煤矿地质灾害隐患透明化探测技术进展与思考

煤炭绿色智能安全开采和“双碳目标”发展战略的实现亟需解决煤矿地质灾害隐患透明化探测和地质安全保障这一重大技术难题。受地质探测理论、技术与装备发展水平的限制,煤矿地质灾害隐患透明化地质保障技术支撑能力还相对滞后,探测技术与装备智能化、精准化、时效性、共享性还无法满足绿色智能安全开采需求。20世纪90年代至今,煤矿地面高分辨三维地震勘探等技术不断发展,大幅度提高了精确描述煤矿复杂地质构造、预测煤矿灾害隐患的准确性(精度可达3 m),但其成果仅可部分满足煤矿开采对地质信息需求,更一步高精度的探测则需要通过煤矿井下物探来解决。此外,基于地面勘探和钻探成果所建立起的煤矿三维地质模型,并不是真正意义上的透明工作面,难以满足煤矿智能开采远程无人化操控对精细化乃至精准化的需求。实现煤矿地质灾害隐患透明化的目标,笔者提出在以下4个方面重点攻关:①聚焦矿井地质灾害源多地球物理场综合响应机制,研发煤矿地面勘探和井下探测技术和装备,研究矿井地质灾害源多物理场智能识别和动态反演技术,实现全要素地质灾害源识别精度;②研发矿井地质灾害隐患多场精细监测技术与装备,实现矿井地质灾害要素的透明化实时解析与适时反馈;③基于煤矿地质、钻探、测量等数据,研究地质灾害源定量精细表征和大数据智能识别技术,研究煤矿地质灾害因素敏感性属性信息聚合技术及高分辨率定量精细表征方法,实现地质灾害源多场多属性数据的时空融合和地质灾害的智能识别;④研究构建矿井地质灾害透明化立体全息地图及自动更新平台,构建多尺度三维地质模型,精细刻画井巷结构和灾害源形态的空间分布;研究构建地质灾害透明化立体全息地图,在采掘窗口内进行全息地图的实时更新与动态反馈,实现透明化全息地图构建、自动更新、专业分析和地质灾害源预警功能。

基于红外吸收光谱的NEPE推进剂贮存寿命无损监测

硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂在老化过程中释放的混合气体组分复杂,红外吸收光谱技术利用氮氧化物的“指纹谱线”避免了多组分混合气体在测量过程中的交叉干扰,实现了气体浓度的无损实时测量,验证了氮氧化物浓度与安定剂含量动态变化的关联关系。加速老化实验结果表明,NO 2浓度在安定剂接近耗尽时会急剧增加,可作为NEPE功能寿命终止的表征气体;N 2O的浓度累积增量与安定剂消耗量正相关,是NEPE剩余贮存寿命的表征气体之一。此外,NEPE老化过程释放的气体中,部分烃类气体的浓度也与安定剂消耗量正相关,这为采用神经网络框架开展NEPE推进剂寿命预测模型研究的可行性提供了实验基础,从而促进机器学习与推进剂研究领域的交叉学科发展。

转基因玉米MIR604基体标准物质研制

转基因生物安全监管是生物技术产业健康发展的保障,而转基因检测标准物质是进行转基因监管检测的物质基础,缺少标准物质就难以保证检测数据的准确性、可靠性和可比性。转基因玉米MIR604是我国批准进口用作加工原料的转基因品种,对其安全监管亟须制备标准物质。本项目通过对转基因玉米MIR604种子进行原材料鉴定、研磨、过筛、含水量测定等步骤,制备出转基因玉米MIR604纯品基体标准物质。均匀性检验和稳定性检验结果表明,本批标准物质在瓶内和瓶间均具有良好的均匀性,可在常温下运输1个月,长期稳定性达到6个月,量值稳定。本批标准物质的特性量值为转基因DNA与总DNA的拷贝数比值,由9家实验室采用MIR604/Adh1二重数字PCR联合定值,量值为0.50。充分评估了标准物质定值结果的各个不确定度分量,合成扩展不确定度为0.06 (copy/copy)。本批标准物质规格为1 g瓶–1,使用时最小取样量为100 mg,可用于转基因玉米MIR604的安全监管和定量标识、以及实验室质量控制等领域。

