基于过程参数相关分析的鸟苷发酵过程优化

本文分析鸟苷产生菌枯草芽孢杆菌(Bacilus subtilis)在50L多参数自控发酵罐上的发酵过程特点,基于多种在线及离线参数的检测,通过相关分析将生理调控的工艺参数和生物合成过程中的代谢流分布相联系,发现了发酵过程中的代谢流向糖酵解和TCA循环的迁移,并初步分析了产生代谢流迁移的原因,在此基础上优化发酵过程使产苷水平稳定在30g/L。     

基于小波变换的土壤有机碳与其影响因子多尺度相关分析

基于GIS,采用小波变换和相关分析方法,以广东山区表层(0～20 cm)土壤有机碳密度及其影响因子(包括归一化植被指数NDVI、海拔、坡度和坡向)作为分析对象,选取4条样带,使用一维离散小波变换对分析对象进行多尺度分解,在栅格尺度上定量分析土壤有机碳密度与其影响因子相关关系的多尺度响应特征.结果表明: 研究区土壤有机碳密度与其影响因子具有不同程度的尺度相关性.NDVI在2、8和16 km尺度、海拔在8和16 km尺度下的控制作用最强;坡度的控制作用极弱,尺度相关性不显著;坡向在大于2 km尺度表现为随尺度增加而增大的负相关作用.不同样带的土壤有机碳密度受不同影响因子的制约,NDVI和海拔是影响广东山区土壤有机碳密度分布的主要因子,坡度和坡向仅在个别样带、较大尺度上起作用.     

基于多尺度协同的长沙市生态网络构建与层级优化

城市化背景下人类与自然环境的矛盾呈现出多尺度、层级化特征,而传统生态网络的构建方式较少考虑不同尺度下生态要素的关系,无法从区域落实到中心城区,难以形成系统性的解决方案。研究在综合梳理各尺度生态网络构建方法的基础上,以长沙市为例,基于形态学空间格局分析（Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA）、景观连通性原理和生态斑块重要性评价识别生态源地,并通过多层级生态阻力面的确定,综合运用最小费用路径（Least-cost path method,LCP）、电路理论、层级传导理论、尺度嵌套等方法对市域、都市区、中心城区的生态网络进行了协同构建和层级优化,最后基于不同尺度生态网络的特点应用并落实到多层级的国土空间规划体系中。研究结果表明：（1）长沙市域生态网络和都市区生态网络具有较好的层级嵌套特征;共识别两尺度生态叠合源地14个、生态叠合廊道15条,主要通过中心城区内的湘江、浏阳河和捞刀河部分河段与外围生态绿圈相衔接,形成"外环内楔"的空间格局。（2）确定市域重要廊道、市域潜在廊道、生态叠合廊道、都市区重要廊道、都市区潜在廊道的核心保护面积共501.14 km²,并提取位于生态廊道核心保护区范围内的生态夹点和生态障碍点,以进一步落实生态保护修复策略。（3）得到具有重要生态连通功能的中心城区生态绿道长度441.2 km,生态修复单元56个,并结合生态阻力值划分为5级进行针对性修复。（4）基于不同尺度生态网络的衔接、嵌套,最终构建"市域总体生态安全格局-都市区城市生态空间发展格局-以城市绿道为基础的中心城区生态修复单元",并与不同层级的国土空间规划体系相对应。研究结果将为以大城市为中心的跨尺度生态系统修复和生态安全格局构建提供科学参考。     

发酵过程多尺度解析与调控的研究进展

工业发酵科学致力于实现高产量、高转化率和高生产强度的相对统一。通过从分子、细胞和反应器进行发酵过程多尺度解析与调控,实施全局与动态的优化与控制能够确保发酵过程高效、转化定向、过程稳定和系统有序。本文从发酵微生物代谢途径动力学模型、细胞代谢特性、发酵提取相耦合与反应器设计四个方面,总结和讨论发酵过程多尺度解析与调控的研究进展。整合分析发酵过程不同尺度特征并且针对性地开展多尺度整合调控是实现高效工业微生物发酵的重要策略。     

放线菌工业菌种选育、过程优化与放大研究进展

放线菌属由于能够产生一系列结构复杂的生物活性物质而受到广泛关注, 这些活性代谢产物的大规模发酵生产在医药、农业等领域的应用中起着重要的作用。本文综述了近年来放线菌次级代谢产物产业化研究的一些新进展, 包括菌株的改造、生物过程优化和控制以及发酵放大技术, 并对这些方法和技术进行了讨论。     

