雷竞技app博士论文摘要[2016年起]

基于可见-近红外波段反射率估算表层土壤含水量

刁万英

【博士学位授予单位】中国农业大学

博士学位授予年份】2016

【摘要】摘要:土壤含水量(θ)是影响植物生长和作物产量的主要因素之一。因此,有效和无损地监测土壤表层含水量对农业灌溉和作物生长具有重要意义。本研究在室内采用积分球法和光谱仪法获取四种土壤(砂土、壤土、黏壤土和砂质壤土)的含水量和光谱反射率数据,用图像法获取了这四种土壤的图像信息。其主要结果如下:第一,用光谱特征参数:绿边反射率总和(决定系数R2=0.24和均方根误差RMSE= 0.09 m3 m-3)和780-970 nm吸收深度(R2=0.31和RMSE=0.11 m3 m-3)、900-970 nm最大反射率与900-970 nm反射率总和(R2=0.92和RMSE=0.05 m3 m-3)、900-970 nm最大反射率(R2=0.86和RMSE=0.03 m3 m-3)与900-970nm积分(R2=0.85和RMSE=0.03 m3 m-3)及900-970nm最大反射率和900-970 nm反射率总和(R2=0.87和RMSE=0.02 m3 m-3)分别估算砂土、壤土、黏壤土和砂质壤土的土壤含水量估算精度最好。用900-970nm最大反射率(R2=0.48和RMSE=0.05 m3 m-3)与900-970nm反射率总和(R2=0.47和RMSE=0.05 m3 m-3)估算不同土壤质地的含水量相关性最高。采用人工神经网络(ANN)能够更好地提高四种土壤质地的土壤含水量的测量精度(R2=0.95和RMSE为0.03 m3m-3)。第二,用积分球法研究了不同土壤质地的土壤,在不同土壤容重(ρ)下和土壤含水量的土壤反射率的变化。结果表明,在不同土壤容重和土壤质地(砂土、壤土、黏壤土和砂质壤土),土壤反射率随着含水量的增加而降低,可用土壤反射率估算θ,其估算精度如下:砂土(R2=0.79和RMSE为0.05 m3m-3)、壤土(R2=0.91和RMSE为0.04 m3 m-3)、黏壤土(R2=0.88和RMSE为0.04 m3 m-3)和砂质壤土(Rw2=0.86和RMSE为0.04 m3 m-3);估算四种土壤的含水量精度为R2=0.68和RMSE为0.07 m3m-3。第三,提取和分析了不同容重下土壤含水量(θ)的图像信息,包括亮度(Value,用V表示)、饱和度(Saturation,用S表示)和色调(Hue,用H表示),建立亮度与饱和度的估算模型。研究结果表明:1)对砂土,当其土壤容重为1.50 g cm-3时,估算模型相关性最好(R2=0.82和RMSE=0.05 m3m-3);对壤土而言,当其土壤容重为1.40 g cm-3时,估算模型相关性最好(R2=0.93和RMSE=0.04 m3m-3);对黏壤土而言,当其土壤容重为1.60 g cm-3时,相关性最好(R2=0.93和RMSE=0.03 m3 m-3);对砂质壤土,当其土壤容重为1.60 g cm-3时,相关性最好(R2=0.87和RMSE=0.01 m3 m-3); 2)考虑土壤容重的变化,黏壤土含水量估算模型θ=1.89-0.72×V-1.50×S(R2=0.72和6 m3m-3),壤土的R2=0.70和RMSE=0.07 m3 m-3,砂土的R2=0.70和RMSE=0.07 m3 m-3,砂质壤土的R2=0.60和RMSE=0.07 m3m-3。结合人工神经网络(ANN)能够更好地提高四种土壤质地的土壤含水量的测量精度,砂土估算模型的精度为R2=0.67和RMSE为0.07 m3m-3,壤土的则是R2=0.79和RMSE为0.07 m3m-3;黏壤土为R2=0.82并RMSE为0.07 m3m-3;砂质壤土的是R2=0.88和RMSE为0.05m3m-3。综上所述,本研究中采用了积分球法、光谱仪法和图像法获取了不同土壤容重下四种土壤的表层含水量的反射率和土壤颜色信息,基于土壤反射率和图像信息建立二者与θ之间的回归模型,估算θ;分析和比较了这三种方法估算θ模型的精度。结果表明,在不同的ρ和土壤质地(砂土、壤土、黏壤土和砂质壤土)估算θ的精度大小顺序如下:积分球法>光谱仪法>图像法。采用人工神经网络则能够提高土壤含水量的测量精度。   


社交网络中个体交互行为和观点演化模式研究

刁苏蒙

【博士学位授予单位】北京交通大学

博士学位授予年份】2016

摘要:随着互联网在全球范围内的飞速发展,网络媒体被公认为是继报纸、广播、电视之后的“第四媒体”,网络已成为反映社会舆情的主要载体之一。社交网络是网民进行信息交流的重要平台,其独特的组织模式催生出网络生态的复杂化和观点传播的日趋碎片化,是网络舆论形成和传播中不可忽视的力量。社交网络具有便捷多样的接入方法和更为灵活的交互参与方式,同时包含用户个体的自主性、交互行为的复杂性和群体的异质性等潜在特征。网络舆论的形成、演化和传播依赖于用户之间的交互行为,然而传统舆论研究难以真实反映社交网络舆论中的用户特性,由此,一系列针对网络舆论中个体交互行为和观点演化模式研究的新挑战日渐凸显:个体交互研究需要多角度、细粒度地刻画其行为特性,例如用户关系网络结构、交互决策的选择偏好:观点演化研究应重视与用户影响力和影响范围的结合;舆论传播演化研究应体现自由观点信息之间的分化竞争等。鉴于此,本文结合交叉学科研究方法,围绕社交网络中个体交互行为,对社交网络用户数据采集与用户特性实证分析、用户交互行为建模、观点交互机制与演化过程、竞争信息传播模式等问题进行了深入研究。论文采用实证数据分析、数学建模和计算机仿真相结合的研究方法,重点研究社交网络中个体交互和观点演化的微观规则和宏观规律,探索网络舆论的形成机制,刻画网络舆情的演化过程。研究不仅能够加深对复杂系统和网络舆情本质的认识,丰富社交网络中个体交互行为、网络观点交互与演化和舆论形成与传播等方面的理论,而且能够在网络舆论的及时应对、合理引导等方面得到实际应用。论文的研究工作得到了国家自然科学基金项目(No.61271308、No.61401015)、北京市重点实验室资助项目和北京市重点学科建设项目等项目的支持。论文的主要工作和创新点如下:1.单向关注关系是微博不同于其他社交网络的关系结构特征,改变了用户获取信息的方法和传播信息的途径,论文实证分析微博数据,进而发现单向关注对微博关系网络结构、用户交互行为和个体偏好带来影响。研究中采用基于网络爬虫的数据采集框架获取大量微博用户数据,实证分析发现:单向关注是导致节点度分布幂律偏移的主要原因,双向关注在用户好友关系中所占比例较低,呈现负指数衰减特征;用户交互行为存在明显偏好,单向关注和双向关注用户转发行为表现出随用户偏好幂律衰减特性;双向关注关系尽管所占比例低,却表现出高频度的交互行为和优先的用户偏好,在用户交互过程中影响显著。研究加深对社交网络中用户关系和行为特性的认识,并为网络舆论中的微观个体研究提供理论依据和数据支撑。2.用户交互行为在网络舆论的形成过程中起重要作用,多方面研究已经发现了个体复杂行为中的幂律特性和多模特性,然而却难以采用数学方法系统地描述并解释相关现象,论文建模微观个体交互行为,描述并研究社交网络用户复杂交互行为及其时间特性。论文在实证分析用户选择偏好特性的基础上,提出偏好优先的兴趣信息决策机制,建立基于选择偏好的社交网络用户交互模型,研究分析观察范围和兴趣概率在微观个体交互作用中的具体表现,最后通过微博用户数据验证模型的有效性。研究发现交互环境的改变将直接导致不同模式的交互结果,固定观察范围对应于交互行为的负指数特性,随机观察范围则对应于幂律特性。论文分析了兴趣信息集合中偏好用户的随机化表现,解释了交互行为分布中平稳期、衰减期和截断期的成因,并给出了个体交互行为及其多模特征的数学描述方法,量化了在面对大量信息流时选择偏好对交互行为的直接影响。论文研究能够真实反映社交网络中个体交互现象,深化了对微观交互规律的认识,具有重要的理论和实际意义。3.传统观点交互研究局限于相邻个体之间的简单交互规则,难以准确描述社交网络中舆论形成与演化过程,论文采用观点动力学建模方法,研究广阔的信息获取范围和个体异质性对舆论演化的影响。论文提出基于扩展观察范围与社会影响力的观点交互和演化模型,借鉴CODA思想描述用户个体观点;结合多数群体和少数群体的社会作用,提出同时考虑用户观点强度、观点接触直接性和作用用户数量的群体观点交互机制,扩展了用户个体的观察范围:并引入成功劝说作用的影响力反馈累积机制,使得话题讨论与观点演化更加符合社交网络中的实际特征。研究发现了个体交互强度和观点稳定性之间存在制衡关系,以及影响力逐渐累积表现出的异质性特征。该方法建立起微观个体交互和宏观舆论演化的纽带,结合用户影响力和影响范围,量化了突破局部邻居的观点交互作用,能够为社交网络中追踪舆论动态、分析网络舆情等应用领域提供理论支撑。4.信息之间的竞争和碰撞是社交网络中用户自由表达观点并广泛参与信息传播的结果,而目前国内外对多元竞争信息之间的交互作用和传播模式鲜有研究,论文建立竞争信息传播模型,研究社交网络中多元竞争信息的交互作用和传播演化过程。论文研究借鉴传染病动力学理论,抽象出网络用户面对竞争信息时的四种状态,提出基于二元竞争信息交互的SHIR传播模型。研究中利用平均场理论,推导出刻画节点传播状态随时间演化的微分方程组。仿真分析表明:中立的犹豫状态催化了话题在传播过程中的充分讨论,提高了整体信息的总覆盖率;二元信息的竞争作用表现为对内部有限用户资源的争抢;优势信息主导了信息的传播与演化过程,竞争信息的终态信息密度比值与其稳态转移概率比值存在幂律关系。研究建立了竞争信息交互与多元信息传播之间的联系,弥补了现有研究中信息交互与传播分离的不足之处,为准确研究分析多维度的复杂网络舆情提供了切实可行的研究方法。


氧化锌基表面电导型气体传感器—微纳结构调控及气敏性能研究

刁凯迪

【博士学位授予单位】重庆大学

博士学位授予年份】2016

摘要:全球工业化进程的持续推进在提升人们生产生活水平的同时,也对人类的生存环境造成了不同程度的破坏。其中,像工业废气、汽车尾气等众多气体的排放和泄露使我们的生存环境充斥着大量有毒有害气体,时刻危机人体健康和生产安全,因此,实现对环境中有毒有害气体的实时监测尤为必要。诞生于上世纪60年代的半导体金属氧化物气体传感器,因其灵敏度高、易于制备和低成本的优势,备受学者和业界关注,并在市场上占据主导地位,器件性能得到逐步提升。然而,随着近年来环境中有害气体成分日益多样化和复杂化,以及人们自我保护意识的提高,对器件性能提出了更高要求。基于此,本论文以ZnO纳米敏感材料为载体,通过对其结构和形貌的调控,以及探索与其他半导体金属氧化物间的协同复合,试图构建材料特性、气敏性能与传感机制三者间的关联,寻求提升材料气敏性能的有效方法,深化对内在传感机制的认识,为后续更有针对性地进行气敏材料设计奠定基础。本论文的主要研究内容和结果概括如下:(1)由于一维纳米结构具有较高的比表面积、与德拜长度相当的径向尺寸,及一维载流子输运特性,使其在气敏领域具有广阔的应用前景。基于此,我们选取ZnO纳米线阵列作为研究起点,利用聚焦离子束微纳加工技术结合低温水热法,成功制备出尺寸、取向性、一致性和周期高度可控的ZnO纳米线阵列。该项研究充分利用聚焦离子束荷能离子对衬底的刻蚀和离子注入效果,引起表面非晶化,诱导ZnO在生长孔内随机形核生长。研究发现,模板中生长孔的深度、直径和周期是决定ZnO纳米线阵列最终形貌的重要因素。其中,由孔深带来的物理约束使纳米线生长空间不足,导致孔内多根纳米线充分融合生长是合成高质量ZnO纳米线阵列的关键。(2)通过精确控制前驱体浓度及相关生长条件,利用低温水热法合成了球状、菜花状和剑麻状三种分级ZnO微结构。针对球状ZnO微结构沿径向由中心向外部呈现三层的独特构造,提出了一种基于浓度调控的形核生长机制。将三种ZnO微结构制成旁热式气体传感器测试对H2S气体的传感性能。结果显示,三种微结构对浓度低至50 ppb气体的灵敏度均高于3.8,并可实现对较宽浓度范围(50-5000ppb)气体的探测。此外,三种微结构灵敏度差异较大,其中球状ZnO微结构性能最优。深入分析器件传感层模型发现,减小粒子间的有效接触面积有助于提高传感层的传导功能,进而提升器件的整体性能。(3)单一材料具有特定的局限性,提高器件的传感性能还需借助材料间的协同复合。作为尝试,我们采用水热法、电沉积和热氧化法三者相结合的途径制备出ZnO-CuO核壳纳米线和ZnO/CuO异质纳米线结构,并测试了对氧化性气体NO2的气敏性能。结果显示,与纯ZnO纳米线相比,ZnO-CuO核壳纳米线的灵敏度显著降低,且表现出p型半导体行为,说明壳层起主导传感作用;而ZnO/CuO异质纳米线的灵敏度大幅提高,并可探测低至250 ppb的NO2气体。深入分析发现,pn结界面处电子的定向转移和形成的pn结势垒是提高ZnO/CuO异质纳米线气敏性能的关键因素。(4)基于以上研究,我们在结构、形貌及材料组合方面开展了进一步探索。利用电纺工艺并结合热分解法,我们构造出含有局域nn同型异质结结构的ZnO纳米粒子负载电纺SnO2纳米管结构,并测试了两种结构对典型的氧化性气体NO2和还原性气体H2、CO的气敏性能。结果显示,ZnO/SnO2异质结构气体传感器对5 ppm NO2的灵敏度高达30.84,是纯SnO2纳米管灵敏度(5.09)的六倍,相反地,该异质结构对50 ppm H2的灵敏度却仅有1.44,接近SnO2纳米管灵敏度(6.89)的五分之一。结果表明,ZnO/SnO2异质结构显著提高了对氧化性气体的灵敏度,却降低了对还原性气体的灵敏度,具有较高的选择性。分析认为,异质结使电子定向输运至SnO2纳米管,增强了对氧化性气体的吸附效果,同时,局域异质结改变了SnO2纳米管内的同质接触势垒,使其对氧化性气体较敏感,从而提高了材料对氧化性气体的选择性。本文通过探索提升ZnO纳米材料及其复合结构气敏性能的有效方法,针对典型结构初步构建了ZnO纳米材料“材料特性——传感机制——气敏性能”三者间的关联,为后续更有针对性地进行气敏材料设计提供了一定借鉴。


基于Akt/GSK-3β/Nrf2通路探讨低温对心肺复苏后脑损伤的保护作用

刁孟元

【博士学位授予单位】第二军医大学

博士学位授予年份】2016

摘要:心搏骤停(CA)/心肺复苏(CPR)后脑损伤是复苏后死亡的主要原因,低温治疗对复苏后脑损伤有明确的保护作用,但具体机制不明。核因子相关因子2(Nrf2)是重要的内源性抗氧化因子,有研究发现Nrf2可能参与低温对复苏后脑保护。最近研究发现除了Kelch样氧氯丙烷相关蛋白1(Keap1)外,丝氨酸苏氨酸蛋白激酶(Akt)/糖原合成激酶-3β(GSK-3β)通路负向调控Nrf2表达,但Akt/GSK-3β/Nrf2通路是否参与了低温对复苏后脑损伤的保护,目前尚未有文献报道。为阐明Nrf2与低温对复苏后脑损伤保护的确切关系及Akt/GSK-3β介导的信号通路是否参与调控Nrf2的表达并影响复苏后神经功能,我们拟从体内和体外两个层面进行实验干预,首先观察低温对复苏后大鼠海马Nrf2的表达水平影响,然后体外分离培养SD大鼠海马原代神经元细胞,建立海马神经元缺血/再灌注模型,通过RNA干扰技术和使用通路抑制剂,检测Nrf2的上游及下游信号分子GSK-3β及HO-1水平,结合细胞内活性氧(ROS)及细胞凋亡检测,探讨Akt/GSK-3β/Nrf2通路是否参与了低温对缺血/再灌注海马神经元的保护作用。第一部分低温对心肺复苏后大鼠海马组织Nrf2表达的影响目的:研究气管夹毕窒息致CA/CPR大鼠海马组织中Nrf2的表达,探讨Nrf2的表达水平与复苏后神经功能关系及低温干预对其影响。方法:健康雄性SD大鼠按随机数字法分为假手术组(sham group)、常温心肺复苏组(NT group)和低温心肺复苏组(HT group)。对照组6只,常温心肺复苏组和低温心肺复苏组按24h和72h两个时间点分为两个亚组,即常温心肺复苏24h组(NT-24 group),低温心肺复苏24h组(HT-24 group),常温心肺复苏72h组(NT-72group),低温心肺复苏72h组(HT-72 group),每组10只,共计46只。动物称重后,1%戊巴比妥(50mg/kg)腹腔注射麻醉,给予固定、剃毛、经口气管插管、股动静脉置管等操作。多通道生理信号采集处理系统监测心率(HR)和平均动脉压(MAP),测定基线动脉血气分析。采用气管夹毕窒息致CA/CPR模型,以收缩压降至25mmHg持续5min为CA时间,然后开始机械通气和胸外按压,按压1min后给予10ug/kg肾上腺素静推。记录常规复苏参数,持续记录肛温、HR和MAP 4 h。复苏成功大鼠按24h和72h两个时间点处死,对照组在完成外科准备后处死。观察海马组织光镜和电镜变化,分光光度计法检测海马组织丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性,westernblot法检测海马组织内caspase-3和nrf2蛋白水平,观察复苏后24h和72h神经功能缺损评分(nds)。结果:1.各组之间基线体重、hr、map、温度、ph、pao2、paco2及lac比较差异无统计意义。各组之间复苏相关参数比较差异无统计学意义。各组之间复苏成功率和观察时间点存活率差异无统计学意义。各组间复苏后观察时间内hr和map差异无统计学意义。2.ht组观察时间内核心温度较nt组明显降低。3.ht组和nt组海马神经元形态学、细胞核和线粒体超微结构较对照组明显改变。ht-24组海马神经元与nt-24组比较损伤明显减轻。4.ht组和nt组mda含量和sod活性较对照组明显增加。ht-24组大鼠海马mda含量较nt-24组明显降低,sod活性较nt-24组明显增高。5.ht组和nt组caspase-3蛋白较对照组明显增加。ht-24组大鼠海马caspase-3蛋白表达水平较nt-24组明显降低。6.ht组和nt组总nrf2蛋白和胞核nrf2蛋白较对照组明显增加,胞浆nrf2蛋白明显较少。ht-24组总nrf2和胞核nrf2蛋白较nt-24组明显增加,胞浆nrf2蛋白较nt-24组明显减少。7.ht组和nt组nds明显低于对照组。ht-24组较nt-24组nds明显提高。结论:复苏后大鼠海马组织内nrf2表达水平明显上调,存在明显的氧化应激损伤、细胞凋亡和神经功能损伤。低温治疗可促进nrf2表达水平进一步上调,并促进nrf2由细胞浆转移至细胞核,缓解氧化应激损伤、细胞凋亡和神经功能损伤。第二部分akt/gsk-3β/nrf2通路在低温保护缺血/再灌注海马神经元中的作用目的:通过观察低温对缺血/再灌注海马原代神经元细胞的作用,探讨akt/gsk-3β/nrf2通路是否参与了低温对缺血/再灌注海马神经元的保护作用。方法分离培养胎鼠原代海马神经元,免疫荧光鉴定海马神经元。通过缺氧/复氧方法建立海马神经元缺血/再灌注模型,分为对照组(controlgroup),缺氧组(hypoxiagroup),低温组(hypothermiagroup),缺氧低温组(hypoxia/hypothermiagroup)。qt-pcr法和westernblot法分别检测海马神经元gsk-3β、nrf2和ho-1的基因和蛋白表达水平,荧光染料及激光共聚焦显微镜检测海马神经元活性氧(ros)水平,annexinv/pi法检测神经元凋亡。然后在缺血再灌注/模型建立前分别给予shnrf2干扰nrf2表达和wortmannin抑制akt/gsk-3β通路,观察上述指标的变化情况。结果:1.通过MAP-2免疫荧光染色对海马神经元进行鉴定,我们选取培养7d海马神经元进行后续实验。2.缺氧低温组较缺氧组总体及胞核Nrf2表达水平明显增高,而胞浆Nrf2表达水平明显降低。缺氧低温组较缺氧组HO-1和p-GSK-3β表达水平明显增高。缺氧低温组较缺氧组ROS含量明显减少,细胞凋亡明显减轻。3.预先加入shNrf2,各组间Nrf2和HO-1表达水平均无明显差异。缺氧低温组较缺氧组p-GSK-3β表达水平明显增高。缺氧低温组和缺氧组ROS含量和细胞凋亡无明显差异。4.预先加入wortmannin,各组间Nrf2、HO-1和p-GSK-3β的表达水平均无明显差异。缺氧低温组和缺氧组ROS含量和细胞凋亡无明显差异。结论:低温通过促进缺血/再灌注海马神经元细胞内Akt磷酸化,加快GSK-3β磷酸化而使其失活,使GSK-3β对Nrf2负向调控作用减弱,诱导其下游信号分子HO-1的表达,缓解氧化应激损伤及细胞凋亡,最终发挥神经保护作用。


