OD 中值接近所选目标（0.05 或 0.1）（图 5b 右图）。有趣的是，作者观察到，当用 1 mg/L 头孢噻肟处理时，细胞在葡萄糖+酪氨酸钠中的抵抗力比单独在葡萄糖中更好。这有些令人惊讶，因为β-内酰胺类抗生素通常对快速生长的细胞有更强的影响。在第二个应用中，作者使用该平台测试了在不同细胞密度下应用第二剂量头孢噻肟的效果。这些实验在概念上非常简单，但其结果很难预测。低浓度头孢噻肟抑制参与细胞分裂的 PBP3 蛋白，从而导致细丝形成，而高浓度头孢噻肟则抑制参与细胞壁维持的 PBP1 蛋白，并导致细菌溶解。由于成丝作用，即使没有细胞分裂，种群生物量在延长的时间内也可能继续呈指数增长。此外，死亡细胞释 放的β-内酰胺酶在环境中降解抗生素。这导致了细胞死亡和抗生素降解之间的时间赛跑，丝状物有助于延迟这一赛跑，同时增加生物量（图 5c 左）。因此，在不同细胞密度下应用第二剂量抗生素的实验有可能启发人们理解不同的作用（图 5c 中间）。当以 5 10−4 的光学密度开始时，单次处理的结果与分离物的 MIC 一 致，因为高于 MIC 的处理会导致生长明显停滞，而低于 MIC 的处理不会（图 5c， “培养基处理”）。还可以观察到，在前一种情况下，生长在数小时后恢复，这是酶介导的抗生素耐受的典型行为。这两个观察结果在使用 16 mg/L CTX 进行第二次处理的情况下仍然有效。有趣的是，当处理后生长停止时，OD 大约是处理时 OD 的 25 倍：12 10−3 ,6 10−2 和 12 10−2，处理时分别为 5 10−4 , 2.5 10−3 和 5 10−3。这表明，生长停止前活细胞对抗生素的降解是有限的，因此，生长停止之前只有有限数量的细胞死亡。因此，对抗生素处理的耐受性使细胞在死亡前的生物量增加了近 25 倍，然后由于酶介导的抗生素降解，使细胞在处理中存活下来，远远 超过其 MIC。还可以观察到，当初始处理为 4 mg/L 时，生长停止和再生之间的延迟相对恒定（~5 小时），与添加的抗生素总量无关（4 或 20 mg/L CTX）。这表明，生长停止后抗生素降解非常有效，延迟主要对应于无法检测到的再生所需的时间，此时活细胞的动态被死亡生物的光密度所掩盖。在作者的条件下，当第一次处理有效（4 或 16 mg/L）时，第二次处理似乎几乎没有效果。需要进行深入研究，以更量化的方式调查这些影响。图 5 基于 ReacSight 的自动化平台组装，实现反应控制和低容量细菌培养物的表征。a 平台 概述。Opentrons OT-2 移液机器人用于提高读板器（Spark、Tecan）的容量。机器人用于在预先定义的 OD 处处理平板读取器中的培养物。b 左：大肠杆菌临床分离物可以通过以 OD 控制的方式更新培养基来维持在生长条件下。必须注意补偿延长时间范围内的蒸发。右图：富培养基中的细胞（葡萄糖+casaminoacids vs 单独葡萄糖）生长更快，但抵抗更好的亚 MIC 抗生素处理。左：由于两种效应的结合，细菌种群可能表现出对处理的恢复力。在单细胞水 平上，细胞可能通过丝状化耐受超过其 MIC 的抗生素浓度。基于纤维的耐受性允许在细胞 死亡之前增加生物量。在种群水平上，抗生素被环境中细胞死亡时释放的酶降解。最终结果 取决于细胞死亡和抗生素降解之间的竞争。中间：这两种效应的各自作用可以通过反复抗生 素处理来研究。右图：大肠杆菌临床分离物在初始 OD 为 5 10−4 时用不同浓度的 CTX（图 例）处理，第二次使用 16 mg/L CTX（红色）或单独使用介质（蓝色），使用用户定义的 OD （2.5 10−3 或 5 10−3 ). 由于仪器限制，OD 读数低于 10−3 个可靠性较差。源数据作为源数据文 件提供。03 讨论作者报道了 ReacSight 的开发，这是一种通过自动测量和反应实验控制来增 强多生物反应器设置的策略。ReacSight 通过允许研究人员将低成本开放硬件仪器（如 eVOLVER、Chi.Bio）和多功能、模块化、可编程移液机器人（如 Opentrons OT-2）与敏感但通常昂贵的独立仪器相结合，构建全自动化平台，大大拓宽了可行实验的范围。作者还证明，ReacSight 可用于增强具有吸液能力的平板阅读器。ReacSight 是通用的，易于部署，应该广泛用于微生物系统生物学和合成生物学社区。正如 Wong 及其同事所指出的，将多生物反应器装置连接到细胞仪进行自动测量，可以实现微生物培养物的单细胞分辨特性。事实上，在微生物系统和合成生物学的背景下，自动化细胞术几年前已经被少数实验室证明，但低吞吐量或依赖昂贵的自动化设备可能会阻碍这项技术的广泛采用。来自连续培养物的自动细胞仪与最近开发的光遗传学系统相结合，变得特别强大，能够对细胞过程进行有针对性、快速和成本效益的控制。作者使用 ReacSight 将两种不同的生物反应器设置（预先存在的自定义设置和最近的 Chi.Bio-optogenetic-ready 生物反应器） 与细胞仪连接起来。这证明了 ReacSight 战略的模块化，而使用 Chi Bio 生物反应器的平台版本说明了其他缺乏现有生物反应器设置的实验室如何能够以较小的时间和财务成本（不包括细胞仪的成本，尽管其价格昂贵，但即使在缺乏自动化的情况下也已经在实验室中广泛使用）构建这样的平台。作者通过以全自动方式并在不同的反应器中并行执行（1）光驱动的基因表达实时控制，展示了该平台的关键能力；（2）在严格控制的环境条件下，基于细胞状态的竞争分析；动态 控制两个菌株之间的比值。然而，作者只触及了这些平台提供的巨大潜在应用空间的表面。最近通过核 糖体移码技术证明，菌株条形码可以扩展到 20 株带有两个荧光团的菌株，甚至可以扩展到 100 株带有三个荧光团。这种多路复用能力对于并行描述各种候选路径的输入-输出响应（或菌株背景库中路径行为的依赖性）特别有用（在反应器中 使用不同的光感应）。免疫珠可用于更多样化的基于细胞术的测量（机器人可实 现自动孵化和清洗，例如使用 Opentrons OT-2 磁性模块）。表面显示或 GPCR 信号等技术也可用于设计生物传感器菌株，用单细胞仪测量更多培养物尺寸，无需试剂成本。除了高性能的定量菌株表征外，此类平台还可用于生物技术应用。基于自动细胞仪的人工微生物联合体的组成，以及培养条件的动态控制（如本文所示，使用组氨酸营养不良和 OD），可以大大减少设计稳健共存机制的需要，因此可以使用更大多样性的联合体。未来，希望许多基于 ReacSight 的平台将被组装起来，它们的设计将被广泛的社区共享，以大幅扩展实验能力，从而解决微生物学的基本问题，并释放合成生物学在生物技术应用中的潜力。参考文献：Bertaux, F., Sosa-Carrillo, S., Gross, V. et al. Enhancing bioreactor arrays for automated measurements and reactive control with ReacSight. Nat Commun 13, 3363 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-31033-9 文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑内容审核：郝玉有博士

