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。     

大陈岛海域浮游动物群落季节变化及其影响因素

为探究大陈岛海域浮游动物群落的季节变化,于2020年9月（夏季）、11月（秋季）和2021年1月（冬季）、4月（春季）分别对大陈岛海域的浮游动物及环境因子进行了4个航次的调查。结果共鉴定浮游动物90种,包括浮游幼体15类,其中夏季种类数最多（68种）,冬季最少（20种）,常见的优势种有：百陶箭虫（Sagitta bedoti）、微刺哲水蚤（Canthocalanus pauper）、中华哲水蚤（Calanus sinicus）等12种（Y>0.02）。浮游动物的年平均丰度和生物量分别为（153.40±214.73）个/m³、（411.93±561.76） mg/m³,二者存在明显的季节变化,平均丰度为春季（380.17±296.14）个/m³>夏季（135.30±112.59）个/m³>秋季（67.88±90.52）个/m³>冬季（25.30±19.11）个/m³;平均生物量为夏季（895.01±802.54） mg/m³>春季（623.39±358.73） mg/m³>秋季（91.08±82.36） mg/m³>冬季（45.96±84.95） mg/m³。多样性指数（H''）和均匀度指数（J''）的年平均值分别为1.71±0.96和0.53±0.20,均表现出夏秋季较高、冬春季较低的特征。聚类分析结果表明调查海域的浮游动物可划分为夏季类群、秋季类群、冬季类群和春季类群4组类群。Pearson相关性分析和冗余分析（RDA）结果表明,海水温度、盐度、叶绿素a浓度是影响大陈岛海域浮游动物群落特征的重要环境因素。此外,夏季大陈岛海域水母类浮游动物暴发的现象值得关注。研究结果将为大陈岛海域的生物多样性保护及渔业资源可持续开发利用提供可参考的数据资料。     

胶质母细胞瘤外泌体的作用机制研究进展

胶质母细胞瘤(glioblastoma,GBM)因组织学异质性、侵袭能力强、术后复发快等问题,致使患者经手术治疗、化疗和放疗后的预后差,总体生存期短。GBM细胞来源外泌体(GBM cell-derived exosome,GBM-exo)能够通过其携带的细胞因子、miRNA、DNA和蛋白质等调节GBM细胞的增殖和迁移,通过血管生成蛋白和非编码RNA促进肿瘤血管生成,通过调节因子、蛋白质和药物靶向免疫检查点等介导肿瘤免疫逃逸,以及通过非编码RNA对抗GBM细胞的耐药性,有望成为个性化治疗GBM的重要靶标,且可以作为GBM的诊断和预后标志物。本文阐述了GBM-exo的制备方法和生物学特征,及其在GBM细胞增殖、血管生成、免疫逃逸和耐药性方面的作用和分子机制,为研发诊治GBM的新策略提供参考。     

解淀粉芽胞杆菌hemX基因缺失对血红素合成的影响

血红素是一种广泛存在于生物体中的卟啉类化合物,具有多种生理功能。解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)具有易于培养、分泌表达能力较强等特点,是一种重要的工业菌株。为了筛选血红素合成的最优出发菌株,以不添加和添加5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid, ALA)的方式,对实验室保藏菌株进行筛选,发现不添加ALA时,菌株BA、BAΔ6、BAΔ6ΔsigF的血红素产量无明显差别;然而添加ALA后,BAΔ6ΔsigF的血红素产量和比生产能力均为最高,分别达到200.77μmol/L和615.70μmol/(L·g DCW)。因此,以BAΔ6ΔsigF为出发菌株,敲除编码细胞色素组装蛋白HemX的hemX基因,探究其在血红素合成途径中的作用,发现敲除菌株发酵液明显变红,且生长未受到明显影响;摇瓶发酵12 h时ALA浓度最高,为82.13 mg/L,略高于对照的75.11 mg/L;不添加ALA时,血红素产量和比生产能力分别为对照的1.99倍和1.45倍;添加ALA后,血红素产量和比生产能力分别为对照的2.08倍和1.72倍;实时定量荧光PCR...     

基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术

规律成簇的间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)及其相关Cas蛋白所构建的CRISPR/Cas系统是古细菌或细菌中特有的一种获得性免疫系统。研究人员将其开发成基因编辑工具之后,凭借其高效、精准和通用性强等优点迅速成为合成生物学领域的热门研究方向,在生命科学、生物工程技术、食品科学及农作物育种等多个领域引发了革命性的影响。目前基于CRISPR/Cas系统单基因编辑与调控技术日益完善,但在多重基因编辑和调控方面仍存在挑战。本文聚焦基于CRISPR/Cas系统的多重基因编辑与调控技术开发及应用,针对单个细胞内实现多位点基因编辑或调控和细胞群体内实现多位点基因编辑或调控技术,依据作用原理对其进行了系统总结和阐述,包括基于CRISPR/Cas系统的双链断裂、单链断裂以及多重基因调控技术等。这些工作丰富了多重基因编辑与调控的工具,为CRISPR/Cas系统在多领域的应用作出了贡献。     

聚对苯二甲酸乙二醇酯水解酶检测方法的研究进展

聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)是应用最广泛的合成聚酯之一。由于PET不易降解,在环境中积累,对陆地、水生生态系统以及人类健康构成严重威胁。基于生物酶催化的生物降解策略为PET回收利用提供了一种绿色途径,在过去20年间,已发现了多种PET水解酶,并通过蛋白质工程等手段来改善这些酶的降解性能,但是目前仍未找到适合大规模工业应用的PET水解酶。利用传统的检测方法筛选PET水解酶是一个缓慢而复杂的过程。为了促进PET酶法回收的工业化应用,需要研发高效的检测方法。近年来,研究人员开发了多种表征PET水解酶的分析方法。本文总结了可用于筛选PET水解酶的检测方法,如高效液相色谱法、紫外吸光度法和荧光激活液滴分选法等,并对其在筛选PET水解酶的应用方面进行了展望。     

来源于嗜热氢化杆菌的新型对苯二甲酸双(羟乙)酯水解酶的表达纯化与酶学性质

石化来源的聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)被广泛用于矿泉水瓶、食品包装和纺织品等领域,因其在自然界中不易分解,大量使用后的PET废弃物造成了严重的环境污染与资源浪费。使用生物酶法对PET废弃物进行解聚,并对解聚产物进行升级循环利用是进行塑料污染治理的重要方向之一,其中关键的是PET水解酶的解聚效率。对苯二甲酸双(羟乙基)酯(bis(hydroxyethyl)terephthalate,BHET)是PET生物酶解的中间产物,其累积是限制PET水解酶催化效率的一个重要因素,BHET水解酶和PET水解酶的联用能提升PET的整体水解效率。来源于嗜热氢化杆菌(Hydrogenobacter thermophilus)的双烯内酯酶(HtBHETase)对BHET有显著水解效果,将该酶在大肠杆菌(Escherichia coli)中进行重组表达并纯化后,对其酶学性质进行了研究。结果显示,HtBHETase对短碳链的酯类如对硝基苯酚乙酸酯催化活性较高,HtBHETase以BHET为底物时的最适反应pH值和最适反应温度分别为5.0和55℃;该酶有较好的热稳定性,经80℃的条件处理1 h仍能保持80%以上活性,显示出了良好的热稳定性,HtBHETase有在PET塑料生物解聚中使用的潜力,本研究为推动生物酶法降解PET提供了新的参考。