寒旱地区绿色单体建筑室内舒适度研究

刁荣丹

【博士学位授予单位】兰州理工大学

博士学位授予年份】2016

【摘要】针对我国寒旱地区传统单体建筑能耗高、基本采用煤炭供暖、室内热环境差及室内空气质量污染严重等现状,本课题以甘肃省武威市民勤县张麻新村一座117m2(四室两厅一卫)的单体建筑为研究对象,试验研究了改造围护结构、室内热源等措施对建筑室内热环境和室内空气质量的影响;使用Fluent软件数值模拟分析了单体建筑的室内热环境,提出了进一步提高室内热环境的方法;最后,将室内空气质量分级评价标准和室内热环境分级评价标准相结合对室内舒适度进行了等级评价,利用灰色理论及多元变量回归理论分析了室内/外影响因素与单体建筑室内舒适度的影响关系。课题的主要研究内容和研究结果如下:(1)对以太阳能为能量输入,室内热源为散热器的寒旱地区绿色单体建筑的室内热环境进行了试验测试和数值模拟,结果得出:试验期间建筑室内热环境符合GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》及GB/T 50824-2013《农村居住建筑节能设计标准》;建筑的室内热环境预计热指标(Predicted Mean Vote)∈[-1,0],预测不满意百分比(Predicted Percent Dissatisfied)26%,建筑室内热环境适宜。(2)对低温辐射地板供暖的寒旱地区绿色单体建筑及传统煤炉供暖的单体建筑的室内热环境进行了试验测试及数值模拟,结果得出:在以太阳能为能量输入,室内热源分别为散热器和低温辐射地板的寒旱地区绿色单体建筑及煤炉供暖的单体建筑中,室内平均温度从高到底依次为散热器供暖的绿色单体建筑、低温辐射地板供暖的绿色单体建筑、煤炉供暖的单体建筑,三种建筑相比,低温辐射地板供暖的绿色单体建筑的室内温度场分布最均匀且室内热环境最佳;且数值模拟结果与试验测试结果相吻合,所以模拟结果可以反映不同情况下的室内热环境,从而准确得到室内温度场的分布情况;在此基础上研究了建筑围护结构对室内热环境的贡献率,结果得出:相同条件下屋顶保温的建筑比屋顶不保温的建筑室内温度高1℃~11℃,外墙保温的建筑比外墙不保温的建筑室内温度高1℃~12℃,外墙和屋顶均保温的建筑比二者均不保温的建筑室内温度高5℃~11℃。(3)由于散热器供暖的和低温辐射地板供暖的寒旱地区绿色单体建筑均由太阳能热水系统为建筑供能,建筑室内空气质量相似,故以散热器供暖的寒旱地区绿色单体建筑为例,对建筑的室内空气质量进行试验测试,结果得出建筑室内SO2、NO2、CO含量的1小时平均值、TVOC含量的8小时平均值、PM10含量的日平均值、室内空气流速、室内空气相对湿度在试验周期内都符合GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》规定,室内空气温度平均值在太阳能热水系统供暖期间符合GB/T 50824-2013《农村居住建筑节能设计标准》的相关规定;利用综合指数评价法对建筑的室内空气质量进行评价,通过计算得出0.50I≤1.00,所以寒旱地区绿色单体建筑的室内空气质量等级属于Ⅱ级,空气质量评价结果为未污染。(4)将室内空气质量评价等级与室内热环境评价等级相结合,对建筑室内舒适度进行等级划分,得出建筑室内舒适度等级为Ⅰ级的天数占试验总天数的19%,Ⅱ级的天数占试验总天数的37%,Ⅲ级的天数占试验总天数的44%。利用灰色理论得出,室内因素与建筑室内舒适度的灰色关联度从大到小依次为室内温度、室内空气流速、室内空气相对湿度、室内PM10含量,SO2含量,TVOC含量,CO2含量,CO含量,NO2含量;室外环境因素与建筑室内舒适度的灰色关联度从大到小依次为室外空气平均温度,室外空气流速、太阳辐射。利用多元回归方法得出,室内因素中,当只有单因素变化时,室内温度每增加1℃,室内舒适度等级平均增加0.283;室内空气流速每增加1m/s,室内舒适度等级平均减少0.364;室内空气相对湿度每增加1%,室内舒适度等级平均增加0.246;室内SO2含量每增加1mg/m3,室内舒适度等级平均减少0.012;NO2含量每增加1mg/m3,室内舒适度等级平均减少0.022;CO含量每增加1mg/m3,室内舒适度等级平均减少0.014;TVOC含量每增加1mg/m3,室内舒适度等级平均减少0.011;CO2含量每增加1%,室内舒适度等级平均减少0.015;PM10含量每增加1mg/m3,室内舒适度等级平均减少0.012;室外因素中,当只有单因素变化时,室外空气流速每增加1m/s,室内舒适度等级平均减少0.364;太阳辐射每增加1W/m2,室内舒适度等级平均增加0.258;室外空气温度每增加1℃,室内舒适度等级平均增加0.722。所以,对寒旱地区绿色单体建筑的室内舒适度进行研究,找到室内/外等多重因素对建筑室内舒适度的影响关系,不仅可以提高居民生活质量、降低建筑物能耗、保护生态环境和推动农村经济发展,而且对改善我国人居环境、保障居民身心健康有着重要意义。本课题的创新点在于:(1)系统地研究了不同供暖方式时寒旱地区单体建筑的室内热环境和室内空气质量。全面研究了不同室内热源(散热器、低温辐射地板和煤炉)对寒旱地区单体建筑室内环境的影响情况,为得到寒旱地区单体建筑最佳的室内舒适度奠定了良好的基础。(2)将室内空气质量分级标准和室内热环境分级标准相结合对室内舒适度进行了等级评价研究。针对目前相关组织和学者提出的直接按照温/湿度、污染物浓度等环境参数进行划分的室内环境质量评价方法,本课题将影响建筑室内舒适度的多种因素相结合,建立基于舒适感之上的室内舒适度分级评价标准,既可以据此进行室内环境质量优劣等级判断,也可以指导不同建筑室内环境舒适等级的划分与选用。(3)利用灰色理论及多元回归分析得出室内/外环境因素与建筑室内舒适度的关系。利用灰色理论得出室内/外空气温度、空气流速、太阳辐射、室内空气相对湿度、室内污染物含量与室内舒适度的灰色关联度,利用多元回归分析得出当只有单因素产生单位变化时,室内舒适度的具体变化程度。


无轴承同步磁阻电机及其控制策略研究

刁小燕

【博士学位授予单位】江苏大学

博士学位授予年份】2017

摘要:无轴承电机是一种集磁轴承技术与传统电机于一体的新型高性能电机,具有无摩擦磨损、无需润滑、高速度、高精度、寿命长等优点,在精密加工、飞轮储能、航空航天、超洁净传输等领域具有广阔的应用前景。无轴承同步磁阻电机(Bearingless Synchronous Reluctance Motor,BSRM)的转子上无永磁体和励磁绕组,在具备无轴承电机上述优点的同时,还具有结构简单、成本低、温升低等特点,受到了国内外学者的广泛关注,成为电力传动领域的研究热点。本文对无轴承同步磁阻电机的运行机理、数学模型、电磁分析、结构优化、运行控制、数字系统等方面展开了理论和应用研究,设计了新型结构的无轴承同步磁阻电机,优化设计了转子结构和参数,建立了悬浮力和转矩子系统数学模型,提出了精确反馈线性化解耦控制和非线性二阶滑模直接控制方法,设计了无轴承同步磁阻电机数字控制系统,开展了相关的实验研究。论文主要工作及取得成果如下:(1)分析了传统同步磁阻电机的结构和工作原理,研究了无轴承同步磁阻电机转子径向悬浮力的产生机理,确定了二自由度无轴承同步磁阻电机的实现方案;基于电磁场理论,建立了无轴承电机静止坐标系和旋转坐标系下的电感矩阵解析模型;基于虚位移原理,建立了无轴承电机的径向悬浮力通用数学模型;根据无轴承同步磁阻电机的特点,建立了无轴承同步磁阻电机的悬浮力数学模型和转矩子系统数学模型;采用有限元分析验证了无轴承同步磁阻电机径向悬浮力的产生原理和径向悬浮力数学模型的正确性。(2)针对凸极转子无轴承同步磁阻电机转矩脉动大、输出转矩低等缺陷,提出了径向叠片式多磁障转子结构的新型无轴承同步磁阻电机。优化设计了转子磁障层数、磁障厚度、导磁条厚度等主要的结构参数;建立了有限元仿真模型,开展了悬浮力和转矩的仿真研究,研究结果表明新型无轴承同步磁阻电机与传统凸极转子无轴承同步磁阻电机相比,具有转矩脉动小、输出转矩大等优点。(3)针对无轴承同步磁阻电机电磁转矩和径向悬浮力之间的强耦合问题,提出了精确反馈线性化解耦控制策略。将无轴承同步磁阻电机的数学模型表达为仿射非线性形式,基于微分几何理论证明了无轴承同步磁阻电机模型满足精确反馈线性化的充要条件;推导了坐标变换矩阵和状态反馈控制律,实现了无轴承同步磁阻电机非线性系统的精确反馈线性化,将原系统线性化并解耦为三个独立的线性子系统。仿真结果表明微分几何精确反馈线性化方法实现了无轴承同步磁阻电机电磁转矩和径向悬浮力之间的解耦控制,系统具有良好的动、静态性能。(4)针对无轴承同步磁阻电机磁饱和、负载扰动、模型参数时变、未建模动态等不确定因素的影响,提出了无轴承同步磁阻电机非线性系统的二阶滑模直接控制方法,开展了相关的仿真研究。设计了无轴承同步磁阻电机转速子系统的一阶滑模控制律和径向位移子系统的二阶滑模控制律,形成无轴承同步磁阻电机的非线性二阶滑模直接控制方法,使得无轴承同步磁阻电机转速在有限时间内跟踪到给定转速,电机转子在有限时间内稳定到中心位置。仿真结果表明,出现负载变化和外部强干扰时,电机转速和径向位移动态响应快,超调小,具有跟踪能力好、鲁棒性强等优点。(5)设计和开发了基于TMS320F28335的无轴承同步磁阻电机数字控制系统,开展了相关的实验研究。基于数字信号处理器TMS320F28335,分析和研究了DSP控制、功率驱动、参数检测等系统功能模块的实现方法与技术,设计了无轴承同步磁阻电机数字控制系统的硬件与软件。进行了无轴承同步磁阻电机起动、干扰等悬浮运行实验研究。实验结果表明,数字控制系统可以实现无轴承同步磁阻电机的稳定悬浮和运转,系统具有优良的动、静态特性。


东北振兴背景下沈阳城市空间绩效研究

刁星

【学位授予单位】:哈尔滨工业大学

【学位授予年份】:2016

摘要:东北振兴战略实施于2003年,时至今日“东北现象”是否在现实层面有所改观?在全球化浪潮推进、区域一体化发展进程中东北地区该何去何从?在产业转型、体制创新、深化改革的时代背景下,东北地区、尤其是区域中心城市的发展绩效评估既是对战略实施的成效考量,也是该地区未来发展方向和前景预判的重要依据。论文以此为题,将东北振兴背景下各大中心城市的空间发展质量考评作为根本任务,而沈阳是区域内最大的中心城市,其空间发展方向、演进路径、角色定位、战略导向及结构模式关系到区域整体的共兴与繁荣。研究借助“空间绩效”为基本视角,结合空间经济学及地理学的主流视野,从空间本体论的哲学思辨演绎到一般的研究范式,在空间多维建构及内涵辨析的理论基础上,构建了由“尺度层次—体系层次—逻辑层级”组成的空间三向量层次结构基本框架,提出了层次结构作为空间绩效测度的主要依据及行文线索。基于尺度层次的分析框架,从“宏观配置效率—城市外部区域空间网络绩效、中观配置效率—内部城市空间绩效、微观配置效率—空间构成要素演化绩效”三大层面,从理论及实证角度展开全面解析,探析沈阳城市空间在内外部环境综合作用下:宏观的区域关联网络联系强度及主要特征;中观的内部城市空间结构、土地利用及交通网络绩效;微观的城市空间构成要素的演化特征、运行规律及互适作用,进而识别空间演进、组织、发展、运营过程中导致空间低绩效的主要因素与深层动因。基于体系层次的分析框架,从“经济结构—社会结构—形态结构—制度结构—资源环境结构”五大系统构建了空间绩效评价的指标体系,对我国35个主要城市展开横向比较分析,并进一步讨论制约沈阳城市空间绩效的内在作用肌理与外在驱动因素,基于实证研究结果尝试寻求优化空间资源配置的有效方法途径。研究结果表明:尺度层次与体系层次反映空间资源配置的纵向与横向两大层面,而逻辑层次解释了空间绩效的作用机制,是前两个层次发挥影响作用的主要依据;空间绩效的对偶互补效应来自于整体尺度的资源优化配置,是实现“帕累托最优”的关键,而沈阳在区域网络中仍处于单向聚集的生长状态,城市群内部结构的不稳定、城市功能体系的错位失调、中心城市的竞大于合是导致区域网络低绩效的根本原因;在城市内部空间优化过程中强调构建均衡的多中心空间结构、提升土地利用与空间红利要素的对位开发行为、强化动态与静态结构的耦合效应以及加强互适作用机制下的要素流动与配置引导措施,合理降低空间负外部性及空间垄断现象形成的可能,同时部分要素应从总量关注转向存量调整,是破解沈阳城市内部空间低绩效的关键;在沈阳空间演进过程中,城市化与经济增长推动、土地供应与扩张机制影响、旧城改造与新区建设以及宏观政策和制度环境四个方面是影响城市空间绩效的主要机制,空间形态结构系统是导致空间绩效整体水平下降的主要症结。



肠易激综合征中医证治的现代文献系统评价研究

刁俊杰(Diu ChunKit)

【学位授予单位】:广州中医药大学

【学位授予年份】:2016

摘要:背景古代并无肠易激综合征的病名,根据主要临床表现目前多将其归于"泄泻"、"腹痛"、"便秘"、"痛泻"、"肠郁"、"郁症"。中医在临床的疗效情况普遍理想,方药中较多人选用为痛泻要方,在其基础上加减变化运用。中医治疗腹泻型肠易激综合征的主要方剂中,痛泻要方、四逆散、逍遥散、柴胡疏肝散、附子理中丸、升阳益胃汤等较为有实验基础。一般认为,肠易激综合征的病因病机可概括为外邪犯肺、肝郁气滞、脾胃虚弱、阳气不足等等病机。由于病名众多,以及随着近年医家对肠易激综合征的研究更深入,现代医家对肠易激综合征有了很多不同的认识,如周福生教授提出的心胃相关理论及蔡淦教授提出由气机失调理论等。目前中医辨证分型不统一的情况发生,少则2型,多则7型均有报道,以4或5型最常见。即使标准己逐准建立起来,但各个标准间的辨证分型不统一,如《实用中医消化病学》把肠易激综合征分为7型;《中药新药临床研究指导原则》按泄泻把肠易激综合征分为6型;《肠易激综合征中西医结合诊治方案(草案)》把肠易激综合征分为5型;《中医消化病学诊疗指南》分为6型。导致临床上较难有统一的认识。同时,从文献数据显示,国外对中医治疗肠易激综合征研究较少,亦缺乏相关的荟萃分析;在国内对中医治疗肠易激综合征具有一定的经验,但缺乏大规模的循证医学证据,以致疗效尚不完全肯定。总括而言,中医药对该病有较好的疗效,不良反应少,透过对近代文献中中医对肠易激综合征的中医辨证用药进行系统的研究,分析其组合规律,总结现代医家对治疗肠易激综合征的经验,可以简化现代医家对肠易激综合征的认识,便于推广中医药,应用于临床。而整理中医药治疗肠易激综合征的相关文献进行综合荟萃分析,则可探讨现时在研究中医药治疗肠易激综合征的有效性及安全性,及发掘中医治疗肠易激综合征的有效方案及其特点。目的:对中医治疗肠易激综合征的证候要素组合、证候、用药规律进行总结。透过荟萃分析探讨中医药治疗腹泻型肠易激综合征、便秘型肠易激综合征的临床疗效和安全性。方法:本课题分别针对医家的经验及临床对照研究进行文献研究2部分。1.以’肠易激’、’对照’为关键词,检索"中国期刊全文数据库"、"中国优秀硕士学位论文全文数据库","中国博士学位论文全文数据库",按照纳入摽准及排除标准进行相关参考文献筛选,把所得资料进行频数分析、类别主成分分析、聚类分析。2.以"肠易激"、"对照"为关键词,检索"中国期刊全文数据库"、"中国优秀硕士学位论文全文数据库","中国博士学位论文全文数据库",并按"腹泻"、"便秘"分别纳入腹泻型及便秘型肠易激综合征的研究。在纳入排除标准上首次使用纯中药不加减原则筛选文献。按照纳入摽准及排除标准进行相关参考文献筛选,按照其有否对照研究中患者有否辨证,分别纳入辨病及辨证的荟萃研究。对纳入的研究进行数据的采集与评价,用Excel及Revman软件进行荟萃分析。结果:1.针对医家的经验研究的文献研究结果1.1纳入61篇文献,在证素方面,频数分析显示提取的病性要素以气滞、气虚的频次较高;病位要素为脾、肝的频次较高;病性要素组合以二证组合频数最高,气虚气滞为主要要素;病位要素组合以二证组合频数最高,以脾肝的频次最高,脾肾次之。证候要素的组合规律很可能为脾气虚、肝气郁滞、肝郁脾虚、脾虚夹湿。1.2在症状/体征方面,频数分析显示腹泻、脘腹痛、便溏三个症状频次较高,与腹泻型肠易激综合征症状相近,提示腹泻型肠易激综合征可能较为常见。类别主成分分析显示症状/体征可分为属于脾气虚,肝经郁滞,心阴不足,气滞,阳虚的主要证候。聚类分析显示症状/体征可分为属于脾虚夹湿,肝郁脾虚,肝郁气滞为主的证候。1.3在药物成分方面,频数分析显示白朮或白芍使用频次较高,与临床上较多人使用痛泻要方治疗肠易激综合征情况吻合。类别主成分分析显示经验用药主要可分为疏肝健脾、健脾温脾、温运脾阳及健脾袪湿类四类中药,而聚类分析显示经验用药主要可分为疏肝健脾为主、健脾理气、疏肝为主兼以化湿、及疏肝为主的中药。2.针对医家临床对照研究的文献研究结果2.1腹泻型肠易激综合征方面,荟萃分析显示,中医药干预的有效率优于单个西药干预,与匹维溴铵、洛呱丁胺、思密达、马来酸曲美布汀及双歧杆菌活菌胶囊比较均有优势。中药在治疗腹泻症状上有优势,但在腹痛症状上与西药无差异。在复发率上,上药的复发率少于西药干预组。且未发现严重不良反应。在治疗辨证后腹泻型肠易激综合征方面,荟萃分析显示,中医药干预的有效率优于单纯西药干预,与匹维溴铵、思密达、马来酸曲美布汀、及益生菌干预比较有优势。在与西药比较,处理肝郁脾虚、脾胃虚弱、脾肾阳虚型患者有优势。在症状方面,中药在处理腹胀及患者大便次数方面有优势,但在泄泻及大便形状方面与西药无统计学上差异。纳入研究中未发现严重不良反应。2.2关于便秘型肠易激综合征,荟萃分析显示有效率显着优于单纯西药干预,但与西沙必利比较无明显差异。中医药干预未发现严重不良反应。关于便秘型肠易激综合征分型以后,对于气秘型及肝郁气滞型患者,荟萃分析显示,中医药干预的有效率优于单纯西药干预。中医药干预未发现严重不良反应。2.3纳入的73篇文献中,41.0%(30/73)的文献报告治疗过程中治疗组或者对照组的不良反应(ADR)或不良事件(ADE),可以反映研究者关注到使用药物的安全性。这些研究中,中药治疗组出现不良反应的种类少于对照组,如口干,便秘、恶心、腹胀、腹泻等,而大多数副作用报导数目出现少于对照组,可以看出中药是安全使用。结论:1.从经验总结方面,可以看到(1)从证候要素方面,频数分析显示提取的病性要素以气滞、气虚是主要要素;病位要素为脾、肝为主。(2)症状/体征方面,频数分析显示腹泻、脘腹痛、便溏三个症状频次较高,与临床常见的腹泻型肠易激综合征症状相近。类别主成分分析及聚类分析显示症状/体征属于肝郁脾虚为主的证候。(3)从药物来说,频数分析显示白术、白芍频次较高,与痛泻要方相近。类别主成分分析及聚类分析显示疏肝健脾,健脾温脾类中药是主要用药。2.从荟萃分析方面,(1)结果显示中医干预腹泻型肠易激综合征上有优势,主要方剂有疏肝健脾方剂,如痛泻要方。(2)分型后见肝郁脾虚证治疗腹泻型肠易激综合征上有优势,选药以白术、白芍、防风、陈皮为主,与痛泻要方用药相近;(3)治疗脾肾阳虚腹泻型肠易激综合征上有优势,选药以炒白朮、茯苓、附子、炙甘草为主,与附子理中丸用药相近,暂未搜寻到相关的荟萃分析。(4)从便秘型肠易激综合征的荟萃分析显示,辨证前后中药在治疗肠易激综合征上有优势,治疗方法主要有疏肝理气润肠等方剂,如六磨汤。综上所述,肝郁脾虚证是在肠易激综合征是常见的证型,本文首次对运用不含加减的药物的临床对照研究进行荟萃分析,证实中药治疗肝郁脾虚证腹泻型肠易激综合征有效,痛泻要方为主要方药,这在临床上值得重视辨证在治疗肠易激激综合征的阶段性作用。透过病案的统计分析,医家经验中脾肾阳虚型腹泻型肠易激综合征患者较为少见,而首次针对有脾肾阳虚型腹泻型肠易激综合征患者的临床对照实验,透过荟萃分析证实其有效性。白朮、茯苓、附子、甘草为主要药物,与较多实验研究提示附子理中丸在治疗肠易激综合征有作用的结果相符、提示阳气在肠易激综合征中的重要性,可加强对温阳药物的应用。