文章来源：观沧海9月16日，作为全国科普日联合主办单位，自然资源部以线上、线下相结合的方式举办了丰富多彩的主场活动，其中直播节目《湿地“碳”究》格外引人注目。滨海湿地对于固碳释氧、应对气候变化等具有重要作用。调查发现，滨海湿地的碳主要分布在植物、土壤和水域中，但这些碳也会通过呼吸作用释放到大气中，俗称为碳在“水-土-气-生”多圈层中的循环过程。那么，这些过程是如何观测？又有哪些因素控制着碳在各圈层分布？气候变暖是如何影响碳汇过程的？这些都是科研工作者重点攻关的科学问题。直播节目中，自然资源部北方滨海盐沼湿地生态地质野外科学观测研究站（以下简称滨海湿地野外站）站长叶思源带领观众走进滨海湿地野外站位于江苏盐城的观测站点，用通俗易懂的语言讲解了滨海湿地的生态功能，介绍了该团队野外作业相关情况，展示了在滨海湿地碳汇调查和研究方面取得的工作成果，深化了公众对碳达峰、碳中和目标的理解，推广了关爱湿地、保护湿地的理念。滨海湿地野外站一角科研人员野外调查现场地上植物能固碳研究滨海湿地碳汇奥秘，离不开调查装备的“硬件”支撑。 “芦苇是盐沼湿地的典型植物，植物体中45%的成分是碳。科研人员可以利用仪器观测植物进行光合作用的过程，也就是植物的固碳过程。”在江苏盐城湿地的芦苇地，叶思源首先向观众展示了调查常用仪器——新一代光合仪。“显示屏上的这条曲线反映了测量时间段内二氧化碳浓度的变化，如果曲线下降，表明二氧化碳浓度降低，说明植物正在吸收二氧化碳。” 那么，科研人员是如何得知这些地上植物的碳储量的呢？“最直接的办法是将其割了、晒干、再称重，从而估算出它的碳储量。”叶思源介绍，由于湿地调查范围较大，科研人员通常采用样方调查方法，了解湿地植物的种群、数量和生长状况，并进行生物量的测算，从而对湿地的固碳能力作出评估。 目前，滨海湿地野外站根据芦苇的生长特征，设置了50厘米×50厘米样方。科研人员对样方范围内每一株植物进行体检，测量其身高、体重、“腰围”等，计算每个样方的生物量，并根据区域植被分布面积，评估湿地的生物量，再根据碳转换系数，得出区域内植被圈层的碳储量。地下的巨大碳库除了湿地植物通过光合作用从大气中吸收二氧化碳，湿地的地下也存在一个巨大的碳库，而且地下碳的库存量远大于植被圈层的库存量。直播节目中，叶思源拿起一个刚从芦苇湿地取出的土壤柱状样品说：“由于湿地大部分时间处于静水水淹状态，缺氧的环境使得土壤中微生物分解碳的能力变得非常弱，再加上滨海地区河流较多，带来的泥沙快速埋藏植物残骸，形成长期稳定的碳库。我们通过仔细观察，可以看到土壤里面包含湿地植物的根茎，把土壤洗掉，称量植物的根，就能获得植物的地下生物量。”叶思源表示，在盐沼湿地中，土壤中的碳储量可占总碳储量的50%~98%。地上的芦苇，相当于一个加工厂，把碳生产出来，最后储存到土壤中。土壤的碳年复一年保存在这里，形成了一个巨大的碳库。水域固碳不容忽视此外，湿地中的水域固碳能力也不容忽视。叶思源介绍，湿地水域中生长的各类浮游植物也可以进行光合作用。浮游植物将水中游离的碳转化为有机碳，这样水里的碳少了，大气中的二氧化碳就会进入水体中进行补充，从而减少了大气中的二氧化碳，这就是水域光合固碳作用。直播节目中，叶思源向观众展示了一套可以测定浮游植物光合作用能力的实验装置。“我们通过监测发现，水质清澈的辽东湾水域比江苏近海浑浊水域初级生产力高出48倍，因此证明水的悬沙量对水域光合固碳效率影响很大。这提示我们，可以通过增加河流的漫游路径来减少浑浊度，进而增加近海水域的光合固碳能力。”叶思源说。监测温室气体排放速率调查发现，湿地生态系统中，储存于植物、土壤和水这3个圈层的碳并不是完全稳定储存的，有一部分通过呼吸作用和土壤矿化分解作用，以二氧化碳或甲烷的形式返回到大气中。那么，科研人员又是如何监测二氧化碳或甲烷等温室气体排放速率的呢？叶思源向观众介绍了一个形似黑箱的测量装置。“我们通过该封闭箱采集气体，用布罩住形成一个黑箱，连接仪器，可以看到在没有光合作用的情况下二氧化碳浓度的变化，从而测量湿地生态系统二氧化碳的释放速率。”叶思源介绍，总体来说，滨海湿地吸收的碳量远大于排放的碳量，是典型的负排放系统。滨海湿地野外站开展碳循环的研究工作，主要是围绕碳在不同圈层中的循环过程和控制因素，试图找到好的方法，能使生态系统多储存碳。研究发现，滨海湿地温度小于18摄氏度、盐度大于18‰时，二氧化碳和甲烷基本不排放。当盐度达到15‰时，湿地系统固碳能力可达到最佳状态。因此，科研人员可以通过调控湿地水的盐度增强其固碳能力。研究碳循环模式当前，在全球气候变化大背景下，碳循环模式发生了很大变化。叶思源介绍了一个用于研究湿地碳汇资源对全球变暖影响的增温模拟试验装置。该装置形似玻璃房，“房中”安装了很多传感器，可实时监测46个环境因子。叶思源表示，类似这种装置，滨海湿地野外站已布设于辽河三角洲、黄河三角洲、盐城3个湿地，覆盖了2种植被、3个纬度带，并与欧美国家同等的增温站联网，全球科学家共享数据，合作研究预测不同纬度、不同生境、不同地质演化阶段的滨海湿地在未来气候变暖情况下固碳能力的变化，为应对全球变暖提出科学建议。“我们初步研究发现，增温会破坏本土植物的固碳器官，但是会增强互花米草等入侵植物的固碳能力。”叶思源说，“当前该结论在学术界还存在争议，主要是增温的响应存在短期效应和长期效应的区别。为了更科学地认识湿地碳汇功能对增温响应的规律，我们必须在观测站进行长期监测，这也是建设该观测站点的目的。”直播节目尾声，叶思源向观众发出呼吁：“希望大家多多了解滨海湿地，保护湿地，关注全球气候变化，践行低碳生活，为实现‘双碳’目标作出自己的贡献。”链接：盐沼湿地如何固碳释氧地球上有四大碳库：岩石圈碳库、大气碳库、陆地生态系统碳库和海洋碳库。其中，海洋是地球上最大的活跃碳库，是陆地碳库的20倍、大气碳库的50倍。海洋每年吸收约30%的人类活动排放到大气中的二氧化碳。海洋储碳周期可达数千年，在全球气候变化中发挥着不可替代的作用。要实现碳达峰、碳中和目标，必须下大力减少大气中的二氧化碳，除了调整能源结构、推动产业结构转型、提升能源利用高效率、加速低碳技术研发推广，增加生态系统碳汇也是行之有效的方式之一。比如，滨海湿地生态系统单位面积的固碳速率是陆地生态系统的15倍和海洋生态系统的50倍。湿地是位于陆生生态系统与水生生态系统之间的过渡地带，泛指暂时或长期覆盖水深不超过2米的低地、土壤充水较多的草甸以及低潮时水深不过6米的沿海地区，包括咸水淡水沼泽地、湿草甸、湖泊、河流以及河口三角洲、泥炭地、湖海滩涂、河边洼地或漫滩、湿草原等。滨海湿地位于陆海交互带，是海岸带的一部分。天然的滨海湿地主要分为盐沼湿地、红树林湿地、珊瑚礁湿地、水草床湿地等类型。滨海湿地物种丰富，有很高的生态服务功能，在水土保持、岸线稳定、污染物质净化、碳埋藏与温室气体吸收以及为人类提供休息娱乐场所等方面具有很高的价值。作为滨海湿地的重要组成部分，盐沼湿地基本特性是地表水呈碱性且土壤中盐分含量较高，表层积累有可溶性盐，其上生长着盐生植物，如芦苇、互花米草、柽柳和赤碱蓬等。滨海盐沼湿地具有很高的初级生产力，其土壤除了表层数厘米或数毫米的氧化层外，下部还储有巨大的碳库。该生态系统碳库大致可分为3个部分，包括地上活生物量（灌木、禾本和草本等），地下活生物量（根系和根状茎）以及土壤碳库。盐沼湿地碳库主要由内源碳和外源碳组成。其中，外源碳是通过水系输入至盐沼系统，而内源碳主要来自盐沼湿地系统中的大型植物或藻类的光合作用，但内源碳大部分却以二氧化碳或甲烷的形式又返回到大气中了。植物是盐沼碳汇功能实现的关键所在。盐沼中的植物光合作用，又称初级生产过程。该过程以大气中的二氧化碳和土壤中的水为反应物，以光能为能源，以自身为反应器将光能转化成化学能固定于体内，完成碳元素从无机态向有机态的转化。盐沼中的植物与藻类生长能够通过光合作用快速固定大气中的二氧化碳。在潮下带盐沼中，主要初级生产者是浮游藻类和底栖藻类。这些藻类在空间上来源于海水水体、底部沉积物2个部分，海水水体固定的碳元素在潮汐水流的搬运作用下进行空间上的再分配，而底部沉积物固定的碳元素在空间上的分布较为稳定。在潮间带和潮上带盐沼中，大型植物类型是确定滨海湿地初级生产力的主要因素，大型植物固碳量普遍占滨海盐沼生态系统固碳量的90%以上。 UGGA 采用紧凑型设计，将所有组件集成于一只小巧的野外便携箱中。大大减少了体积，降低了重量，并提高了便携性。适合于各种测量载体，诸如汽车、飞机、舰船、无人机载，甚至单人人力携带。UGGA 可使用直流供电，且能耗低至 60W，内置 Wifi，可以通过多种电子终端进行遥控操作。UGGA 可以快速同时测量 CH4，CO2 和 H2O 浓度，操作简单，使用方便，是一款进行野外研究，泄漏检测，空气质量研究和土壤通量研究的理想设备。特点：● 便携式箱体设计● 体积小，重量轻 ● 可直流供电，且能耗低至 60W● 三种气体（CH4, CO2, H2O）同时测量● 内置 Wifi，可通过多种终端设备遥控操作性能指标：◆ 测量范围：● CH4：0~100 ppm● CH4：0~1％（需增加扩展量程选项）● CO2：0~20000 ppm● H2O：0~30000 ppm三种气体（CH4, CO2, H2O）同时测量内置 Wifi，可通过多种终端设备遥控操作◆ 可选测量范围：● CH4：0~1000 ppm● CH4：0-1%（需增加扩展量程选项）● CO2：0~3％● H2O：＜ 99%RH，无冷凝◆ 重复性 / 精度（1σ，1 秒 /10 秒 /100 秒）● CH4：1.4 ppb / 0.5 ppb / 0.2 ppb● CO2：300 ppb / 100 ppb / 30 ppb● H2O：50 ppm / 20 ppm / 10 ppm◆ 测量速度：0.01-1 Hz（用户可选）◆ 环境条件：● 操作温度：5~45 ℃● 环境湿度：0~100% RH，无冷凝◆ 输出：数字（RS 232）、模拟、以太网、USB◆ 电力需求：60 W (11–30 VDC) 66 W (100–240 VAC, 50/60 Hz)◆ 尺寸与重量：18cm（H）x 47 cm（W）x 36 cm（D），16.9 kg