杂交瘤细胞培养的优化

根据杂交瘤细胞培养中单克隆抗体生产的动力学原理,采用灌注培养方式、添加醋酸钾和丰富营养物培养的途径,对反应器放大培养过程进行了优化。每天灌注l／2反应器工作体积,与分批培养相比,细胞密度由4 5×10⁵／ml提高到l1×10⁵／ml,单抗浓度由19mg／L提高到28mg/L;添加1g／L醋酸钾,细胞密度基本保持不变．但单抗浓度增加到38μg／ml;用丰富营养物培养后,细胞密度和单抗浓度分别进一步提高到42×10⁵／ml和94mg/L。抗B型红细胞单抗的血凝滴度,由分批培养的1：32．最终提高到l：256     

基于多尺度标记优化分水岭方法的油茶冠幅提取

针对尺度对地物空间结构的限制以及传统分水岭分割易产生树冠过分割等问题,选择长沙县明月村油茶基地为研究区,提出一种基于多尺度标记优化分水岭分割油茶树冠的方法.首先使用高分辨率无人机影像采集图像,分析影像特征,构建油茶分类体系,提取油茶林分布区域.其次,运用多尺度区域迭代增长方法提取树冠标记,将标记应用于多阈值尺度的分水岭...     

青藏高原城市扩展过程的区位因素——基于随机森林的多尺度分析

过去几十年,青藏高原快速的城市扩展过程给生态环境带来了严重威胁。区位因素会影响城市扩展的空间格局,进而改变其对区域生态环境的影响。因此,认识青藏高原城市扩展过程的区位因素特征对于保护区域生态环境具有重要意义。在全区、生物群区和生态区3个尺度上分析了区位因素对青藏高原城市扩展过程的影响。基于长时间序列城市土地数据分析青藏高原城市扩展过程。利用随机森林模型分析青藏高原城市扩展区位因素特征。研究表明,青藏高原在1990-2020年期间经历了快速的城市扩展过程。全区城市土地面积从277.4 km²增加到974.9 km²,增长了2.5倍。对青藏高原城市扩展影响最大的区位因素高程对城市扩展的重要性不断下降。与之相对,铁路因素的重要性迅速上升,其重要性从2.15%增长到10.56%,增加了3.9倍。然而,铁路建设在促进青藏高原城市发展的同时,也会对区域内近三成的濒危物种产生影响。因此,在青藏高原未来城市发展过程中,既要重视铁路对城市扩展带动作用,也要注意减少铁路对区域生物多样性的影响,进而促进高原的可持续发展。     

鸟苷发酵过程的多尺度问题研究

以鸟苷发酵为对象,在生物反应器中以多尺度问题的角度,对在线计算机数据进行相关分析,结合中间代谢物及有关酶活性的检测,建立了以代谢流为核心的多尺度调控方法;又通过与代谢流迁移有关的动态化学计量分析,实现了对批式发酵过程的时变系统估算,建立了主体代谢与产物形成的支路代谢间,包括能量与物质流的关系模型;最后,把具有不同生产能力菌株的关键基因与基因库数据进行了序列比较,发现了本文研究的菌株已具备高产能力,即编码sAMP合成酶的基因发生移码突变以及pur操纵子的多处突变,而中心代谢流迁移是过程优化的关键。对开展微生物功能基因组学的研究和工业过程优化的问题进行了探讨,作者提出有必要从生物反应器的系统生物学高度来认识和解决所面临的问题。     

微生物发酵过程生理参数检测传感器技术与过程优化

工业生物发酵过程是一个复杂的代谢表达调控系统。阐述了开发和利用先进的发酵过程传感仪表技术,进行环境参数和细胞生理代谢特性参数的实时精确测定,是系统了解和分析工业微生物的宏观与微观代谢特性的基础。实现生物传感器与信息技术、过程多参数智能化过程分析的软件识别系统联合,是构建新型的智能化工业生物过程控制与生产模式、建立生产过程的绿色智能制造新技术的关键。     

流行性感冒病毒细胞培养阳性相关影响因素分析

目的分析影响流行性感冒病毒(流感病毒)细胞培养阳性的相关因素。方法对2014年4月—2017年3月采集的流感样病例咽拭子标本进行PCR核酸检测,对检测阳性的样本进行细胞分离培养,以分离得到的阳性样本为病例组,阴性样本为对照组,进行对照分析研究,用Logistic回归对影响病毒分离阳性的因素进行分析。结果1 298份PCR核酸检测阳性样本中,分离阳性率为22.80%(296/1 298)。其中,季节性H3N2占13.79%(179/1 298),甲型流感病毒H1N1占1.54%(20/1 298),乙型流感病毒(Victoria)占7.24%(94/1 298),乙型流感病毒(Yamagata)占0.23%(3/1 298)。样本来源、发病采样时间间隔、原始样本PCR核酸检测结果、不同采样机构和采样至收样时间间隔对病毒分离结果差异均有统计学意义(P0.05)。结论缩短收样至接种时间间隔以及提高医疗机构的采样水平是提高流感病毒分离阳性率的关键。     