PSMA适配子—穿膜肽—siRNA靶向高效递送系统的建立及其功能验证

刁艳君

【学位授予单位】:第四军医大学

【学位授予年份】:2016


摘要:内容:目的:尽管RNA干扰技术已经被开发为前列腺癌治疗的新方法,但是体内应用时靶向特异地将治疗性siRNA递送至目标肿瘤组织仍然存在很大挑战。迄今为止关于siRNA递送的研究关注于改善递送靶向性和将siRNA跨膜递送至胞内,但是两者是两个相对独立的研究方向[39]。联合应用特异递送以及跨膜递送策略无疑较单一策略具有优势,但联合策略目前尚未见报道。此项研究的目的是通过递送策略的联合应用构建PMSA适配子-穿膜肽-siRNA靶向高效递送系统A10-STD-(sursiRNA),该递送复合体系旨在同时解决siRNA递送的特异性和高效性两个问题。方法:治疗性siRNA分子(sur-siRNA)针对survivin基因降低其表达发挥抑瘤作用。为改善递送特异性,选择适配子A10介导sur-siRNA靶向递送;为改善递送高效性,选择穿膜肽TAT-DRBD介导sur-siRNA跨膜;为了偶联两种策略,选择链霉亲和素SA-生物素系统进行偶联。首先用原核表达体系表达融合蛋白STD,发挥蛋白骨架功能。STD由链霉亲和素SA(S)、穿膜肽TAT(T)和双链RNA结合蛋白DRBD(D)三部分组成。然后STD通过SA与生物素标记的抗前列腺癌特异性膜抗原(PSMA)的适配子A10结合,以及通过DRBD与抗survivin基因的siRNA(sur-siRNA)结合。递送复合体建立后通过与无转染策略以及单一递送策略对照组进行比较,进一步在递送的靶向性、高效性以及抑瘤效能方面进行功能验证。结果:利用大肠杆菌原核表达系统(pET44b质粒/Rosetta-gami菌株)成功表达了SA-3TAT-DRBD(STD)融合蛋白。经验证通过两步低温条件下STD融合蛋白与A10及siRNA共孵育递送复合体A10-STD-(sur-siRNA)组装完成。经验证该递送复合体系能特异性靶向PSMA阳性的前列腺癌细胞或者组织,并能将有效地将sur-siRNA递送至LNCaP细胞系的胞质中。与其他常用siRNA递送试剂脂质体2000以及单纯靶向策略A10-(sur-siRNA)嵌合体比较,分别提高19.2%及59.9%的递送效率以及16.8%及26.1%的促细胞凋亡率。体内实验证明经尾静脉注射sur-siRNA,递送复合体组较其他两组能明显抑制肿瘤组织生长(p<0.001)。结论:治疗性siRNA的靶向高效递送系统A10-STD-(sur-siRNA)能特异性及高效性地将治疗性sur-siRNA递送至靶向肿瘤细胞,在体内应用时能有效抑制肿瘤生长,证明联合递送策略的有效性。该靶向高效递送系统作为一种siRNA递送的新型策略在前列腺癌siRNA治疗方面显示出广阔的应用前景。


亚精胺在缓解番茄低温胁迫及其信号转导中的作用

刁倩楠   

【学位授予单位】:沈阳农业大学

【学位授予年份】:2016

【摘要】:低温是影响作物生长发育和产量品质的一种主要限制因子。番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)属于喜温蔬菜,对低温敏感。多胺(PAs)是有生物活性的低分子量脂肪族含氮碱,广泛存在于植物体中,主要类型有腐胺(Put)、亚精胺(Spd)和精胺(Spm),大量研究发现,PAs能够参与到包括植物逆境响应等多种生理过程中。但关于PAs对番茄幼苗耐低温性和信号转导中的作用机制尚不清楚。本研究以低温敏感番茄品种'Moneymaker'为主要试验材料,研究了外源Spd对番茄幼苗耐低温性的影响;探讨了一氧化氮(NO)在Spd诱导的番茄耐低温性中的作用;分析了PAs与脱落酸(ABA)在番茄响应低温胁迫中的相互作用机制;以及低温下Spd诱导的促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)、NO和过氧化氢(H2O2)在抗氧化防御反应中的相互关系。以探明PAs提高番茄低温抗性的生理机制,验证PAs在信号转导中的作用,所得主要结果如下:1.15/6℃低温条件下,利用外源喷施Spd处理低温敏感型番茄'Moneymaker'幼苗叶片。结果表明,外源Spd能够缓解低温胁迫对番茄幼苗生长和干鲜重的抑制作用。低温胁迫下喷施Spd明显增加番茄叶片中PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)、脯氨酸和可溶性糖的含量;减少丙二醛(MDA)、H2O2含量和超氧阴离子(O2-)的产生速率。另外,施用Spd能够提高番茄叶片中内源游离态和结合态Spd和Spm的含量,增加精氨酸脱羧酶(ADC)、鸟氨酸脱羧酶(ODC)、二胺氧化酶(DAO)和多胺氧化酶(PAO)的活性。Spd能够诱导低温胁迫下番茄叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性显著提高。外源Spd施用后,可使低温胁迫下番茄叶片中抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和单脱水抗坏血酸还原酶(MDHAR)的活性显著增强,且明显提高了抗坏血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)含量,以及ASA/DHA和GSH/GSSG。说明外源Spd通过增加可溶性物质含量,调控内源多胺代谢,诱导活性氧(ROS)清除系统来提高番茄幼苗的耐低温性。2.以'Moneymaker'为供试材料,置于4℃低温下,外源喷施Spd及不同抑制剂发现,Spd通过诱导NO的产生来提高番茄幼苗的耐低温性。低温胁迫下应用Spd处理后,能显著增加番茄叶片中NO的含量,MGBG(Spd合成抑制剂)和PTIO(NO清除剂)处理显著降低了Spd诱导的NO含量。L-NAME(一氧化氮合酶抑制剂)和Tungstate(硝酸还原酶抑制剂)处理使低温胁迫下Spd诱导的NO含量显著下降。说明低温胁迫下番茄叶片中Spd诱导产生的NO是通过NR(硝酸还原酶)和NOS-like(一氧化氮合酶)途径实现的。外源Spd处理能明显提高低温胁迫下番茄叶片中H2O2的含量,外源DPI(NADPH氧化酶抑制剂)和DMTU(·OH和H2O2清除剂)导致番茄叶片中H2O2的含量明显降低。低温胁迫下,DPI和DMTU预处理能使Spd诱导的NO含量明显下降。应用PTIO, L-NAME和Tungstate对低温胁迫下番茄幼苗叶片中Spd诱导的H2O2几乎没有影响。因此,在低温胁迫下Spd诱导的抗冷性信号途径中,H2O2可能位于NO的上游。3.与常温对照相比,低温胁迫(4℃)显著降低了番茄叶片中Fv/Fm,提高了电解质渗透率,低温胁迫下外源Spd能够明显增加Fv/Fm和降低电解质渗透率。而用L-NAME, Tungstate和PTIO处理后,Spd的诱导作用被明显抑制。说明Spd诱导的NO在番茄耐低温性中发挥重要作用。低温胁迫下添加Spd能够明显提高番茄叶片中SOD等抗氧化酶的活性以及相关基因的表达,施用NO抑制剂和清除剂显著降低番茄叶片中Spd诱导的抗氧化酶活性和相关基因的表达。因此证明,Spd诱导产生的NO能通过影响抗氧化酶相关基因的表达来诱导番茄幼苗中抗氧化酶的活性,从而提高番茄植株的耐冷性。4.4℃低温下,采用外源Put及D-Arg(Put合成抑制剂)喷施番茄'Moneymaker'幼苗叶片,结果表明,低温胁迫诱导番茄叶片中ABA的积累。外源Put显著诱导了胁迫条件下ABA的积累,而外源D-Arg(Put合成抑制剂)明显抑制了Put的诱导作用。另外,低温胁迫能显著提高番茄叶片中NCED1(9-顺-类胡萝卜素双加氧酶)的表达量,外源Put诱导NCED1的积累,D-Arg处理显著抑制了Put诱导的1CED1表达量的增加。与对照相比,外源D-Arg显著增加番茄叶片中的电解质渗透率,而这种作用能够被外源ABA所抑制。说明ABA可能参与到Put诱导的低温敏感型番茄幼苗的低温响应中。5.为了进一步验证低温胁迫下ABA与Put之间的关系,以ABA合成缺陷缺失突变体(Sit)及其野生型番茄品种(RR)为试材,4℃低温处理24h。结果发现,低温处理能够诱导野生型番茄叶片中内源Put,Spd和Spm含量增加,突变体番茄叶片中Put含量在低温处理下明显提高,而Spd和Spm的含量与对照相比有所下降。无论在野生型番茄中还是突变体番茄中,低温处理都能诱导ABA和Put的积累,并且在野生型番茄中Put的积累量高于突变体番茄中。外源施用ABA或者Put对常温下两种番茄叶片中内源ABA和Put的含量几乎都没有影响。低温下施用ABA增加两个番茄品种中内源ABA的含量;而外源ABA处理降低了野生型番茄中Put的含量,对突变体番茄中Put的产生几乎没有影响。低温胁迫下,外源Put增加了突变体和野生型番茄叶片中Put和ABA的含量。常温下施用ABA和Put对两种番茄叶片中电解质渗透率没有明显作用。应用ABA或者Put到低温下的野生型番茄中,能显著抑制低温诱导的电解质渗透率的升高。对于突变体番茄,外源ABA能够缓解低温诱导的电解质渗透率的增加,而Put处理没有这种效果。说明在两种番茄中,ABA对低温胁迫的响应不依赖Put途径。外源Put通过诱导内源ABA含量的增加,进而增强野生型番茄幼苗的耐低温性,但是,外源Put诱导产生的ABA不足以缓解低温胁迫对突变体番茄造成的影响。6.4℃低温胁迫下,外源喷施Spd及不同抑制剂处理'Moneymaker'幼苗叶片发现,外源施用Spd能显著提高MAPK1,2,3,4,6,16基因的转录水平,PD98059和U0126(MAPK抑制剂)处理显著降低Spd诱导的作用。低温胁迫下外源Spd处理显著增加番茄叶片中的Fv/Fm、SOD、CAT、APX和GR基因的表达以及酶的活性,而这种诱导作用明显被PD98059和U0126所降低。表明MAPK能参与到Spd诱导的番茄幼苗耐低温性中。7.外源施用H202和SNP(NO供体)能够诱导低温胁迫下番茄叶片中SOD、CAT、APX和GR的活性及其相关基因表达的上升,而使用MAPK抑制剂处理后,番茄叶片中的抗氧化酶活性及其基因表达明显低于单独H2O2和SNP处理。另外,MAPK抑制剂能显著降低Spd诱导的H2O2产生,而对NO的含量几乎没有影响。说明在Spd诱导的抗氧化防御反应中,NO可能位于MAPK的上游,而MAPK与H2O2之间能够产生相互作用。


发动机温差发电器系统性能特性及结构优化方法的研究

刁海

【博士学位授予单位】天津大学

【博士学位授予年份】2016

摘要:汽车发动机70%的能量以热能的形式散发到周围环境中,并没有形成有效做功,发动机余热能回收再利用的节能潜力巨大,将发动机的余热能回收后再利用,可以有效地降低油耗、提高总能效率和减少有害物质的排放。温差发电是一项古老而又全新的节能环保技术,利用热电材料直接将热能转化为电能的特性,具有体积较小、重量轻、工作寿命长、工作无噪声、无磨损不需要维护等优点,在车用发动机上具有广阔的应用前景。本文通过实验对温差发电器(Thermoelectric Generator,TEG)进行了基础性研究,探究了温差发电器的工作原理,基于实验数据支撑,建立简单的一维模型和仿真的三维数值模型,通过模拟仿真计算深入挖掘并探索了深层工作机理,研究温差发电器内部传热过程和热电转换过程,并进行参数化材料特性研究。在基础性实验和数值模拟的基础上,针对单一材料的温差发电器热电转化效率不高的情况,研究基于分段比例的分段式TEG单元综合设计方法。另外,还重点研究了排气通道和冷却通道结构对发动机温差发电器(Engine Exhaust-based Thermoelectric Generator,ETEG)系统性能的影响,建立一台六缸涡轮增压柴油发动机的ETEG系统数值仿真模型,对排气通道、冷却通道和ETEG系统进行了耦合数值模拟计算,研究排气通道和冷却通道的结构优化设计,以及空冷和水冷2种冷却形式的冷却通道结构优化设计。论文主要内容如下。(1)搭建温差发电器基本性能实验系统,利用实验方法了解温差发电器的性能特性。研究冷却方式、冷源温度、热源温度、负载电阻、电流等因素对温差发电器性能的影响,熟悉温差发电器和热电材料的基本性能,为后续研究工作寻求实验数据的支撑和验证。(2)利用一维模型结构简单、灵活性好、计算量小、计算效率高的特点,对温差发电器和发动机排气通道进行一维计算;基于守恒方程和边界条件创建后续研究所使用的基础三维TEG单元模型,进行仿真三维模拟计算。模拟计算与实验结果进行验证,了解温差发电器的几何结构、排气特征和不同边界条件等对温差发电器性能的影响。(3)现阶段温差发电器的主要问题是热电转换效率偏低,限制了温差发电器的广泛应用。发动机余热回收系统中冷热端存在巨大的温度差,几乎没有一种材料可以在这样大的温度范围内有效工作,分段的TEG设计是解决这一问题的有效途径。本文通过功率因子和效率因子来确定两种不同热电材料组成的温差发电器的最佳温度范围,针对不同的设计要求和工作条件,提出分段式TEG单元的综合设计方法,并通过三维模型的模拟计算加以验证,证实该方法可以作为快速、准确设计不同热电材料分段式TEG单元的有效工具。(4)排气通道的温度分布决定ETEG系统中TEG模块的热端温度,而热端温度直接决定冷热端的温度差,进而影响着温差发电器性能。本文全面地研究排气通道尺寸、排气通道数量、导流片数量、导流片角度等排气通道的几何结构参数对热量分布、热电转化特性和ETEG系统工作性能的影响。基于数值计算和研究分析的结果,对ETEG系统排气通道的优化设计提供详细的合理化建议。(5)冷却通道的温度分布决定ETEG系统中TEG模块的冷端温度,冷端温度直接决定冷热端的温度差,从而影响着温差发电器性能。本文全面地研究空气冷却和液体冷却2种冷却方式的冷却效果,研究了不同冷却方式的流向、进口流速、导流片数量、导流片安装位置、导流片安装角度等对ETEG系统工作性能的影响。基于数值计算和研究分析的结果,对ETEG系统冷却通道的优化设计提供综合性的合理化建议。



心电信号质量评估与心率变异性分析方法研究

刁晨

【博士学位授予单位】兰州理工大学

【博士学位授予年份】2016

摘要:心率变异性信号蕴含着丰富的心血管系统生理和病理信息,被广泛用于自主神经系统功能的定量评估。众所周知,心率是自主神经系统协调控制的结果,心血管疾病、生理状态、生活压力对自主神经系统的调控有很大的影响。提取心率信号,识别与疾病相关的异常心率信息,对于心血管疾病的早期预警有着重要的意义。然而,心电信号在采集过程中不可避免地受到噪声污染,造成心率信号提取精度下降。因此,心电信号质量评估是心率信号分析的重要环节。本文主要围绕心电信号质量评估和心率变异性分析方法两个方面展开深入研究,主要工作如下:1)针对多导联心电信号质量评估,提出了多导联心电融合算法。算法中,利用局部加权线性预测基本思想对多导联心电信号实施融合。为了有效保留多导联心电信号的质量特征,模糊推理系统被设计用于加权值估计。实验结果表明本文所提算法能够对拟合心电信号和实际心电信号实施有效融合。研究中,使用相空间重构理论和量化递归分析对心电信号质量特征进行提取。通过实验结果分析,最终选取递归度、确定性和熵三个指标作为信号质量特征参数。2)为了对心电信号质量实施有效分类,本文提出了基于局部投影距离的谱聚类算法。在算法中,定义了局部投影邻域,该区域是任意两数据点所构成的局部邻域,邻域内数据点投影到两数据点间的直线。利用投影点之间的欧几里得距离,数据局部空间结构便能被该数据之间相似度很好地描述。根据数据点间的结构信息,对投影距离进行压缩或者拉伸,从而获得亲和矩阵。通过对拟合数据、实际数据和图像的聚类实验结果说明基于局部投影距离的谱聚类算法具有较好的算法性能。3)为了检测心电信号中的R波,本文提出了一种能够自适应地将信号分解为一系列调幅-调频分量的改进总体局部均值算法。面对低分辨率信号,总体局部均值算法在信号分解过程中常出现信号的模式混叠,从而难以在调幅-调频信号中提取有用信息。本文提出了一种基于三次样条插值的总体局部均值算法,通过对数据点插值处理从而提高了信号的分辨率。实验结果表明本文所提算法能够有效克服信号的模式混叠,进而提取到心电信号特征信息。因此,本算法性能优于局部均值算法和总体局部均值算法。4)本文提出了基于改进的总体局部均值算法的R波检测算法。算法中,R波的检测分为三个过程:信号预处理阶段、特征提取阶段和决策阶段。利用MIT心律不齐数据库对本算法性能进行评估,实验结果表明所提算法能够有效实现心电信号R波的检测。5)对于心率变异性分析,庞加莱散点图对心率变异信号的非线性动力学特征描述不足。本文提出了三维庞加莱散点图,在原散点图基础上充分利用了散点间内在联系,从而进一步提高了庞加莱散点图对非线性系统的描述能力。将三维庞加莱散点图分别用于健康人、冠心病患者和充血性心力衰竭患者的RR间期序列分析。实验结果表明三维庞加莱散点图对于上述三类人群的心血管系统具有较好的描述能力。


