代谢工程改造酿酒酵母合成β-胡萝卜素

β-胡萝卜素广泛用于食品、饲料、医药和化妆品等领域,利用微生物细胞合成高附加值的天然β-胡萝卜素,具有重要的研究意义。如何调控代谢途径中相关基因的表达强度,是在酿酒酵母体内合成β-胡萝卜素的关键因素。该文利用来源于三孢布拉氏霉Blakeslea trispora的β-胡萝卜素合成酶转化出发菌株酿酒酵母LFD18,酿酒酵母能够从头合成β-胡萝卜素,并在细胞中积累。在研究过程中,平板上发现一株菌落颜色明显较周围菌落更深地突变株命名为ZS19 reddish,经实验验证突变株的β-胡萝卜素产量显著提高。针对上述两种不同颜色菌落,进行转录组分析,主要是发现一些与产物合成有关的基因,通过GO与PATHWAY分析发现与碳代谢和脂质体合成有关的6个上调基因,hxk1、dpp1、lpp1、fdh1、hmg2和gre2表达水平上调。通过定量PCR和单个基因过表达验证,最终通过同时过量表达hxk1、dpp1、lpp1和fdh1基因构建命名为ZS20菌株,β-胡萝卜素摇瓶发酵产量提高到194.3 mg/L,是ZS19 reddish菌株的1.3倍,是出发菌株ZS19的2.1倍,最终ZS20菌株经发酵罐发酵后β-胡萝卜素产量为314.3 mg/L,因此,通过进一步PATHWAY分析构建重组菌或许可以提高β-胡萝卜素的产量。

涟漪算法及其在马斯京根模型参数优化中的应用

基于自然界的涟漪现象,提出一种新的启发式智能优化算法——涟漪算法(Ripple Algorithm,RA)。该算法模仿涟漪的结构,搜索过程采用由中心点出发的三层涟漪随机取点搜索,搜索中心点群以当前适应度与全局最优适应度的比较信息为基础;采用涟漪半径函数与收缩函数对涟漪的展开进行控制,相对独立地向解空间最优点收敛。通过测试函数将涟漪算法与粒子群算法、标准遗传算法、引力搜索算法进行对比测试。结果表明:涟漪算法在较低维度与运用广泛的启发式算法相比有很强的竞争力;在马斯京根模型参数优化应用中,涟漪算法寻优能力强、精度高,有很强的实用性。对涟漪半径函数、收缩函数及其他影响涟漪算法优化过程的参数进行讨论,提出了几种改进涟漪算法的思路与方向。

城市原水系统调度研究与应用综述

从城市原水系统调度的理论研究、软件开发和工程实践三方面,回顾了国内外城市原水系统调度的研究进展;探讨了原水调度与水资源配置和水库群调度的区别,分析了模拟调度和优化调度的优势和不足,归纳了智能调度的技术要点并总结其在原水公司中的实际应用;介绍了常用原水调度仿真软件的计算机制和特点,分析了智能调度软件开发中决策支持系统的应用途径;通过国内外规模各异的城市原水系统调度工程案例分析了原水调度在合理利用水资源、提高供水效率、应对突发事件等方面的实际价值。指出未来的研究方向包括:加强城市原水系统智能调度理论研究,构建适用面广、可操作性强的城市原水智能调度系统;提高城市原水系统调度目标的预测精度与时效性;建立科学的城市原水系统应急调度预案库;形成满足生态与发展需求的城市原水系统调度评价体系。

感潮河网口门处舾装码头工程对引排水的影响

与内陆地区相比,城市感潮河网在防洪排涝和水环境保护等方面面临较大压力,沿江水闸利用潮差进行内河引排水是提升感潮河网防洪排涝能力、改善水环境的有效途径,但临江工业的发展与感潮河网引排水容易形成矛盾。以南通农场闸闸口附近的惠生重工3#舾装码头新建工程为背景,采用数学模型研究舾装码头工程对感潮河网引排水的影响,提出一种将船舶概化成活动闸门的船舶阻水作用分析的等效处理方法,并验证其合理性。研究认为舾装码头工程口门拓宽疏浚措施对感潮河网排水排涝有利、对感潮河网引水不利,口门泊船对感潮河网引排水影响甚微。

低温风洞高精度温度计现场校准装置研制

为满足低温风洞高精度温度传感器校准多通道并行、电缆线无法拆卸等现场校准需求,研制一套基于电制冷的低温风洞高精度温度计现场校准装置。校准装置采用多层结构、真空绝热、增加热阻等方法降低热量/冷量损失,设计冷量分配器减小中间层与内层的温差降低热辐射,配置辅助冷却套管降低引出电缆温度梯度,并通过在安装铜座和校准腔均匀布置标准温度计和加热器,实现温度精确控制,系统保证校准腔温度均匀性和稳定性。校准装置性能测试实验结果表明:在45路温度传感器并行校准条件下,校准温度范围可达77~323 K,有效温度场的温度均匀性和温度波动性均优于33 mK,能够满足低温风洞温度传感器现场校准需求。