基于分割的多尺度城市绿地景观

利用多分辨率分割生成3种尺度的城市绿地景观.以50像元和300像元的目标分割值生成小尺度和大尺度的景观影像目标层,利用最近邻法分类两个目标层.对小尺度景观分类后的结果进行分割生成中间尺度的景观影像目标层并进行分类.从3个景观尺度的分类目标层中矢量化提取出绿地信息并计算6个景观指数：多样性、优势度、均匀度和分维数、破碎度和内缘比.多样性、优势度、均匀度和分维数的最大值分别为2.2、0.681、0.948和0.326,最小分别为1.641、0.122、0.707和0.113.表明多样性、均匀度和破碎度随着景观尺度的增大而减小,优势度随着景观尺度的增大而增大.基于分割产生多尺度景观的方法可以满足城市绿地景观研究的需求.     

黄河三角洲植被指数与地形要素的多尺度分析

结合地理信息系统和遥感技术, 研究了黄河三角洲植被指数NDVI与一系列地形要素间的尺度依赖关系, 从而检验在较大尺度上滨海生态系统植被分布格局是否存在水分再分配的调控作用。结果表明: 1)NDVI值在4种主要群落类型间差异显著, 这种显著差异是由滨海盐生植物的生境特点决定的; 2)地表高程在所有的10个粒度尺度上均与NDVI相关关系显著, 这种显著关系在小尺度上与地下水埋深有关, 而在大尺度上可能参与水分再分配过程; 3)在750 m粒度尺度附近存在水分再分配的调控作用, 在该尺度附近地形湿润度指数(TWI)和坡度与NDVI相关达到极显著, 而且其Moran’sI指数突然增大。黄河三角洲的植被地形关系表现为不同尺度上对土壤水分和盐分的调控, 在小尺度上地形因素通过土壤表面蒸发过程影响土壤水分与盐分, 而在大尺度上地形因素主要通过地表径流对土壤水分与盐分进行再分配。     

辐射传输模型多尺度反演植被理化参数研究进展

植被是生态系统最重要的组成成分之一,许多与植被有关的物质能量交换过程都与植被的理化参数密切相关,因此定量估算植被的理化参数含量对监测植被生长状况、森林火灾预警以及研究全球碳氮循环过程等都具有重要意义.在众多定量反演植被理化参数的方法中,基于数学、物理学以及生物学的基本理论建立起来的辐射传输模型受到越来越多的关注.辐射传输模型描述了植被与入射辐射之间的相互作用过程和特征,相对于传统的经验/半经验方法,辐射传输模型物理意义明确,具有稳定性和可移植性强的特点.在分析国内外最新相关研究的基础上,首先从植被叶片、冠层和像元3个不同的尺度阐述反演植被理化参数的辐射传输模型.叶片尺度上主要介绍PROSPECT模型和LIBERTY模型;冠层尺度上主要介绍SAIL冠层辐射传输模型以及PROSPECT与SAIL耦合的PROSAIL叶片-冠层辐射传输模型;像元尺度的植被理化参数反演目前主要采用冠层尺度的辐射传输模型.其次,分析尺度变化下植被理化参数遥感反演所面临的主要问题,如不同尺度下模型参数敏感性的变化、辐射传输模型的选取以及混合像元的影响等.最后,总结展望植被理化参数反演多模型与多种数据源相互结合的研究趋势,以及将来具有高空间分辨率的高光谱遥感卫星升空后所带来的发展前景.     