基于引力搜索算法的静动态优化问题研究

刁鹏飞

【博士学位授予单位】哈尔滨工程大学

【博士学位授予年份】2016

【摘要】在科学研究和实际工程中,广泛存在着诸如生产调度、资源分配、优化设计等大量的复杂优化问题,可分为静态优化问题和动态优化问题。通过设计相应算法求解静动态优化问题进而获得最优的调度方案、参数设置以及最优的控制策略,能够为生产生活带来巨大的经济效益。随着优化问题逐渐复杂化,算法求得问题最优解的难度也将逐渐增大,因此对静动态优化问题求解算法的研究受到了学术界和工业界的广泛关注。通过对目前静动态优化问题进行分析可知,当前静态优化问题的求解难点在于:(1)当解空间维数较高、存在多个局部极值解且目标函数较复杂时,算法在寻优过程中易陷入局部最优且收敛速度较慢;(2)随着目标空间维数的增大,彼此冲突的目标函数使待优化问题不存在唯一最优解,只能通过折中处理的方式得到一组互不支配的解集,因此算法较难得到收敛精度高、分布性好的最优解集。动态优化问题的目标函数随时间变化,因此要求算法既要具备监测环境变化的能力,又要具备在环境变化后快速搜索到当前最优解或最优解集的能力。由于进化算法在求解静动态优化问题时不受问题的性态、数学模型及初始条件的限制,且对非确定信息的处理能力较强,在处理大规模、高度非线性、不可微或不连续、多峰以及没有明确数学形式的优化问题具有独特的优势。因此本文将采用目前进化算法中优化能力较强的引力搜索算法,对静态单目标问题、静态多目标问题、动态单目标问题和动态多目标问题展开理论研究,并利用本文提出的算法解决实际当中存在的优化问题。论文的主要研究内容包括以下五个部分:第一,针对现有静态单目标算法在求解静态高维复杂单目标问题时存在易陷入局部最优、收敛速度慢等问题,提出基于混合策略的静态单目标引力搜索算法。首先,提出个体自身进化策略,通过计算粒子在两轮迭代中的进化程度,对符合条件的粒子执行相应的进化操作,以提高种群的寻优速度;其次,采用一种方向性的变异策略,即在种群进化的不同阶段,对粒子施以变异策略,以权衡种群的多样性和收敛性,防止种群陷入局部最优。仿真实验结果表明,改进算法在求解静态单目标问题时的解集收敛精度和收敛速度均有所提高。第二,针对现有静态多目标算法所求解集的收敛性及分布性均有待提高的问题,提出基于分解技术的静态多目标引力搜索算法。首先,提出一种权重自适应生成策略,通过预测前沿面的凹凸性生成相应的权重向量,使权重向量与理想前沿面的焦点均匀的分布在理想前沿面上,以提高所求解集的分布性;其次,提出多种群串行搜索策略,采用引力搜索算法依次搜索分解后的各子问题,每个子种群基于相邻种群得到的最优解初始化种群,以提高算法的收敛性;最后,采用一种解集删减策略,通过比较相似解在目标空间上的加权值删除较劣解,均衡解集的收敛性和分布性。仿真实验结果表明,改进算法在求解静态多目标问题时,具有较好的解集收敛性和分布性。第三,针对现有动态单目标算法求解精度有待提高的问题,提出基于多种群的动态单目标引力搜索算法。首先,采用引力搜索算法以多种群串行搜索的方式搜索各局部最优解,且各子种群基于已寻峰初始化种群,并在搜索过程中通过距离判决策略终止种群的重复搜索,以降低其带来的计算开销,提高算法对各局部最优峰的求解精度;其次,提出一种新的环境监测策略,通过计算并比较搜索到的各个局部极值解在不同时间内的变化情况,监测问题的变化并做出响应;最后,引入一种对已寻峰的追踪策略,即当环境变化后,通过在已寻峰周围生成新种群,缩小子种群的搜索区间,提高环境变化后算法对最优解的求解速度及求解精度。仿真实验结果表明,改进算法在求解动态单目标问题时,能够随时间变化得到精度较高的解。第四,针对现有算法在求解动态多目标问题时,平均收敛性和平均分布性都有待提高的问题,提出基于分解技术的动态多目标引力搜索算法。首先,引入第三章提出的基于分解技术的静态多目标引力搜索算法,使种群在环境变化前搜索到收敛性及分布性都更优的非支配解集;其次,提出一种混合预测模型,该模型根据相邻子问题最优解的相似性以及相似权重向量在环境变化前后对应最优解的相似性,预测最优解集的变化,从而缩小环境变化后算法对最优解集的求解区间,提高算法搜索速度。仿真实验结果表明,改进算法在求解动态多目标问题时,能够随时间变化得到收敛性和分布性都较好的非支配解集。第五,结合本文提出的静态优化算法求解实际当中的优化问题。(1)针对现有多聚焦图像融合算法的图像融合质量有待提高的问题,提出一种基于区域特征的多聚焦图像融合算法。该算法通过对比两幅图像局部区域的空间频率,提取融合图像清晰度较高的区域,再采用脉冲发放皮层模型融合剩余图像,并采用第三章提出的静态单目标算法设置模型中的参数。实验结果验证了所提算法的有效性。(2)针对三维有向传感器网络的覆盖率有待进一步提高的问题,提出一种新的网络覆盖增强算法,采用第三章提出的静态单目标算法优化网络节点的仰俯角和偏转角从而减少重叠覆盖,提高网络覆盖率。实验结果验证了所提算法的有效性。(3)针对陆地异构无线传感器网络的节点能耗差异大、网络生命周期有待提高的问题,提出一种新的路由算法以及基于能量差异的分簇算法。该算法以簇头节点的能耗差异为目标函数,建立数学优化模型,并采用第三章提出的静态单目标算法优化簇头节点的拓扑结构,然后根据簇头节点和普通节点的理想生存周期,对普通节点进行分簇。实验结果验证了所提算法的有效性。(4)针对水下无线传感器网络的工作寿命有待提高,其网络覆盖率有待进一步增强的问题,提出一种基于节点休眠的覆盖保持分簇算法。首先计算节点的覆盖冗余度,在保证网络覆盖率的前提下休眠冗余度较高的节点。然后以网络覆盖率和均衡节点能耗为目标,采用第三章提出的静态多目标算法加以优化,对求得的非支配解集采用TOPSIS法选择较优解,当有节点死亡时,采用唤醒策略保持网络覆盖率。实验结果验证了所提算法的有效性。


神华CCS示范工程场地储层表征与CO2运移规律研究

刁玉杰

【博士学位授予单位】中国矿业大学(北京)

博士学位授予年份】2017

摘要:全球气候变化已严重威胁着人类赖以生存的地球环境,减少CO2排放予以应对是世界各国保证可持续发展面临的共同挑战。CO2捕集与封存(Carbon Capture and Storage,CCS)技术已被公认为应对全球气候变暖的有效技术手段之一。而CO2地质封存场地储层表征与建模,以及CO2运移规律的预测是实际封存工程可行性和安全性评价的重要工作。但是,欲实现CO2地质封存,需满足压力大于7.38 MPa、温度大于31.1℃,即理论封存深度大于800 m。深部地质结构的复杂性、勘探程度与室内物理模拟实验条件限制,给储层表征与地质建模带来了挑战。同时,如何通过多源的深部监测数据来校正数值模拟结果以科学地预测CO2运移规律,也是目前研究中面临的问题。神华CCS示范工程位于内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗,是我国唯一的深部咸水层CO2地质封存项目。示范工程于2011年5月9日实施灌注,截止2015年4月,已成功完成CO2 30.2×104 t的设计注入目标,且持续的―地下—地表—大气‖监测结果表明,封存场地未发现CO2突破主力盖层并发生泄漏。本文即针对神华CCS示范工程封存场地,基于高分辨率层序地层分析与测井约束地震反演技术,预测CO2储层流动单元地层属性;通过地层环境下CO2驱替咸水物理模拟实验,获取毛管压力和CO2-水相对渗透率曲线;开展场地储层表征与三维地质建模,结合时移垂直地震剖面(VSP)与井下监测数据对比,开展关井后CO2运移规律数值模拟研究,为封存工程后期深部监测方案优化与安全性评估提供支撑。本文研究的主要内容如下:(1)基于已有的区域地质、地球物理勘探、钻探及实验测试资料,系统开展了神华CCS示范工程封存场地区域地质特征研究。研究认为封存场地总体构造平缓,注入井及周边无层间解释断裂的存在,且历史地震活动性较低,鄂尔多斯盆地稳定的克拉通基底有利于封存工程的长期安全性。封存场地深度16002500 m内发育了山西组、石盒子组、石千峰组、刘家沟组等厚层的砂岩和马家沟组碳酸盐含水层,总体地下水交替缓慢,基本处于滞留状态,总溶解固体(TDS)含量较高,可作为CO2储集层。(2)基于高分辨率层序地层分析方法,进一步精细划分了场地CO2地质封存储盖层。封存场地地质调查勘查各项数据的差异性,以及陆相地层沉积的强非均质性,使得CO2储层流动单元预测更加复杂。本文在已有地质分析基础上,综合场地区域地质、地球物理、钻井录井、测井及室内实验数据,识别了长期、短期和中期基准面旋回,将马家沟组顶部—和尚沟组划分为七个长期旋回,建立了纸坊组—马家沟组的高分辨率层序地层格架。并进一步结合CO2地质封存储盖层划分一般标准,以及注入井射孔层位,初步在刘家沟组底部、石千峰组上部、石盒子组中下部和马家沟组上部划分出五套含水层组,即为示范工程五套较好的CO2地质封存储集层。本溪组底部发育的残积成因的铝土质页岩,对下伏马家沟组咸水层具备良好的封盖作用;上石盒子组和石千峰组中部发育厚层的泥岩和粉砂质泥岩,亦能作为较好的封盖层;刘家沟组中上部和和尚沟组整体以泥岩和砂质泥岩为主,是范工程的有效盖层。(3)结合封存场地CO2实际射孔层位,预测了CO2储层流动单元地层属性,以及时移地震剖面上的CO2历史运移与分布饱和度。为研究CO2地下运移规律,神华CCS示范工程封存场地开展了三期时移VSP地震监测,分别在2011年CO2注入前、2013年8月底和2014年11月底重新完成了VSP资料采集。本论文利用2011年L1线,2013年L2、L3和L4线二维VSP数据,开展了CO2储层流动单元岩性与物性预测。同时,针对数据较可靠的L1地震剖面,利用流体置换正演模拟方法,预测了CO2历史运移与分布饱和度。储层流动单元是指具有相似沉积特征、成岩特征、岩石物理性质和流体渗流特征的地质体。CO2储层流动单元预测主要根据已有钻探、测井、VSP地震资料及其它测试资料,通过井震标定建立地质到地震的时深关系和波组特征;基于已有的测井曲线和岩性资料进行岩石物理分析,开展岩—电敏感性分析及交汇分析,并利用合成的拟声波曲线来区分岩性,进而利用测井约束反演方法进行岩性反演。孔隙度反演则主要是通过声波曲线(DT)和孔隙度曲线构建拟声波曲线来预测的;渗透率反演是在孔隙度预测结果上,通过井上孔隙度与渗透率拟合关系来达到预测目的。预测结果表明,整体上,刘家沟组砂体厚度较厚,夹杂薄层泥岩。随深度的增加,石千峰组和石盒子组地层,泥质增加,主要为砂泥互层,尤其上石盒子组泥岩较发育,马家沟组主要发育碳酸盐岩。砂岩储集体孔隙度主要分布在10%18%左右。岩性剖面上,刘家沟组底部、石千峰组上部、石盒子组中下部孔隙度较高,孔隙度在9%15%左右,局部砂体孔隙度达到18%。渗透率整体较低,目标储层渗透率一般为1020 mD。利用地震波速度差异值来预测CO2历史运移与分布饱和度取得了较好的效果,结果表明,在L1地震剖面上,刘家沟组、石千峰组、石盒子组CO2分布饱和度变化较明显。CO2整体由注入井向西北方向运移扩散,东南方向因砂体规模较小,运移距离扩散不大,但饱和度明显增加。其中,刘家沟组砂体厚度大,吸收CO2多;石盒子组砂体薄但相对渗透性好,吸收CO2量少但运移距离相对较远。(4)利用原状岩心和实验室制备的地层水,开展了主要储层岩样在地层环境下毛管压力和CO2-水相对渗透率实验测试研究。储层毛管压力和CO2-水相对渗透率是评估储层可注入性、模拟CO2运移规律必不可少的重要参数。本文根据钻探获取的主要咸水水质测试数据,重新在实验室制备了地层水样;并选择示范工程封存场地主要储层的典型原状岩心样品,利用毛管压力测试仪器和核磁共振CO2地质封存实验系统开展了地层环境下,主要储层的毛管压力和CO2-水相对渗透率实验。试验结果对比表明:同一毛管压力作用下,石盒子组岩样的含水饱和度最小,其次为刘家沟组和石千峰组;刘家沟组中CO2-水相对渗透率最大,石千峰组和石盒子组岩样的CO2-水相对渗透率较低。(5)运用PETREL软件,利用角点网格剖分和克里金插值方法,开展了封存场地储层表征与三维地质建模。储层表征通过揭示地质体的本来面目,为准确建立地质模型、开展数值模拟和分析提供所需的地质数据。与国外挪威Sleipner等商业封存工程相比,神华CCS示范工程封存场地因其深部地质条件、勘探技术与监测技术应用等特殊性,给储层标准与三维地质建模方面带来了较大的挑战。本文充分基于场地地质研究、地球物理解译与CO2储层流动单元预测结果,运用油气地质较成熟的PETREL软件,利用角点网格剖分与克里金插值方法,构建了封存场地更可信的三维地质模型,以期为CO2运移规律的数值模拟研究提供支撑。模型范围为以中神注1井为中心的5 km×5 km的区域,其中1 km×1 km范围内有测井约束VSP地震数据控制,可信度较高,且与已有地质分析、地球物理解译吻合程度较高。(6)利用数值模拟技术,结合时移VSP与井下监测数据对比校正,开展了CO2运移规律预测研究。在地质封存过程中,CO2运移扩散及饱和度分布特征直接关乎示范工程的安全性。由于时移VSP地震等深部监测技术成本高、CO2注入量小监测效果不明显,以及地质封存的长期时间尺度等原因,都决定了需要借助于数值模拟技术来预测CO2运移规律,了解CO2羽流、溶解封存量等规律随时间的变化。本文在三维地质建模基础上,进一步优化了模拟模型网格,融合了毛管压力和CO2-水相对渗透率曲线的实验数据,设定了温度、压力、含盐成分等主要参数。结合示范工程实际CO2灌注记录、时移VSP地震与工程井下监测数据,利用ECLIPSE 300模拟器对CO2运移规律进行了数值模拟研究,结果表明:CO2羽流在空间分布上由注入井向西北方向运移为主,自2014年11月直至关井20年后,平面扩散不大,以石千峰组上部CO2运移距离最远,西北—东南方向半径最大约1000 m,东北—西南方向半径最大约750 m;刘家沟组和石千峰组上部吸收了80%以上的CO2,且刘家沟组分布饱和度下降较快,关井20年后,CO2分布饱和度整体低于55%;CO2注入期间,井底压力与CO2注入速率的变化保持一致,并将在关井后随着CO2饱和度的降低而不断降低;随着时间的推移,最终将有三分之一的CO2溶解在地层水中。本文在以下几个方面取得了一定的创新:(1)通过高分辨率层序地层分析和测井约束地震联合反演,对原有地球物理数据进行了进一步解释,补充了岩性、孔隙度和渗透率等地层属性,并精细划分了神华CCS示范工程封存场地CO2储盖层,总结了CO2储层流动单元预测方法。(2)利用封存场地原状岩样和实验室重新配置的地层水样,首次获取了主要储层的毛管压力和CO2-水相对渗透率曲线,以支撑CO2运移规律数值模拟研究。(3)首次利用封存场地时移VSP地震监测数据,利用流体置换正演方法,预测了主要地震剖面CO2分布饱和度特征。(4)构建了新的神华CCS示范工程封存场地三维地质模型,并基于该地质模型开展了CO2运移规律的数值模拟,模拟结果与时移VSP地震与井下监测结果吻合较好,进而预测了关井后的CO2运移规律。