基于终端行为的可信网络连接控制方案

在可信网络连接(TNC)框架下,结合完整性度量方式,通过对终端活动进程的行为属性实时分析并计算终端的"健康度",进而提出实施网络连接控制的方案。与已有的基于终端静态特征的控制方法相比,该方案在识别和隔离潜在安全威胁方面更有效。实验结果表明利用该方案能够实时地将感染恶意代码的终端阻断在网络之外。

龙眼体胚发生过程中DCL基因的分子特性及表达分析

从龙眼转录组unigene序列筛选获得龙眼DCL基因(命名为DlDCL)全长序列,并结合生物信息学及实时荧光定量等方法,对龙眼DCL基因进行研究,以明确DlDCLs在龙眼体胚、不同生长组织部位中的表达规律及其对激素和光质应答反应,为进一步研究龙眼体胚过程中DlDCLs基因的调控研究奠定基础。结果表明:(1)龙眼转录组数据存在DlDCL1、DlDCL2、DlDCL3和DlDCL4四个DCL家族成员,且基于Unigene的FPKM值发现不同基因在体胚发生阶段具有差异表达。(2)生物信息学分析发现,DlDCLs成员间基本理化性质较为类似,均为亲水性不稳定蛋白、不含信号肽、可进行跨膜运动,但也存在一定差异,如DlDCL2为碱性蛋白,而其他3个成员为酸性蛋白;亚细胞定位预测显示,DlDCLs均定位于细胞核中,但DlDCL2也存在定位于叶绿体中;对DCL蛋白结构域预测显示,DCL是高度保守的蛋白。(3)系统进化树分析显示,不同物种的DCL分为4个分支,同源的DCL蛋白都聚为一类,且DlDCLs与柑橘DCL亲缘关系更为接近。(4)实时荧光定量PCR分析表明,DlDCLs在龙眼非胚性愈伤组织和体胚发生过程中的表达模式差异较大,但DlDCLs在愈伤组织阶段均有较高的表达量,推测DlDCLs在体胚发生过程可能具有功能的独立和协作。DlDCL1和DlDCL2在叶片、花器官等组织部位中的相对表达量较高,暗示DlDCL1和DlDCL2可能参与到光合作用和花器官的发育;DlDCLs还受2,4-D、MeJA、SA激素和光质诱导,表明DlDCLs可能参与激素和光质调控。

普通油茶两个Δ-12脂肪酸脱氢酶基因序列特征及表达模式研究

[目地]研究普通油茶油脂成分形成的调控机制。[方法]通过转录组测序获得2条普通油茶Δ-12脂肪酸脱氢酶基因序列,分别命名为Cofad6和Cofad2-2,并对这两个基因及其编码蛋白的序列特征进行比较,对其基因表达量与脂肪酸成分含量的相关性进行分析。[结果]Cofad6基因c DNA编码区全长1 347 bp,编码448个氨基酸;Cofad2-2基因c DNA编码区全长1 152 bp,编码383个氨基酸。经比对,Co FAD6蛋白与其余物种FAD6蛋白有65.7%83.68%的氨基酸同源,Co FAD2-2与浙江红花油茶FAD2-2蛋白有99.22%的氨基酸同源,与其余物种的蛋白质78.59%81.72%同源。蛋白质二级结构分析表明,Co FAD6和Co FAD2-2均具有一个脂肪酸去饱和酶结构域,属于脂酰-Co A去饱和酶基因家族;两者均为跨膜蛋白,且Co FAD2-2具有定位于内质网的保守模序。定量PCR检测发现,在普通油茶‘长林4号’无性系未成熟种子中,Cofad6表达量随着种子发育先升高后降低,而Cofad2-2基因随着种子发育表达量逐渐降低,与种子油脂中亚油酸、亚麻酸含量变化趋势呈显著正相关,与油酸含量变化呈显著负相关。[结论]推测Cofad2-2基因是调控普通油茶种子油脂中油酸和亚油酸含量的关键基因之一,该研究为普通油茶油脂改良基因工程育种奠定了基础。

