空间培养箱中实时观察GFP标记开花基因表达方法与技术

绿色荧光蛋白（Green Fluorescent Protein,GFP）已被广泛用作一种强有力的生物发光报告蛋白.但是,其在空间植物培养箱中应用尚存很大困难.本文提出一种在空间植物培养箱中利用LED作为激发光源,对拟南芥中开花基因启动子控制下GFP基因表达的观察与分析方法,为在空间生物学实验中研究基因表达模式提供了新的方法和技术.      

空间物理过程时空协同探测的覆盖分析方法研究

针对空间物理过程时空协同探测任务的定量化探测覆盖分析需求, 在采用时空相关函数方法描述和分析空间物理时空过程的基础上, 提出一种基于θ-t_R覆盖图的探测覆盖分析方法. 通过分析不同设计方案在一定累计时间周期内的θ-t_R覆盖图, 根据其覆盖范围的不同选择所需要的设计方案. 采用该方法对两条共轨道面椭圆轨道的时空协同探测过程进行了定量的覆盖分析, 验证了该方法的有效性.      

行星际磁场时钟角与地球磁层开放磁通的关系

地球磁层开放磁通F_pc是研究磁层动力学过程的重要参数之一,其与日侧和夜侧磁尾的磁场重联具有密切关系. 日侧重联率控制稳定状态下磁层开放磁通的大小,主要受各种太阳风条件的影响. 其中,行星际磁场（IMF）的时钟角是影响日侧重联率的一个重要因素. 通过全球MHD模拟,研究了行星际磁场时钟角θ_c与地球磁层开放磁通F_pc 之间的关系. 结果表明,开放磁通F_pc随着行星际磁场时钟角 θ_c逐渐接近180°（纯南向）而逐渐增加,两者之间的关系近似为F_pc∝sin3/2（θ_c/2）. 由于表征行星际磁场与地球磁场剪切程度的θ_c影响日侧重联率,从而控制F_pc,该关系反映了二者之间的物理联系.      

行星际磁场对磁尾场向电流发生率的影响

利用Cluster卫星的磁场和等离子体探测数据, 研究了行星际磁场(IMF)时钟角(clock angle) Φ和锥角(cone angle) θ对磁尾等离子体片边界层(PSBL)区场向电流发生率的影响. 当时钟角Φ >0时, 磁尾场向电流 的发生率较高, 这表明磁尾场向电流的发生与昏向太阳风条件更为密切; 当 90°<|Φ|<180°时, 场向电流的发生率较高, 这表明 场向电流的发生与南向IMF更为密切. 当锥角θ <30°时(即IMF与 日地连线夹角较小时)场向电流的发生率较低. 而当θ> 30°时, 场向电流在90°<|Φ|<180°的情况下发生率明显增大, 这说明南向IMF情况下, 场向电流发生率明显增大. 但是当|Φ|<90°时 (北向IMF情况下), 尽管θ很大, 场向电流的发生率并未明显增大. 当θ>70°时, 且在140°< < i>Φ<160°的行星 际磁场条件下, 磁尾等离子体片边界层区场向电流的发生率最大.      

前列腺癌粒子植入机器人运动学建模和仿真

基于测量的人体前列腺会阴部操作空间和手术过程量化分析,研究了一种3-PCR并联式前列腺癌粒子植入机器人。对于这种对称少自由度并联机构作为位置调整机构,其运动学特性需要深入研究。采用封闭矢量法和Beout消元法建立3-PCR并联机构运动学正、逆运动学方程,通过数值计算验证了正、反解模型的正确性。利用MATLAB进行p点为空间旋量曲线时的运动学仿真,仿真结果表明机构具有较好的运动稳定性,便于实时控制。通过极限边界搜索法求解了该机构姿态为α=β=γ=0°下的工作空间,x=0时的YOZ工作空间截面为15 674 mm2能满足临床手术的要求。      