论司法公信的实现——以法律话语与意识形态的融通为视野

刁芳远

【博士学位授予单位】吉林大学

博士学位授予年份】2017

摘要:司法公信作为人民群众对司法活动的主观评价,直接影响到社会秩序的型塑与社会信任的整合,而我国从传统到现代的转型由于缺乏自生自发的内在逻辑,导致社会信任与政治信任都存在一定缺失,在这种情形下,研究司法公信的实现具有重要意义。首先,从政治层面来看,2017年党的十九大报告指出我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾,(1)人民美好生活的增量部分主要是民主、法治、公平、正义、安全、全面而自由的发展等,(2)这表明我国政权的合法性基础已经从稳定温饱的生活秩序转变为公平正义的社会秩序。作为社会正义的最后一道防线,司法能否“让人民群众在每一个司法案件中感受到公平正义”,直接关系到民众的政治信任,司法公信由此具备了深刻的政治意义。第二,从社会层面来看,网络信息的传播与公共理性的发育使公民越来越关注政治参与和正义实现,社会话语作为与政治话语相对而生的话语类型逐渐在信息下放过程中获得了话语权,民众以此言说正义、表达诉求。司法环节独有的开放程序与公正面向使其成为民众表达诉求的正规途径,国家与社会据此逐渐形成有组织、有制度的规则化沟通,司法公信由此具备了鲜明的社会意义。第三,从法律层面来看,我国的法律文本与司法制度大量引自西方法治发达国家,域外资源与本土传统不可避免产生紧张,而且西方法治资源依托的政治理念异质于我国的政治制度。我们应该在司法领域中通过法律话语融通政治意识形态与民意或公共理性,构建中国特色社会主义司法制度,司法公信由此具备了现实的法律意义。正是基于司法公信的时代意义与政治功能,我党对司法公信、司法公正给予高度重视,多年来持续通过政治决策推动司法改革,司法公信在政治话语体系中占有越来越重要的地位。但与“永远在路上”的司法改革形成对照,我国的司法公信力仍有待于提升,民意与司法的冲突不时出现,而且民众的评判对象不仅指向司法程序中的法律话语,更隐然指向法律话语背后的意识形态。不同于西方国家的司法超然,我国现代司法制度自建立之日起就被打上了深深的政治烙印,具有强烈的意识形态色彩,当司法公信受到意识形态影响时,理论界基于法律确定性与司法中立性的考虑,发出“去政治化”的主张,要求司法程序独立自治。然而,无论是从国情出发,还是遵循司法规律,我们更应该致力于探索如何在司法领域中既履行政治使命,回应社会需求,又实现公平正义,保证法律的确定性。这正是本文的研究目的。事实上,围绕着法律的确定性主题,国内外学术界持续不断地进行着研究。在西方,自然法学派、实证法学派、社会法学派等学术流派针对法律系统的开放与封闭问题展开了激烈持久的争论。近世以来的社会实践表明法律系统包括司法程序不可能全然脱离社会环境孤立存在。在“自治型法”向“回应型法”演变过程中,关于司法程序对社会问题的回应是否遵循了法律的价值原则又引发了新争论。批判法学派与现实法学派包括后现代法学流派都指出了司法判决中的意识形态因素,认为潜藏的意识形态有损司法公正,前述理论所持的批判视角对保持法律确定性问题起到了启发作用。与国外的研究相对照,我国理论界关于司法公信的研究成果丰富又卓著,围绕司法程序的完善、司法制度的构建、司法理念的变迁等问题发表了众多深刻独到的见解,但现有研究大多着眼于司法程序的内部构造,较少选取外部视角,即使有研究从司法与政治的关系入手,也多注重二者的冲突,未能将其置于法律话语与意识形态融通的视野之下。本文以司法公信为研究对象,以法律话语与意识形态的融通为研究视野,以司法公信的实现为基本进路,以民意与司法的冲突为切入点,综合运用法哲学、法律社会学与历史研究的方法,反思我国司法公信力不高的原因,通过指出司法公信融通意识形态与民意面临的关键问题,参考卢曼系统论法学的理论阐述,提出司法公信的实现条件。围绕主题,本文从六个方面进行了层层深入的论述。首先,通过对民意与司法冲突的具体考察,指出民意与司法冲突的主要原因在于意识形态的司法越界。通常人们容易将民意与司法的冲突原因归结于民意的偏颇与不理性。但实践中的典型案例表明,民众不满司法判决的主要原因是意识形态的司法越界导致司法判决违背了通行的法律准则和道德认知。当法律话语未能传输正义而是为判决背后的意识形态作法律证成时,就会导致一系列司法乱象。第二,以“意识形态应如何与法律话语相关联”为问题导向,对法律话语与意识形态的理论内涵进行阐明,对二者的融通路径进行建构。虽然法律话语与政治话语分属不同的话语类型,但政治意识形态与法律意识形态的相通性使二者在意识形态层面具有融合的可能性。只是作为以政治话语为载体的意识形态,在通过司法程序追求民众精神层面的政治主导时,应该通过法律创制、司法政策、司法衡量、司法调解等规范路径。第三,以法律话语与意识形态的融通路径为理论依据,分析了我国革命意识形态视域下的“司法政治化”改革缘何导致法律虚无主义。通过回顾革命根据地与建国初期的司法改革,指出司法过程的全面政治化虽然有效满足了当时的政治需要,但却使司法制度和司法活动陷入法律工具主义的泥潭。虽然进行了一系列司法正规化建设,但政治权力对法制需求的减缓仍然使法律虚无主义盛行。第四,在揭示法律虚无主义历史教训的基础上,分析了我国改革意识形态视域下的司法专业化改革为何发生政治转向。改革开放以来,我国改进了执政党对司法工作的领导方式,开始了司法的专业化改革。但由于以“司法”和“法院”为中心的司法改革不能有效回应社会矛盾,致使司法改革发生政治转向,由此法律人担忧司法正义的折损。需要注意的是,将“司法政治化”与“司法政治性”混为一谈的理论误区不仅不利于我们解决问题,而且使许多问题复杂化。司法领域意识形态的存在是必然的也是必要的,关键是如何实现司法政治化与司法专业化的均衡。第五,保持“司法政治性”,同时避免“司法政治化”,这就需要在司法程序中发挥法律话语的主导地位,通过法律话语融通意识形态与民意或公共理性。目前在该问题上有两点需要认真对待:一是党的领导与司法权威的统一,二是司法权威与传统权威的统一。我国大众话语的兴起已经形成对政治话语的挑战,而法律话语正在成为融通意识形态与民意的良性媒介,司法公信由此具备了政治意义。但我们一方面需要完善党支持司法的领导方式,另一方面需要融合司法权威与传统权威。第六,针对前文提出的“如何在司法程序中发挥法律话语主导作用”的问题,本文参考卢曼系统论法学中关于法律演化的理论阐述,保持政治系统与法律系统的结构性关联,以此为理论前提,明确了实现司法公信的六个必要条件。根据卢曼的社会系统理论,法律系统是社会中一个独立的功能系统,法律之所以能在社会变革中保持稳定都依赖于政治系统的支撑,二者之间的联系属于结构性联系。所以实现司法公信必须要实现审判独立、司法中立、司法公正、司法公开、司法廉洁、司法效率,必须面向“有规则的政治”推进司法改革和法治改革。最后,总结全文得出研究结论,并提出开放性问题。司法程序不能脱离意识形态的政治导向,但基于法律确定性与实现司法公信的考量,应保证司法程序的独立性,保持政治系统与法律系统的结构性联系。另外,对“司法感受”的把握须注意遵循司法原则,避免陷入任意性与世俗性。


慢性HBV感染中MagT1介导的NK和CD8~+ T细胞功能耗竭的分子机制研究

刁波

【博士学位授予单位】第三军医大学

博士学位授予年份】2017


摘要:研究背景乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus,HBV)是最为常见的传染病原之一,严重危害人类身体健康。WHO数据显示,全球慢性感染HBV病毒的患者高达2亿以上,病毒性肝炎在世界人口死亡原因中持续位列第七。中国人口中HBV病毒感染人数高达近1亿,居世界第一。抗病毒治疗和乙肝病毒特异性清除等乙肝治疗方式均是以有效清除肝细胞中HBV-DNA为治疗目标。HBV病毒感染后病情迅速发展,逐渐发展为慢性乙型肝炎,再随着病情的发展,可逐步进展为终末期肝病,如肝硬化(Liver cirrhosis,LC)、肝细胞癌(Hepatic cellular cancer,HCC)、肝功能衰竭(Acute liver failure,ALF)等,预后差,容易反复,严重威胁患者的生命安全。因此,探索宿主抗病毒免疫机制和开发新的治疗药物成为一个紧迫而严峻的公共卫生优先研究的问题。宿主免疫系统的活化,如免疫细胞CD4+T细胞、CD8+T细胞和NK细胞在抗HBV感染及其引起的肝脏免疫损伤中发挥着重要的作用。T细胞和NK细胞的活化依赖于表面的活化相关受体,其中,抑制分子程序性死亡分子-1(Programmed cell death-1,PD-1)和强有效的活化受体NK细胞受体2D(Natural killer cell group 2D,NKG2D)两类调节分子对T细胞和NK细胞的免疫功能具有重要的调节作用。研究发现,PD-1及其配体PD-L的共刺激信号通路在T细胞活化、增殖和细胞因子分泌等各个过程中均发挥重要的负性调节作用,而NKG2D能够识别MHC-I类分子的同源配体,并与配体结合,向胞内PI3K和Grb2传递共刺激信号,通过ERK信号通路启动下游的效应分子,进而发挥NK细胞的杀伤作用与免疫调节作用。镁离子(Mg2+)是细胞正常代谢所必需的二价阳离子,在免疫调节过程中作为第二信使发挥了重要的作用。MagT1是高度Mg2+选择性转运体,能够调节细胞内自由Mg2+浓度,从而达到调节机体免疫应答的作用。当人体免疫细胞缺失MagT1蛋白时,此时免疫细胞中的自由Mg2+浓度显著下降,NK细胞中NKG2D受体表达下调,因此由NK细胞介导的针对EBV的细胞毒作用明显减弱,机体易发生EBV感染并具有发生淋巴瘤的倾向。患者口服L-苏糖酸镁(Neural Magtein TM)后,体内Mg2+浓度可适当恢复,NKG2D的表达也上调,进而患者NK细胞和CTL的抗病毒活性增强,从而实现EBV病毒复制的抑制。表明将Mg2+用于临床治疗慢性乙肝,提高患者的免疫活性,具有一定的客观依据。研究内容及目的基于以上背景,本研究以临床HBV感染的慢性乙型肝炎患者作为研究对象,一方面收集患者血液样本进行相关基础实验,探索HBV患者外周血中CD8+T细胞和NK细胞功能耗竭机制研究,为治疗HBV慢性感染提供新的靶点;另一方面,采用Neural MagteinTM(L-苏糖酸镁)联合恩替卡韦对慢性乙型肝炎患者进行治疗,并观测患者的临床疗效。与此同时,在治疗慢性乙肝过程中,探讨并验证能否通过添加一定量的镁,恢复“免疫耗竭”的NK和CTL细胞的细胞毒作用,最大限度的清除HBV。主要研究结果针对HBV患者外周血中CD8+T细胞和NK细胞功能耗竭机制研究部分,研究发现:(1)慢性HBV患者外周血血清Mg2+/Ca2+离子浓度不随HBV感染时间的变化而变化。(2)CD8+T细胞内Mg2+离子浓度随HBV感染时间的延长而降低,可能是Mg2+离子内流发生障碍所致。但NK细胞内Mg2+、Ca2+离子浓度变化与HBV感染时间无相关性。(3)随着HBV病毒感染时间的延长,PBMC细胞和CD8+T细胞中MagT1蛋白表达逐渐降低,而在NK细胞中MagT1蛋白表达则无明显变化。(4)HBV感染后,PBMC细胞和CD8+T细胞中MagT1蛋白的表达异常可能是转录后调控所导致,涉及调控的miRNA主要包括miR-199a-5p、miR-199b-5p、mi R-374c-5p、miR-655-3p、miR-9-5p、miR-124-3p等,其中miR-374c-5p、miR-655-3p和miR-124-3p作用最为明显。(5)HBV感染后期,随着细胞表面抑制受体PD-1的表达上调,活化受体NKG2D表达下调,CD8+T和NK细胞活化将被抑制,最终导致CD8+T和NK细胞功能耗竭。针对L-苏糖酸镁联合恩替卡韦治疗HbeAg阳性慢性乙肝的有效性、安全性研究,研究发现:(1)L-苏糖酸镁联合恩替卡韦治疗乙肝具有有效性,L-苏糖酸镁能够抑制病毒HBV的DNA复制及表达,加速HBV-DNA转阴,具有抗HBV病毒的作用。(2)L-苏糖酸镁联合恩替卡韦治疗,能够有效降低乙肝患者血液中HbeAg的含量水平,但治疗组和观察组患者HbeAg血清含量水平在持续治疗12个月后均未出现转阴的情况,这或许与药物持续治疗观察的疗程较短有关。(3)L-苏糖酸镁能够有效快速补充乙肝患者血清中Mg2+含量,可能对患者血清中ALT含量具有一定的抑制作用,但对患者血液中AST含量、血小板活化情况和白细胞数量以及离子(Ca2+、K+)含量无显著性影响。(4)L-苏糖酸镁能够增加乙肝患者PBMC细胞中MAGT1蛋白的表达水平,同时联合药物能够显著增加患者PBMC中蛋白NKG2D的表达,并显著降低PD-1的表达。(5)L-苏糖酸镁能够显著促进乙肝患者血液中CD8+T细胞中NKG2D、MAGT1的表达,且能够下调PD-1的蛋白表达。结论:综上所述,本研究揭示了MagT1介导Mg2+内流障碍导致HBV感染的CD8+T细胞和NK细胞功能耗竭的分子机制。在乙型肝炎病毒感染患者中,随着HBV感染时间的延长,可导致跨膜蛋白MagT1表达下调,引起Mg2+内流障碍,进而介导细胞表面抑制受体PD-1表达上调和活化受体NKG2D表达下调,造成HBV患者外周血中CD8+T细胞和NK细胞功能耗竭。另外,临床实验中补充Mg2+药剂(Neural MagteinTM)能够恢复HBV感染状态下NK和CD8+T细胞的免疫功能。


DNA甲基化在日本落叶松生长和材质性状中的表观遗传效应分析

刁姝

【博士学位授予单位】中国林业科学研究院

博士学位授予年份】2017


摘要:日本落叶松具有早期速生、材质优良、抗性强以及适应性广等优点,目前已成为我国重要的用材树种。DNA甲基化是植物可遗传表型变异的重要来源。DNA甲基化在植物整个生长发育过程中发挥重要作用。本研究选取湖北建始县长岭岗林场日本落叶松原生种源试验林440个单木作为试验群体,利用甲基化敏感扩增多样性(methylation sensitive amplification polymorphism,MSAP)技术检测未成熟木质部基因组DNA甲基化,结合试验群体连年生长及材质性状测定数据,分析天然群体表观遗传多样性、表观遗传分化,以及DNA甲基化对树高、胸径生长过程和木材材质性状的影响。本论文旨在找到影响生长和材质性状的DNA甲基化标记,为日本落叶松分子标记辅助育种及重要数量性状形成的表观遗传机理探索提供重要参考。主要研究结果如下:1.确立了基于毛细管电泳的日本落叶松MSAP最佳反应体系:100 ng DNA模板、0.75 pmol·μL-1引物、2 mmol·L-1Mg2+、0.375 mmol·L-1dNTP和0.05 U·μL-1exTaq DNA聚合酶;筛选出28对杂峰少、多态性高以及信号强的选择性扩增引物组合。利用28对选择性扩增引物获得具有4002个CCGG多态位点的DNA甲基化矩阵。2.日本落叶松天然群体存在丰富的表观遗传多样性。种源间表观遗传多样性指数存在显著差异;种源间外侧胞嘧啶半甲基化及内侧胞嘧啶甲基化比例均差异显著,说明不同种源DNA甲基化模式发生改变;种源间存在着显著的表观遗传分化(Fst=0.068,p<0.001),共检测显著分化DNA甲基化标记3089个,其中342个DNA甲基化标记表现出中等或中等以上水平的表观遗传分化。丰富的表观遗传多样性和表观遗传分化可能在种源适应性中起到十分关键的作用。3.解析DNA甲基化对树干生长过程的影响。利用逻辑斯蒂理论生长方程拟合单木树高和胸径生长过程,利用功能作图统计模型分析DNA甲基化对生长过程的影响。基于SAD模型,找到1个影响树高的DNA甲基化标记,为交叉型表观遗传效应标记;基于AR模型,找到3个影响胸径的DNA甲基化标记,为晚期型或混合型表观遗传效应标记。这些DNA甲基化效应标记影响4个重要异时性参数,包括速生期起始时间、最大生长速率时间、速生期结束时间及速生期持续时间。这些DNA甲基化效应标记的发现有助于通过人工选择改变生长类型,进而提高木材产量,获得更大的经济效益。4.解析DNA甲基化对木材材质性状的影响。利用GLM模型找到361个影响木材化学和物理性状的DNA甲基化标记,其中187个标记具有多效性。早材壁腔比、早材纤维长、晚材纤维长、晚材率和早材微纤丝角受到共同的DNA甲基化调控,表现出彼此较强的正相关关系;一些DNA甲基化标记单独影响早材或晚材的物理性状,说明早晚材材质性状的差异与DNA甲基化有关;找到6个同时影响纸浆材改良目标性状的标记,为日本落叶松纸浆材改良工作提供重要参考。早材纤维长宽比、晚材率和晚材纤维长出现种源均值高低分化现象可能是日本落叶松响应环境变化,调整DNA甲基化模式的结果。


LED3A的增溶/螯合性能及其对Cu(Ⅱ)-菲复合污染黄土的洗脱作用及机理

刁静茹

【博士学位授予单位】兰州交通大学

博士学位授予年份】2017


摘要:复合污染是土壤污染的普遍现象,其中重金属-多环芳烃(PAHs)复合污染占很大的比重。通常,复合污染土壤较单一污染土壤更难于修复。在诸多污染土壤修复技术中,化学淋洗修复技术因周期短、效果显著而被广泛应用于单一污染或同类污染物形成的复合污染,如螯合剂修复重金属污染土壤、表面活性剂修复有机污染土壤。近几年,有研究者将螯合剂与表面活性剂联用,处理重金属-PAHs复合污染土壤,但存在过程不易调控、洗脱液处理困难或淋洗液(如乙二胺四乙酸,EDTA)不易生物降解等问题。因此,选择与重金属和有机污染物同时具有较强作用的增效试剂,是重金属-有机物复合污染土壤化学淋洗修复迫切需要解决的问题。本文选用兼具表面活性和螯合功能且易降解的螯合型表面活性剂,十二酰基乙二胺三乙酸盐(LED3A)作为增效试剂。采用批平衡实验方法,研究了LED3A对溶液体系中PAHs的增溶作用、对重金属的螯合作用机理和主要影响因素;分别考察了LED3A对混合PAHs的增溶程度、对混合重金属氢氧化物的螯合顺序、对菲和Cu(OH)2共存体系的增溶/螯合作用效果及其相互影响;探究了LED3A、Cu(Ⅱ)和菲在黄土上的吸附行为和主要影响因素;并在此基础上研究了LED3A对Cu(Ⅱ)、菲单一和复合污染黄土的洗脱作用和机理。论文取得了以下研究成果:(1)LED3A临界胶束浓度为707 mg·L-1(25℃)。温度、pH值、共存离子等因素都会影响LED3A溶液增溶PAHs的性能。LED3A可增溶菲,胶束增溶效果显著,溶液pH值、共存重金属离子是影响增溶的主要因素,pH值在47之间增溶效果最显著,共存Cu(Ⅱ)会显著提高LED3A对菲的增溶能力。一级动力学方程最适合描述LED3A对菲的增溶过程。LED3A对不同PAHs的增溶程度大小顺序为芘>菲>萘。LED3A对菲的增溶性能,与两种常用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十二烷基硫酸钠(SDS)相近。(2)LED3A胶束螯合能力大于单体。LED3A可通过与重金属离子M(Ⅱ)发生螯合,而促进难溶重金属氢氧化物M(OH)2的溶解,并形成稳定可溶的螯合物LED3A-M。LED3A与Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的配位稳定常数大小次序为Cu(Ⅱ)>Zn(Ⅱ)>Cd(Ⅱ)。LED3A对Cu(OH)2的溶解过程为自发、吸热的熵增过程。一级动力学方程最适合描述LED3A对Cu(Ⅱ)的螯合溶解过程。pH对LED3A溶解Cu(OH)2影响较大,pH在59之间溶解效果较好,共存Ca(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)离子会对LED3A溶解Cu(OH)2产生抑制作用,菲的存在对LED3A溶解Cu(OH)2几乎无影响。(3)LED3A在增溶二元或三元混合PAHs时,共存的有机物彼此之间会产生促进增溶作用,LED3A增溶三元混合PAHs体系的增溶程度顺序为芘>菲>萘。LED3A胶束螯合溶解二元或三元混合M(OH)2时,不同重金属之间存在螯合竞争,产生相互抑制作用,LED3A螯合溶解三元混合M(OH)2的溶解量顺序为Cu(OH)2>Cd(OH)2>Zn(OH)2。螯合饱和的LED3A-Cu(Ⅱ)溶液可以促进菲的增溶,增溶饱和的LED3A-菲体系对Cu(Ⅱ)的螯合能力亦有所提高。LED3A可同时增溶多环芳烃和螯合重金属。(4)LED3A、菲和Cu(Ⅱ)在黄土上的吸附均符合准二级动力学模型。Langmuir、Freundlich及D-R模型均可较好地拟合LED3A在黄土上的吸附过程;LED3A的吸附量随温度、pH增大而减小,随离子强度和水土比的增大而增加;LED3A的吸附损失(25℃)为34.82%。菲在黄土上的吸附等温线符合Henry线性模型;升高温度、增大pH值吸附量减小,Cu(Ⅱ)对菲的吸附有弱抑制作用;低浓度LED3A对菲的吸附有促进作用,但LED3A自身达到吸附饱和后,会对菲的吸附产生抑制。Langmuir模型适合描述Cu(Ⅱ)在黄土上的吸附;升高温度、增大pH,Cu(Ⅱ)的吸附量增加;菲的存在会抑制Cu(Ⅱ)的吸附;LED3A浓度大于3000 mg·L-1时,对Cu(Ⅱ)的吸附有促进作用。(5)LED3A对单一Cu(Ⅱ)、菲和Cu(Ⅱ)-菲复合污染土壤的洗脱动力学过程均符合准二级动力学模型。LED3A不仅可以去除土壤中单一Cu(Ⅱ)、菲污染物,还可以同时洗脱土壤中共存的Cu(Ⅱ)和菲;对单一污染土壤的洗脱效果略好于复合污染土壤。LED3A对Cu(Ⅱ)-菲复合污染土壤中两种污染物的最大一次洗脱率都可达到60%以上,复合污染土壤中Cu(Ⅱ)对菲的洗脱有抑制作用,而菲对Cu(Ⅱ)的洗脱影响不显著。LED3A可在较宽的pH范围内(510)应用。初步比较了LED3A和螯合剂与表面活性剂复配体系EDTA-SDS、EDTA-TX100(聚乙二醇辛基苯基醚)对复合污染土壤的洗脱效果,复配体系对Cu(Ⅱ)的洗脱率较LED3A高1020%左右,对菲的洗脱率较LED3A高约515%。总之,新型螯合型表面活性剂LED3A可有效增溶PAHs和螯合重金属,可实现对重金属-有机物复合污染土壤中两种污染物的同时有效洗脱,有望作为复合污染土壤的化学淋洗试剂,在重金属-有机物复合污染土壤修复中具有广阔的应用前景。