湖羊肌肉UCP3基因序列特征分析及其在肌肉中的表达

为了获得湖羊UCP3基因编码区全序列并分析其序列特征,同时研究其在湖羊不同部位肌肉中的表达变化,选取初生与1、2、3、4、5和6月龄湖羊公羔各5只,提取屠宰后背最长肌、腰大肌、前腿肱二头肌和后腿股二头肌RNA,用TA克隆技术获得湖羊UCP3基因编码区序列,用DNAMAN软件分析UCP3基因在哺乳动物间的保守性,同时基于UCP3蛋白质序列用MEGA5.1软件构建系统发育树,用Real-time PCR检测湖羊不同肌肉部位UCP3基因的表达水平并分析其在不同发育时期的变化。结果显示:湖羊UCP3基因编码区全长936 bp,编码311个氨基酸残基,在哺乳动物中相对保守。根据UCP3蛋白质氨基酸序列构建的系统发育树显示湖羊与牛的亲缘关系最近。Real-time PCR结果显示,初生至6月龄的湖羊不同部位肌肉UCP3基因的表达模式基本相似,即在出生时有较低的水平,然后上升,随着月龄的增加又下降,但UCP3基因在后腿股二头肌中的表达量整体偏低,在腰大肌中表达水平变化较大,3月龄的表达水平显著高于初生和5月龄。

16S rDNA在乳酸菌菌种鉴定及聚类分析上的应用

近年来,微生态制剂日益受到市场关注。市售微生态食品以益生菌酸奶或乳酸饮料为主,其中活的乳酸菌含量及菌株特性是决定微生态制剂质量的关键。目前常用的菌种鉴定技术包括生理生化方法或PCR方法,前者工作量大周期长,后者需要专业人员操作,且难以区分死活细菌。本文选取了11种市售的乳酸菌产品,采用MC、MRL、TPY等乳酸菌专用培养基进行乳酸菌计数及菌种分离,进一步用荧光定量PCR方法验证了产品中常规培养法难以分离的双歧杆菌,在此基础上,采用Riboprinter基因指纹图谱分析仪,对分离自11种酸奶样品的16株乳酸菌菌进行了核酸水平的鉴定,建立了16S rDNA聚类分析分子图谱,方便并简化对微生态产品的质量进行"物证相符"的考证,初步分析了目前市场上市售酸奶所用菌种的种属相关性。

基于显微CT的泥岩单轴压缩破坏特征的声发射表征

研制了基于实时声发射采集和实时加载CT扫描同步进行的加载控制系统,组建了对岩石损伤、破坏过程进行声发射表征的实验系统和实验方法。研究表明:①在峰值载荷28%前,原生裂纹宽度基本无变化,而后经历先变窄再变宽的过程。在峰值载荷47%前,原生裂纹长度基本无变化,而后开始增长,原生裂纹在宽度上先进行扩展从而引起原生裂纹在长度上的增长;②在峰值载荷65%前,裂纹的延伸发生在裂纹尖端的软弱介质中,而后才是真正的原生裂纹起裂,并快速延伸扩展;③新生裂纹易产生在软硬夹层交界处,新生裂纹产生时的载荷约为峰值载荷的56%~75%,在峰值载荷84%前,裂纹处于稳定扩展阶段,三条裂纹同时各自发展;④裂纹宽度变大、原生裂纹在其尖端软弱介质中延伸、软硬交界处新生裂纹的产生过程中声发射较少,当这些过程连在一起时,便形成了声发射平静期;⑤建立了岩石孔隙率、裂纹长度和宽度与声发射能量、振铃计数之间的表征方程,并提出不同加载阶段岩石状态评价的判据。