2013年12月10日，Hamilton(瑞士哈美顿)宣布已签署了一项协议，收购全球生物量监测公司Fogale Nanotech的生物传感器业务。这笔交易预计在2013年12月完成，具体交易金额没有披露。随着该项收购的完成，Hamilton成为唯一能提供所有有价值过程监测参数的传感器制造商，如pH、溶解氧和生物量。　　据Hamilton实验室和传感器副总裁Jö rg Pochert介绍，FOGALE的生物传感器主要利用活细胞的介电性能，其优势在于只测量活细胞密度。不同于光学技术，该系统对于气泡、微载体、细胞碎片，以及悬浮液中的其它颗粒不敏感。(编译：杨娟)

p　　最近，一则“我国科学家发现小球藻‘吃’烟气中的氮氧化物和二氧化碳”的消息引起了很多人的好奇。/pp　　小球藻是什么?它“吃”下氮氧化物和二氧化碳又变成什么?/pp　　首次证明了“生物减排”可行性/pp　　近年来大气雾霾严重影响了人民群众的健康与生活，氮氧化物是酸雨与雾霾的主要诱因。我国2016年氮氧化物排放总量高达23兆吨，位居世界第一。/pp　　消除氮氧化物的技术叫“脱硝”，由于氮氧化物能跟水反应生成硝酸根、亚硝酸根，正好是微藻可利用的氮营养，所以通过微藻培养可以消除氮氧化物污染，发展新型生物脱硝技术。由此获得的微藻生物质副产品则可以作为蛋白、油料的来源，满足水产饲料、生物能源等行业的原料需求。/pp　　微藻生物量中碳和氮元素含量分别占50%和10%左右。微藻是地球上将二氧化碳与无机氮转化为有机物效率最高的一种光合微生物，被誉为是由阳光驱动的高效“生物工厂”。/pp　　可不可以将这座“生物工厂”装进电厂，让微藻“吃”下工业烟气中的氮氧化物和二氧化碳，实现碳减排并降低环境污染，同时又可以生产出生物能源的原料和高附加值产品，实现“一石双鸟”?/pp　　在国外从事了8年藻类生物学研究的王强，作为中国科学院水生生物研究所引进“百人计划”研究员，2010年7月回国组建微藻研究团队，开始投入这项研究。/pp　　2014年，首篇论文率先发表在国际环境学领域顶级期刊《环境科技》上。此项研究被认为在国际上“首次证明了微藻用于工业污染物减排的同时生产高附加值产品的可行性”。/pp　　闯过一道道工业实验难关/pp　　7年时间，王强团队把设想逐步变成了工业的可行性，这中间他们走过了艰难的历程。/pp　　首先是藻种问题。在繁多的藻类中，什么藻种“吃的多，又产的多”?/pp　　小球藻是一种球形单细胞淡水藻类，直径3—8微米，繁殖率超强。王强说：“小球藻最快2个小时可以繁殖一代，也就是说它的生物量两个小时可以翻一翻，生长快工作效率自然也高。”/pp　　经过不断地筛选，最终获得的小球藻比常规小球藻油脂和生物量生产率分别提高了39%和35%，脱硝率可达96%以上。/p

量旋快讯NEWS2021年7月15日SpinQ7月15日，炎炎夏日中，深圳量旋科技有限公司（以下简称“量旋科技”）携最新一代桌面型核磁共振量子计算机“双子座”，走进兰州交通大学的课堂，为兰交大的师生们带来一场别开生面的量子计算主题报告。客户经理代表方坤做主题汇报据了解，活动现场，来自量旋科技的客户经理代表方坤，以“遇事不决，量子力学”为题，与兰交大的师生们进行了一场生动精彩的量子科技头脑风暴，并绘声地讲解和介绍了”双子座“桌面型量子计算机。双子座是一款真是的量子计算机，配备了易用的图形界面，内置量子模拟器模块及多种核心量子算法模块，同时还具有布洛赫球演示、用户自定义量子线路等多项功能，为量子计算教学提供了一套整体解决方案。“双子座”桌面型量子计算机热闹的汇报现场，吸引了来自兰州交通大学国家级计算机实验教学示范中心的老师们以及其他众多对量子世界感兴趣的师生们。师生们纷纷表示，量子计算作为推动新一轮科技发展的变革型力量，对学校培养创新性人才具有重要引领作用，同时，兰交大的同学们也纷纷呼吁，希望以“双子座”为核心的量子计算教学中心能尽快落地兰交大，以便大家真实的走进量子科技的场景中，切实感受量子计算的魅力。这次汇报在兰交大师生们连绵不断的掌声中落幕，这次难得的汇报分享，也给量旋科技带来了对未来的寄希，量旋科技将加快建设量子计算教育教学平台，发挥自身成熟产业模式与科研资源优势，不断推动和完善国内量子计算教育生态的体系建设，为进一步培养国内高校量子科技人才做贡献。