猪肠道微生物与SCFAs对肠道结构和功能的影响及其机制

刁慧

【博士学位授予单位】四川农业大学

博士学位授予年份】2018


摘要:改善猪只抗病力是目前养猪业面临的重大课题,宿主肠道发育特征是决定猪只抗病力的关键因素。肠道微生物作为动物的“第二基因组”,其结构与宿主肠道特征密切相关。然而,不同品种猪肠道发育模式的差异与肠道微生物关系未见报道。肠道微生物发酵饲粮碳水化合物产生的SCFAs对宿主肠道屏障的改善起着重要作用,但SCFAs在肠道微生物与宿主对话机制中的作用和地位尚不完全清楚。本研究设计了六个试验,采用菌群移植与回肠末端造瘘技术,通过16SrRNA测序、GC和RT-PCR技术研究了不同品种和饲粮纤维对猪肠道菌群结构及其代谢产物SCFAs组成、肠道发育与功能相关基因表达规律的影响并进一步探讨了直接引入SCFAs的作用,以揭示肠道微生物与宿主肠道特征的关系及这一过程中SCFAs的作用,进而为深入认识营养-微生物-宿主互作规律及SCFAs的调节作用提供试验依据。试验一不同品种猪肠道菌群结构和肠道发育模式的差异及其通过粪便移植在无菌小鼠上的传递性本试验旨在研究不同品种猪肠道微生物组成和肠道发育模式的差异,并通过粪便移植技术考察其在无菌小鼠上的传递性。按公母各半、生理阶段相近(100日龄左右)的原则从相应保种猪场选取健康的纯种大白猪(YP)、荣昌猪(RP)和藏猪(TP)各6头,饲喂不含抗生素的相同饲粮60 d,收集粪便并制备粪便悬液。并选取健康状况良好24只1日龄无菌BALB/C小鼠随机分为3个处理(n = 8),分别接种大白猪(YFM)、荣昌猪(RFM)和藏猪(TFM)的粪便悬液,试验期28d。结果表明:1)16S高通量测序结果显示,YP粪便中厚壁菌门显著高于TP和RP,而拟杆菌门显著低于TP和RP(P<0.05);TP粪便中螺旋体门的数量显著高于RP和YP(P<0.05);且无菌小鼠接种粪便悬液后能复制供体猪的肠道菌群组成。2)与YP猪相比,TP和RP肠道相对重量和回肠尾型同源盒转录因子(CDX2)mRNA相对表达量显著增加(P<0.05);TP肠道相对长度、十二指肠和回肠绒毛高度显著高于YP和RP(P<0.05);与RP相比,TP十二指肠和空肠胰高血糖素样肽2(GLP-2)mRNA相对表达量显著增加(P<0.05)。与YFM相比,TFM和RFM肠道相对重量和回肠CDX2mRNA相对表达量显著增加(P<0.05);与RFM相比,TFM肠道相对长度显著增加(P<0.05);TFM十二指肠和空肠绒毛高度及回肠GLP-2 mRNA相对表达量显著高于YFM和RFM(P<0.05)。3)YP空肠乳糖酶和麦芽糖酶活性显著高于TP和RP(P<0.05);TP空肠Na+,K+ATP酶和γ谷氨酰转移酶(γ-GT)活性以及十二指肠和空肠葡萄糖转运载体1(SGLT1)mRNA相对表达量显著高于RP和YP(P<0.05);TP回肠蛋白1紧密连接蛋白(ZO-1)mRNA相对表达量显著高于YP(P<0.05)。与TFM和RFM相比,YFM空肠蔗糖酶和麦芽糖酶活性显著增加(P<0.05);TFM空肠γ-GT活性和SGLT1mRNA相对表达量显著高于YFM和RFM(P<0.05);TFM十二指肠和回肠ZO-1 mRNA相对表达量显著高于YFM(P<0.05)。由此可见,不同品种猪肠道微生物组成和肠道发育模式各不相同,肠道微生物可以携带宿主部分特征传递给无菌小鼠。试验二早期粪便移植对哺乳仔猪肠道发育的影响本试验旨在研究移植不同品种猪的粪便微生物对哺乳仔猪肠道发育的影响。选择24头平均体重为(2.11 ± 0.15)kg的3日龄哺乳DLY仔猪随机分为4个处理(n=6),分别为接种大白猪(YMP)、荣昌猪(RMP)和藏猪(TMP)的粪便悬液以及不接种的对照组(C),试验期共56 d。结果表明:1)与YMP和RMP相比,TMP和CON断奶后腹泻指数显著降低(P<0.05)。2)与RMP和YMP相比,TMP空肠绒隐比和结肠GLP-2 mRNA相对表达量显著提高(P<0.05),TMP和CON回肠GLP-2和血管生成素样蛋白4(ANG4)mRNA相对表达量显著提高(P<0.05)。3)与YMP和RMP相比,TMP和CON空肠乳糖酶活性以及十二指肠锌离子转运载体(ZNT-1)和空肠二价金属离子转运载体(DMT-1)mRNA相对表达量显著提高(P<0.05),CON空肠γ-GT活性显著增加(P<0.05),TMP十二指肠DMT-1 mRNA相对表达量显著提高(P<0.05)。TMP空肠Ca2+,Mg2+-ATP酶活性显著高于CON(P<0.05),而Na+,K+-ATP酶活性显著高于其他三个处理(P<0.05)。4)与YMP和RMP相比,TMP空肠MDA含量显著降低(P<0.05),TMP空肠MUC1 mRNA相对表达量提高(P<0.05);CON空肠超氧化物气化酶(SOD)活性显著增加(P<0.05);TMP和CON结肠食糜丁酸含量显著增加,血清中LPS浓度显著降低(P<0.05)。与TMP相比,CON盲肠和结肠乳酸杆菌数量显著降低(P<0.05),YMP和CON盲肠大肠杆菌数量显著增加(P<0.05),RMP结肠食糜总挥发性脂肪酸含量显著降低(P<0.05),CON、YMP和RMP结肠白细胞介素-10(IL-10)mRNA相对表达量显著降低(P<0.05)。以上结果表明,哺乳DLY仔猪早期移植大白猪和荣昌猪粪便打破仔猪肠道正常的微生物平衡,不利于肠道正常发育,但移植藏猪粪便并未损害哺乳仔猪的肠道健康。试验三早期移植藏猪粪便对葡聚糖硫酸钠(DSS)攻毒仔猪肠道的保护效应本试验旨在研究移植藏猪粪便是否对DSS攻毒仔猪的肠道功能具有保护效应。选择24头平均体重为(2.08 ±0.12)kg的3日龄DLY哺乳仔猪随机分为4个处理(n = 6),处理效应包括移植藏猪粪便(接种或不接种)和DSS攻毒(灌服或不灌服),试验期56 d。结果表明:1)DSS攻毒提高仔猪疾病活跃指数(DAI),移植藏猪粪便增加仔猪对DSS的抵抗能力,表现为DSS诱导后第3-5天DAI显著降低(P<0.05)。2)DSS攻毒显著提高仔猪大肠密度、空肠与回肠绒毛高度和隐窝深度(P<0.05),降低空肠绒隐比以及空肠ANG4和结肠表皮生长因子(EGF)、GLP-2、ANG4、胰岛素样生长因子1(IGF-1)mRNA相对表达量(P<0.05);移植藏猪粪便显著提高仔猪肠道相对长度、空肠GLP-2和ANG4及结肠GLP-2 mRNA相对表达量和含量(P<0.05),降低大肠相对密度及空肠和回肠绒毛高度和隐窝深度(P<0.05);且移植藏猪粪便可显著缓解DSS攻毒对大肠密度、空肠和回肠绒毛高度和隐窝深度及结肠GLP-2含量的影响(P<0.05)。3)DSS攻毒显著降低空肠Na+,K+-ATP酶和肌酸激酶(CK)的活性以及十二指肠ZNT1和二价金属离子转运载体(DMT1)mRNA相对表达量;移植藏猪粪便显著降低仔猪空肠食糜pH值(P<0.05),显著提高空肠Na+,K+-ATP酶、Ca2+,Mg2+-ATP酶和CK活性及空肠SGLT-1和回肠DMT1 mRNA相对表达量(P<0.05);且移植藏猪粪便可显著缓解DSS攻毒对空肠CK活性的影响(P<0.05)。4)DSS攻毒显著增加仔猪血清二胺氧化酶(DAO)活性、空肠和结肠丙二醛(MDA)含量、结肠食糜中大肠杆菌的数量及结肠食糜丙酸和总挥发性脂肪酸的含量(P<0.05),降低结肠杯状细胞数量、结肠食糜乳酸杆菌的数量和丁酸的含量、空肠MUC1、MUC2与结肠闭锁蛋白(Occludin)、黏蛋白2(MUC2)、胰岛β细胞生长因子(RegⅢγ)和IL-10 mRNA相对表达量以及结肠T-AOC和SOD活性(P<0.05);移植藏猪粪便显著增加仔猪空肠总抗氧化能力(T-AOC)和SOD活性、结肠RegⅢγ和IL-10mRNA相对表达量及盲肠和结肠中乳酸杆菌的数量(P<0.05),降低结肠MDA含量、白细胞介素1β(IL-1β)mRNA相对表达量、血清DAO活性、盲肠和结肠食糜大肠杆菌的数量及结肠食糜乙酸、丙酸和总挥发性脂肪酸的含量(P<0.05);且移植藏猪粪便可显著缓解DSS攻毒对血清DAO活性、结肠MDA含量、结肠食糜大肠杆菌数量与乙酸、丙酸和总挥发性脂肪酸含量以及结肠SOD活性的影响(P<0.05)。由此可见,DSS攻毒能使DLY仔猪肠道健康受损,移植藏猪粪便能明显缓解DSS攻毒对仔猪肠道健康的不利影响。试验四高纤饲粮对猪肠道发育与菌群结构及其代谢产物SCFAs的影响本试验旨在研究饲粮纤维水平对生长猪肠道发育、菌群结构和SCFAs组成的影响。选取遗传背景相同、体重相近(45.8 ±2.78)kg的健康DLY生长猪30头,随机分为3个处理(n= 10),分别饲喂玉米豆粕饲粮(对照组,CF= 1.5%)、玉米豆粕-甜菜渣饲粮(甜菜渣组,CF = 5.74%)和玉米豆粕饲粮(采食量配对组,CF= 1.50%)。试验期28 d。结果表明:1)与对照组相比,甜菜渣组猪大肠密度、小肠相对重量、肠道相对重量及空肠和回肠绒毛高度显著升高(P<0.05),十二指肠CDX2、EGF、GLP-2和GLP-2R、空肠EGF和GLP-2、回肠EGF及结肠GLP-2mRNA相对表达量显著增加(P<0.05)。2)与对照组相比,甜菜渣组猪干物质、粗灰分、粗蛋白质和能量的表观消化率显著降低,粗纤维的表观消化率、空肠乳糖酶活性以及十二指肠GLUT-2 mRNA相对表达量显著升高(P<0.05)。3)与对照组相比,甜菜渣组猪结肠杯状细胞数量显著增加(P<0.05),十二指肠RegⅢγ、空肠MUC2和回肠G蛋白偶联受体43(GPR43)mRNA相对表达量显著升高(P<0.05),盲肠食糜双歧杆菌数量和乙酸含量、结肠食糜乙酸和总挥发性脂肪酸含量显著增加(P<0.05)。4)以上各项指标在对照组和采食量配对组间均无显著差异(P>0.05)。以上结果表明,高纤饲粮可调节肠道菌群结构,增加挥发性脂肪酸产量,改善肠道健康与功能,而这一效应与采食量无关。试验五回肠末端灌注不同浓度和比例SCFAs对生长猪肠道发育的影响本试验旨在研究回肠末端灌注不同浓度和比例SCFAs对生长猪肠道发育的影响。选取遗传背景相同、体重相近(30.72± 1.48)kg的DLY生长阉公猪24头,随机分为4个处理(n = 6),通过添加抗生素来抑制肠道内源性SCFAs的产生,SCFAs灌注水平及比例参照试验四实测值。4个处理分别为对照组、抗生素处理组(Ab)、抗生素+低纤组SCFAs(AS1)和抗生素+高纤组SCFAs(AS2)。试验期28d。结果显示:1)与对照组相比,抗生素处理均能显著降低猪第7、14和28 d粪便总需氧菌、总厌氧菌和总菌数量(P<0.05),Ab组猪血清和回肠食糜乙酸、丙酸和总挥发性脂肪酸、回肠食糜丁酸含量及回肠GPR43和结肠GPR41mRNA相对表达量显著降低(P<0.05)。与Ab组相比,回肠末端灌注SCFAs均能显著增加猪血清和回肠食糜乙酸、丙酸、丁酸和总挥发性脂肪酸、盲肠食糜总挥发性脂肪酸和结肠食糜丁酸含量及回肠GPR43、结肠GPR43和GPR41 mRNA相对表达量(P<0.05)。AS2组猪血清丁酸和总挥发性脂肪酸含量及结肠GPR43mRNA相对表达量显著高于AS1组(P<0.05)。2)与Ab组相比,回肠末端灌注SCFAs显著增加猪小肠相对长度、肠道相对长度和大肠相对重量、空肠绒隐比、回肠上皮S期和G2M期细胞比例、回肠和结肠上皮细胞增殖指数(PI)和隐窝细胞数量及回肠和结肠细胞周期蛋白D1(Cyclin D1)mRNA相对表达量(P<0.05),显著提高结肠粘膜蛋白浓度、回肠和结肠GLP-2的含量及回肠GLP-2和IGF-1R、结肠EGF、GLP-2和IGF-1mRNA相对表达量(P<0.05),显著降低回肠和结肠上皮细胞凋亡率、G0G1期细胞比例以及回肠和结肠Bcl-2相关X蛋白(Bax)、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶3(Caspase-3)和细胞周期负调控蛋白蛋白(p21/Cip1)mRNA相对表达量(P<0.05)。AS2组猪回肠上皮G2M期细胞比例及B细胞淋巴瘤基因-2(Bcl-2)和IGF-1 mRNA相对表达量显著高于AS1组(P<0.05),而组结肠上皮G0G1期细胞比例显著低于AS1组(P<0.05)。3)与Ab组相比,回肠末端灌注SCFAs显著降低猪结肠食糜pH值(P<0.05),提高粗脂肪、干物主和粗蛋白的表观消化率及回肠碱性氨基酸转运载体(SLC7A1)mRNA相对表达量(P<0.05)。AS2组猪空肠食糜pH值显著低于AS1组(P<0.05)。4)与Ab组相比,回肠末端灌注SCFA显著s提高猪回肠ZO-1和结肠MUC-2、紧密连接蛋白1(Claudin-1)mRNA相对表达量、回肠和结肠杯状细胞数量及结肠分泌型免疫球蛋白A(sIgA)、血清和回肠IL-10的含量(P<0.05),显著增加回肠和盲肠食糜中乳酸杆菌、双歧杆菌和芽孢杆菌以及结肠乳酸杆菌和芽孢杆菌(P<0.05),显著降低回肠和盲肠白细胞介素8(IL-8)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)的含量(P<0.05)。此外,AS2组猪盲肠食糜大肠杆菌数量显著低于AS1组(P<0.05)。以上结果表明,抗生素处理降低了肠道总菌数量和食糜SCFAs含量,回肠末端灌注SCFAs增加肠道食糜SCFAs含量,抑制肠道上皮细胞凋亡,促进肠道生长,有利于改善肠道黏膜屏障。试验六胃内灌喂不同浓度的SCFAs对断奶仔猪肠道发育的影响本试验旨在研究胃内灌喂不同浓度的SCFAs对断奶仔猪肠道发育的影响。选取遗传背景相同、28日龄、体重相近(8.31 ±0.72)kg的DLY断奶仔猪1头随机分为3个处理(n = 7),分别为对照组、低浓度SCFAs灌喂组(S1)和高浓度SCFAs灌喂组(S2)。试验期共7 d。结果显示:1)与对照组相比,灌喂不同浓度SCFAs显著增加仔猪回肠、盲肠和结肠食糜中乙酸、丙酸、丁酸和总挥发性脂肪酸、血清丁酸含量及回肠和结肠GPR43mRNA相对表达量。S2组猪血清乙酸、丙酸、丁酸和总挥发性脂肪酸、回肠食糜乙酸、丙酸和总挥发性脂肪酸及结肠食糜丁酸和总挥发性脂肪酸含量显著高于S1组(P<0.05)。2)与对照组相比,灌喂不同浓度SCFAs显著增加仔猪空肠绒毛高度以及空肠和结肠上皮细胞增殖指数(P<0.05),显著提高断奶仔猪空肠粘膜DNA和蛋白浓度以及十二指肠IGF-1、空肠IGF-IR、回肠和结肠GLP-2RmRNA相对表达量(P<0.05),显著降低结肠上皮凋亡细胞、空肠和结肠上皮G0G1期细胞的比例及十二指肠Bax和Caspase-3 mRNA相对表达量(P<0.05)。S2组仔猪空肠上皮G0G1期细胞比例显著低于S1组,而空肠细胞增殖指数和回肠粘膜蛋白浓度显著高于S1组(P<0.05)。3)与对照组相比,灌喂不同浓度SCFAs显著降低仔猪十二指肠和结肠食糜pH值(P<0.05),显著提高空肠SLC7A1和回肠DMT1mRNA相对表达量(P<0.05)。4)与对照组相比,灌喂不同浓度SCFAs显著提高十二指肠和回肠Occludin和Claudin-1、空肠Claudin-1和MUC1 mRNA相对表达量及回肠食糜乳酸杆菌数量(P<0.05),显著降低空肠IL-10、回肠IL-1β、结肠IL-1β和IL-8mRNA相对表达量及回肠食糜大肠杆菌数量(P<0.05)。以上结果表明,胃内灌喂SCFAs可增加仔猪血清和肠道食糜SCFAs含量,降低肠道食糜pH值,提高肠道粘膜总蛋白、DNA和GLP-2的含量,促进肠上皮细胞增殖,抑制凋亡,进而改善了肠道屏障,且以高浓度灌喂SCFAs效果更好。综上所述,我国地方猪种和外种猪在肠道微生物结构和肠道发育上存在明显差别,这一差别可通过粪便移植部分传递给无菌小鼠。常规饲养的DLY新生仔猪引入大白猪或荣昌猪菌群可打破仔猪自身的菌群平衡,损伤肠道健康。在DSS诱导仔猪肠炎模型下,移植藏猪菌群能有效缓解DSS攻毒引起的肠道损伤。饲粮纤维水平可通过调节肠道微生物显著影响宿主肠道健康,而这一过程可能源于纤维在后肠发酵产生SCFAs模式和浓度的差异。直接引入SCFAs对肠道结构和功能的影响与高水平纤维素相似。由此可见,肠道微生物与宿主的肠道发育和功能密切相关,微生物代谢产生的短链脂肪酸在营养—微生物—宿主的互作中起着重要介导作用。