三角帆蚌钙网蛋白基因cDNA的分子特征与表达分析

为研究淡水珍珠形成相关基因及调控机理,以三角帆蚌为研究对象,借助cDNA末端快速扩增(RACE)技术获得了三角帆蚌的钙网蛋白基因(calreticulin,HcCRT)cDNA序列,该序列长1 437 bp,包含231 bp的5'非编码区(untranslated region,UTR)和615 bp 3'UTR以及591 bp的开放阅读框(ORF),共编码196个氨基酸残基,包含一段由21个氨基酸组成的信号肽和一段由175个氨基酸的成熟肽,分子量约为22.4 ku,理论等电点5.01。氨基酸序列分析表明,该序列不存在跨膜结构,疏水性分析显示该蛋白整体为亲水性蛋白。氨基酸列比对分析显示,HcCRT具有保守的钙网蛋白家族结构,具有2个保守的钙网蛋白家族标签序列:KHEQNIDCGGGYLKVF和IMFGPDICG,与其他已知物种的CRT具有较高保守性,其中与斑马鱼的相似度为77%,与长牡蛎和马氏珠母贝的相似度为70%。对三角帆蚌HcCRT蛋白序列的二级结构和三级结构进行预测分析,显示该蛋白同时含螺旋和折叠。实时荧光定量PCR分析结果显示,HcCRT在外套膜、血液、鳃、斧足、肝脏、肾脏、肠和闭壳肌等8个组织中均有表达,其中在外套膜中表达量最高,血液次之,在其他组织的表达量极少。初步推测HcCRT参与了三角帆蚌珍珠形成的生物矿化过程。

超声组织定征技术进展及其在肿瘤热消融中的应用

对比分析了近年来超声组织定征实时监测肿瘤热消融的方法。分别对超声弹性成像和定量超声成像的原理、方法、结果、存在不足等方面进行了讨论。结果表明,超声组织定征在热消融实时监测领域具有极大的发展空间,但仍存在监测精度不足、难以全程监测、在体实验不足等问题,无法实现临床应用。需要进一步研究可实现消融区和过渡区准确检测、实时性强且易与现有超声设备结合的监测方法。

转基因玉米NK603基体标准物质研制

转基因安全管理和标识制度的实施需要标准化的检测方法和转基因检测标准物质,转基因标准物质是获得准确、可靠、可比检测结果的保证。目前,转基因玉米NK603已在我国批准进口用作加工原料,其安全监管亟须制备标准物质。本研究将筛选后的转基因玉米NK603杂合种子和对应的非转基因受体种子,按转基因质量分数为60.0 mg g^(–1)、100.0 mg g^(–1)、1000 mg g^(–1)(理论值)的比例配置了3个梯度浓度水平的转基因基体标准物质。利用二重微滴数字聚合酶链式反应(droplet digital polymerase chain reaction,ddPCR)对研制的标准物质进行均匀性与稳定性检测。结果表明:研制的标准物质均匀性良好,可在60℃下运输14 d,稳定性不低于6个月。同时,由8家实验室采用二重ddPCR方法联合测定标准物质NK603转化体与内标基因的拷贝数比值,其标准值及不确定度为:(2.75±0.26)%、(4.68±0.39)%、(51.8±3.7)%。本批标物使用时最小取样量100 mg。可用于转基因食品和饲料中转基因成分NK603的定性和定量检测以及转基因玉米特异性检测方法的评价和实验室质量控制等领域。

