响应面法优化藜麦代餐粉工艺

以催芽藜麦粉、木糖醇、黑芝麻粉、脱脂奶粉为原料,以上述原料所占质量百分比及感官评价为指标进行单因素对照试验。在单因素试验的基础上,选取催芽藜麦粉用量为6.40 g,木糖醇用量为6.99 g,脱脂奶粉用量为10.36 g,羧甲基纤维素钠用量0.80 g,黑芝麻粉用量4.00 g作为优化因素进行响应面法分析,结果表明,各因素对结果的影响排序为催芽藜麦粉>木糖醇>脱脂奶粉。

PCS内部换热器外低浓度氢气燃烧及其影响分析

为研究严重事故条件下对华龙一号非能动安全壳冷却系统(PCS)内部换热器的影响,以华龙一号PCS内部换热器为研究对象,使用商业流体计算软件ANSYS对低浓度氢气燃烧工况及其影响进行了分析。利用西安交通大学的圆柱形实验作为验证实验,证明了选用燃烧模型的正确。选取经验证的氢气燃烧模型对氢气浓度为8%、10%、12%分别进行分析,得到PCS内部换热器换热管表面的最高温度及最大压力分别为676 K与1.95 MPa,并利用得到的温度、压力载荷对PCS内部换热器进行应力分析,按照ASME规范第Ⅲ卷第1分卷NC分册、第1分篇附录进行应力评定校核,结果表明应力水平满足标准的要求。本文研究结果表明,在严重事故下安全壳内浓度为12%的氢气燃烧后不影响PCS内部换热器的安全使用。

Pre-miR172及miR172调控油菜AP2基因表达的规律分析

为探究油菜miR172前体(pre-miR172)及成熟体(miR172)对AP2基因的调控功能,该研究通过生物信息学方法对miR172和AP2启动子进行调控元件预测,分析6条油菜AP2基因的进化关系及miR172与AP2的靶向关系;通过qRT-PCR方法检测AP2、miR172和pre-miR172在早熟和晚熟油菜不同组织的表达规律;比较分析miR172丰度和AP2表达量间的相关关系,以及比较分析pre-miR172和miR172在表达水平上的相关关系;通过过表达pre-miR172,再次验证pre-miR172对成熟体miR172及AP2的作用。结果表明:(1)miR172和AP2启动子区均存在调控花发育的顺式元件。(2)6条AP2序列均经历了强烈的纯化选择,均具备miR172的结合位点,属miR172的靶基因。(3)miR172家族成员均可促进早熟油菜AP2表达,但miR172d作用不明显。在晚熟油菜中,miR172a和miR172c作用微弱,miR172b和miR172d二者共同发挥作用降低AP2的表达水平。(4)pre-miR172家族对于早熟油菜中miR172家族的表达水平均有促进作用;在晚熟油菜中pre-miR172a和pre-miR172b对其成熟序列的形成发挥正调控作用,pre-miR172c和pre-miR172d则对于其成熟序列的形成发挥负调控作用。过表达pre-miR172后,miR172和AP2表达规律与上述结果保持一致,证实pre-miR172对miR172及AP2的调控功能。该研究结果丰富了油菜AP2基因的功能调控路径,为基因的调控功能研究提供了新的思路。

酶解荷叶制备荷叶小分子多肽的研究

本试验以荷叶为原料,利用超声波辅助碱性蛋白酶酶解荷叶制备小分子多肽。选用底物浓度、酶解温度、酶解pH、酶解时间四个因素进行单因素试验。再通过响应面试验对提取荷叶多肽工艺进行优化。最后以多肽浓度为标准,得到最佳酶解得荷叶多肽的条件为:底物浓度4.07%、酶解温度54.96℃、酶解pH 8.88、酶解时间5.19 h。在上述条件下,得到多肽浓度为8.98×10^(-3) mg/mL。