水滴撞击特性的动态图像测量方法

用石膏脱模的方法制作圆柱实验件.实验采集圆柱试件表面不同位置染色过程的动态视频数据;依据圆柱驻点处色度值时序信号的增长曲线,将实验划分为欠饱和区、平衡区和过饱和区3个阶段;将平衡区RGB色度空间的色度值c与水滴撞击特性的局部水收集系数建立关联.结果表明:平衡区的比色分布符合局部水收集系数相对驻点处β/β_m分布;不同位置c值增长曲线具有相似性,缩比时间尺度1/t_b分布符合数值仿真欧拉法β/β_m分布的定义;实验结果与数值仿真结果对比误差率小于10%.     

空间低温溶液晶体生长的地基实验

首次使用疏水型聚四氟乙烯微孔滤膜,利用其透气不透水的特性,密封晶体生长容器,采用恒温蒸发法进行晶体生长.溶剂通过蒸发离开生长容器后,被生长容器外的吸附剂吸附,使得溶液维持一定过饱和度,以实现单晶的连续生长.在此基础上研制出一套空间低温溶液晶体生长地基模拟装置.利用此装置进行了一系列地基模拟实验,获得一批高质量α-LiIO₃单晶,证实了该生长装置的溶剂蒸发量和容器密封性能够满足空间低温溶液晶体生长需要,为未来空间低温溶液晶体生长实验奠定了基础.      

空间高等植物培养装置

空间高等植物培养装置用于中国天宫二号空间实验室开展微重力条件下高等植物生长机理研究.该装置由高等植物培养模块、生命保障模块、实时在线检测模块和返回单元等功能单元组成,可实现高等植物空间长周期培养,在轨启动生物实验,实时在线观察和荧光监测,水分循环利用及营养供给,模拟太阳长短日照周期控制与检测,环境温度测量与控制,CO₂浓度调节,有害气体去除及航天员回收部分样品等功能.      

骨特异性转录因子Runx2对抗空间骨丢失效应的初步研究

为了构建稳定过表达Runx2 (骨特异性转录因子)的C2C12 (小鼠成肌细胞)和MG63 (前成骨细胞)细胞株, 并用于研究Runx2在对抗空间骨丢失效应中的作用. 利用实时定量聚合酶链式反应鉴定Runx2下游基因I型胶原、碱性磷酸酶表达情况, 在二维回转器中培养稳定细胞株, 通过定量聚合酶链式反应,观察在模拟失重效应下Runx2基因对其下游基因表达的影响. 结果表明, 通过筛选获得稳定转染的C2C12-Runx2和MG63-Runx2细胞株, 经鉴定都能过表达Runx2. 转染后的细胞 I 型胶原和碱性磷酸酶mRNA表达增高. 回转组与对照组相比, MG63, C2C12-Runx2, MG63-Runx2细胞的I型胶原和碱性磷酸酶mRNA表达降低, 但在模拟失重效应下, 转染细胞中I型胶原和碱性磷酸酶的mRNA表达下降程度明显低于未转染细胞株. 所构建的C2C12-Runx2和MG63-Runx2细胞株比较稳定, 并证实Runx2能部分对抗失重引起的成骨特异性分子的降低.      

制备生物航煤山苍子果核油预处理工艺

山苍子果核油主要成分为月桂酸等,碳原子数主要分布于8~16,目前仅用于制备烷醇酰胺等低端产品,却是生物航煤的优良原料之一.通过双氧水脱色、复合吸附脱色及酶法脱胶等对山苍子果核油原料油进行预处理及参数最优化设计,脱色率可以达到 97.33%,磷脂含量由1.036 mg/g降低为0.036 mg/g.并确定双氧水脱色的最优实验参数为双氧水加入量15%,反应时间80 min,反应温度110℃;活性炭/改性活性白土复合吸附最优实验参数为活性炭用量W₁与改性活性白土用量W₂重量比W₁/W₂=1/15,反应时间40 min,反应温度80℃,吸附剂加入量4%;酶法脱胶最优实验参数为加酶量40 mg/kg,pH5.1,反应时间 2.5 h,反应温度48℃.该方法成本低、简单易行、原料油损耗率低,对山苍子果核油成分及性质影响较小,满足后续加氢实验要求,为得到高转化率生物航煤奠定了基础.     

