Identify submitochondria and subchloroplast locations with pseudo amino acid composition: Approach from the strategy of discrete wavelet transform feature extraction

It is very challenging and complicated to predict protein locations at the sub-subcellular level. The key to enhancing the prediction quality for protein sub-subcellular locations is to grasp the core features of a protein that can discriminate among proteins with different subcompartment locations. In this study, a different formulation of pseudoamino acid composition by the approach of discrete wavelet transform feature extraction was developed to predict submitochondria and subchloroplast locations. As a result of jackknife cross-validation, with our method, it can efficiently distinguish mitochondrial proteins from chloroplast proteins with total accuracy of 98.8% and obtained a promising total accuracy of 93.38% for predicting submitochondria locations. Especially the predictive accuracy for mitochondrial outer membrane and chloroplast thylakoid lumen were 82.93% and 82.22%, respectively, showing an improvement of 4.88% and 27.22% when other existing methods were compared. The results indicated that the proposed method might be employed as a useful assistant technique for identifying sub-subcellular locations. We have implemented our algorithm as an online service called SubIdent (http://bioinfo.ncu.edu.cn/services.aspx).     

塔里木河源流和干流胡杨年轮生长的差异性

借助树木年轮学的方法和技术手段,通过对阿克苏河、叶尔羌河和塔里木河干流不同河段胡杨年轮样本采集,分析了塔里木河两源流与干流不同河段胡杨年轮生长特征;采用单因素方差分析方法和Kendall协同系数(W)研究了塔里木河两源流和干流不同河段胡杨年轮指数的差异性;利用突变检验和小波分析方法探讨了塔河两源流、塔河干流不同河段胡杨径向生长的周期和突变性。研究结果表明:(1)1980—2010年期间,塔里木河两源流和干流不同河段年轮宽度和年轮指数均呈下降趋势。在阿克苏河、肖夹克、沙子河口3个断面胡杨年轮宽度和年轮指数下降趋势明显,而叶尔羌河和新渠满断面的胡杨年轮宽度和年轮指数下降趋势不明显。(2)塔里木河两源流和干流不同河段的胡杨年轮生长在空间上不具有一致性(W0.5),阿克苏河断面与肖夹克、沙子河口断面,叶尔羌河与肖夹克、沙子河口断面,肖夹克与新渠满断面,新渠满与沙子河口断面之间胡杨年轮指数均具有显著的差异性(P0.05)。(3)塔里木河两源流胡杨年轮指数的突变时间与河道径流量突变时间相同或者滞后,这可能与地表水转化为地下水过程有关。(4)塔里木河两源流和干流不同河段的胡杨年轮指数变化的周期均小于其地表径流变化的周期,这可能与胡杨自身的生理特点和当地气温、水分对胡杨生长综合影响有关。本研究有助于深入了解干旱区内陆河流域胡杨生长特征变化规律,同时可为该流域胡杨资源生态保育提供参考。     

生态学中的尺度问题——尺度上推

尺度推绎是生态学理论和应用的核心。如何在一个异质景观中进行尺度推绎仍然是一个悬而未决的科学难题,是对当今生态学家在全球变化背景下研究环境问题的重大挑战。就目前的研究,一般可分为四大类尺度推绎途径:空间分析法(如分维分析法和小波分析法)、基于相似性的尺度上推方法、基于局域动态模型的尺度上推方法、随机(模型)法。基于相似性的尺度上推方法来源于生物学上的异量关联,可将其思想延伸至空间上,研究物种丰富度、自然河网、地形特征、生态学格局或过程变量和景观指数等。基于局域动态模型的尺度上推方法需要首先确定是否进行跨尺度推绎,以及是否考虑空间单元之间的水平相互作用和反馈,然后再应用具体的方法或途径,如简单聚合法、有效值外推法、直接外推法、期望值外推、显式积分法和空间相互作用模拟法等。随机(模型)法以其它尺度上推方法为基础,根据研究的是单个景观,还是多个景观,采用不同的途径。理解、定量和降低尺度推绎结果的不确定性已经变得越来越重要,但相关研究仍然极少。以上所有有关尺度推绎的方法、途径和结果分析共同构成了尺度推绎的概念框架。     

