工程纳米颗粒生物负荷量的机器学习预测模型

工程纳米颗粒(ENPs)在生物体内的动态浓度即负荷量(BB),是评估ENPs生物积累的基础参数.大多数研究都通过实验手段来测定BB,其过程繁琐复杂.构建BB预测模型成为代替动物实验的有效途径.现有预测模型涵盖的ENPs以及生物种类较少,而且是基于生物整体的BB数据构建的,很难用于预测关键组织器官的负荷情况.了解ENPs在生物体内的分布,以及在关键靶器官中的积累尤为重要.本研究通过文献挖掘,构建了涵盖17种ENPs以及23种水生生物的BB数据集(n=1303),采用5种机器学习算法构建模型,并结合SHAP方法解析了不同特征对lgBB的影响.结果表明,非线性模型要优于线性模型,极端梯度提升(XGBoost)模型的效果最佳(R_(adj-train)^(2)=0.971,Q_(test)^(2)=0.909,Q210-CV=0.887).通过模型特征重要性分析,发现ENPs的本征特性(密度、粒径、电负性、分子量)、暴露参数(暴露浓度、暴露时间)、生物种类以及组织器官类型是影响ENPs负荷量的关键因素.其中,密度是影响ENPs负荷量的首要本征特征,负荷量会随着材料密度的增加而减少.本研究通过增加数据集中生物种类,扩大了模型应用域,实现特定暴露时间和暴露浓度下ENPs负荷量的预测,并将预测结果精准到组织器官水平(脑、脾脏、肌肉等),为ENPs生物积累的研究提供了有效方法.

天麻参与灰树花固态发酵对纤维素关键酶活力和不同发酵期菌质挥发性成分变化的研究

真菌参与中药的发酵不仅可以改变药理成分的结构和功效,而且中药中所含的特有药理成分能够通过改变与真菌生长代谢相关酶的活性影响真菌的生长代谢。该研究以中药天麻(Rhizoma gastrodiae)作为灰树花(Grifola frondosa)固态发酵的外源添加物,探究天麻参与灰树花固态发酵对其纤维素关键酶的影响以及不同阶段菌质挥发性成分的变化规律。结果表明,天麻添加量为40%,能够显著促进灰树花生长,其次天麻添加量为10%~50%,对其纤维素关键酶的活力均有促进效果,并且添加量为40%时,滤纸酶、外切葡聚糖酶、淀粉酶活力均达到其最佳促进效果,三者酶活力分别为空白组(未添加天麻)的1.78倍、0.61倍和1.19倍。在发酵过程中,天麻成分巴利森苷含量显著提高。运用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用(headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)技术对不同阶段菌质挥发性成分进行检测,共检测到276种挥发性成分,且发酵过程中酯类、醛类和醇类种类增加,3类呈香成分发酵12 d后分别增加了15、8、4种,发酵显著提高了菌质挥发性化合物的种类和含量。中药天麻与真菌灰树花共发酵可以提高真菌纤维素关键酶活力,提高药效成分巴利森苷的含量,综上所述,改变菌质挥发性成分的种类和含量进而改善产品的风味。通过天麻与灰树花的共发酵丰富了中药资源生物增效的途径,促进中药和食用菌资源的协调开发利用。

果园生草覆盖的生态效应研究进展及展望

果园生草是解决当前我国果园生产普遍面临的集约化单一种植、生物群落结构及物种单纯化等现实问题的有效途径之一。同时,果园生草具有显著的水土保持与养分减排(地表径流损失、温室气体排放、土壤贮水等)、土壤改良(物理性状、化学性状、生物性状等)、近地层微域环境改善(温度、湿度及动态调控功能等)、果树生育调控(根系生长、树体生长及养分利用等)、果品调优、生态调控(杂草控制、天敌种群重建等)等诸多生态效应优势。本文综述了国内外果园生草覆盖技术模式生态效应研究的最新进展,也对我国果园生草技术模式进一步推广应用进行了展望。