摘要本期推文，编译了François Bertaux等发表在 Nature Communications期刊上的研究论文《使用 ReacSight 增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制》（Enhancing bioreactor arrays for automated measurements and reactive control with ReacSight），介绍了 ReacSight，一种用于自动测量和反应实验控制的增强生物反应器阵列的策略。ReacSight 利用低成本移液机器人进行样品采集、处理和装载，并提供灵活的仪器控制架构。作者展示了 ReacSight 在涉及酵母的三种实验应用中的能力，包括：基因表达的实时光遗传控制；营养缺乏对健康和细胞应激的影响；对双菌株混合群落的组成进行动态控制。引言小规模、低成本的生物反应器正在成为微生物系统和合成生物学研究的有力工具。它们允许在长时间（几天）内严格控制细胞培养参数（例如温度、细胞密度、培养基更新率）。这些独特的特点使研究人员能够进行复杂的实验,并实现实验的高度再现性。例如，当药物选择压力随着耐药性的发展而增加时，抗生素耐药性的表征，细胞间通信合成路径的细胞密度控制表征，以及使用组合敲除文库在动态变化温度下酵母适应度的全基因组表征。原位光密度测量只能提供总生物量浓度及其增长率的信息，而荧光测量的灵敏度低，背景高。通常还必须测量和跟踪培养细胞群体的关键特征，如基因表达水平、细胞应激水平、细胞大小和形态、细胞周期进程、不同基因型或表型的比例。研究人员通常需要手动提取、处理和测量培养样本，以便通过更灵敏和专业的仪器（如细胞仪、显微镜、测序仪）进行检测。手动干预通常繁琐、容易出错，并严重限制了可用的时间分辨率和范围（即夜间无时间点）。它还阻碍了培养条件对此类措施的动态适应。这种反应性实验控制目前正引起系统生物学和合成生物学的兴趣。它既可以用来维持种群的某种状态（外部反馈控制），也可以用来最大化实验的价值（反应性实验设计）。例如，外部反馈控制可用于解开复杂的细胞耦合和信号通路调控，控制微生物群落的组成，或优化工业生物生产。反应性实验设计在长时间不确定实验（如人工进化实验）的背景下特别有用。通过实现实时参数推断和优化实验设计，也有助于加速基于模型的生物系统表征。原则上，商业机器人设备和/或定制硬件可用于将生物反应器阵列连接到敏感的多样本（通常接受 96 孔板作为输入）测量设备。然而，这对设备采购、设备成本和软件集成提出了巨大挑战。当一个功能平台建立起来时，相应硬件和软件的升级和维护也极具挑战性。因此，迄今为止报告的例子很少。例如，只有两个小组展示了细菌或酵母培养物的自动细胞术和反应性光遗传学控制，设置仅限于单个连续培养物或具有有限连续培养能力的多个培养物。一组还展示了自动显微镜和反应性光遗传学控制单个酵母连续培养。ReacSight， 一种通用且灵活的策略，用于增强生物反应器阵列的自动化测量和反应实验控制。ReacSight 非常适合集成开放源代码、开放硬件组件，但也可以容纳封闭源代码、 仅限 GUI 的组件（如细胞仪）。首先，作者使用 ReacSight 组装一个平台，实现基于细胞术的特征描述和平行酵母连续培养的反应性光遗传学控制。重要的是，作者构建了两个版本的平台，要么使用定制的生物反应器阵列，要么使用最新的低成本、开放硬件、商业化的光遗传学 Chi.生物反应器。然后，作者在三个案例研究中证明了它的有用性。首先，作者在不同的生物反应器中用光实现基因表达的并行实时控制。第二，作者利用高度受控和信息丰富的竞争分析，探讨营养缺乏对健康和细胞应激的影响。第三，作者利用平台的养分稀缺性和反应性实验控制能力，实现对两个菌株混合群落的动态控制。最后，为了进一步证明 ReacSight 的通用性，作者使用它来增强具有吸液能力的平板阅读器，并对大肠杆菌临床分离物进行复杂的抗生素处理。结果测量自动化、平台软件集成和 ReacSight 的反应性实验控制ReacSight 战略旨在增强用于自动测量和反应实验控制的生物反应器阵列， 以灵活和标准化的方式将硬件和软件元素结合起来（图 1）。吸管机器人用于以通用方式在任何生物反应器阵列和任何基于平板的测量设备之间建立物理连接（图 1a）。生物反应器培养物样本通过连接在机械臂上的泵控取样管线发送至移液机器人（取样）。使用移液机器人的一个主要优点是，在测量（处理）之前，可以在培养样本上自动执行不同的处理步骤。然后，样品由移液机器人转移至测量装置（装载）。当然，这需要测量设备的物理定位，以便当其装载托盘打开时，机器人手臂可以接近设备输入板的孔。部分接近设备输入板通常不是问题，因为机器人可用于在测量之间清洗输入板孔，允许随着时间的推移重复使用相同的孔（清洗）。重要的是，如果不需要反应性实验控制，或者如果不是基于测量，机器人功能也可以用于处理和存储培养样本，以便在实验结束时进行一次性离线测量，从而实现具有灵活时间分辨率和范围的自动测量。ReacSight 还提供了一些软件挑战的解决方案，这些软件挑战应该解决，以解锁多生物反应器的自动测量和反应实验控制（图 1b）。首先，需要对平台的所有仪器（生物反应器、移液机器人、测量设备）进行程序控制。其次，一台计算机应该与所有仪器进行通信，以协调整个实验。ReacSight 将 Python 编程语言的多功能性和强大功能与 Flask web 应用程序框架的通用性和可伸缩性相结合，以应对这两个挑战。事实上，Python 非常适合轻松构建 API 来控制各种仪器：有完善的开源库用于控制微控制器（如 Arduinos），甚至用于基于“点击”的控制 GUI 专用软件驱动缺少 API 的封闭源代码仪器（pyautogui）。重要的是，开源、低成本的吸管机器人 OT-2（Opentrons）附带了本地 Python API。Hamilton 机器人也可以通过 Python API 进行控制。然后，Flask 可用于公开所有仪器 API，以便通过本地网络进行简单访问。然后，从一台计算机协调对多个仪器的控制的任务基本上简化为发送 HTTP 请求的简单任务，例如使用 Python 模块请求。HTTP 请求 还可以使用社区级数字分发平台Discord 实现从实验到远程用户的用户友好通信。这种多功能仪表控制结构是 ReacSight 的关键组件。ReacSight 的另外两个关键组件是（1）通用的面向对象的事件实现（如果发生这种情况，请这样做），以促进反应性实验控制；（2）将所有仪器操作详尽记录到单个日志文件中。ReacSight 软件以及硬件的源文件在 ReacSight-Git 存储库中公开提供。图1 ReacSight：用于自动测量和反应实验控制的增强生物反应器阵列的策略。a 在硬件方面，ReacSight 利用吸管机器人（如低成本、开源 Opentrons OT-2）在任何多生物反应器设置（eVOLVER、Chi.Bio、custom……）和任何基于平板的测量设备（平板阅读器、细胞仪、高通量显微镜、pH 计……）的输入之间建立物理链接。如有必要，可使用移液机器人对生物反应器样本进行处理（稀释、固定、提取、纯化……），然后再装入测量装置。如果不需要反应实验控制，处理过的样品也可以存储在机器人平台上进行离线测量（OT-2 温度模块可以帮助保存对温度敏感的样品）。b 在软件方面，ReacSight 通过基于Python 和PythonWeb 应用程序框架 Flask 的多功能仪器控制体系结构实现了全平台集成。ReacSight 软件还提供了一个通用事件系统，以实现反应性实验控制。显示了反应实验控制的简单用例的示例代码。实验控制还可以使用Discord webhooks 将实验状态通知远程用户，并生成详尽的日志文件。曼森自动化高通量发酵实验室曼森机器人自动化技术可根据客户实际需求进行定制化（可实现硬件+软件协同）完成复杂流程自动化。机器人自动化技术与平行反应器组合为生物领域科学研究助力，是实现生物技术biofoundry的重要技术基础；曼森生物致力于满足客户自动化、高通量的需求，推进合成生物技术产品快速产业化。曼森高通量发酵平台曼森实验室自动化系列曼森高通量自动样品检测机器人未完待续文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑 内容审核：郝玉有博士

7月25日，由生态环境部牵头的大气环境监测卫星在轨投入使用，标志着全球首颗具备主动激光二氧化碳探测能力的卫星在北京正式交付。生态环境部、中国气象局、农业农村部、中国科学院等相关单位共同签署了卫星《在轨投入使用证书》。此外，由生态环境部参与研制的陆地生态系统碳监测卫星一并投入使用。作为世界首颗采用激光主动探测手段的高精度大气环境遥感卫星，大气环境监测卫星可对大气细颗粒物、污染气体、温室气体、云和气溶胶以及陆表、水体等环境要素，开展大范围、连续、动态、全天时综合监测，并首次实现了全球全天时1ppm（百万分之一）高精度二氧化碳柱浓度探测。发布的首批应用成果，包括首个高精度全球全天时二氧化碳柱浓度分布图、首个全球二氧化氮柱浓度遥感图、全球臭氧柱浓度遥感图、全球PM2.5产品分布遥感图等20余项产品。陆地生态系统碳监测卫星又称“句芒号”，是世界首颗森林碳汇主被动联合观测的遥感卫星，可探测植被生物量和植被生产力，同时满足地理测绘、灾害评估、农情遥感等需求。该卫星实现了对森林植被高度、生物量、叶绿素荧光的定量遥感探测，提升了我国和全球森林碳汇监测能力。发布的首批应用成果，包括海南岛叶绿素荧光空间连续产品、东北虎豹公园生物量反演产品、京津冀地区冬季小麦产量和夏季玉米生物量等20余项产品。两颗卫星在轨投入使用，对于推动构建现代化生态环境监测体系，动态监测我国大气污染状况，有效监测全球二氧化碳柱浓度和分布，探测植被生物量和生产力，提升全球温室气体、生物量高精度定量化遥感监测能力，支撑碳达峰碳中和、美丽中国建设等国家战略具有重要意义。