2000-2022年中国东北地区湖冰物候数据集

湖冰物候是区域气候变化的敏感指示因子,在湖泊环境管理、湖泊能量交换和人类冬季活动等方面发挥着至关重要的作用。中国东北地区湖泊群是我国湖泊密度较大的地区之一,也是我国对气候变化较为敏感和响应显著的地区之一。研究东北地区湖冰物候特征具有重要的科学意义和应用价值。本文选取中国东北地区31个湖泊面积>20 km^(2)的典型湖区,基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)融合MOD11A1和MYD11A1获取湖表温度(Lake Water Surface Temperature,LWST)的时间序列,利用正交距离回归算法填补时间序列空白值,构建了中国东北地区2000-2022年期间31个湖泊表面温度数据集和湖冰物候数据集,包括结冰日(Freeze-up Date,FUD)、融冰日(Break-up Date,BUD)和冰期(Ice Cover Duration,ICD)。此外,选取28个气象站对湖表温度精度进行验证,结果表明湖表温度与气象站地温(Ground Surface Temperature,GST)、气温(Air Temperature,AT)的相关系数分别为0.98和0.99。基于水文年鉴的冰情统计结果验证湖冰物候,结冰日、融冰日和冰期的相关系数分别为0.88、0.85、0.94,基于其他数据集的冰情统计结果验证结果相关系数均大于0.80,说明数据集提供的物候信息具有较好的精度,能够为中国东北地区湖冰时空变化规律及气候变化研究提供数据支撑。

响应面法优化酸提取荷叶中生物碱的工艺研究

以荷叶为原材料,在酸浸法和单因素实验法的基础上,结合超声波辅助提取和BoxBehnken响应面分析作图的方法优化荷叶生物碱盐酸提取工艺,以荷叶碱得率为指标,考察超声时间(min)、超声功率(W)、超声温度(℃)、盐酸质量分数(%)对荷叶碱得率的影响,得到荷叶碱提取的最佳提取条件和最大得率.通过方差分析得出,得率变化受到超声时间和盐酸质量分数的影响最大,而超声温度最小,优化后最优提取工艺条件:超声时间为37 min、超声功率为530 W、超声温度为48℃、盐酸质量分数为0.56%时,荷叶碱的最佳提取率为(1.69±0.05)mg/g.

水稻OsNramp4介导锰离子吸收和转运的功能分析

锰(Mn)是植物生长发育必需的矿质营养元素。水稻天然抗性相关巨噬细胞蛋白(natural resistance-associated macrophage protein, OsNramp)家族有7个成员,其中4个具有Mn^(2+)转运活性。OsNramp4已被鉴定为一个铝离子转运蛋白,但尚未报道其是否具有Mn^(2+)转运活性。本文利用Mn^(2+)吸收突变株Δsmf1进行OsNramp4功能互补实验,分析OsNramp4对Mn^(2+)的响应,研究环境Mn^(2+)胁迫对敲除突变体nramp4的生长势以及Mn^(2+)吸收和转运的影响。结果显示:OsNramp4能互补Δsmf1的Mn^(2+)吸收缺陷表型;水稻根部OsNramp4的表达受Mn^(2+)的诱导;高Mn^(2+)胁迫下, nramp4的长势明显优于野生型对照,突变体地上部Mn^(2+)含量显著低于野生型,且根-茎Mn^(2+)转运率明显低于野生型,暗示OsNramp4可能作为一个低亲和性Mn^(2+)转运蛋白,具有在高Mn^(2+)环境下吸收Mn^(2+),并由根部向地上组织运输Mn^(2+)的功能。本研究结果对深入探讨植物Mn^(2+)吸收、转运和分配的分子机制具有重要意义。

放射性废物切割用带锯条失效后处置方法研究

带锯切割在放射性废物切割拆解中应用广泛,其具有可切割多种类型材料且无火险、不产生烟雾和气体,以及易于控制放射性污染的优点。但带锯条作为消耗品,在失效后需按照放射性金属废物处置。通过对放射性废物切割用带锯条的特性进行分析,研究了其处置方法,提出了在放射性热室内利用专用夹具与液压钳将其切割分段的方法,可满足放射性金属熔炼处置条件,并为其他放射性废物切割工具的处置提供了思路。