长心卡帕藻多糖的超声提取工艺优化及其抗过敏活性

为获得一种长心卡帕藻多糖的最佳提取工艺并测定抗过敏活性,该研究在单因素实验的基础上,以长心卡帕藻的多糖得率作为考察指标,选择料液比、超声波预处理时间、提取时间进行响应面优化实验,确定最佳工艺条件,并通过DEAE-52纤维素层析柱对提取的粗多糖进行纯化。随后利用RBL-2H3细胞模型,分别测定纯化后的长心卡帕藻多糖对RBL-2H3细胞活力、细胞脱颗粒抑制及细胞组胺释放水平调节的影响。结果表明,响应面优化后的长心卡帕藻多糖的最佳提取工艺如下:料液比(w/v)为1:92 g/mL,超声波预处理时间为40 min,提取时间为4 h,最佳提取工艺条件下,长心卡帕藻多糖提取率为13.92%。经DEAE-52纤维素层析纯化后的组分KSP(Kappaphycus alvarezii Sulfated Polysaccharides)在50~1200μg/mL浓度范围内对RBL-2H3细胞活力均未表现有显著性抑制作用,无细胞毒性;浓度为25、50及100μg/mL的KSP对经2,4-二硝基苯基白蛋白偶联物(2,4-Dinitrophenyl-Bovine Serum Albumin,DNP-BSA)刺激后的RBL-2H3细胞的β-氨基己糖苷酶酶活抑制率分别为36.3%、37.0%和51.7%,对其组胺释放抑制率分别为17.5%、18.3%和42.0%。综上,本试验得到的工艺参数具有可行性,KSP对RBL-2H3细胞无明显毒性,并表现出显著的脱颗粒和组胺的释放抑制作用,具有较好的体外抗过敏活性。该研究可为以长心卡帕藻为原料开发具有抗过敏活性的营养功能性食品提供参考。

自主神经功能紊乱化学品的机器学习筛查模型

化学品可以引起继发性自主神经功能紊乱(autonomic dysfunction,AD),对人体健康造成危害。通过动物实验和临床测试手段筛查AD化学品,过程复杂、耗时长且成本高,有必要发展高通量的筛查方法。目前,化学品诱发AD的机制复杂,尚缺乏筛查AD化学品的机器学习模型。本研究基于文献和数据库挖掘,构建了涵盖4种AD临床不良症状(直立性低血压、失禁、尿失禁、肛门失禁)的数据集,包括466种阳性数据,427种阴性数据。基于该数据集,计算ToxPrint毒性指纹,采用5种机器学习算法(决策树、支持向量机、k近邻、随机森林、梯度提升决策树)构建了AD化学品的筛查模型。随机森林模型的分类性能最优,训练集准确率达0.738,验证集准确率达0.737,若考虑模型应用域,当相似性阈值为0.75时,验证集准确率提高至0.752。此外,本研究耦合SHAP(SHapley Additive exPlanations)方法和子结构片段频率分析方法,揭示了诱发AD的16种警示子结构,包括9种键、3种链、3种环和1种基团结构。基于所发展的机器学习筛查模型,拓展了对AD机制的认识和理解,为神经毒性化学品的筛查和评价提供参考。

纳米金属氧化物对脂质吸附能力的定量预测模型

纳米金属氧化物(MeONPs)对肺部表面活性物质(PS)的主要成分脂质的吸附量,是影响呼吸暴露生物效应的重要因素.目前关于MeONPs对脂质吸附的定量研究十分有限.MeONPs种类繁多,有必要构建MeONPs对脂质吸附量的预测模型.本研究利用二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)囊泡模拟PS,测定25种MeONPs对DPPC的吸附量,建立了可预测MeONPs对DPPC吸附量的模型.结果显示,预测模型具有良好的拟合度、稳健性和预测能力(R_(adj)^(2)=0.79,Q_(cv)^(2)=0.74,Q_(ext)^(2)=0.86).机理解释表明,DPPC头部的磷酸基团是稀土金属氧化物吸附DPPC的重要位点,且MeONPs的金属元素电负性和金属元素质量百分比共同影响DPPC的吸附.本研究建立的预测模型不仅为MeONPs对脂质吸附能力评价提供了基础数据,还拓展了对脂质吸附机制的理解.