导读反刍动物是指具有反刍习性的一类哺乳动物，如牛、羊、长颈鹿、兔子等。反刍动物采食一般比较匆忙，大部分未经充分咀嚼就吞咽进入瘤胃，经过瘤胃浸泡和软化一段时间后，食物经逆呕重新回到口腔，经过再咀嚼混入唾液并再吞咽进入瘤胃，这种行为称为反刍行为。反刍动物的食物种类比其他种类的动物更丰富，结构组成也更复杂，但草料中的粗纤维含量较高导致其难以消化，反刍动物依赖于胃部微生物群的代谢能力来消化各种物质，但其转化效率低也是养殖业广泛关注的问题。虽然已有研究证明瘤胃中不同微生物的活性可以调节宿主利用植物生物能量的能力，但定植于宿主瘤胃中的微生物却很少受到关注。奥地利维也纳兽医大学的Cameron等人在Research Square在线发表了题为《Differential partitioning of key carbon substrates at the rumen wall by recently diverged Campylobacteraceae populations》的研究论文。文章采用多重数字PCR（dPCR）量化同一菌科的两种菌群，分析反刍动物瘤胃上的定植菌群分布及生物进化动态，为今后畜牧业提高动物代谢能力的研究提供了新思路。应用亮点：▶ 宏基因组测序发现瘤胃上皮细胞中弯曲杆菌科两个种群的基因序列高度相似，利用naica微滴芯片数字PCR系统可以对两个种群进行精准量化。▶ 使用不同培养添加物后，可以利用naica微滴芯片数字PCR系统进行微生物种群分布跟踪。研究成果：作者通过对瘤胃上皮微生物组的16S rRNA扩增子分析发现了一个优势菌株（OTU）为弯曲杆菌科（Campylobacteraceae），并通过宏基因组测序发现该OTU两个主要种群Ca. C. stinkeris与Ca. C. noahi的基因含量高度相似，但pgl（蛋白质糖基化）操纵子不同。为了探究Ca. C. stinkeris与Ca. C. noahi两个种群空间分布的差异，作者通过naica微滴芯片数字PCR系统比较了这两个种群在不同动物瘤胃乳突离上皮壁最近和最远两个位置的含量。结果发现不同动物的两个种群在这两个位置的比例接近。▲图1 Ca. C. stinkeris 和Ca. C. noahi在动物瘤胃乳突顶端和隐窝的含量比例。A）从乳突切片两个位置提取DNA使用dPCR进行定量分析。B) Ca. C. stinkeris 和Ca. C. noahi在动物瘤胃乳突两个位置的含量比例。横坐标为取样动物的名字。然后作者使用naica微滴芯片数字PCR系统对两种菌群进行生长和适应性测定，数据显示Ca. C. stinkeris可以在以醋酸盐为主要碳源时积累的生物量，更好地生长，但被丙酸盐抑制，而Ca. C. noahiz在任何一种添加物存在的情况下在都没有检测到生长优势。因此，作者推断可能存在一些其他机制来最小化竞争，这种机制通过某些代谢生态位维度上的分化，防止它们生长动力学的重叠来支持两个种群的共存。▲图2 醋酸盐利用和丙酸盐抗性检测。A)通过种群特异性dPCR，评估添加5 mM醋酸盐（acetate）或丙酸盐（propionate）对生物量积累的影响。分别用单个菌株(左，单一培养)和竞争菌株(右，共培养)进行了实验。通过数字PCR这种精准的定量技术，作者发现在瘤胃乳突的顶端和隐窝都分布有这两种优势菌群，且与上皮细胞分布数目无显著的相关性。另外，这两种菌群能够促进相关脂肪酸的代谢，进而发挥促进食物消化的功能。该文章为通过调节反刍动物体内某些盐离子浓度来调节优势菌群的分布比例进而提升消化能力提供了思路。

一、名称：万深AlgaeAC增强型藻类自动分类计数仪英文名： Automatic identification and classification counter for Algae, Model AlgaeAC plus二、用途：水体中的浮游植物优势种类和数量，以及颗粒度分布是研究水环境的重要依据，历来采用人工作业判定，相当费时费力。AlgaeAC藻类自动分类计数仪可有效解决用户的该痛点问题，主要用于生态学调查、渔业、水产养殖、教育中，对水体中的浮游植物（藻类）样品，做自动分类计数、大小测量以及生物量测定。AlgaeAC增强型还带有藻类和浮游动物的智能鉴定模块，帮助减轻以往繁重的鉴定工作量，是生态调查监测的必备工具。三、核心参数：1、★全时自动对焦的2420万像素高分辨率大视野光学成像，针对显微藻类优化的对焦算法，确保扫描图像清晰，支持20X、40X物镜等放大倍率。2、水样经前处理而置于藻类计数框后，自动完成藻类识别与分类计数全过程（自动移动视野对焦扫描拍照、自动分类识别计数、自动生成统计报表）。检测依据《SL733-2016内陆水域浮游植物监测技术规程》、《水和废水监测分析方法》（第四版）第五篇《水和废水的生物监测方法》。3、★系统内含蓝藻门、硅藻门、绿藻门、裸藻门、隐藻门、金藻门、甲藻门、黄藻门常见的40个属种以上藻类分类识别库，可根据当地情况自行扩展到50个属种以上，建议不超过100个属种。4、★自动给出分类计数统计报告，标示优势种和优势度，并按优势种排序。计算香农-威纳指数、均匀性指数、丰富度指数、藻细胞密度、生物量等。可分析获得每个藻体的面积、周长、体积、长、宽、主轴、副轴、等效直径等形态参数。可分析统计各藻类的数量、面积、体积及其占比；对各分类进行排序及柱状图显示占比情况。可在Excel软件中进一步统计分析数据。可在采集图像上直接标出藻类名称，提取分割每个藻类的图像并自动分类保存，可回溯查看历史数据。5、★可自动分类分析3～1000μm的藻类，100个视野的自动扫描成像+自动分析时间15-20分钟（视野数25-400个可选）；检测范围为105-1010个/升（需尽量避免泥沙和杂质混入）；当地分类识别库优势种自动识别率≥90%，综合自动识别率≥80%，经交互修正后的最终识别率可达98%以上；在浓度为107个/升时，自动分析的重复性误差小于10%。6、★藻类和浮游动物的智能鉴定模块1）能快速有效地以图搜图，来智能鉴定多达2.3934万个种海水和淡水的藻类、浮游动物（中文、拉丁文双语显示的浮游生物专家图库：藻类共15个门、1603个属、14499个种；浮游动物共24大类、1932个属、9435个种）。已有有效图库量26.1628万张以上，各图库属种和内容可自行扩充。还能按P5胸足搜索鉴定桡足类。2）能自动索引用户已建计数表的藻类和浮游动物来生成所关注流域小图库，使以图搜图搜素鉴定更快捷准确。3）微囊藻分析模块能自动学习与自动分析团状微囊藻群体的细胞数，自动计数颗粒性或单细胞微藻、链状微藻细胞、线虫等类的浮游动物。4）具有藻类、浮游动物计数及形态测量功能，统计并报告优势种序列。内置34种几何模型，通过测量少量参数即可计算浮游生物个体/细胞体积及生物量。7、可根据采集地地理坐标在地图上定位及标注，支持高德地图、高德卫星地图、谷歌地图、谷歌卫星地图等多种地图源。8、厂家提供协助建立1个当地分类初始识别库服务，提供远程协助指导、3年免费远程升级服务。 四、配置清单：1）万深AlgaeAC增强型藻类自动分类计数软件（含浮游生物智能鉴定系统） 1套2）高精度电控X-Y自动扫描平台+控制器 1套3）全时自动对焦的高分辨率光学成像系统 1套4）奥林巴斯BX53三目生物显微镜 1套5）品牌电脑（i5 九代以上CPU /16G内存/含支持CUDA的GTX1060 GPU/ 2T硬盘/ 23”彩显，1个USB3.0口+3个USB2.0口，运行环境Windows 10操作系统） 1台本技术标书中打★款项必须响应，否则为重大偏离。创新点：全时自动对焦的2420万像素高分辨率大视野光学成像，全自动给出分类计数统计报告，标示优势种和优势度，并按优势种排序。计算香农-威纳指数、均匀性指数、丰富度指数、藻细胞密度、生物量等。能快速有效地以图搜图，来智能鉴定多达2.3934万个种海水和淡水的藻类、浮游动物。万深AlgaeAC增强型藻类自动分类计数仪