北方土石山区生态修复与水源涵养研究进展与展望

生态文明建设与生态环境保护是人与自然和谐相处与和谐共生的必然要求,是实现经济社会可持续发展和人民群众对美好生态环境的现实需要、建设美丽中国的实际需要。针对太行山区生态系统严重退化、环境容量与承载力低下、基础设施薄弱、自然条件与资源禀赋较差、贫困程度较深等问题,中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心从20世纪80年代开始在太行山中段东坡的低山丘陵区进行生态修复与可持续发展的研究,通过30年的研究实践,提出并建立了较为完整的北方土石山区生态修复治理体系,为山区生态文明建设和生态环境保护,以及扶贫攻坚和社会经济可持续发展提供了经验与示范。本文通过30年研究历程回顾、研究与展望,总结了土石山区生态修复与水源涵养的进展与展望。太行山林业生态工程建设主要经历了3个阶段:一是研究初始阶段(1986—1996年),确定了退化山地生态系统恢复的途径与技术理论,建立了以水土富集为中心的林业生态工程。二是提升发展阶段(1997—2007年),这一阶段主要是研究了影响退化山地生态系统恢复与重建的关键因子与影响机制,并提出了有效的技术措施与解决方案。具体说来,在径流林业研究方面,研制出了太行山水土富集工程带间距计算公式;在降水资源转化与水分运移规律研究方面,明晰了岩土二元结构体的降水-土壤水-裂隙水的基本补给路径,揭示了岩土界面"优先流"与裂隙网络"优先流"的运行转化规律,阐明了浅层风化裂隙岩体渗流的动态变化特征及对植被耗水过程的响应关系;在降水资源调控利用研究方面,研制出了生物集雨新材料、营养调理剂和生物集雨面建造施工工艺。三是全面创新阶段(2008年—),重点探讨了山区生态产业开发与区域可持续发展问题,研发了经济林土壤扩蓄增容技术、石质山地困难立地造林技术、经济林生态隔离带调控技术、京津风沙源治理工程区沙产业开发技术,以及林下经济、循环经济、生态旅游等生态产业化技术体系。下一步将在目前研究的基础上,向人口密度较大、人类活动频繁的雄安新区上游山区扩展,重点开展以国土绿化、景观建设、水源涵养、水土流失治理、污染防治为主要内容的山水林田湖草一体化生态环境与气候变化监测,研究现代干扰条件下山地灌丛生态系统向森林生态系统的演替过程及主要驱动因素,山地水旱灾害形成机制、降水资源调控与水源涵养,以及以产业生态化和生态产业化为主体的山地生态经济体系,为构建结构稳定、功能完善的京津冀生态环境支撑体系与水源涵养功能体系提供科学依据和技术支撑,为山地生态系统经营管理,实现其生产、生态功能和系统稳定性提供科学参考。

基于RBF神经网络的并联行星齿轮动态啮合力分析

双电机混动车辆通过并联行星齿轮机构分配两侧动力,两排行星齿轮的啮合力相互影响,导致动载系数增大,振动激励增大。运用谐波分析法求得多个工况下啮合力频率比,以此建立RBF神经网络模型。对一定工况范围的啮合力进行网格化预测。对预测结果计算最大啮合力与动载系数,得知啮合力与转速比、输出转矩比减1的差值成正比,低速侧动载系数大于高速侧且可表示为其倍数或倒数的倍数关系。为双电机混动车辆动力学研究提供了理论基础。