D-甘露糖异构酶的酶学性质探究和热稳定性改造

D-甘露糖异构酶可以催化D-果糖与D-甘露糖之间的相互转化,在D-甘露糖的生物酶法制备中具有应用前景,但是目前报道的D-甘露糖异构酶热稳定性较差,无法满足工业生产高温的需求。该研究将大肠杆菌(Escherichia coli)Dh5α来源的D-甘露糖异构酶异源表达后进行酶学性质研究,并对其进行热稳定性改造。研究结果显示D-甘露糖异构酶的最适反应温度为30℃,最适反应pH值为6.0~7.0,K_(m)、k_(cat)和k_(cat)/K_(m)分别为963.4 mmol/L、1.38 s^(-1)、1.4×10^(-3)L/(mmol·s)。通过理性改造该研究获得了一株热稳定性显著提高的突变体A241P/A116V/G253A/Q379P,其最适反应温度提高了15℃,在50℃条件下,半衰期为野生型的33倍,相对酶活力比野生型高60%。分子动力学模拟分析表明脯氨酸的引入和疏水作用的增强,提高了蛋白质的刚性,从而使热稳定性提高。该研究通过对主流来源的D-甘露糖异构酶进行酶学性质探究及热稳定性改造,为生物酶法高效制备D-甘露糖提供了理论依据,为D-甘露糖异构酶结构-稳定性的研究奠定基础。

利用蔗糖产尿苷二磷酸葡萄糖的大肠杆菌构建

尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphosphate glucose,UDP-glucose)不仅是细胞壁合成的前体物质,也是多种糖供体的重要前体物质。代谢工程可赋予微生物利用廉价易获得的原料生产特定化学物质的能力。该研究采用代谢工程技术改造大肠杆菌(Escherichia coli)蔗糖利用和UDP-葡萄糖合成的代谢路径,在E.coli BL21(DE3)中以蔗糖为唯一碳源,在实现细胞生长的同时促进UDP-葡萄糖的生产。通过在E.coli BL21(DE3)中共表达蔗糖通透酶基因(cscB)、果糖激酶基因(cscK)、蔗糖合酶基因(susy),确定了高拷贝数质粒(pMD19-T)和启动子串联策略(P_(csc)-P_(T7))是合成UDP-葡萄糖的最优策略,成功构建了能够利用蔗糖产UDP-葡萄糖的工程菌株ESBK09。此外,为了进一步增加菌株的稳定性,将cscB基因整合到E.coli BL21(DE3)基因组中构建工程菌株EPT03,该菌株被证明能够利用蔗糖生产UDP-葡萄糖。构建具有蔗糖利用能力的工业菌株将促进蔗糖作为碳源的使用,有助于石油化工经济向生物经济的过渡,为今后利用UDP-葡萄糖生产葡萄糖基化生物分子提供通用性底盘微生物菌株,也为后续利用UDP-葡萄糖合成相关大分子物质的代谢网络的构建提供了关键的一环。

水信息学与智能水力学

对两个新兴边缘学科水信息学和智能水力学的产生背景、研究对象和主要内容作了介绍;指出智能水力学是水信息学的一分支学科,二者的发展和完善有利于水利信息化和数字化建设,并可促进水利行业的可持续发展.

感潮河网调水过程的数值模拟研究

利用外河潮位和内河水位涨落落差进行内陆河网引清调水和防洪排涝,是改善感潮河网水环境、保障当地供水安全和提高防灾减灾能力的一种有效途径。本文根据Saint-Venant方程组和Preissmann加权四点隐式有限差分格式建立了感潮河网调水数学模型,该模型应用于浦东新区河网调水过程模拟的结果表明,其计算速度快、精度也较高,可对感潮河网调水水流时空变化过程、闸门开启过程引排水流量以及调水过程引排水总量进行模拟和计算。结合计算智能方法进一步讨论了调水过程外河潮位实时预报、感潮水闸流量的计算和调水模型河网糙率的反演问题。感潮河网调水过程数学模型的研究可以为平原河网地区水资源的智能监控提供支撑平台。

水流模拟智能化问题的探讨

对水流模拟的发展历史进行了总结,指出阻碍水流模拟发展的主要问题,提出克服这些瓶颈问题的方法是将智能科学与水利科学交叉融合,实现水流的智能模拟。据此,介绍了水流智能模型理论,结合遗传算法、模糊逻辑、元胞自动机、混沌分析理论、人工神经网络、专家系统、数据挖掘等智能理论和技术,对水流智能模拟的实现途径作了探讨,并指出建造一个优秀的水流模拟智能系统的关键是联合运用各种智能方法,认为智能化是当前水流模拟发展的新方向,水流智能模型将是水利科学的一种新的研究途径,并将在研究水流问题上具有广阔的应用前景。