虚实融合的探究式实验系统研究

随着个性化教育理念的多元化发展,以着重自主探究、实践能力培养,基于形成性评价的探究式教学受到关注。面向探究式教学的需求,提出了满足探究式学习理论的虚实融合实验系统框架,并以化学实验为例开发了虚实融合系统和交互套件。通过物理传感将用户行为、交互套件、交互界面等多模态信息融合,与真实空间的数字图形孪生系统绑定,并通过流体模拟和高精度图形渲染生成实验现象,回馈给交互界面。同时,通过数据模型与行为可视化将用户的学习状态进程综合信息,实时反馈给教师,从而辅助教师根据学生状态进行探究引导,形成有意义的探究式教学。

苯磺酸瑞马唑仑在老年无痛胃肠镜检查中的应用及对患者血流动力学的影响

目的探讨在老年无痛胃肠镜检查中应用苯磺酸瑞马唑仑的效果,以及对血流动力学的影响。方法选择2021年1月—2022年12月在仪征市人民医院接受无痛胃肠镜检查的老年患者86例,按数表随机法分为对照组(丙泊酚联合舒芬太尼麻醉处理)与观察组(苯磺酸瑞马唑仑联合舒芬太尼麻醉处理),每组43例。观察比较两组患者麻醉诱导时间、苏醒时间与离室时间,同时监测两组患者检查期间各时刻的心率(HR)、平均动脉压(MAP)、血氧饱和度(SpO_(2))以评估血流动力学变化,最后再统计两组患者的麻醉不良反应情况。结果观察组麻醉诱导时间、苏醒时间与离室时间为(34.41±3.77)s、(7.85±1.54)min、(27.74±2.84)min,均短于对照组,差异有统计学意义(t=8.792、10.589、5.204,P<0.05)。两组患者T0时刻的HR、MAP、SpO_(2)比较,差异无统计学意义(P>0.05);观察组患者T2、T3以及T4时刻的MAP水平均高于对照组,T3时刻的HR水平高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);且各时刻两组患者SpO2水平比较,差异无统计学意义(P>0.05)。研究组麻醉不良反应中注射痛、低血压、呼吸抑制的发生率均较对照组低,差异有统计学意义(P<0.05)。结论在老年无痛胃肠镜检查中应用苯磺酸瑞马唑仑,可取得良好的麻醉效果,并能够稳定患者术中的血流动力学,降低注射痛、低血压等不良反应发生风险。

车外照明系统交互设计

近年来智能汽车的兴起和发展,让“人车交互”不再局限于车内的中控、仪表、抬头显示等界面载体,而是逐渐从车内延伸到车外,交互对象也从驾驶员与乘客扩展到车外行人与其他交通参与者。车外人机交互界面(external Human-Machine Interaction,eHMI)概念的出现,让智能汽车与行人之间的沟通拥有了显性载体,对于改善车机与行人的交互具有重大意义。本文首先针对智能车车外屏的人机界面设计理论进行研究,提出了以人—车—环境三者关系为主体的车外交互系统设计框架,并且结合车外交互的典型场景流程对车外屏人机界面的设计需求进行了研究。在此基础上,对智能汽车车外人机界面的信息架构及界面设计进行了探讨和实践。在产出设计原型后,利用Arduino单片机、LED显示屏等硬件及相关软件,在实验室环境下对车外交互系统进行了显示媒介的规划和硬件方面的设计实现。最后,对原型设计进行了可用性测试。基于所获得的主观数据统计分析,得到用户对两种不同车灯表情实现方案以及车外显示位置、显示方式的实际感受及青睐程度。