基于不同土地覆盖类型NDSI阈值优化下的青藏高原积雪判别

美国国家雪冰数据中心(NSIDC)发布的MODIS第6版本逐日积雪范围产品(V6)仅提供了归一化积雪指数(NDSI),而用户往往关心的是积雪范围或积雪覆盖率。NSIDC推荐全球积雪范围最佳的NDSI阈值为0.4,但是青藏高原地形复杂,积雪斑块化特征明显,单一的NDSI阈值并不能精确地判识不同下垫面上的积雪。不同的土地覆盖类型可能影响积雪判别的NDSI阈值。以青藏高原为研究对象,基于高分辨率卫星Landsat-5 TM数据,获取了青藏高原不同土地覆盖类型下判识积雪的最优NDSI阈值。结果表明,在草地和稀疏植被地表类型下,最优NDSI阈值分别为0.33和0.40;在其他下垫面类型下,最优NDSI阈值为0.47。以Landsat 8 OLI数据为"真值"对该NDSI阈值确定的积雪范围进行了精度检验。结果表明,采用新的NDSI阈值获取的MOD10A1 V6积雪范围产品的总体精度OA、错分误差OE和漏分误差UE分别为87.88%、5.20%和6.87%。而采用传统的0.4阈值时,其OA、OE和UE分别为87.36%、3.98%和8.60%。这表明考虑不同土地覆盖类型下的NDSI阈值优化可以有效地提高青藏高原积雪判别精度,特别是对占比面积较大的草地区域,通过NDSI阈值优化可以更加准确地识别积雪范围。

正时齿轮相位系数对振动特性的影响

针对柴油机强化过程中引起的正时齿轮振动加剧的现象,考虑了具有时变性的刚度、阻尼、误差和齿侧间隙,建立了正时齿轮系统曲轴齿轮副的动力学模型.分析了计入相位系数的啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙和啮合误差对正时齿轮系统曲轴齿轮副的振动位移最大值和均载系数影响,并分析了计入相位系数的所有时变因素对位移最大值和均载系数的影响.结果表明:计入相位系数后的时变因素对振动位移最大值和均载系数的影响中,啮合误差最大,啮合刚度和齿侧间隙次之,而啮合阻尼几乎没影响;所有时变因素都考虑的情况下,随角度变化的位移最大值与最小值相差了6.9%,均载系数的最大值与最小值相差了11.8%;当相位系数选择(0.30,0.70)附近时,位移最大值和均载系数较大;当选择(0.50,0.50)或(0.97,0.03)附近时,位移最大值和均载系数较小.

基于MODIS数据的北疆积雪黑碳和雪粒径反演及时空变化分析

积雪是地球上反射率较高的自然表面,对于中高纬度地区的水文和能量收支平衡发挥着重要作用。表层积雪中的黑碳和雪粒径变化可以显著影响积雪反照率,造成积雪对太阳辐射吸收的变化,进而对区域气候变化和水文循环产生反馈作用。利用遥感技术对季节性积雪表层黑碳和雪粒径进行定量评估,可以获取时空上连续系统的雪表黑碳浓度和雪粒径变化情况,这也是许多气候和水文模型的输入因子。以中国主要季节性积雪区北疆为研究区,基于MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)数据的3(0.47μm)、2(0.86μm)和5(1.24μm)波段,采用SGSP(Snow Grain Size and Pollution Amount)算法反演2000-2018年积雪期的雪表黑碳浓度和雪粒径,并结合地面观测数据对于反演结果进行了精度验证,综合分析北疆雪表黑碳浓度和雪粒径时空变化趋势。结果显示,SGSP算法能够同时反演雪表黑碳浓度和雪粒径,并且验证结果表明纯雪像元上反演结果具有较好的精度;2000-2018年北疆雪表年均黑碳浓度和年均雪粒径都随时间变化呈现微弱下降趋势;受地理位置和局部污染源的影响,北疆积雪黑碳浓度空间分布复杂,天山北坡经济带平均黑碳浓度最高,伊犁地区平均黑碳浓度最低,雪粒径的空间分布显示塔城地区平均雪粒径最大,伊犁地区最小。