化妆品为什么会出现微生物超标现象？ 如果是一个正规的生产流程，不应该出现微生物超标现象。因为在我们的生产流程中，每一项都有严格的检测及控制，在生产过程中，我们都会遵循GMP((Good Manufacture Practice良好生产规范)的国-际标准。在中国，正规上市的产品都必须具备卫生许可证，这个卫生许可证也对产品的生产过程做了详细和严格的规定。其中很多关键环节都是在密封或是严格控制的卫生环境中进行。这一系列规定的目的就是要将微生物量减至最低，其他的污染物不可能流入进去。如果出现微生物超标现象，就有可能是某些环节出了问题。 化妆品生产过程中使用的原料、容器和制作过程中均可受微生物污染，尤其在灌装过程更易受污染。化妆品各种原料都有被微生物污染的可能，其中尤以天然动植物成分、矿产粉剂、色素、离子交换水等原料易受微生物污染。某些剂型化妆品富含水分和营养成分，如膏霜类化妆品多属“营养型”，其中因加入各种氨基酸，蛋白质或滋补品（胎盘提取液、人参、甘草提取液等）成分而有利于微生物生长繁殖。 化妆品含有适合微生物生长的成分，而且受安全性的考虑防腐剂的使用受到许多限制。因此它在控制微生物污染这个问题上与医药品、食品有不同的要求。 微生物污染关键点控制： 1、生产设备的消毒 2、生产环境的消毒 3、包装材料的消毒 4、人员卫生管理 为什么很多化妆品企业在生产过程中，各个环节也做了消毒，却还是时不时的出现微生物超标的问题，究其原因还是消毒产品和消毒方案不正确的所致，就如同感冒了，去买感冒药，有的药用着就有效果，有的药用着就没有效果。而有的人第1次用这种药有效果，下一次就没有效果了，这就存在一个对症下药和抗药性的问题。

活动日期：即日起到2012年12月31号　　发酵过程中，细胞浓度是一个非常重要的生理参数，不但可以计算比生长速率，底物消耗速率、生物量产率和维持系数等参数，还可以及时判断是否有染菌等异常情况发生。目前测量细胞浓度的方法主要有化学法(DNA/RNA分析)和物理法(干重、光密度、呼吸商等)两大类。一般来说，与物理法相比，化学法能较准确的测量有代谢活性的生物量，缺点是花费时间长，而利用物理法测量，无法区分处于悬浮状态的颗粒和微生物，也无法分别活死细胞。　　法国foagale根据细胞的介电特性，推出全新的在线活细胞浓度分析仪EVO200，该仪器不仅可以以光密度(OD)法测定发酵液中总细胞的浓度，还可以根据电容法测定活细胞的浓度，配合特有分分析软件和扫描软件，仪器可以分析发酵过程中细胞的比活力和比生长速率，得到细胞状态的各项参数和细胞的平均直径，帮助您及时了解生物过程的变化。是现在生物制药工业和发酵过程的理想的过程分析工具，仪器符合GMP和FDA的要求。　　为了使中国的用户能够体验到这项最新的监测技术，给中国的发酵行业提供一项全新的监测手段，大昌华嘉公司联合法国fogale公司在中国开展全面的样机试用和在线细胞浓度解决方案活动，现在您只需要填写申请表格，发送至：joyce.hu@dksh.com 我们会第一时间安排工程师和仪器为您提供全面的支持服务,并有机会得到样机试用的机会。　　仪器特点：　　1：浊度法OD600(光密度)检测总细胞浓度　　2：电容法检测活细胞浓度，无需染色　　3：总细胞和活细胞同时测量确定细胞的比生长速率　　4：符合FDA和GMP的要求，可提供证书　　5：支持SIP/CIP，没有维护耗材　　6：快速、准确、信号稳定　　7：仪器自动记录，可以实现生物量反馈控制　　8：彩色触摸屏显示　　技术参数：　　生物量浓度范围电容率 0-700pF/cm　　动物细胞：最小105细胞/ml ， 最大109细胞/ml　　酵母，细菌，真菌：1g/L-200g/L干重 最小5g/L(高耗氧培养基中)　　分辨率0.01*106细胞/ml　　0.02g/L酵母干重　　电导范围0.5-100ms/cm　　选配选配生物量分光光度计：进行细胞生物特性图谱分析　　选配连续培养模式　　数据存储内置数据存储卡　　密封性IP65保护.不锈钢密封　　模拟输出4-20mA模拟信号　　数值输出OPC协议， USB, Mod BUS数据输入/串口　　探头类型12mm直径(120-420mm长)、25mm直径　　一次性传感器　　卫生型卡箍街头、316不锈钢，头部4个白金电极，EPDM O型密封圈　　法国fogale公司evo200仪器主要特点和介绍：　　http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102538/C146411.htm　　http://www.fogalebiotech.com/biotech-biomass-sensor/evo回执表姓名 客户编号：职务 单位/部门 地址 邮编：电话 传真: Email 以前的细胞浓度测定方法 所用细胞1. 动物细胞2. 真菌、酵母3. 细菌4. 植物细胞5．藻类6. 其他科研方向1.科学研究2.生物制药、疫苗、抗体3.发酵饮料4.食品发酵5.其他

菌种是微生物培养的前提条件。优良的菌种，是微生物高效培养的前提。无论是摇床培养还是发酵培养，优良的菌种对培养的效果都有至关重要的意义。 微生物在生长过程会经历迟缓期、对数生长期、稳定期和衰亡期。微生物在培养和传代过程中会发生变异，次生产物，细胞活力变化等。微生物在生长过程 微生物对数期生理状态相对稳定，较稳定期次生代谢物少，且生命力旺盛。对数生长期是保持菌株优良性状不退化和存活率的阶段，也是最佳菌种保存期。 如何对培养过程中的微生物处于某个生长阶段进行判断？目前较多采用的方法是取样检测。取样检测会产生培养间断，染菌风险，无法连续获取数据等制约。无法获得准确的微生物生长过程信息取样检测 WIGGENS生物生长量在线监测设备CGQ系统，可以通过外置式光学传感系统，对培养的微生物生长状况进行实时监测。数据收集器会根据光学传感器的数据值，反应微生物生长情况，准确的把握微生物的生长状态。通过显示器直接读取生长曲线，可以判断微生物在当前培养条件的所处的生长时期。摇瓶培养在线监测 | 发酵罐培养在线监测 CGQ系统实时监测生长曲线，能够让操作者及时掌握微生物生长状况。举例：在发酵中，一般要控制发酵条件时，控制在微生物生长曲线稳定期结束前，比如酸奶发酵，时间过短，微生物还处于繁殖期，发酵效果不好；发酵时间过长，微生物处于衰退期，衰退期将产生很多代谢物，使产品风味发生变化，甚至影响质保；在污水处理中，需要根据不同稳定期选择不同菌种；酿造工业中，发酵时间的选择尤为重要。生物量实时监测 CGQ系统对微生物生长状态的监测，也直接反映了微生物的生长条件变化。通过对微生物生长状态的监测，对培养基成分优化，培养条件改进，工艺流程探索等具有重要指导性作用。 CGQ系统适用于原核细胞和真核细胞培养物实时监测。