基于VA32TA5电荷测量系统的设计和实现

半导体探测器具有分辨率好、灵敏度高、线性范围宽等优点,是空间X/$\gamma$射线探测最常用的探测器.半导体探测系统对电子学系统的噪声水平和测量精度具有较严格的要求.针对半导体探测器对前端电子学的要求,构建了一个基于多通道电荷测量芯片VA32TA5的电荷测量系统,详细描述了该系统的设计原理和实现过程,并对其进行了初步测试.测试结果表明,该电荷测量系统具有噪声低和线性好的优点,适用于硅微条、碲锌镉等半导体探测器.      

CCD光学遥感器参数选择研究

介绍了由衍射受限非相干成像系统的衍射分辨率引出的截止频率及混叠的概念. 为了对采样成像系统获得的图像质量进行量化, 使用图像质量因子(λF/P)表示探测器对光学系统线扩散函数采样的程度. 进一步分析了光学遥感器参数选择与信噪比的关系. 选择实际的焦距9 m, F 数为18 的空间光学系统, 利用ZEMAX 软件的像模拟功能, 对选择8.75 μm 和13 μm 像元尺寸的CCD 所获得的图像进行了模拟仿真. 仿真获得的结果验证了图像质量因子和信噪比对图像分辨率的影响.      

TLE预报精度改进及碰撞预警中的应用

双行根数（Two Line Elements,TLE）是目前唯一公开发布且编目最完备的地球轨道空间目标编目数据,由于其根数的特殊性,必须配合SGP4/SDP4 使用导致其预报精度有限. 通过对TLE+SGP4/SDP4预报误差源的分析,利用历史TLE数据生成准观测数据重新进行轨道拟合,针对不同轨道高度和面积质量比情况,确定相应拟合周期,得出了基于弹道系数先验信息有效确定面积质量比的经验方法,对多个独立时段拟合后轨道根数结合数值方法的预报误差进行统计,结果表明,拟合后的TLE根数预报精度与稳定性有很大程度提升. 利用实例对拟合TLE在碰撞预警中的应用进行分析,认为该方法对航天工程中碰撞预警置信度的提高具有重要意义.      

InSb光学带隙的掺杂调控研究

利用布里奇曼法进行了InAsSb半导体合金的生长,并对其结构、光学及电学特性进行了表征.研究发现,As替位掺杂造成X射线（111）衍射峰略微右移,同时其半高宽明显展宽.基于X射线衍射数据,利用Vegard定律计算出的As组分与能谱测量得到的结果基本吻合.此外,As的掺入使得材料背景载流子浓度略有上升.傅里叶变换红外光谱结果显示,As的替入使得材料带隙明显变小,拟合得到的光学带隙与通过Woolley-Warner经验公式得到的值定性一致.研究结果表明,As掺杂是减小InSb带隙,开拓其面向第二个大气窗口红外探测应用的有效途径.      

Temporal regulation of global gene expression and cellular morphology in Xenopus kidney cells in response to clinorotation.

Here, we report changes gene expression and morphology of the renal epithelial cell line, A6, which was derived from Xenopus laevis adult kidney that had been induced by long-term culturing with a three-dimensional clinostat. An oligo microarray analysis on the A6 cells showed that mRNA levels for 52 out of 8091 genes were significantly altered in response to clinorotation. On day 5, there was no dramatic change in expression level, but by day 8 and day 10, either upregulation or downregulation of gene expression became evident. By day 15, the expression levels of 18 out of 52 genes had returned to the original levels, while the remaining 34 genes maintained the altered levels of expression. Quantitative analyses of gene expression by real-time PCR confirmed that changes in the mRNA levels of selected genes were found only under clinorotation and not under hypergravity (7 g) or ground control. Morphological changes including loss of dome-like structures and disorganization of both E-cadherin adherence junctions and cortical actin were also observed after 10 days of culturing with clinorotation. These results revealed that the expression of selected genes was altered specifically in A6 cells cultured under clinorotation.     