2001-2020年三江源地区积雪日数变化及地形分异

基于积雪面积逐日无云遥感产品和气象观测资料,分析了2001-2020年三江源地区积雪日数的水平、垂直分布特征及变化规律,并对积雪日数与气温和降水量进行了相关分析。结果表明:(1)2001-2020年三江源地区积雪日数呈西高东低,高海拔山脉大于盆地平原的分布格局,高海拔山脉地区积雪日数均值普遍大于200d,85.48%的区域积雪日数呈波动增加趋势,显著增加区域占比为16.59%,平均增加速率为0.98d·a^(-1)。(2)积雪日数及其变化趋势存在明显的海拔和坡向.分异,积雪日数随海拔上升呈指数型增加,较低海拔(<3.0 km)区域积雪日数少、呈减少趋势且减少速率随海拔高度上升而加快;高海拔区域积雪日数较多且呈增多趋势,但海拔大于4.4 km后积雪日数增多速率随海拔上升而减缓,且5.5-6.0km地区积雪日数呈减少趋势,高海拔地区积雪日数存在一定程度的“海拔依赖性”。积雪日数北坡大于南坡、西坡大于东坡,西北坡积雪日数最多,为78.30d,不同坡向的积雪日数均呈增多趋势,其中西坡的增多速率最快,达1.04d·a^(-1)。(3)近20a三江源地区明显的“暖湿化”气候特征是影响积雪日数变化的主要原因,其中降水量是主要驱动因素,积雪日数增多与降水量增加密切相关,且高海拔地区积雪日数对降水量的依赖性更强。

基于AVHRR影像的北半球积雪识别算法

针对2000年前北半球较高时空分辨率和高精度的历史积雪范围数据缺失问题,利用NOAAAVHRR地表反射率数据,以Landsat-5 TM生成的积雪范围影像作为参考真值,优化基于多指标的多级决策树积雪识别算法的阈值,并结合云雪混淆区分技术,生成了北半球AVHRR 1981—1999年L1级逐日积雪范围数据集。此外,针对AVHRR在高纬度地区数据完全缺失和低纬度地区数据部分缺失问题,利用微波雪深数据集进行填充,生成了北半球L2级逐日积雪范围数据集。最后,利用北半球1981—1999年间2546个气象台站记录的雪深数据和939景Landsat-5 TM参考积雪范围影像作为验证数据,对AVHRR积雪范围数据集进行了精度验证。结果表明:L1级和L2级数据集的总体精度分别为81.8%和82.2%,用户精度分别为83.7%和83.8%,生产者精度分别为81.7%和84.2%,说明算法精度较高,错分误差和漏分误差均比较均衡。进一步利用Landsat-5 TM参考积雪范围影像对L2级数据集进行面上精度评估,发现L2级数据集的总体精度为90.3%,用户精度为90.2%,生产者精度为99.1%,L2级数据集精度较高。生成的北半球历史数据集可为全球积雪变化研究提供有效数据补充。

双排行星齿轮系统频率耦合影响因素分析

针对双排行星齿轮动态响应中出现的频率耦合现象,利用Adams软件,对双排行星齿轮两种典型连接形式建立动力学仿真模型。将啮合力进行傅里叶分解并按照两排的齿频及其倍频合成。以两部分啮合力的幅值比例,研究连接刚度、转速与负载对双行星齿轮频率耦合影响规律,结果表明,对于串联形式的双排齿排连接,连接轴扭转刚度达到108 N·mm(/°)及以上时,频率耦合影响比例稳定,当前排齿频影响比例始终高于耦合齿频影响比例;随转速升高,当前排齿频影响比例增大,而提高负载,当前排齿频影响比例减小,耦合频率影响比例与之相反;对于并联齿排负载与转速组合分析,在工作区间,两排中频率耦合影响比例表现形式类似,Σfh减Σfb正比于负载比减转速比;多排行星齿轮系统中,频率影响比例分布符合上述串联、并联齿排频率耦合规律,且并联齿排频率耦合情况较串联齿排严重。