山药提取物对灰树花液态发酵中生物量和胞外多糖影响的研究

为探讨山药提取物对真菌灰树花的影响,本研究在灰树花液态发酵体系中分别加入山药汁、山药水提物、山药醇提物及特征成分尿囊素,研究其对灰树花生物量和胞外多糖产量的影响,探索75%山药醇提物对灰树花发酵体系中的代谢规律的影响。结果表明:山药汁、山药水提物、山药醇提物及特征成分尿囊素对灰树花生长均有促进作用;当75%山药醇提物添加量为9 g/L时,促进效果最佳,生物量和胞外多糖分别达到(2.23±0.02)g/L和(1.87±0.03)g/L,相比空白组极显著增加了46.71%和52.03%(P<0.01);当其特征成分尿囊素添加量为200 mg/L时,生物量及胞外多糖产量相比空白组极显著提高了36.88%、47.72%(P<0.01);动态分析其生长变化规律表明,发酵第7 d,灰树花菌丝体和胞外多糖产量达到峰值,且实验组菌体细胞能利用更多的还原糖,调控发酵体系pH,缩短发酵周期;分析多糖合成关键酶活性变化规律发现,与空白组相比,实验组葡萄糖激酶(GK)、磷酸葡萄糖变位酶(PGM)和UDP-葡糖糖焦磷酸化酶(UDPG)活性显著增强(P<0.05),而葡萄糖异构酶(GPI)活性显著降低(P<0.05)。本研究表明山药醇提物可以较好地促进灰树花菌体细胞生长及胞外多糖的合成,且能调节关键酶活性,为中药与真菌共发酵提供理论参考。

太子参乙醇提取物对灰树花菌体生长及胞外多糖的影响机理初步研究

为探讨太子参乙醇提取物参与灰树花发酵及其促胞外多糖增加的机理。本试验开展太子参乙醇提取物对灰树花生物量、胞外多糖的影响研究;动态分析灰树花发酵期间多糖合成关键酶活性的变化,同时,从氧化应激角度探讨太子参乙醇提取物的添加对菌丝体生长及胞外多糖的影响。试验表明:太子参85%乙醇提取物添加量为9 g/L,发酵7 d,生物量和胞外多糖含量均达到峰值(P<0.01),与未添加太子参乙醇提取物的相比,分别增加了53.20%和50.71%;动态分析灰树花多糖合成关键酶的变化,发现在灰树花发酵体系中添加太子参85%乙醇提取物后,发酵7d,灰树花胞内磷酸葡萄糖变位酶(PGM)、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶(UDPG)和磷酸葡萄糖异构酶(GPI)活性达到最高,与未添加太子参乙醇提取物相比,PGM、UDPG活性分别提高9.44%、18.57%,GPI活性降低19.46%(P<0.05);添加太子参乙醇提取物的灰树花胞内活性氧水平(ROS)、丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)含量变高,超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化酶(GSH-Px)、过氧化氢酶活性(CAT)增强,与未添加太子参乙醇提取物相比,其含量或酶活性均显著提高(P<0.05)。该研究表明太子参85%乙醇提取物参与灰树花发酵时,通过调节多糖合成酶活性促胞外多糖增加,同时,太子参乙醇提取物对灰树花生长有胁迫作用,初步推测太子参乙醇提取物对胞外多糖合成有调节作用。

颗粒物料在半封闭式回转鼓内的混合特性

采用DEM离散单元法,对不同转速与倾角下半封闭式回转鼓内颗粒物料的混合过程进行了模拟。通过"颗粒接触数"定义的分离指数S,分析了不同转速和倾角对回转鼓内颗粒物料径向与轴向混合特性的影响。结果表明:转速与倾角对回转鼓内颗粒物料径向与轴向混合特性有显著的影响;倾角不变,转速分别为15r/min、30r/min、45r/min时,颗粒物料的径向与轴向混合速度随转速的增加而增加,当转速超过30r/min后,增加转速对径向与轴向混合速度的影响越来越小;转速不变,倾角分别为0°、17°、34°时,增大倾角能有效的增加轴向混合速度,但对径向混合速度没有促进作用,当倾角超过17°后,轴向混合速度的增幅随着倾角的增加而逐渐变小,而径向混合速度随着倾角的增大而减小,但增加转速可以减小径向混合速度下降幅度。