在废水处理中，细菌起着很大作用，因此确保细菌在合适的环境中获得养分非常重要。生物处理是污水处理的重要组成部分，在许多行业中被普遍采用。此二级处理工艺依靠各种细菌来分解污水中的污染物并对水进行净化，最终排放到环境中。常规生物处理系统采用活性污泥去除水中的有机污染物。但还有许多其它生物处理方法对净化污水也非常有效，包括固定床系统，如移动床生物反应器（MBBR）和膜系统，如膜生物反应器（MBR）。各种生物处理方法之间可能存在差异，但保持微生物的健康状况对于优化污水处理工艺中污染物的去除至关重要。确保将适当数量的“食物”输送给微生物，有助于维持生物处理系统的健康。一般采用“食物与微生物比”（food to microorganism）或“F:M比”参数。当F:M比太低时，“食物”不足，微生物就会“挨饿”。如果F:M太高，污水中的有机物含量高，微生物会很快变得不堪重负，导致污水中污染物的去除不充分。两种情况都会导致生物处理效率低下，因此有必要找到并保持最佳的F:M平衡，以确保充分去除污染物以符合法规排放要求。F:M比通常由两个常见的检测值确定。在F:M比参数中，F（食物）部分是有机污染物含量，一般使用生化需氧量（BOD5）来检测。5日测试用于检测当细菌分解有机物质时消耗的氧气，从而间接推断水中的碳含量。在F:M中，M（微生物）部分一般通过混合液悬浮固体（MLSS）来检测。这些检测存在一些缺陷，会导致F:M不适用于有效的工艺控制。用于量化微生物水平的MLSS检测无法区分活生物量和死生物量，这不仅使维持最佳F:M比变得非常困难，而且对于理解生物系统的整体健康情况也无法保证。为期5天的BOD检测速度太慢，无法用于工艺决策。当污水处理装置发现碳负荷不平衡时，生物质的不健康状况事实上已持续了多日。这对于污水负荷可变的处理装置尤其是个问题。此外，由于BOD5取决于细菌的使用，因此缺乏可接受的准确性和精确度，且样品中存在的有毒化合物可能会严重干扰检测结果。对生物质的“食物”进行更准确和有效的监测方法是采用总有机碳TOC分析来直接测定污水中的碳含量。与间接BOD测量不同，TOC分析仪直接检测样品中的碳含量。检测更准确，不存在BOD测试常见的干扰问题。TOC检测可以在数分钟内完成，从而使其成为用于工艺控制和处理优化的更有效工具。通过使用TOC分析来检测生物处理有机物负荷，处理装置可以确定“更真实的F:M比”。案例一美国一家大型炼油厂实施了一项为期12个月的研究，对在传统活性污泥生物处理装置中采用TOC分析来确定“真实F:M比”带来的优势进行了分析。通过使用TOC分析快速获得的准确结果，该处理装置能够快速识别有机物负荷变化并确定理想的F:M平衡。工厂认为，当处理装置在其可接受范围内运行时，去除效率非常稳定，且与典型的需氧量测试相比，TOC分析是保持F:M平衡的更有效工具。此外，TOC分析提供的连续在线数据使处理装置能够快速调整流速，并通过确保适当数量的“食物”供给，以使用F:M比，对工艺进行更有效的控制。这减少了生物处理存在的工艺紊乱，并最终节省了与不良微生物健康状况相关的时间和成本。案例二除F:M比，TOC分析已成为优化污水生物处理营养平衡的有用工具。许多处理装置要求污水中的碳含量与养分（通常为氮和磷）保持适当的平衡。美国一家大型饮料厂决定将其传统的生物处理系统升级为高流量膜生物反应器（MBR）系统。虽然这有助于降低工厂的占地面积并改善污水中有机物的去除程度，但由于新上的MBR系统流量大且工厂排放污水中糖负荷会发生变化，这就意味着需氧量测试太慢而无法确保生物处理系统的营养平衡。该工厂要求C:N:P养分平衡比为100:5:1，在增加TOC分析后，该工厂能够跟踪污水中有机物含量的变化并快速进行工艺调整。工厂操作人员能够确定碳含量并调整添加到污水中的氮，以保持最佳的养分平衡。新的工艺可以连续地脱除有机物，大大减少了工艺紊乱，每年为工厂节省数十万美元。传统上，使用生化需氧量确定废水处理是否有效。采用总有机碳TOC分析直接监测碳含量，对于尝试优化生物处理工艺的污水处理装置而言可能是一个强大的工具。与传统的需氧量测试不同，TOC分析可在几分钟内提供准确数据，使操作人员能对工艺快速做出控制决策。使用TOC数据保持有效的F:M比或C:N:P养分平衡，可以确保生物处理工艺的优化。通过TOC分析来监测生物反应器的健康状况，有助于工厂最大程度地减少工艺紊乱，有效去除污染物，获得符合法规要求的外排水。作者简介Adit Jatkar，苏伊士旗下水务技术与方案——Sievers分析仪全球产品应用专员，获得普渡大学化学学士学位，拥有分析仪器和工艺化学技术背景，并在水处理和石油化工行业有丰富的工作经验。本文原文英文版刊登于《Rocky Mountain Water》2020年9月刊。

p　　7月26日，国际标准委发布关于对《蒸压加气混凝土板》等266项拟立项国家标准项目征求意见的通知，其中包括多项仪器检测方法标准：a title="" href="http://www.instrument.com.cn/news/20170726/225293.shtml" target="_blank"strong又一大波仪器分析方法标准即将制定 涉及光谱、色谱、质谱等/strong/a。/pp　　值得注意的是《工业微生物菌株质量评价 拉曼光谱法》即将制定，资料显示，该项标准主管部门是国家质量监督检验检疫总局，起草单位为中科院青岛生物能源与过程研究所、清华大学、中国标准化研究院等，归口单位是中国标准化研究院。/pp　　工业菌株是工业生物技术的关键和核心，菌株的质量评价在选育和投料过程中都不可或缺，但目前菌株评价方法大都包括生物量培养累积、目标代谢物提取和检测等繁琐的过程，评价周期长， 不仅不利于工业菌株的快速筛选，而且延迟了生产的投料过程。本标准建立一种快速无损的活体工业微生物菌株质量评估标准方法，能较好地反映细胞的生理状态，而且不会影响细胞活性，可以在不破环细胞的条件下快速测量单个细胞内的代谢物含量。/pp　　本标准规定了采用拉曼光谱评价工业微生物菌株质量的标准方法和流程，适用于发酵工业和基于微生物生物制造领域工业微生物(大肠杆菌、酵母等)的质量评价。/pp　　据悉，目前国内外均没有较好的方法来快速评价工业菌株/pp /p

作者：吴长锋 来源：科技日报3月26日，安徽大学物质科学与信息技术研究院单磊教授、王绍良研究员团队自主研发的“量子计算用国产极低温稀释制冷机”项目，顺利通过鉴定委员会鉴定。专家认为，研制的极低温稀释制冷机满足量子计算需求，连续稳定运行的最低温度为8.5mK，项目创造了已公开报道的连续运行最低温度和制冷量两项国内纪录。安徽大学供图“量子计算用国产极低温稀释制冷机”是一种能够提供接近绝对零度低温环境的高端科研仪器，是现代量子科学研究与量子技术发展的关键核心设备之一。由领域内知名专家组成的鉴定委员会听取了项目工作汇报，审阅了技术报告和相关技术资料，考察了实验现场，查看了系统运行状况；经质询、答疑和讨论，一致认为：针对无液氦、极低温、大冷量、大空间、高稳定性等量子计算需求，单磊教授、王绍良研究员团队成功研制出无液氦型量子计算用极低温稀释制冷机，连续循环运行最低温度达到8.5mK。相关成果增强了我国相关基础科学和技术领域的原始创新能力，进一步解决了大摩尔流量条件下极低温流体热交换效率低的技术难题，研发出具有超大比表面积的极低温高效换热部件，同时实现了相关核心部件的完全自主研发，扭转核心技术“卡脖子”的被动局面。据悉，去年12月31日，这台机器已经获得在100毫K具有435微瓦和120毫K具有671微瓦的制冷量，达到国际主流产品的水平，满足量子计算的温度和冷量需求。