青藏高原东部不同季节积雪过程对地表能量和土壤水热影响的观测研究

选取青藏高原(下称高原)东部玛曲、玛多和垭口3个野外站点的观测资料,针对不连续积雪过程,研究高原东部不同季节的积雪过程对地表能量和土壤水热的影响。结果表明:受积雪高反照率的影响,高原东部地区各季节降雪后净短波辐射减小,净辐射较降雪前减小60%~140%;积雪积累期内感热、潜热及土壤热通量均减小,感热通量和土壤热通量出现负值。春、秋两季积雪过程中,能量以感热、潜热和土壤热通量三种形式分配;冬季积雪过程中能量以感热和土壤热通量分配为主,潜热通量较小,日均值在10 W·m^(-2)左右;而夏季积雪消融期潜热通量较大,日均值可达80 W·m^(-2)左右。各季节积雪的反复积累和消融过程对大气及土壤均以降温作用为主。秋季降雪后,气温和浅层土壤温度降低,当土壤温度降到冰点以下时,土壤提前进入冻结期;而春季降雪后,则可能使得正在发生融化的土壤又再次冻结。冬季晴天积雪过程中,在积雪积累期,积雪对土壤起增温作用,0~20 cm土壤温度日均值升高1~2℃,导致浅层冻结土壤融化,土壤含水量略增加,在消融期,积雪对土壤仍起降温作用;而冬季阴天积雪对土壤均为冷却作用。夏季积雪积累期较短,降雪对土壤同样起明显的降温作用。

基于光谱-环境随机森林回归模型的MODIS积雪面积比例反演研究

积雪面积比例(Fractional Snow Cover,FSC)数据能在亚像元尺度上定量的描述像元内积雪覆盖的程度,相比二值积雪面积数据可以更加精确地估计积雪覆盖的面积。基于机器学习的随机森林回归模型可以表示高维的非线性关系,可显著提高MODIS FSC的反演精度。采用随机森林回归模型结合光谱、环境信息构建了一个新的回归模型——光谱-环境随机森林回归(Spectral Environment Random Forest Regressor,SE-RFR)模型,用于MODIS数据反演中国区域的FSC。利用中国典型积雪区内由Landsat 8地表反射率数据获取的FSC数据作为参考值,对SE-RFR模型的反演精度进行评估。研究表明,利用“SE-RFR”获取的FSC数据RMSE、MAE分别为0.160、0.104,精度较高。此外,根据SE-RFR模型与未加入环境信息的随机森林回归(S-RFR)模型比较结果可知,加入环境信息的随机森林回归模型提高了FSC反演的精度,特别是在受环境信息影响较大的青藏高原地区,RMSE从0.200降低到0.181。最后,将SE-RFR模型与目前使用广泛的MODIS FSC反演模型FSC_NDSI、MODSCAG和SSEmod进行了比较,结果表明SE-RFR模型的RMSE与FSC_NDSI、MODSCAG和SSEmod模型的RMSE相比,平均RMSE分别提高了12.0%、8.3%和5.5%。总体来说,SE-RFR模型可以准确地提取MODIS FSC,对于区域乃至全球FSC产品制备具有广泛的应用前景。

响应面优化超声波法提取薄荷多糖的研究

本试验采用超声波法提取薄荷多糖,选用超声温度、超声功率、超声时间和料液比进行单因素试验,选择对提取率影响较大的三个因素(料液比、功率、时间)作为变量设计响应面,通过Design-Expert 8.0.5软件分析得到与薄荷多糖提取率相关的方程,并得出在135 W、1:56、30 min的条件下薄荷多糖的提取率高达1.57%,多糖浓度为0.045 mg/mL时对DPPH自由基清除率为68.80%,对羟自由基清除率为71.50%,有较强的抗氧化性。

碱性蛋白酶酶解藜麦芽制备多肽工艺的研究

为寻找开发藜麦蛋白,提高藜麦应用价值的最佳条件,本研究以白藜麦芽为原料,采用正交试验法优化碱性蛋白酶酶解藜麦芽制备多肽的最佳工艺条件。以碱性蛋白酶添加量、酶解pH、酶解时间、酶解温度和底物浓度这5个因素进行单因素试验,再通过正交试验分析,获得制备多肽的最佳酶解条件为:加酶量2000 U/g,酶解pH 10.0,酶解温度50℃,酶解时间3 h,底物浓度9%,在此条件下进行的验证试验,多肽含量达(0.4105±0.0021)mg/mL,表明该工艺稳定、可行,具有较高的应用价值。