麦秸秆和沼液配施对水稻苗期生长和土壤微生物的调控

研究了等量氮素肥料处理下小麦秸秆全量还田结合化肥(S-CF)、小麦秸秆全量还田结合沼液(S-BS)和全量化肥(CF)处理对水稻幼苗生长、氮磷积累及土壤微生物群落的影响。结果表明,不同施肥处理的水稻幼苗生长明显被促进,其中CF处理的促进效果最好,其次是S-BS处理。S-BS处理的水稻叶片可溶性糖含量明显高于其他施肥处理,其叶片含氮量也明显高于CF处理。CF处理的土壤细菌总量明显高于S-BS处理,而S-BS处理的土壤细菌总量均显著高于对照(CK,不施肥)和S-CF处理;其中CF处理变形菌门细菌相对丰度显著高于其他处理。而CK和S-CF处理的真菌总量明显高于S-BS和CF处理,S-BS处理的真菌总量最低,其中,CK土壤优势真菌子囊菌门、担子菌门的相对丰度显著高于其他处理,S-CF处理土壤的壶菌门真菌相对丰度也显著高于其他处理。S-CF和S-BS处理的细菌Chao1丰富度指数和香农(Shannon)多样性指数要明显高于CF处理和CK,而S-CF处理的土壤真菌的Chao1指数和香农指数要明显高于CK,CF处理的土壤真菌Chao1指数和香农指数最低。秸秆、沼液短期替代化肥的处理下水稻植株生长低于全化肥处理的,但秸秆、沼液、化肥结合施用对水稻幼苗的促生作用依然很明显,尤其是秸秆还田结合沼液灌溉的全量替代化肥处理。全量替代化肥处理下,即秸秆和沼液处理的土壤质量和细菌丰富度及多样性即使在短期施用条件下也被明显促进。

雨强及播栽方式对太湖地区麦田径流氮磷流失的影响

为明确太湖地区麦田氮磷流失特征,通过田间模拟试验研究了播栽方式(条播、撒播)和降雨强度(低,30 mm/h;中,60 mm/h;高,90 mm/h)对麦田氮磷流失的影响。结果表明:初始产流时间与雨强显著负相关,而径流系数与雨强显著正相关(P<0.01)。径流氮磷浓度在径流初期较高,并随产流时间不断降低,且均可用对数函数描述。氮磷流失率随产流时间呈“先升后降”的变化趋势,中后期流失率最大。除中雨强下条播处理的氮素流失率最高外,氮磷流失峰值浓度和流失率均随雨强增大而增加。受径流系数和流失率影响,除中雨强下条播处理的氮素流失量最高外,两种播栽方式下氮磷流失量均随雨强增大而显著增加。氮素流失以NO^(–)_(x)-N为主(40%~62%),磷素流失以颗粒态磷为主(50%~71%)。另外,等雨强下条播处理的径流系数和氮磷流失量高于撒播处理。综上,降雨驱动的氮磷流失具有典型阶段特征,径流初期的氮磷浓度较高而中后期流失率较大,且条播麦田对雨强的响应更加强烈。

贵州豆豉粑中微生物多样性研究

应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)指纹图谱技术对比分析贵州4种豆豉粑中的微生物多样性及亲缘关系,确定优势菌群和共有的微生物类群。结果表明:4种贵州豆豉粑中的优势细菌菌群以芽孢杆菌(Bacillus)为主,共有的种群是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis);主要的真菌菌群包含酵母菌属(扣囊复膜孢酵母(Saccharomycopsis fibuligera)、班图酒香酵母(Brettanomyces custersianus)、库德里阿兹氏毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)、粉状毕赤酵母(Pichia farinosa)和汉逊德巴利酵母(Debaryomyces hanseni))和霉菌属(曲霉菌(Aspergillus)A1bC-4和沙门柏干酪青霉(Penicillium camemberti)),没有发现共有的真菌种群。

灰树花多糖结构特点及其生物活性研究进展

灰树花是一种药食两用真菌,灰树花多糖是其主要生物活性成分,具有抗氧化、抗肿瘤、免疫调节和抗乙型肝炎病毒等功效,近年来一直是药用真菌研究的热点。目前,多糖结构特点与生物活性之间的关系尚未明确。因此,该文基于灰树花多糖结构特征和生物活性最新的研究现状,对多糖分子进行分子质量、结构与活性之间关系的探讨,并对灰树花多糖的应用前景进行展望,旨在为灰树花多糖的开发利用提供一定的参考价值。