太阳活动低年低纬地区VTEC 变化特性分析

利用福州台站(26.1°N, 119.3°E, 磁纬14.4°N)电离层闪烁与TEC监测仪2006-2010年的观测数据, 对该地区垂直总电子含量(VTEC)进行时间变化特性分析. 结果表明, 春秋冬三季的VTEC平均最高值出现在06:00UT, 夏季出现在08:00UT, 所有季节的平均最低值均出现在21:00UT; VTEC变化存在季节异常和弱冬季异常, 春秋季节高, 冬夏季节低, 夏季VTEC比冬季低且最大值出现时间延迟; VTEC在2006-2009年呈现下降的变化趋势, 2010年开始增强, 年际变化与太阳活动及地磁活动变化趋势具有较好的对应关系; VTEC变化与太阳活动存在很好的相关性, 相关系数达到0.5以上, 地磁活动则显示了弱相关的特性; F_10.7与VTEC的相关性随着每天Kp指数总值Σ_kp的增大而减小.      

Tumor suppressor function of Betaig-h3 gene in radiation carcinogenesis.

Interaction between cell and extracellular matrix (ECM) plays a crucial role in tumor invasiveness and metastasis. Using an immortalized human bronchial epithelial (BEP2D) cell model, we showed previously that expression of a list of genes including Betaig-h3 (induced by transforming growth factor-beta), DCC (deleted in colorectal cancer), p21(cipl), c-fos, Heat shock protein (HSP27) and cytokeratin 14 were differentially expressed in several independently generated, radiation-induced tumor cell lines (TL1-TL5) relative to parental BEP2D cells. Our previous data further demonstrated that loss of tumor suppressor gene(s) as a likely mechanism of radiation carcinogenesis. In the present study, we chose Betaig-h3 and DCC that were downregulated in tumorigenic cells for further study. Restored expression of Betaig-h3 gene, not DCC gene, by transfecting cDNA into tumor cells resulted in a significant reduction in tumor growth. While integrin receptor alpha 5 beta 1 was overexpressed in tumor cells, its expression was corrected to the level found in control BEP2D cells after Betaig-h3 transfection. These data suggest that Betaig-h3 gene is involved in tumor progression by regulating integrin alpha 5 beta 1 receptor. Furthermore, exogenous TGF- beta 1 induced expression of Betaig-h3 gene and inhibited the growth of both control and tumorigenic BEP2D cells. Therefore, downregulation of Betaig-h3 gene may results from the decreased expression of upstream mediators such as TGF-beta. The findings provide strong evidence that the Betaig-h3 gene has tumor suppressor function in radiation-induced tumorigenic human bronchial epithelial cells and suggest a potential target for interventional therapy.     

Effect of gamma irradiation on hyperthermal composting microorganisms for feasible application in space

The composting system is the most efficient method for processing organic waste in space; however, the composting activity of microorganisms can be altered by cosmic rays. In this study, the effect of ionizing irradiation on composting bacteria was investigated. Sequence analyses of amplified 16S rRNA, 18S rRNA, and amoA genes were used to identify hyperthermal composting microorganisms. The viability of microorganisms in compost soil after gamma irradiation was directly determined using LIVE/DEAD BacLight viability kit. The dominant bacterial genera were Weissella cibaria and Leuconostoc sp., and the fungal genera were Metschnikowia bicuspidata and Pichia guilliermondii. Gamma irradiation up to a dose of 10 kGy did not significantly alter the microbial population. Furthermore, amylase and cellulase activities were maintained after high-dose gamma irradiation. Our results show that hyperthermal microorganisms can be used to recycle agricultural and fermented material in space stations and other human-inhabiting facilities on the Moon, Mars, and other planets.