海绵城市建设的新途径-雨水雨能联合利用

针对城市内涝严重、水资源短缺、水环境恶化等水问题,讨论了海绵城市与雨水收集利用的关系,提出城市暴雨管理的一种新观点——雨水雨能联合利用(Co-use of Rain Water&Rain Energy,RWRE)。以屋面雨水收集为例,给出了其水雨能联合收集利用模式,介绍了实现RWRE的雨能发电、雨水电化处理、积水助排等几项关键技术,并介绍了世界上第一座采用RWRE模式建成的雨水电站——位于金华市茂盛岩土工程有限公司厂区内的小型雨水雨能联合收集利用系统,分析了RWRE的应用前景。分析认为,相对于传统的雨水收集利用模式,RWRE具有环境友好、节能降耗、产投比高、能协同缓解城市水问题等优势,可以通过雨水管网连接和自然能互补发电两项措施分别解决RWRE雨水收集量不足和雨能品质差的问题,从而为海绵城市建设提供了一条新途径。

升船机承船厢水动力特性试验研究

对卧倒门在不同工作方式下承船厢内的水动力特性及船舶停泊条件进行了物理模型试验 .介绍了卧倒门启闭过程中承船厢内的水力特性和动力特性 .运用回归分析法 。

基于神经网络的空间流场智能模拟

基于作者提出的水流智能模型思想,运用人工神经网络方法对透水框架式四面体的尾流场进行智能模拟,为复杂水流的空间流场仿真提供一种新的研究途径。通过水槽实验,借助声学多普勒流速仪(ADV)自动测量分析系统测得四面体九种工况下的空间尾流场,作为四面体水流智能模型的学习样本和测试样本,经过训练获得智能模型的工作表达式,预测流场与实测流场基本吻合。研究结果表明,基于神经网络的水流智能模型,仿真速度快,外延泛化能力和容错能力强,且精度较高,因此具有广阔的应用前景。

基于光纤陀螺侧滑角动态数据采集和处理

在基于光纤陀螺对风洞模型侧滑角的测试中,光纤陀螺动态数据采集和处理是研究的重点和难点。针对光纤陀螺输入输出特性建立ARMA模型,采用了工程上Simpson法则进行角度积分,并在该基础上进行了转台实验,这对于提高光纤陀螺的测量精度、实现侧滑角高精度测量具有重要的意义。

L-组氨酸产生菌的选育

以谷氨酸棒杆菌 (Corynebacterium glutamicum )ATCC 1376 1为出发菌株 ,经硫酸二乙酯(DES)和亚硝基胍 (NTG)诱变处理 ,D 组氨酸 (D His)、6 氮鸟嘧啶 (6 AU)等结构类似物平板和以L 组氨酸 (L His)为惟一氮源平板定向筛选 ,获得一株L 组氨酸产生菌H 2 4 (D Hisr 6 AUrHisase- ) .在加有 15 0 g/L葡萄糖、35g/L硫酸铵以及 10mL/L玉米浆的发酵培养基中发酵 72h ,产L 组氨酸 1.6 g/L.

感潮河网区水量调控的调水总量计算

针对过去感潮河网调水总量计算缺乏实用的经验公式以及数学模型计算代价高、时效性差等问题,将感潮河网调水总量的计算转换为内河平均水位的计算,提出采用具有强大非线性映射能力的BP人工神经网络理论识别调水后内河平均水位与潮形、初始内河平均水位、闸门开启时的外河水位、调水方案等影响因素之间的复杂函数关系。人工神经网络的训练样本由河网非恒定流数学模型提供。在上海市浦东新区河网的应用结果表明,所建立的感潮河网水量调控的调水总量非线性计算模型计算简单、快速、准确,有利于感潮河网水量调控方案的正确评估和科学决策,对其他水利工程水量调控问题也具有较好的借鉴意义。

卧倒门承船厢内水面最大升降值神经网络计算模型

运用人工神经网络原理,在通过大量学习样本对网络进行训练的基础上,建立了卧倒门启闭时升船机承船厢内水面最大升降值的神经网络计算模型(NNCM—MFWS-SLC-TGO)。根据岩滩升船机和三峡升船机的模型试验资料对网络模型的性能进行了测试。测试结果表明,所建立的神经网络模型可用于卧倒门启闭时承船厢内水面最大升降值的初步预测。通过实测,计算结果与测试数据是基本吻合的。

升船机厢内船舶最大纵向系缆力的计算模型

尝试运用人工神经网络原理 ,建立卧倒门启闭时升船机承船厢内船舶所受最大纵向系缆力的计算模型 (NNCM-MLHF -SLC -TGO) ;根据岩滩升船机和三峡升船机的模型试验资料对网络模型的性能进行了测试 ,结果表明 ,所建立的神经网络计算模型可用于船舶所受最大纵向系缆力的初步预测 ;

河网水闸智能调度辅助决策模型研究

为了充分发挥水闸的运用效益,针对河网水闸综合管理中的水闸智能群控关键问题,借助人工神经网络和河网非恒定流数学模型技术,构建了一种河网水闸智能调度辅助决策模型.它的基本框架由水闸神经网络调度模型和河网非恒定流数值仿真模型组成,其中,水闸调度模型用来输出调度方案,数学模型用来提供调度预案和对输出调度方案进行模拟检验.河网水闸智能调度辅助决策模型在上海市浦东新区河网上的运用结果表明,该模型可以较好地满足群闸智能调度需求,能解决浦东新区这样大型复杂河网的水闸智能控制问题,从而为内陆河网水闸综合管理提供有效的决策支持.