真菌灰树花菌丝体转录组测序及分析

灰树花多糖具有抗肿瘤、抗HIV、抗氧化等作用,为探明灰树花多糖合成的遗传基础,采用Illumina高通量测序技术对灰树花转录组进行测序,获得74 575 910个reads,10.4 G数据量;将测序数据进行de novo拼接后得到18 077个Unigene。对所得Unigene进行不同数据库比对,在Nr数据库中有11 651个Unigene被注释到,其中灰树花转录组与变色栓菌相似序列最多(18.74%);有8 332个Unigene在GO数据库中注释到,分为细胞组分、分子功能及生物学过程等3大类59个分支;与KEGG数据库比对,共有5 200个Unigene被注释,分属376条代谢通路。从18 077个Unigene中共找到1 155个简单重复序列(simple sequence repeat,SSR)位点,其中单核苷酸重复最高,六核苷酸重复最少,A/T出现频率最高。本研究中在KEGG数据库注释到115个Unigene与灰树花多糖合成有关,这些Unigene及其注释信息为今后深入开展灰树花多糖代谢途径及相关功能基因等研究提供了依据。

天麻提取物及其3种主要成分对灰树花产胞外漆酶和菌丝体的影响

以天麻提取物为外源添加物,加至灰树花液体深层发酵体系中,通过外源诱导实验,考察天麻提取物对灰树花液体发酵产菌丝体及胞外漆酶的影响,并进一步重点研究起显著影响作用的关键成分。研究表明,天麻提取物及单一成分天麻素(gastrodin,GA)、对羟基苯甲醛(p-hydroxylbenzaldehyde,HBA)、对羟基苯甲醇(p-hydroxybenzyl alcohol,HA)均对灰树花菌丝体和胞外漆酶活力有显著的促进作用。结果显示,当添加3 g/L的天麻醇提物时,对灰树花菌丝体生物量和胞外漆酶活力有最大的促进作用,与对照组相比,分别提高了1.62倍和7.41倍(P<0.05)。同时,利用高效液相色谱对3 g/L天麻醇提物中的GA、HBA、HA含量进行分析,以相应量添加到灰树花发酵体系中。结果表明,HA和HBA均能显著提高灰树花漆酶活力和菌丝体生物量,与添加3 g/L天麻醇提物实验组相比,添加HA使酶活力提高10.25%,生物量增加9.17%。本研究可为中药提取物及成分促进真菌生长和产漆酶提供理论依据。

近红外二区共聚焦显微技术的进展及应用(特邀)

共聚焦显微镜具有较高的空间分辨率和信号背景比,能对生物样品进行三维层析成像,在医学与生物学领域有着广泛的应用。近红外二区(NIR-Ⅱ,900~1 880 nm)波段的光在生物组织中具有适中的吸收、较低的散射,以及非常弱的生物组织自发荧光,因此,NIR-Ⅱ荧光活体成像具有大深度、高对比度等优势。点激发、点探测的NIR-Ⅱ共聚焦显微技术结合了上述二者的优势,在大深度生物成像中具有高空间分辨率和高信号背景比等优点,因此在生物医学领域得到了广泛应用。此综述将从NIRⅡ共聚焦显微技术的原理出发,阐述其发展进程、以及基于此项技术开展的生物医学成像应用,探讨NIR-Ⅱ共聚焦显微技术未来的改进和发展方向。

薏米茯苓黄酒中功能性成分的测定

以薏米、茯苓为主要原料,进行液态发酵薏米茯苓黄酒的实验,采用高效液相色谱方法对薏米茯苓黄酒中功能性成分进行定性定量分析,色谱条件为:酚类物质,Phenomenex Synergi Hydro-RP C_(18)色谱柱(250×4.6 mm,4μm)作为分离柱,乙腈和1%的乙酸水作为流动相进行梯度洗脱,流速1 mL/min,紫外检测波长280 nm;薏苡素,Sino Chrom ODS-BP C_(18)色谱柱(250×4.6 mm,5μm)作为分离柱,乙腈和水作为流动相进行梯度洗脱,流速1 mL/min,紫外检测波长235 nm;茯苓酸,Sino Chrom ODS-BP C_(18)色谱柱(250×4.6 mm,5μm)作为分离柱,乙腈和磷酸水作为流动相进行梯度洗脱,流速0.9 mL/min,紫外检测波长203 nm。结果表明,方法的检出限为0.202~0.337 mg/L,回收率均在87.10%~100.79%,相对标准偏差为0.47%~2.63%之间。