一、名称：藻类和浮游动物自动分类计数仪(AlgaeAC+ZooCC增强型)英文名： Automatic identification and classification counter for Algae & Zooplankton, Model AlgaeAC+ZooCC plus二、用途：水体中的浮游植物（藻类）和浮游动物优势种类和数量，以及颗粒度分布是研究水环境的重要依据，历来采用人工作业判定，相当费时费力。AlgaeAC藻类自动分类计数仪和ZooCC浮游动物自动分类计数仪可有效解决用户的该痛点问题，主要用于生态学调查、渔业、水产养殖、教育中，对水体中的浮游植物（藻类）和浮游动物样品，做自动分类计数、大小测量以及生物量测定。AlgaeAC+ZooCC增强型还带有藻类和浮游动物的智能鉴定模块，帮助减轻以往繁重的鉴定工作量，是生态调查监测的必备工具。三、核心参数：1、★全时自动对焦的2410万像素高分辨率大视野光学成像，针对显微藻类优化的对焦算法，确保扫描图像清晰，支持20X、40X物镜等放大倍率。2、★水样经前处理而置于藻类计数框后，自动完成藻类识别与分类计数全过程（自动移动视野对焦扫描拍照、自动分类识别计数、自动生成统计报表）。检测依据《SL733-2016内陆水域浮游植物监测技术规程》、《水和废水监测分析方法》（第四版）第五篇《水和废水的生物监测方法》，及GB17378-2007《海洋监测规范》、GB/T12763-2007《海洋调查规范》对应到藻类的计算要求。3、★系统内含蓝藻门、硅藻门、绿藻门、裸藻门、隐藻门、金藻门、甲藻门、黄藻门常见的55个属种以上藻类分类识别库，可根据当地情况自行扩展到60个至100个属种。4、★可分析获得每个藻体的面积、周长、体积、长、宽、主轴、副轴、等效直径等形态参数。可分析统计各藻类（按门或属种）的数量、面积、体积及其占比；对各分类进行排序及柱状图显示占比情况。可在Excel软件中进一步统计分析数据。可在采集图像上直接标出藻类名称，提取分割每个藻类的图像并自动分类保存，可回溯查看历史数据。自动给出分类计数统计报告，标示优势种和优势度，并按优势种排序。自动计算香农-威纳指数、均匀性指数、丰富度指数、藻个体密度、藻细胞密度、生物量等。5、可自动分类分析3～1000μm的藻类，100个视野的自动扫描成像+自动分析时间15-20分钟（视野数25-400个可选）；检测范围为105-1010个/升；当地分类识别库优势种自动识别率≥90%，综合自动识别率≥80%，经交互修正后的最终识别率可达98%以上；在浓度为107-108个/升时，自动分析的重复性误差小于5%。6、模仿人工显微镜检测藻类的过程，可按全片计数法、对角线计数法、行格计数法、随机视野计数法等5种计数方式进行成像计数。7、★可以9600*6400dpi扫描获得巨大的透扫正片图像（厂家标示的最高分辨率62336*37760像素），能包含上千个完整的浮游动物。优化的照明参数能确保图像对比度和成像质量。8、★自动提取和保存超大图像中的浮游动物，自动学习并实现150μm以上常见优势浮游动物按大类鉴定来高效率自动分类计数（按滤网200μm为1档，1500μm为2档，分别从多到少来自动统计），给出浮游动物大小的粒径谱分布等参数。内置东海、南海、黄海、渤海四大海域初步分类文件，用户可自行扩充或新建标准库（种类可达100类），自动学习生成分类文件。学习15大类3000张已分类图库样本，来新建自动学习分类文件耗时≤6分钟/次。9、★适合分析水样量50-700mL/次。扫描图像≤15分钟/水样，分类计数的自动分析耗时≤6分钟/水样。具有鼠标辅助分割和拖动目标改判分类特性，以获得100%正确的统计结果。10、★自动给出分类计数统计报告，可分析获得每个浮游动物的面积、周长、体积、长、宽、主轴、副轴、等效直径等形态参数。可分析统计每类浮游动物的数量、面积、体积、占比及多样性指数；对各分类进行排序及柱状图显示占比情况。可在Excel软件中进一步统计分析数据。11、可批量化兼容导入其它已知标准学习库图和其它图像。标配2个水样盘：高透光超白玻璃做面，容积2cm高*144cm2（9600*6400dpi或9600*4800dpi扫描，对应1档滤网）、2cm高*350cm2（1200*1200dpi扫描，对应2档滤网）。12、★藻类和浮游动物的智能鉴定模块1）能快速有效地以图搜图，来智能鉴定多达2.4098万个种海水和淡水的藻类、浮游动物（中文、拉丁文双语显示的浮游生物专家图库：藻类共15个门、1636个属、14645个种；浮游动物共24大类、1936个属、9453个种）。已有有效图库量26.4777万张以上，各图库属种和内容可自行扩充。还能按P5胸足搜索鉴定桡足类。2）能自动索引用户已建计数表的藻类和浮游动物来生成所关注流域小图库，使以图搜图搜素鉴定更快捷准确。3）微囊藻分析模块能自动学习与自动分析团状微囊藻群体的细胞数，自动计数颗粒性或单细胞微藻、链状微藻细胞、线虫等类的浮游动物。4）具有藻类、浮游动物计数及形态测量功能，统计并报告优势种序列。内置34种几何模型，通过测量少量参数即可计算浮游生物个体/细胞体积及生物量。13、可根据采集地地理坐标在地图上定位及标注，支持高德地图、高德卫星地图、谷歌地图、谷歌卫星地图等多种地图源。14、厂家提供协助建立1个当地分类初始识别库服务，提供远程协助指导、3年免费远程升级服务。四、配置清单：1）藻类和浮游动物自动分类计数仪AlgaeAC+ZooCC增强型（含浮游生物智能鉴定系统） 1套2）高精度电控X-Y自动扫描平台+控制器 1套3）全时自动对焦的高分辨率光学成像系统 1套4）高分辨率、高性能A4幅面影像扫描仪 1套5）奥林巴斯BX53三目生物显微镜 1套6）品牌电脑（i5 九代以上CPU /16G内存/含支持CUDA的GTX1060 GPU/ 2T硬盘/ 23”彩显，1个USB3.0口+3个USB2.0口，运行环境Windows 10操作系统） 1台7）高透明大容量水样盘 2个本技术标书中打★款项必须响应，否则为重大偏离。建议报“单一来源”直接采购，理由是：目前仅万深分析系统能快速有效地以图搜图，来智能鉴定多达2.4098万个种的藻类、浮游动物，国内外其它任何系统均无法替代或PK。直采因省掉中间环节还省钱。创新点：用于生态学调查、渔业、水产养殖、教育中，对水体中的浮游植物（藻类）和浮游动物样品，做自动分类计数、大小测量以及生物量测定，自动完成藻类识别与分类计数全过程（自动移动视野对焦扫描拍照、自动分类识别计数、自动生成统计报表）。其还带有藻类和浮游动物的智能鉴定模块，快速有效地以图搜图，来智能鉴定多达2.4098万个种海水和淡水的藻类、浮游动物，帮助减轻以往繁重的鉴定工作量，是生态调查监测的必备工具。藻类和浮游动物自动分类计数仪

天木生物 聚焦高通量生物育种及筛选技术和装备的开发与产业化。相继开发了等离子体诱变育种仪、单细胞微液滴培养及筛选仪、微液滴连续传代培养进化仪和生化在线检测仪等四大类十余款产品，相关设备解决了细胞筛选效率低、过程及表型数据获取困难等“卡脖子”问题，各产品性能均达国际领先水平，相关仪器组成智能化、高通量细胞工厂创制平台，大幅度提高了筛选及育种工作效率。 常压室温等离子体诱变育种仪ARTPARTP技术是一种全新的、高效的生物诱变技术。该技术采用基于高纯氦气的射频辉光放电技术，所产生的等离子体射流活性粒子能量较高，可以诱发更丰富的基因突变。该技术被广泛的应用于各类微生物、植物和动物等的种质选育中，成功案例达上千个。微流控细胞培养、进化及分选系统液滴微流控技术是近年来备受关注的新兴技术，其具有体系小、传质效率高、自动化程度高和通量大等突出优点。相比于传统孔板筛选体系，该系统筛选速率提高10^4-5倍，试剂消耗量下降至10^6-7。该类仪器不仅可广泛应用于细菌、酵母、动物细胞等单细胞的分选，而且可以用于蛋白、核酸、抗体等生物大分子筛选中。微生物发酵在线检测系统该仪器具有取样体积小、多参数检测、全自动、时效性高等特点，可避免因取样体积过多影响整个发酵系统，同时多参数检测，可实时显示罐内生物量、底物消耗和产物生成情况，也可及时调节反馈控制系统，实现底物的精确控制流加等，提高发酵过程控制效率，为发酵过程优化和工艺放大提供数据支撑。