兴安落叶松(Larix gmelinii)林林窗分布规律的小波分析研究

采用小波分析的方法对黑龙江省大兴安岭兴安落叶松林的林窗分布进行分析,研究结果表明：兴安落叶松林样带内计算林窗分布百分率小波变换的最佳尺度为１０ｍ 。林窗分布的疏密变化尺度为２０ｍ 左右,在样地中２０×２０ｍ ２的小区域内具有较为稳定的分布特点。在样带中林窗分布呈斑块状,且斑块分布随样带的海拔的升高呈间断性分布。小波分析被证明是植被空间格局研究的简捷可靠的新方法。     

IKONOS影像景观格局特征尺度的小波与半方差分析

建立不同方向和尺度下景观格局的小波分析方法,并以IKONOS PAN 1m 影像为例,对城市景观和农田景观格局进行了实例研究,并与半方差函数的分析结果进行比较分析。试验结果发现试验区的城市景观图像表现出不同层次和方向的结构特征,主要是阴影－单个楼房－楼房与道路的组合3个尺度的特征,分别出现在2m,16m和128m以及256m分析尺度上,农田景观主要是树木行－农田2个层次和方向尺度特征组合,分别为2m,128m和256m。半方差分析结果对试验区景观结构的多层次和方向不敏感,但可发现景观结构的总体平均特征。城市景观总体结构在空间上的变程为135m,反映的是楼房与道路组合的总体平均特征;农田景观总体结构在空间上的变程为152m。通过改变半方差函数的分析范围和计算间距可以克服半方差对多尺度分析的不足,如该试验通过缩小城市景观和农田分析范围,也发现城市景观有一个在空间结构上15m的变程,与小波分析的特征尺度16m非常接近,而农田景观出现空穴效应的周期一半长度大约为2m,正好是小波分析出种植树木的行距结构特征尺度的大小。这要分析者对研究有一定的先验知识才能够做到选择合适的分析范围,而这恰是景观格局特征尺度分析服务的目的。通过试验区研究证明小波分析是一非常有应用前景的景观格局研究方法,与半方差分析相比,对在解释多尺度结构和不同方向的结构具有明显的优势,且不受分析数据统计平稳假设的约束,但由于对图像分解是基于2进制,导致分析尺度以2的幂函数变化,不像半方差分析可通过理论模型拟合,对特征尺度的估计可以是连续的。     

1959—2006年长白山地区降水序列的多时间尺度分析

基于长白山地区松江、东岗、长白、和龙、临江和天池6个气象站1959—2006年的月均降水量和年降水量数据,采用Morlet小波分析方法,对1959—2006年长白山地区植被生长季(5—9月)降水量、降雪季(11月至次年4月)降水量和年降水量序列进行多尺度特征分析,并运用Daubechies小波系中的db5小波对各降水序列进行不同层次的分解和低频重构,对重构序列进行了趋势识别和分析.结果表明:研究期间,长白山地区植被生长季降水量存在3～6a、10～13a和24～30a的特征周期;降雪季降水量存在1～2a、5～7a和17～20a的特征周期;年降水存在8～10a、16～20a、25～30a的特征周期;研究区年降水量序列呈现整体下降的趋势.     

基于小波变换的卧龙国家级自然保护区植被时空变化分析

提出一种基于小波变换从长时间序列、大范围遥感数据中快速、自动化检测植被动态变化的方法。以MODIS 500m空间分辨率,16d合成的NDVI数据为数据源,对受到2008年5月12日汶川地震严重影响的卧龙国家级自然保护区内2003年至2012年的植被动态变化进行时空分析,为保护生态多样性及生态系统的稳定性提供依据。研究表明:1)地震后保护区内植被指数减少的面积大范围增加,且波动较震前更为明显,统计分析结果能够更为直观地反映地震及其次生灾害等极端现象对该地区植被的破坏程度;2)保护区内植被指数极值变化多发生在夏季或秋季,较低海拔地区极值变化多发生在夏季,而在高海拔地区则多发生在秋季;3)在大熊猫最适宜栖息的区域(2600—2800m)植被指数极值减少量大于0.4的范围大于增加量大于0.4的范围,反映出植被在震后的恢复状况并没达到理想的水平。同时发现在该海拔区域范围内植被指数减少的面积在春夏两季较大,表明在该时间段卧龙地区大熊猫最适宜生存区域的植被情况较为不稳定,需更为关注其动态,采取适当的保护措施。     