陶瓷素坯磨抛机器人的三维加工目标检测与运动规划研究

刁世普

【博士学位授予单位】广东工业大学

博士学位授予年份】2018

摘要:近年来,随着制造业的转型升级与机器人技术的迅速发展,更多的机器人被装备到工业现场。为了保证陶瓷素坯被机器人一次性磨抛成型后的表面质量,需要预先磨抛工件表面离散分布的分模线、涂胶线等加工目标。但在实际生产中,一方面,同型号的陶瓷素坯的磨抛作业存在差异性,主要来源于陶瓷素坯的尺寸一致性差以及在工作台上的定位一致性差,因此通过示教机器人得到的固定磨抛轨迹会导致产品表面质量一致性差;另一方面,不同型号的陶瓷素坯所需的磨抛轨迹不同,然而传统的通过示教机器人获得磨抛轨迹的编程方式效率低下,难以满足磨抛作业的柔性需求。因此,为了提高陶瓷素坯磨抛机器人的自动感知和运动规划能力,有必要对尺寸一致性差的陶瓷素坯工件表面离散分布的不反光加工目标的在线检测和磨抛机器人作业中的自主运动规划开展研究。本文以三维点云对比分析、高精度3D视觉测量系统标定和时间最优运动规划等方面为突破点,重点研究陶瓷素坯磨抛机器人的三维加工目标的检测、加工路径的优化和避碰轨迹的规划,并开展了相关的实验与应用研究。本文主要研究内容归纳为以下几方面:(1)针对磨抛机器人的三维加工目标的自动检测问题,提出了一种新的3D视觉系统,采用集成在机器人第四关节上的3D扫描仪获取点云数据。提出了一种基于最小包围盒分割和子点云简化的点云分割新方法,该方法可以有效地从差异点云中提取到所需的加工路径点。提出了一种包含初标定和精确标定的3D视觉系统标定方法,在精确标定时提出了一种新的3D视觉测量误差补偿模型并结合多点约束法来拟合误差补偿量。实验结果表明精确标定后3D视觉系统的绝对平均误差为0.154mm。(2)多个离散非连通加工目标分布在工件外表面时,面向磨抛机器人的任务级加工路径的自动规划需求,提出了一种磨抛机器人任务级时间最优加工路径(Time Optima1 Processing Path,TOPP)的规划框架。考虑到实际机器人运动和磨抛工艺要求,在整个磨抛过程中,磨抛工具在加工行程和非加工行程的运动速度是不同的,因此任务级TOPP的本质是搜索出加权总长度最短的闭环加工路径。为了快速求得任务级TOPP中的加工路径点的数量较大时的近似全局最优解,提出了一种基于并行子链交互(Parallel Sub-chain Interaction,PSI)的改进并行模拟退火(Simulated Annealing,SA)算法,该算法能实时更新当前的近似全局最优解。对比实验表明,本文算法能够快速地搜索到质量较好的近似全局最优解。(3)多个离散非连通加工目标分布在工件内表面时,面向磨抛机器人的任务级避碰轨迹的自动规划需求,提出了一种磨抛机器人任务级时间最优避碰轨迹(Time Optimal Collision Avoidance Trajectory,TOCAT)的规划框架。考虑到实际机器人运动和磨抛工艺要求。在整个磨抛过程中加工行程的时间是不变的,因此任务级TOCAT的本质是搜索当非加工行程的多段避碰轨迹持续时间之和最短时的轨迹排序。构建了时间最优避碰轨迹规划问题的数学模型,提出了一种基于轨迹评价机制的时间最优避碰轨迹规划方法,并描述了评价避碰轨迹质量的函数。为了给任务级TOCAT规划问题求得更好的近似全局最优解,提出了一种组合随机摄动方法(Combined StochasticPerturbationMethod,CSPM)产生新解的改进 SA 算法。对比实验表明,本文算法能够搜索到质量更好的近似全局最优解。(4)搭建了磨抛机器人的3D视觉检测、任务级加工路径规划和任务级避碰轨迹规划的软硬件平台。实验结果表明:所提出的3D视觉系统能够有效地检测到加工信息,其重复测量的绝对平均误差为0.028mm、复合检测误差为0.25mm。所提出的任务级TOPP的规划框架能够为磨抛机器人规划出任务级时间最优的加工路径。其加速比随着加工路径点数量的逐步增加呈现近似线性增大,得到的任务级TOPP的长度接近近似全局最优值。所提出的任务级TOCAT的规划框架能够为磨抛机器人规划出任务级时间最优避碰轨迹,对任务级避碰轨迹的持续时间的优化幅度为63.33%。


TRAF2通过TRAF4泛素化激活Akt信号通路促进乳腺癌的侵袭转移

刁可心

【博士学位授予单位】中国医科大学

博士学位授予年份】2018

摘要:目的:乳腺癌是21世纪女性恶性肿瘤中高发的一种,探究乳腺癌的病因以发生发展的分子机制并确定早期诊断乳腺癌的标记物和靶向药物将是解决这一难题的关键所在。肿瘤坏死因子受体相关因子(tumor necrosis factor receptor associated factors,TRAFs)是重要的胞浆衔接蛋白,其家族包含7个成员,参与调节NF-κB、JNK等多种信号传导通路。TRAF2作为TRAFs家族的经典成员之一,在多种肿瘤中高表达。我们发现TRAF2促进p70s6k信号通路的活化,乳腺癌细胞系MCF-7中上调TRAF2表达可激活NF-κB激活核转位从而抑制乳腺癌细胞的凋亡。Akt又称蛋白激酶B(protein kinase B,PKB),作为肿瘤细胞内重要的信号转导通路,调控细胞生长与增殖,其异常的持续性活化与肿瘤的发生、发展关系密切。研究发现Lys63连接的泛素化修饰,能够促进Akt活化。TRAF家族成员TRAF4具有E3泛素连接酶活性,能够介导Akt发生泛素化活化。我们研究发现TRAF2可以与TRAF4结合并调控TRAF4的核浆分布,于是我们猜测,TRAF2是否可以通过调控TRAF4来影响Akt信号通路的活化。本研究中,我们证实乳腺癌中TRAF2的高表达与Akt信号通路的活化呈正相关,且TRAF2高表达的乳腺癌患者预后不良。TRAF2可以通过Akt信号通路影响乳腺癌细胞生物学功能,深入研究我们发现,TRAF2对该信号通路的活化是通过TRAF4对Akt的泛素化实现的。研究方法:1、细胞培养:正常乳腺上皮细胞系MCF-10A用添加了5%马血清、10μg/ml胰岛素及20ng/ml表皮生长因子的DMEM/F12(1:1)培养基(Gibco,USA)培养。乳腺癌细胞系MDA-MB-231、MDA-MB-468用添加10%标准胎牛血清的L15培养基(Gibco,USA)培养。乳腺癌细胞系MCF-7用添加10%标准胎牛血清的DMEM培养基(Gibco,USA)培养。乳腺癌细胞系BT-549用添加10%标准胎牛血清的1640培养基(Gibco,USA)培养。除了MDA-MB-231不需要CO2,所有细胞的培养条件是:37℃,5%CO2。2、免疫组化:经石蜡包埋的乳腺组织标本,均来自中国医科大学附属第一临床医院2009-2012年经乳腺外科手术切除的存档蜡块。组织标本的使用均获得中国医科大学附属第一医院伦理委员会批准以及患者本人同意,并签订知情同意书。将石蜡包埋的乳腺组织标本制成4μm厚度的连续切片,并放置在载玻片上。随后通过二甲苯脱蜡,梯度酒精脱苯、水化,PBS冲洗5分钟×3。在高温高压下柠檬酸盐缓冲液进行抗原修复,PBS冲洗5分钟×3,滴加过氧化物酶阻断剂,置于湿盒中放入37℃恒温箱中孵育15分钟。PBS冲洗5分钟×3,滴加10%非免疫性动物血清,置于湿盒中放入37℃恒温箱中孵育60分钟。在每张玻片上均匀直接滴加50-100μl一抗稀释液(PBS作为溶剂,与TRAF2抗体稀释度比为1:100,Akt抗体稀释度比为1:200),用PBS代替一抗作阴性对照,置于湿盒中放入4℃冰箱中孵育过夜。次日,PBS冲洗5分钟×3,滴加生物素标记二抗,置于湿盒中放入37℃恒温箱中孵育30分钟。PBS冲洗5分钟×3,滴加链霉菌抗生物素蛋白-过氧化物酶溶液,继续置于湿盒中放入37℃恒温箱中孵育30分钟PBS冲洗5分钟×3,使用DAB染色剂显色,苏木素中染细胞核,盐酸酒精快速分化,自来水反蓝,最后梯度乙醇进行脱水,二甲苯脱蜡透明,中性树脂胶封片。3、转染与siRNA干扰:hTRAF2pLPCX-HA-Flag/P874(TRAF2全长质粒)购自Addgene公司(美国)。TRAF4和Akt的干扰序列购自广州市锐博生物科技有限公司。转染试剂Attractene及干扰试剂HiPerFect均购自Qiagen公司(德国),根据生产商说明书进行瞬时转染以及干扰实验。使用空质粒作为阴性对照。4、Western blot:转染质粒或者干扰处理48小时后,收集细胞,裂解后提取上清蛋白。Bradford方法检测蛋白浓度,等量蛋白上样,SDS-PAGE进行蛋白分离,转印(60V,2小时)至PVDF膜上。5%脱脂牛奶或5%BSA室温下封闭2小时,一抗4℃孵育过夜,二抗室温孵育2小时,ECL显色,结果图像采集,灰度值测定。5、划痕实验:细胞处理后接种到6孔板中,200μl移液器吸头垂直做划痕线。PBS洗后加入无血清培养基,拍照后孵箱继续培养,选取不同时间点拍照。通过Image J软件分析迁移能力。6、Transwell:细胞经处理24小时后,饥饿24小时,细胞重悬后均匀铺入上室(小室内预铺Matrigel胶),下室加入600μl完全培养基,培养箱中孵育24小时,PBS洗后使棉签轻擦上室,甲醇固定后染色。显微镜下观察,随机选取5个高倍镜视野拍照并计数,进行统计学分析。7、免疫荧光:细胞经转染处理后,均匀接种于24孔板中的玻片上,48小时后,磷酸盐缓冲液(PBS)清洗培养皿×2,4%多聚甲醛冰上固定20分钟,PBS清洗5分钟×3。室温条件下,Triton-X100打孔作用15分钟,PBS清洗5分钟×3。室温条件下,3%BSA或正常山羊血清下孵育封闭1小时。去除封闭液,滴加一抗(TRAF2稀释度1:50,p-Akt稀释度1:100)置于湿盒中4℃孵育过夜。PBS清洗5分钟×3,在暗室中加入抗鼠、抗兔荧光二抗Earthox488和594(稀释浓度1:100),室温避光孵育2小时。PBS清洗5分钟×3,DAPI染细胞核,荧光共聚焦显微镜进行观察。8、泛素化实验:细胞按照所需进行质粒的转染的同时转染HA-Ub质粒,24小时后加入20μM蛋白酶体抑制剂MG-132,4小时后收细胞,冰上裂解30分钟后提取上清蛋白,加入1μg的Akt抗体4℃孵育过夜,第二天加入Protein A+G磁珠,4℃孵育4小时,用PBS对免疫复合物进行洗脱×5次,,通过Western blot法检测泛素化表达水平。9、流式双染检测凋亡:细胞经转染或干扰处理48小时后,按照Qiagen凋亡试剂盒说明进行细胞双染,流式细胞仪检测凋亡水平。10、统计分析:使用SPSS 17.0统计软件分析实验数据。结果:1、免疫组化法显示TRAF2在乳腺正常组织为阴性表达,在乳腺原位癌和浸润性导管癌中高表达。TRAF2的表达与乳腺癌的病理分型相关(p<0.05),与Akt的表达呈正相关。Kaplan-Meier生存曲线结果显示TRAF2阳性表达的患者预后不良。Western blot法显示Akt与TRAF2在乳腺癌细胞系中表达显著高于正常乳腺细胞系(p<0.05)。2、流式细胞检测结果显示,MCF-7细胞中转染TRAF2抑制了乳腺癌细胞的凋亡,而转染si-Akt组凋亡率显著提高,而在转染TRAF2的同时敲除Akt明显削弱了过表达TRAF2所引起的凋亡率的降低(p<0.05)。划痕实验和Transwell侵袭实验结果显示,在MCF-7中转染TRAF2明显促进了乳腺癌细胞的迁移侵袭;而转染si-Akt组细胞迁移侵袭能力明显受到抑制,两者同时共转染时发现下调Akt显著削弱了TRAF2过表达所引起的乳腺癌细胞的迁移侵袭能力的增加。3、我们通过Western blot法检测发现,在MCF-7中上调TRAF2的表达后,Akt磷酸化水平明显增加。免疫荧光法也得出同样结果。由于p-Akt表达量较低,接下来的实验我们引入了Akt信号通路的激活效应因子EGF进一步来检测TRAF2对p-Akt的调节。首先我们检测了EGF作用不同时间p-Akt的蛋白表达量,选取了合适的作用时间点。在MCF-7和BT-549细胞系中,EGF的诱导下,上调TRAF2后导致Akt磷酸化水平明显增加。在MCF-7和BT-549细胞系中,EGF的诱导下,下调TRAF2使Akt磷酸化水平明显下降。4、我们通过泛素化实验发现,在乳腺癌MCF-7细胞系中上调TRAF2的表达,发现AKT的泛素化水平升高;下调TRAF2的表达,AKT泛素化水平下降。下调TRAF4的表达AKT泛素化水平下降。5、我们在乳腺癌细胞系MCF-7和BT-549中转染TRAF2,p-Akt表达水平升高,干扰TRAF4后p-Akt表达水平降低,而在转染TRAF2的同时干扰TRAF4明显抑制了转染TRAF2所引起p-Akt水平的增多。蛋白酶体抑制剂MG-132能协同增强EGF所诱导的p-Akt水平的增加。泛素化实验显示,在MCF-7和BT-549中,上调TRAF2,Akt的泛素化水平升高,下调TRAF4后Akt泛素化水平降低,同时转染TRAF2干扰TRAF4明显抑制了Akt泛素化水平的增加。结论:1、TRAF2与Akt在乳腺癌中均为过表达,TRAF2的表达分别与乳腺癌病理分型以及Akt的表达呈正相关。TRAF2高表达的乳腺癌患者预后不良。2、TRAF2可以通过Akt抑制细胞凋亡、促进细胞迁移侵袭。3、TRAF2介导EGF诱导的Akt信号通路的活化。4、TRAF2通过TRAF4影响Akt的泛素化及其活化水平。


基于氧杂蒽结构荧光探针的设计合成及应用研究

刁全平

【博士学位授予单位】吉林大学

博士学位授予年份】2018

摘要:荧光探针检测技术具有操作简单、选择性好、灵敏度高、响应迅速、成本低等优点,在对于离子检测的环境分析和生物分析中应用广泛,成为分析化学研究领域的热点之一,近年来发展迅速。本文基于不同的荧光探针识别机理,以罗丹明、荧光素等荧光染料为原料设计合成了几种荧光探针,用于对饮用水和生物活体细胞中Cr3+、Al3+、F-、Cu2+、H+等几种离子进行检测,主要研究内容如下:(1)基于罗丹明-冠醚共轭体系,通过席夫碱反应设计合成了一种用于检测Cr3+的荧光探针RhC。在DMF/H2O(3:7,v/v;PBS缓冲液50 mmol/L;pH=6.8)溶液中,在其他20种常见金属离子共存的情况下对Cr3+具有良好的选择性,最低检出限为1.5μmol/L(S/N=3)。通过Job’s点曲线和高分辨质谱(HR-MS)确定RhC和Cr3+配位的化学计量比为1:2。利用该探针对饮用水中的Cr3+进行检测,在加标浓度为10.00μmol/L的样品中,回收率为104.9%106.9%,并且检测结果与原子吸收光谱法(AAS)一致。此外,探针RhC还可用于活体细胞中Cr3+的生物成像。(2)基于荧光素,设计合成了一种水溶性可逆荧光探针Flu-Py,用于检测Al3+和F-。在Tris-HCl(10 mmol/L,pH=7.0)水溶液中对Al3+和F-检测的线性范围分别为010μmol/L和030μmol/L,灵敏度高,选择性好,最低检出限分别为0.092μmol/L和0.112μmol/L(S/N=3)。通过Job’s点曲线确定Flu-Py和Al3+配位的化学计量比为1:1。用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)验证了探针与Al3+的配合模式和识别机理。此外,探针Flu-Py还可用于活体细胞中Al3+和F-的生物成像。(3)基于罗丹明B,设计合成了一种新型水溶性的可逆荧光探针RBA,用于检测Cu2+。在CH3CN/H2O混合溶液(3:7,v/v;HEPES缓冲溶液50 mmol/L;pH=7.4)中,在其他10种常见金属离子共存的情况下对Cu2+具有良好的选择性,检测线性范围为015.00μmol/L,最低检出限为0.085μmol/L(S/N=3)。通过Job’s点曲线确定RBA和Cu2+配位的化学计量比为1:1,用密度泛函理论(DFT)验证了探针与Cu2+的配合模式和识别机理。利用该探针对饮用水中Cu2+进行检测,在加标浓度为10.00μmol/L的样品中,回收率为100.8%101.1%,并且检测结果与原子吸收光谱法(AAS)一致。此外,探针RBA还可用于活体细胞中Cu2+的生物成像。(4)基于荧光素和罗丹明6G,设计合成了一种水溶性可逆的荧光探针Flu-Rh,用于检测H+。该探针基于荧光共振能量转移机理(FRET),在CH3CN-H2O混合溶液(1:1,v/v;Britton–Robinson缓冲溶液,pH=2.5-7.5)中,在其他20种常见金属离子共存的情况下对H+具有良好的选择性。用密度泛函理论(DFT)验证了探针与H+的识别机理。利用该探针对化工厂污水和糖尿病患者尿液中H+的浓度进行了检测。


基于无油螺杆膨胀机的船舶柴油机烟气余热ORC系统特性研究

刁安娜

【博士学位授予单位】中国舰船研究院

博士学位授予年份】2018


摘要:对于船用柴油机,其被烟气带走的热量占燃料燃烧产生的总热量的比重约三分之一,本文针对船舶柴油机200℃以下的低温烟气采用有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)系统进行余热回收,并首次采用无油螺杆膨胀机做动力主机,从热力循环系统,主机热力特性、主机动力特性、密封技术和机组性能等方面,对基于无油螺杆膨胀机的船舶余热ORC系统特性进行理论与试验研究。本文首先对采用不同配置的ORC系统进行了?分析,结果表明:柴油机烟气余热ORC系统所有部件之中,蒸发器的?损失最大,通过增加预热器或回热器,热效率会提升,但同时系统的?损失和成本也增加。对影响ORC系统性能的关键因素进行理论分析和试验研究,形成ORC系统优化设计方法:蒸发器过热度和冷凝器的过冷度取1~2℃;无油螺杆的膨胀比和膨胀机内效率应尽可能地提高。其次,本文重点对ORC系统中的无油螺杆膨胀机的热力性能进行分析研究和试验验证,结果表明:在无油螺杆膨胀机工作过程中,等熵效率主要受泄漏和流动损失的影响,其中泄漏损失的占主要因素,本文细化了各泄漏通道的计算模型,分别比较了容积效率随啮合间隙、齿顶间隙和端面间隙的变化趋势,其中齿顶间隙对容积效率的影响最大;文章通过分析转子和壳体热力变形对间隙的影响,总结出螺杆膨胀机间隙设计方法,啮合间隙受转子热变形影响最大,壳体热变形会增加转子中心距,增大啮合间隙;齿顶间隙受转子力变形和壳体不规则变形的影响,需要通过修正壳体内缸径来消除不利影响。在对无油螺杆膨胀机的热力性能分析的同时,针对动力性能进行理论与试验研究,提出无油螺杆膨胀机轴系临界转速的计算方法,通过变转速测振试验,捕获到扭转频率下振动高值,该结果与理论计算基本一致。最后,搭建ORC系统测试平台,采用新型的蒸发式冷凝器,发电功率和系统效率随冷源负荷的增加而增加,环境的相对湿度和温度对系统的效率影响明显。试验数据表明实际热效率只有5.3%,低于理论设计效率5.7%。分析比较对系统效率影响较大的因素包括三方面:(1)由于实际运行中,膨胀机间隙大于理论设定值;(2)机组混入部分不凝气;(3)辅机系统没有采用变频设计,自耗电较高。通过泄漏检测发现,有机工质R245fa与丁腈橡胶不兼容,聚氨酯材料具有较好的耐腐蚀效果。同时,也验证了R245fa与常用金属如碳钢、不锈钢不具有腐蚀性。通过以上理论分析和试验对比,得到船舶柴油机200℃以下的低温烟气余热的最佳回收利用途径,实现了对烟气余热ORC系统的优化配置,确定无油螺杆膨胀机的热力选型和动力模拟方法,为船舶柴油机低温烟气余热利用提供了一种切实可行的解决方案。



