基于遗传算法的土地利用优化：NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅲ的对比研究

土地利用优化通常要兼顾不同群体的多种要求,理论上是复杂的超多目标(4个及以上)优化问题。但实际操作中却往往被简化为多目标(2—3个)优化问题,通过一种流行的多目标优化算法第Ⅱ代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解。究其原因是对超多目标优化算法认知的缺失和与多目标优化算法理论对比的匮乏。对NSGA系列中应用最广泛的多目标优化算法NSGA-Ⅱ和最新提出、面向超多目标优化的算法NSGA-Ⅲ进行探究,从理论和实验两方面对Ⅲ和Ⅱ进行对比,从而探究二者进行土地利用优化时的优劣。在理论上,对比两种算法原理的异同。在实验中,分别设计多目标(3个目标)和超多目标(13个目标)土地利用优化问题,利用两种算法进行求解。对实验结果采用四层架构、六大指标进行全面评价,以对比两种算法的可用性。理论对比发现,两个算法只有种群多样性保护的方法不同,其中NSGA-Ⅲ是基于与固定的参考点的距离,而NSGA-Ⅱ则是基于相邻解间的距离。通过实验对比发现,NSGA-Ⅲ在超多目标优化时运算速度快,且产生的最优方案实用价值更高,NSGA-Ⅱ在算法的有效性方面更有优势。     

面包酵母流加发酵生产过程的投入产出优化

以某酵母厂实际生产过程为背景,对面包酵母流加发酵生产进行了总体效益优化仿真。优化仿真是以作者早期建立的面包酵母代谢一循环模型系统为基础的。效益函数是单位时间内过程产出产品的价值与总投入价值之差。仿真结果表明,在给定的价格体系下,欲使总体效益函数取得极大值,各操作变量,如补料速度,补料浓度、通气量和发酵周期等,均存在最优操作区域。     

谷氨酸棒杆菌代谢工程高效生产L-缬氨酸北大核心CSCD

L-缬氨酸作为一种支链氨基酸,广泛应用于医药和饲料等领域。本研究借助多种代谢工程策略相结合的方法,构建了生产L-缬氨酸的微生物细胞工厂,实现了L-缬氨酸的高效生产。首先,通过增强糖酵解途径、减弱副产物代谢途径相结合的方式,强化了L-缬氨酸合成前体丙酮酸的供给;其次,针对L-缬氨酸合成路径关键酶—乙酰羟酸合酶进行定点突变,提高了菌株的抗反馈抑制能力,并利用启动子工程策略,优化了路径关键酶的基因表达水平;最后,利用辅因子工程策略,改变了乙酰羟酸还原异构酶和支链氨基酸转氨酶的辅因子偏好性,由偏好NADPH转变为偏好NADH,从而提高了L-缬氨酸的合成能力。在5L发酵罐中,最优谷氨酸棒杆菌工程菌株Corynebacterium glutamicum K020的L-缬氨酸产量、得率和生产强度分别达到了110g/L、0.51g/g和2.29 g/(L·h)。     

三株植物促生木霉的固体发酵工艺优化

【背景】木霉是广泛分布于自然界中的一类真菌,能产生多种酶类和次生代谢产物,具有促进植物生长、提高土壤肥力、拮抗多种土传病原菌等作用。【目的】优化3株植物根际促生真菌(长枝木霉MD30、桔绿木霉JS84及贵州木霉NJAU4742)的固体发酵条件,探究不同发酵条件对木霉产孢量的影响,为木霉菌的生产提供参考。【方法】采用单因素试验和响应面法,对3种木霉在不同发酵条件下的产孢量进行测定并优化,分析了氮源添加、初始pH、物料厚度、接种量、温度等因子对固体发酵的影响。【结果】单因素试验表明,长枝木霉MD30、桔绿木霉JS84与贵州木霉NJAU4742固体发酵时,最佳发酵温度均为28℃、最优木霉菌液接种量均为10%、物料发酵厚度均为3.0 cm,但最佳的初始物料pH与氨基酸水解液添加量有所不同,其中,长枝木霉MD30与贵州木霉NJAU4742发酵最佳的初始pH值为5.0,而桔绿木霉JS84为3.0;长枝木霉MD30与贵州木霉NJAU4742发酵最佳的氨基酸水解液添加量为10%,而桔绿木霉JS84为5%。通过试验分析,确定初始pH、物料厚度、温度为影响产孢量的3个重要因素。响应面分析得到最佳发酵条件：...     