Numerical simulation of time fractional dual-phase-lag model of heat transfer within skin tissue during thermal therapy

In this paper, we investigated the thermal behavior in living biological tissues using time fractional dual-phase-lag bioheat transfer (DPLBHT) model subjected to Dirichelt boundary condition in presence of metabolic and electromagnetic heat sources during thermal therapy. We solved this bioheat transfer model using finite element Legendre wavelet Galerkin method (FELWGM) with help of block pulse function in sense of Caputo fractional order derivative. We compared the obtained results from FELWGM and exact method in a specific case, and found a high accuracy. Results are interpreted in the form of standard and anomalous cases for taking different order of time fractional DPLBHT model. The time to achieve hyperthermia position is discussed in both cases as standard and time fractional order derivative. The success of thermal therapy in the treatment of metastatic cancerous cell depends on time fractional order derivative to precise prediction and control of temperature. The effect of variability of parameters such as time fractional derivative, lagging times, blood perfusion coefficient, metabolic heat source and transmitted power on dimensionless temperature distribution in skin tissue is discussed in detail. The physiological parameters has been estimated, corresponding to the value of fractional order derivative for hyperthermia treatment therapy.     

基于颜色直方图及双树复小波变换（DTCWT）的昆虫图像识别

为了给生产单位害虫管理的普通技术人员提供简便易操作的昆虫鉴别方法, 本文提出了一种新颖的基于图像颜色及纹理特征的昆虫图像识别方法。鳞翅目昆虫翅面图像经过预处理, 确定目标区域, 再进行特征提取。首先将彩色图像从三原色(red-green-blue, RGB)空间转换至色调饱和值（HSV）空间并提取有效区域内的色度、饱和度直方图特征, 然后经图像位置校准, 提取灰度图的双树复小波变换（DTCWT）特征; 匹配首先计算两颜色直方图特征向量之间的相关性, 将相关性大于阈值的样本再进一步用DTCWT特征匹配; DTCWT匹配通过计算Canberra距离实现, 从通过第一层颜色匹配的样本中取出最近邻作为最终匹配类别。算法在包含100类鳞翅目昆虫的图像库中进行试验验证, 取得了76%的识别率, 其中前翅识别率则达92%, 同时取得了理想的时间性能。试验结果证明了本文方法的有效性。     

根际低氧胁迫对网纹甜瓜生长、根呼吸代谢及抗氧化酶活性的影响

采用气雾法栽培系统,研究了根际低氧（10% O₂和5% O₂）胁迫对网纹甜瓜果实发育期间植株生长、根呼吸代谢及抗氧化酶活性的影响.结果表明：与对照相比,低氧胁迫下,网纹甜瓜株高、根长降低,植株鲜、干物质量显著下降;根呼吸速率极显著低于对照（21% O₂）,且5% O₂处理下降幅度大于10% O₂处理;乳酸脱氢酶（LDH）、乙醇脱氢酶（ADH）和丙酮酸脱羧酶（PDC）活性较对照显著升高,而苹果酸脱氢酶（MDH）活性显著降低;根系中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量显著高于对照,其中10% O₂处理抗氧化酶活性升高幅度显著大于5% O₂处理,而MDA含量5% O₂处理高于10% O₂处理.说明网纹甜瓜果实发育期间根际氧浓度降到10%及其以下时,根系有氧呼吸明显受阻,无氧呼吸代谢被促进,同时根系抗氧化酶发生应激反应,但随低氧胁迫时间的延长,根细胞质膜过氧化程度加剧,根系受到伤害,植株生长受到抑制,最终导致果实产量和品质下降.