室内健康环境表征参数及评价方法研究

本文概括总结了"十二五"国家科技支撑计划课题"室内健康环境表征参数及评价方法研究"(2012BAJ02B05)的结题验收成果。本课题通过对全国典型地域的大样本问卷调查和实测调查及文献综述研究,得出了我国现阶段室内健康环境表征参数及等级评价方法,并基于评价方法研制构建了室内健康环境实时监测及评价的物联网系统平台,为推进我国室内健康环境的评价和改善提供了重要的理论基础和技术支撑。

基于双阈值的高精度锂电池主被动均衡策略

针对锂离子电池充放电过程中电量表征变化幅度大、精度低的问题,提出了一种通过实时分段进行双阈值控制的主被动均衡控制策略。该策略结合锂离子电池开路电压与荷电状态(SOC)的关系曲线,实时分段并合理调整均衡控制方向。通过双阈值的精确调控,提高充放电精度;利用主被动均衡电路中的被动均衡小电流特点,增加单体电池在充放电末期的反应时间,实现准确和安全的电池充放电目的。实验结果表明,锂离子电池组充放电过程中进行分段双阈值主被动均衡控制,可以在电池组充放电速度不变的情况下,提高约2%的充电精度,充电末期稳定减缓电流和电压,证明了控制方法的可行性。

基于原位实时光谱监测的南极磷虾铁结合肽生物酶解制备研究

本文以南极磷虾肉为原料,利用生物酶解获得了南极磷虾铁结合肽,利用傅里叶变换近红外光谱技术对酶解过程进行原位实时监测,同时制备了南极磷虾肽铁复合物,并对其进行结构表征,探讨了南极磷虾肽的铁结合特性.结果表明:南极磷虾酶解液的水解度随酶解时间的延长逐渐升高,当水解度达到19.88%时,南极磷虾酶解物呈现最高的铁结合能力(51.16%);当水解度大于20%时,南极磷虾酶解物的铁结合能力呈现下降趋势;利用近红外光谱仪构建基于傅里叶变换近红外光谱技术的南极磷虾酶解反应在线监测模型,结果发现采用一阶导数预处理效果最好,利用建立的监测模型对南极磷虾酶解液的水解度进行预测,预测值和实测值的偏差小于1%,吻合度较高.酶解制备的南极磷虾肽可通过其肽链上的氨基和羧基与铁发生结合反应,铁结合后可诱导南极磷虾肽部分无规则卷曲结构发生折叠变成β折叠结构,结构更加有序.因此,采用近红外光谱技术可实现南极磷虾酶解反应过程中水解度的在线监测,具有很高的应用价值.

菘蓝木脂素类糖基转移酶基因IiUGT349克隆及功能表征

对菘蓝转录组数据进行系统挖掘,获得110条假定糖基转移酶。利用原核表达和体外酶促体系,获得了1条新的木脂素糖基转移酶基因,暂命名为IiUGT349。活性检测发现IiUGT349能催化落叶松树脂醇生成落叶松树脂醇-4-O-β-D-葡萄糖苷和落叶松树脂醇-4′-O-β-D-葡萄糖苷。生物信息学分析表明,IiUGT349的开放阅读框(ORF)为1 401个碱基,编码467个氨基酸,编码的蛋白质理论等电点为5.96,相对分子质量为52.77 kDa。系统发育树分析显示IiUGT349和已报道的木脂素糖基转移酶同源性较低,归属于UGT90家族,可能代表了一类新的木脂素糖基转移酶。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示IiUGT349在根、茎、嫩叶和叶中均表达,其中在茎中表达量最高。体外酶促反应显示IiUGT349对落叶松树脂醇最佳反应时间为12 h,最佳反应温度为45℃。亚细胞定位发现IiUGT349定位于植物细胞质和细胞核中。该研究克隆得到了1条新的属于UGT90家族的木脂素糖基转移酶IiUGT349,为深入研究此关键酶基因功能和菘蓝木脂素糖苷生物合成途径奠定了基础,对木脂素糖苷活性成分的合成生物学研究有重要意义。