种群分布格局的多尺度分析

种群分布格局的分析对于了解种群空间分布规律以及种内与种间关系具有重要的意义。最近邻体分析方法 (Nearestneighboranalysis, NNA) 作为种群空间分布格局的重要分析方法, 仅局限于种群格局的单尺度分析。改进NNA方法以应用于种群格局的多尺度分析, 将有助于解决种群格局的尺度依赖性。该文在前人研究的基础上提出扩展最近邻体分析方法 (Extendednearestneighboranalysis, ENNA), 也即在传统Clark_Evans指数公式的基础上增加一个距离尺度参数d (m), 并定义其所对应的Clark_Evans 指数CE (d) 的计算公式及其相应的显著性检验计算公式 (u (d) ) 分别为 :CE (d) =rdA/rdE= (1Nd∑Ndi=1 rdi) / (0.5Ad/Nd+0.0 5 14Pd/Nd+0.0 4 1Pd/Nd3 /2 ) 和u (d) = (rdA-rdE) /σd, 在距离尺度d (m) 范围内, 参数rdA指样地内各个体与其最近邻体间距离的平均值 (m) 、rdE指相同环境中个体呈随机状态时最近邻体距离的平均值 (m) 、Nd 为样地内个体总数、rdi为第i个个体与其最近邻体间的距离 (m) 、Ad 为样地面积 (m2 ) 、Pd 为样地周长 (m) 和σd 代表标准差。ENNA尺度变换采用与分形理论中计算沙盒维数相类似的过程, 而格局类型判断的标准与传统最近邻体分析方法相同。传统最近邻体分析结果是EN NA中距离尺度d取最大值dmax时的一个特例。以广东省黑石顶自然保护区针阔叶混交林中的马尾松 (Pinusmas soniana) 、黄牛奶树 (Symplocoslaurina) 、水栗 (Castanopsisnigrescens) 、鼠刺 (Iteachinensis) 和桃金娘 (Rhodomyrtustomentosa) 等 5个代表性种群为例, 在地理信息系统软件ArcViewGIS技术平台上进行的实例研究显示, 5个种群均表现出不同程度的尺度相关性。由此表明, 该文提出的新方法ENNA能够检测出种群空间分布格局的尺度依赖性, 获得关于种群空间分布格局的多尺度信息, 是进行种群空间格局多尺度分析的有效方法。     

基于多尺度曲率植物叶片特征提取

基于B-样条小波计算边缘曲线多尺度曲率函数,根据多尺度信息筛选和定位超过一定曲率闲值的精角点,这样的点代表了边缘曲线的主要信息．文中使用了Canny边缘检测算子和数学形态学方法进行图像预处理,B-样条小波降低对噪声及扰动的灵敏性,以提高真实精角点定位水平．综合[1,2]给出新的角特征矢量,并生成角点特征序列CS和弧段特征序列SS．特征序列可作为自适应-时滞单元混合神经网络的输入,通过学习完成图像分类与识别,对基于植物叶片形状识别种类提供辅助。     

香蕉果实冻干过程参数优化的研究

对香蕉果实冻干生产工艺中的物料厚度、冻结方法、加热板温度、干燥室真空度等参数进行比较试验,结果表明,各过程参数对香蕉冻干品质量和产量均有显著的影响。香蕉冻干过程中参数较佳的工艺条件建议为物料厚度选取5~7 mm,采用速冻方法冻结,加热板温度设定45℃,干燥室真空度控制于20~30 Pa。     

大数据-模型混合驱动下生物过程优化与放大的新机遇与挑战

当前,生物制造技术和产业是世界关注的热点.然而,生物过程优化与放大过程中普遍面临以下几个难题,包括:过程检测手段缺乏,难以满足关键指标参数的监控;细胞代谢认知匮乏,无法理性实现过程最优化调控;反应器环境差异大,导致逐级放大效率低下.文中针对以上亟待解决的关键问题,通过案例分析介绍发酵过程实时检测-动态调控-理性放大全链...     

基于多尺度的小鼠ECG信号复杂性与特征频率研究

已有的生理信号非线性分析仅研究了信号在单一采样频率下复杂度的差异.分析认为,可通过一个频率尺度因子寻找与生命活动密切相关的多重分形特性谱参数,该参数对生理、病理活动状态具有敏感性.通过小鼠药物实验模拟不同的生理和病理条件,研究并分析了健康小鼠与不同加药组小鼠心电图（electrocardiogram,ECG）信号的质量指数谱曲率随尺度因子分布,确定该信号复杂度最强、同时对疾病最敏感的特征频率范围,并得出心跳频率、心跳动力学复杂度以及ECG信号最敏感频率范围的内在联系.结果表明,在某一尺度因子范围内,小鼠ECG信号的质量指数谱曲率绝对值最大,并且这个最大值所在的尺度因子（或频率）范围不随计算的数据长度和最大粗粒化尺度因子的变化而改变.小鼠心率与其心跳动力学非线性复杂度之间并无直接联系,只与能够表达该动力学复杂度的ECG信号最敏感的频率范围有关.与心跳动力学复杂度有直接联系的是心脏健康状况,这两者在一定尺度因子范围内正相关.随着小鼠心跳频率升高,该ECG信号的敏感频率范围段也随之向高端移动.