基于蛋白表面相互作用的AChE定向固定化机理研究

刁剑雄

【博士学位授予单位】中国农业大学

博士学位授予年份】2018

摘要:近年来,环境污染和食品安全问题层出不穷,已成为大众广泛关注的话题。酶生物传感器(Enzymatic Biosensors,EBS)法与传统检测方法相比具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在线检测等优点,能够弥补传统实验室技术的不足,满足现场操作监测的需求,已在环境监测、食品检验等方面得到高度重视和广泛应用,并成为有机污染物快速检测重要发展趋势。目前,酶生物传感器设计及开发的主要问题在于解决酶蛋白分子固定在载体上的方式及固定化方法。针对传统酶固定化方法中存在的酶活性损失高的缺陷,本研究将乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,AChE)作为研究对象,设计开发了一种全新的具有通用性的基于酶蛋白表面结构的定向固定化方法,并且阐明了定向固定化AChE的分子机制及机理,为酶的定向固定化研究开辟了一种全新的思路。具体阐述如下:一、定向固定化AChE设计。以酶蛋白三维晶体结构数据作为研究基础,构建完整的AChE三维分子模型。采用MOLCAD’s multi-channel方法,发现6个AChE蛋白表面潜在固定化位点,并基于蛋白表面结构的疏水性、电性、氢键供体/受体及凹陷结构分布等特征,确定Site1作为AChE定向固定化结合位点。基于Site1和AChE活性中心结构数据,使用分子对接技术对来自ZINC小分子数据库的54159个有机小分子进行虚拟筛选。经过三个步骤的筛查,最终获得共计13个具有不同分子结构功能性固定化小分子配基,依次为儿茶素、表儿茶素、没食子儿茶素、(R)-橙皮素、(S)-橙皮素、(R)-柚皮素、(S)-柚皮素、槲皮素、花旗松素、表儿茶素没食子酸酯、氟吡汀、阿托品、莨菪碱。二、功能性固定化小分子配基与AChE相互作用研究。为了验证筛选出的功能性固定化小分子配基与AChE结合能力及结合方式,采用荧光光谱方法,对小分子配基与AChE的相互作用进行研究。结果显示,功能性固定化小分子均能与AChE相互结合,其结合强度由高至低依次为NAR>HES>QUE>>EPG,TAX>CAT,EPI,FLU>GLI>>ATR,HYO。同时,酶活性测定实验确认了所有功能性固定化小分子配基与AChE的结合不会影响酶的催化活性。三、AChE定向固定化酶制备、表征及稳定性研究。选用NAR、CAT、GLL三种功能性固定化小分子配基,以氨基磁性纳米颗粒为基础载体,设计、制备、表征三种定向固定化AChE,并采用酶活性测试方法对定向固定化AChE的pH稳定性、温度稳定性、重复使用性进行全面的考察。结果显示,与游离态酶和传统方法固定化酶相比,定向固定化AChE在多项性能上均有明显提升,尤其是在酶活性保留(均大于90%)和固定化稳定性方面提升显著(pH稳定性最大提升约70%,温度稳定性最大提升约130%)。此研究不但获得了定向固定化AChE的稳定性实验数据,同时也验证了本文设计开发的定向固定化方法的正确性。四、定向固定化AChE机理研究。为了全面阐明定向固定化AChE机制,明确影响定向固定AChE稳定性的要素,本研究采用多种分子模拟手段(分子动力学、加速分子动力学),对定向固定化过程中功能性固定化小分子配基与AChE的结合方式、结合稳定性及结合过程中构象的变化进行深入的研究,通过大量多次的分子动力学-加速分子动力学模拟、轨迹分析、构象对比,揭示出AChE酶蛋白与功能性固定化小分子配基相互作用、相互影响的动态过程,并确认了功能性固定化小分子配基与AChE定向固定结合时,不但不会影响酶蛋白分子的正常结构及催化功能,而且对酶蛋白结构具有潜在的稳定性提升能力。最终,定向固定化AChE的分子作用机制及机理得以全面的阐释。



奖励影响外源性线索驱动和内生意图性控制加工的神经机制

刁留亭

【博士学位授予单位】西南大学

博士学位授予年份】2019

摘要:控制加工是指个体受到外源性线索驱动(外源性驱动)或受到个体自身的意图驱动(内源性驱动)通过自上而下的方式调控目标导向性行为的加工过程。先前的控制加工模型将控制加工分为外源性线索驱动的控制加工和内生意图性控制加工。奖励作为日常生活中的一种重要的动机性激励通常能够促进个体的控制加工。虽然外源性线索驱动的控制加工和内生意图性控制加工都是个体高级控制加工的重要组成部分,但是大多数先前的研究仅关注奖励如何影响外源性线索驱动的控制加工(例如,抑制控制加工),奖励能否影响以及如何影响内生意图性控制加工(例如,内生意图性抑制控制加工)目前仍旧不清楚。此外,最近的研究表明,某些特定的控制加工成分(例如,外源性线索驱动的转换加工和内生意图性转换加工)不仅会受到奖励本身“绝对价值”的影响,还会受到奖励价值在试次间相对变化(即奖励的“相对价值”)的影响。尽管这些研究为我们探讨奖励和控制加工之间的关系带来了新的启发,然而奖励的“相对价值”怎样影响外源性线索驱动的转换加工和内生意图性转换加工以及这种影响背后的神经机制目前仍旧不清楚。大量先前的研究表明高奖励能够通过诱发个体更高的动机水平进而促进任务表现,但是也有研究表明在某些情境中(例如,在无意识决策任务中)个体的动机水平可能对任务表现没有影响。因此,奖励对个体控制加工的影响是否存在边界需要进一步地进行探讨。基于上述问题,本文使用高时间分辨率的脑电(Electroencephalogram,EEG)技术,采用事件相关电位(Event-related potentials,ERPs)和时频分析(Time-frequency Analysis,TFA)等方法,通过四个研究(共5个实验)来探讨奖励影响外源性线索驱动的控制加工和内生意图性控制加工的神经机制。在研究一和研究二中,我们通过考察奖励的“绝对价值”对有意识/无意识外源性线索驱动的抑制控制加工(研究一)和有意识/无意识内生意图性抑制控制加工(研究二)的影响来探讨奖励影响两种类型的抑制控制加工的神经机制以及奖励对控制加工的影响是否存在边界。进一步地,我们在研究三和研究四中通过操纵高奖励和低奖励线索在试次间出现的顺序形成奖励的“相对价值”,并将奖励线索与任务线索范式(研究三)和自主任务转换范式(研究四)结合来进一步探讨奖励价值的相对变化(即奖励的“相对价值”)影响外源性线索驱动的控制加工和内生意图性控制加工的神经机制。研究一对高奖励和低奖励线索进行block间设置,并将奖励线索和掩蔽版的Go/NoGo任务结合探究奖励影响有意识和无意识外源性线索驱动的抑制控制加工的神经机制。ERP结果和时频结果一致表明高奖励不但能够促进有意识外源性线索驱动的抑制控制加工,而且能够促进无意识外源性线索驱动的抑制控制加工,这些促进效应都表现为高奖励(相较于低奖励)在前额叶脑区诱发了更正的P3波幅以及更强的theta频段神经震荡活动。这些结果表明前额叶P3成分以及theta频段神经震荡可能参与了奖励对有意识和无意识外源性线索驱动的抑制控制加工进行的持续性的调控。研究二中的实验1首先使用掩蔽版的Go/No-Go/Choose任务探究有意识和无意识内生意图性抑制控制加工的神经机制。实验1的结果表明有意识内生意图性抑制控制加工在前额叶脑区诱发了N2和P3成分,在时频维度上则表征为早期以及晚期low beta频段的神经震荡活动,表明了内生意图性抑制控制加工可能存在两个加工阶段:早期的决策加工阶段和晚期的行为准备/行为执行阶段。此外,内生意图性抑制控制加工能够由无意识刺激诱发产生,表现为前额叶N2成分以及早期low beta频段神经震荡活动。进一步地,实验2对高奖励和低奖励线索进行block间设置,并将奖励线索和掩蔽版的Go/NoGo/Choose任务结合起来探讨奖励影响有意识和无意识内生意图性抑制控制加工的神经机制。实验结果表明高奖励能够促进有意识内生意图性抑制控制加工,表现为高奖励(相较于低奖励)在前额叶脑区诱发了更正的N2波幅和P3波幅以及更强的早期和晚期low beta频段神经震荡活动。这些结果表明奖励能够持续性地影响内生意图性控制加工中早期的决策加工阶段和晚期的行为准备/行为执行阶段。有趣的是,虽然我们在实验2中也观察到了无意识刺激诱发的内生意图性抑制控制加工,但是高奖励和低奖励对无意识内生意图性抑制控制加工的影响并没有显著性差异,暗示了奖励虽然能够广泛地影响个体的控制加工,但是其对个体控制加工的影响范围仍然受到一定的限制。研究三通过操纵高奖励和低奖励线索在实验中出现的顺序,并将这些奖励线索和任务线索范式结合探究奖励价值的相对变化对外源性线索驱动的转换加工的影响。实验结果表明个体在奖励价值增加条件下的转换代价(switch cost)比在奖励价值持续高条件下的转换代价更小,表明奖励价值的相对增加能够促进个体的转换加工。ERP结果和时频结果表明在线索刺激呈现阶段,奖励价值增加(相较于奖励价值持续高)在前额叶脑区诱发了更负的关联负变(Contingent Negative Variation,CNV)波幅和更强的theta频段神经震荡活动,然而上述两种奖励类型在顶叶脑区诱发的alpha频段神经震荡活动之间没有显著性差异。在数字任务呈现阶段,奖励价值增加在前额叶脑区诱发了更负的N2波幅和更强的theta频段神经震荡活动。这些研究结果表明了前额叶theta频段神经震荡可能参与了奖励价值的相对变化对外源性线索驱动的灵活性控制加工的调控,而顶叶alpha频段神经震荡则可能广泛参与了个体对工作记忆中任务相关信息的提取和更新。研究四同样通过操纵了高奖励和低奖励线索在实验中出现的顺序,并将这些奖励线索和自主转换范式结合探究奖励价值的相对变化对内生意图性转换加工的影响。实验结果表明个体在奖励价值增加条件下的自主转换代价(voluntary switch cost)比在奖励价值持续高条件下的自主转换代价更小,而“自主转换概率”则更大,表明奖励价值的相对增加能够促进个体的自主转换加工。ERP结果和时频结果表明在线索刺激呈现阶段,奖励价值增加(相较于奖励价值持续高)在前额叶脑区诱发了更弱的theta频段神经震荡活动,在顶叶脑区则诱发了更强的low beta频段神经震荡活动。在数字任务呈现阶段,奖励价值增加在前额叶脑区诱发了更负的N2波幅和更弱的前额叶theta频段神经震荡活动。这些研究结果表明了奖励价值相对增加时个体可能通过策略性地削弱前额叶中优势的先前任务相关的信息对当前任务表现的干扰,从而将更多的认知资源分配到后续的任务准备阶段最终促进了个体的自主转换加工。综上所述,本文的研究结果表明奖励影响外源性线索驱动的控制加工和内生意图性控制加工的神经机制之间存在差异。具体而言,前额叶theta频段神经震荡可能参与了奖励对外源性线索驱动的控制加工的调控;相较之下,前额叶/顶叶low beta频段神经振荡则可能与奖励调控内生意图性控制加工密切相关。此外,本文的研究结果还表明奖励既能够通过“绝对价值”持续性地影响外源性线索驱动和内生意图性控制加工,也能够通过“相对价值”灵活地和策略性地影响外源性线索驱动和内生意图性控制加工,体现了奖励对控制加工有广泛的影响。然而,我们同时还发现奖励价值对无意识决策加工无法产生影响,暗示了尽管奖励对个体控制加工有着广泛的影响,这种影响仍然可能存在着边界。


绿豆肽对小鼠巨噬细胞免疫活性的影响及其作用机制

刁静静

【博士学位授予单位】黑龙江八一农垦大学

博士学位授予年份】2019

摘要:生物活性肽是具有调节机体生命活动和某种生理活性功能的肽的总称。蛋白肽易吸收、生物活性强、安全性高、无毒副作用,具有特殊的氨基酸组成,已被证实其具有抗肿瘤、抗氧化、抗高血压、降胆固醇等功效。已有研究发现,绿豆肽具有免疫调节作用,但对于绿豆肽在先天免疫方面是如何发挥免疫调节作用的机制还不甚清楚。本研究以绿豆肽(Mw<1000 Da,含量96%)为原料,以机体先天免疫系统的巨噬细胞为模型,结合色谱技术、光谱技术,研究绿豆肽结构与其免疫活性的关系,找出具备较高免疫活性的绿豆肽分子量、氨基酸序列及关键组分;进而研究绿豆肽对RAW264.7细胞和小鼠腹腔巨噬细胞细胞因子以及相关信号通路基因的表达,找出绿豆肽具有免疫活性的关键因子;建立环磷酰胺致免疫低下小鼠模型,探讨绿豆肽对免疫低下小鼠天然免疫活性以及相关免疫信号通路,以揭示绿豆肽激活巨噬细胞,发挥非特异免疫的作用机制,从机理角度阐明绿豆肽的高免疫活性。1.利用细胞和分子生物学技术,从体外水平研究不同剂量的绿豆肽对RAW264.7巨噬细胞影响,以探讨绿豆肽的免疫调节活性。结果得出,绿豆肽呈剂量依赖性提高细胞增殖率、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)活力、一氧化氮含量(Nitric oxide,NO)以及细胞因子分泌量,还可显著抑制脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)诱导细胞的肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor,TNF-α)、白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)和IL-6分泌量。且绿豆肽能降低LPS诱导巨噬细胞胞内微管相关蛋白1轻链3(Microtubule-associated protein 1 Light chain 3,LC3)的含量,并促进LC3-I向LC3-II的转化,下调LC3II/LC3I蛋白的表达量,上调胞内p62蛋白的表达量。结果表明,绿豆肽具有较强的免疫活性,且免疫活性的发挥与绿豆肽促进免疫活性物质分泌、调节细胞因子分泌以及抑制细胞自噬等多种因素有关。2.采用SephadexG-15层析法分离得到三个不同级分的绿豆肽,采用色谱技术、氨基酸分析技术以及光谱技术,结合免疫活性测定得出:绿豆肽的第三级分(P3峰)的免疫活性最强,疏水性也较强,巨噬细胞糖原、核酸代谢活性显著增加,IL-1β、IL-6和IL-10的水平提升。采用液质联用装置对分离后得到的P3进行结构鉴定,得出P3的主要氨基酸序列分别为Phe-Leu-Val-Asn-Arg-Ile(885.1 Da),Phe-Leu-Val-Asn-Pro-Asp-Asp,(961.06Da),Lys-Asp-Asn-Val-Ile-Ser-Glu-Leu(1043.13 Da)。FTIR光谱分析结果得出绿豆肽在α-螺旋结构含量增加时免疫活性增强。3.采用PCR技术分析不同处理组的TLR1、TLR2和TLR4受体mRNA表达量水平,结果表明LPS组的TLR1、TLR2和TLR4 mRNA表达量显著提高(p<0.05),绿豆肽组对巨噬细胞TLR1和TLR4受体表达量有一定影响,但对TLR2受体无明显影响;绿豆肽能显著抑制LPS诱导巨噬细胞的TLR1、TLR2和TLR4 mRNA表达量。采用anti-TLR1和anti-TLR4抗体对RAW264.7细胞进行处理,测定绿豆肽对阻断TLR受体的处理组的细胞因子表达水平,结果表明anti-TLR1和anti-TLR4处理组的IL-6、IL-1β和TNF-α的细胞因子分泌水平显著低于MBPs组,且TLR1阻断组的细胞因子分泌水平显著被抑制,抑制水平达到50%以上,这些研究结果推断出TLR1是绿豆肽激活巨噬细胞的主要受体。4.采用western blotting方法对MAPK的三个主要亚基p38,ERK1/2和JNK以及其磷酸化表达水平和NF-κB通路的相关蛋白进行分析,结果为绿豆肽对巨噬细胞MAPK通路的三个主要亚基p38、ERK1/2和JNKLPS的表达量有显著影响。采用MAPK信号通路的P38抑制剂(SB203580)、ERK抑制剂(PD98059)、JNK抑制剂(SP600125)处理巨噬细胞,分别测定绿豆肽对巨噬细胞的TNF-α和IL-6分泌量,结果得出p38和ERK1/2抑制剂对巨噬细胞TNF-α和IL-6的分泌量影响较大,表明绿豆肽激活细胞因子的表达依赖于MAPK相关的信号通路,且p38和ERK对巨噬细胞的细胞因子分泌起主要作用。LPS处理组的细胞核内p65和细胞质中IκBα的相对蛋白表达水平显著升高,而采用不同浓度绿豆肽处理LPS诱导组的细胞核内p65和细胞质中IκBα相对蛋白表达水平呈浓度依赖性降低;绿豆肽可以激活NF-κB的核移位,但其入核程度显著低于LPS。采用NF-κB通路的特定抑制剂处理巨噬细胞得出,绿豆肽处理组的TNF-α和IL-6的分泌量较正常组小,这表明绿豆肽激活细胞因子的表达依赖于MAPK和NF-κB通路。5.采用ELISA、PCR和western blotting技术分析绿豆肽对BALB/c小鼠腹腔巨噬细胞免疫活性以及相关信号转导通路进行研究,结果得出绿豆肽组小鼠腹腔巨噬细胞的TNF-α分泌量显著增加,而经TLR1阻断剂处理后的小鼠腹腔巨噬细胞的TNF-α分泌量较未处理组显著降低,且不同浓度绿豆肽对小鼠巨噬细胞的TNF-α分泌量影响无差异。不同浓度绿豆肽可显著增加小鼠腹腔巨噬细胞的IL-6分泌量;而TLR1阻断剂处理后各组的IL-6分泌量显著低于绿豆肽组。绿豆肽可以通过调节MAPK和NF-κB信号通路调节绿豆肽诱导TNF-α和IL-6等细胞因子的产生,证明绿豆肽是通过MAPK和NF-κB信号通路激活巨噬细胞。6.绿豆肽可改善环磷酰胺致免疫低下小鼠的脾脏状态,增加小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬能力,提高TNF-α和IL-6等细胞因子的分泌,且绿豆肽可显著提高免疫低下小鼠腹腔巨噬细胞的MAPK和NF-κB通路相关蛋白表达,证实绿豆肽是经由MAPK和NF-κB信号通路激活巨噬细胞,发挥先天免疫作用。在此基础上对免疫低下小鼠进行热应激处理,结果表明绿豆肽能很好的改善免疫低下小鼠血清的皮质醇和葡萄糖浓度,以及SOD和谷草转氨酶(glutamic oxalacetic transaminase,GOT)活性,这也说明绿豆肽可提高免疫低下小鼠的机体活力,即提高了免疫低下小鼠的免疫能力。综合以上结果,绿豆肽可通过激活巨噬细胞相关细胞因子的表达发挥免疫活性,且免疫活性与其分子量大小、氨基酸含量、疏水性以及二级结构性质有关;绿豆肽能够上调机体内巨噬细胞的TNF-α、IL-1β和IL-6的表达,抑制LPS诱导的巨噬细胞TNF-α、IL-1β和IL-6的表达,这一过程可能是通过TLR1受体调控p38、ERK1/2和NF-κB信号通路实现的。




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