灵芝液态发酵胞内外多糖结构特征及其活性研究进展

灵芝是一味传统的中药材,具有很高的药用价值,多糖是其主要的活性成分之一,可从其子实体、孢子粉、发酵菌丝体和胞外液中获得。近年来,从灵芝菌丝体和胞外液中发现的多糖越来越得到研究者们的关注。本文从发酵培养基成分及发酵条件对灵芝胞内外多糖的影响、灵芝胞内外多糖的结构、灵芝胞内外多糖生物活性3个方面进行综述,为发酵来源灵芝多糖的开发利用提供科学理论依据。     

代谢工程改造大肠杆菌一碳模块高效合成L-甲硫氨酸

L-甲硫氨酸又名L-蛋氨酸,是人体必需8种氨基酸之一,在饲料、医药、食品领域具有重要应用。以实验室前期构建的M2(Escherichia coli W3110?IJAHFEBC/PAM)为出发菌株,以模块化代谢工程策略构建了一株L-甲硫氨酸高产菌株。首先通过过表达亚甲基四氢叶酸还原酶(methylenetetrahydrofolate reductase,MetF)和筛选不同来源的丝氨酸羟甲基转移酶(hydroxymethyltransferase,GlyA),增强了一碳模块甲基供体的生成,优化了一碳模块。随后针对一碳模块的前体供应,过表达了胱醚裂解酶(cysteamine lyase,MalY)和半胱氨酸内运基因(fliY),有效地提高了L-高半胱氨酸和L-半胱氨酸的供应。最终摇瓶发酵L-甲硫氨酸的产量由2.8 g/L提高至4.05 g/L,5 L发酵罐中达到18.26 g/L。研究结果表明,一碳模块对L-甲硫氨酸的生物合成具有十分重要的影响,在细胞内通过优化一碳模块,可以实现L-甲硫氨酸的高效生物合成。本研究为进一步提高微生物发酵生产L-甲硫氨酸的水平奠定了基础。     

发酵豆粕和豆粕替代部分鱼粉对银鲑幼鱼生长性能、血清生化指标、肝脏抗氧化能力和免疫相关基因表达量的影响

为探究发酵豆粕和豆粕替代部分鱼粉对银鲑(Oncorhynchus kisutch)幼鱼生长性能、血清生化指标、肝脏抗氧化能力和免疫相关基因mRNA表达量的影响,试验设置4种等氮等脂等能的饲料(粗蛋白约为42%、粗脂肪约为15%):对照组为:添加41%鱼粉的饲料(FM组;鱼粉蛋白占比27%);试验组分别为在FM组中用豆粕替代部分鱼粉(SM组;鱼粉蛋白占比17%,豆粕蛋白占比10%)、在FM组中用豆粕和发酵豆粕混合替代部分鱼粉(FSM5组;鱼粉蛋白占比17%,豆粕蛋白占比5%,发酵豆粕蛋白占比5%)、在FM组中用发酵豆粕替代部分鱼粉(FSM10组;鱼粉蛋白占比17%,发酵豆粕蛋白占比10%),饲养体重为(102.25±0.24) g的银鲑幼鱼10周。生长结果表明, FSM10组的增重率、特定生长率、日增重率、肥满度与对照组没有显著差异(P>0.05); FSM5组特定生长率、增重率和日增重显著低于对照组(P<0.05),但显著高于SM组(P<0.05);各组间肝体比、脏体比和存活率没有显著差异(P>0.05)。肌肉成分结果显示,各组水分、灰分和粗蛋白没有显著差异(P...     

一株高效溶磷产红青霉培养条件优化及其溶磷特性

为了减少农业生产中化学肥料的使用,本研究利用无机磷培养基对富磷的茶树（Camellia sinensis L.）根际微生物进行筛选,获得一株对磷酸三钙具有高效降解能力的真菌菌株JL-1,经鉴定为产红青霉（Penicillium rubens）。通过检测菌株JL-1在溶磷过程中发酵液的pH值、磷含量和有机酸含量变化发现,该菌株在无机磷培养基中,发酵液pH值与葡萄糖酸含量、pH值与磷含量以及葡萄糖酸与磷含量分别呈显著负相关、显著负相关和显著正相关,且在电子显微镜下观察到磷酸三钙颗粒表面存在被侵蚀痕迹,深入分析发现菌株JL-1通过分泌葡糖糖酸实现侵蚀磷酸三钙与溶磷的目的。通过单因素试验、Plackett-Burman设计试验、最陡爬坡试验和中心组合试验等一系列试验对培养条件进行优化发现,菌株JL-1溶解磷酸三钙的最佳碳源和氮源分别是葡萄糖和硫酸铵。葡萄糖含量、磷酸三钙含量和温度是影响菌株JL-1溶磷能力的主要因素,在葡萄糖29.8 g/L,磷酸三钙7.1 g/L,温度31.9℃的条件下,菌株JL-1在无机磷培养基中的溶磷能力达到最佳,溶磷量达到1 194.15 mg/L,是初始值的近3倍。在...