“天问一号”火星探测器在深冷的太空环境中经过七个月的飞行到达火星轨道后，迫切需要对其局部状态和周围环境进行监测。针对这一问题，我们开发了一种具有大折展比的形状记忆聚合物复合材料柔性可展开子系统（SMPC-FDS），其包含一个摄像头和两个温度遥测点，用于监测火星轨道器的局部状态和深空环境。在此，我们将报告 SMPC-FDS 的开发、测试和成功应用情况。在到达火星遥感轨道之前，SMPC-FDS 被设计为具有高刚度的折叠状态，在到达火星轨道之后，它处于具有大包络的展开状态。从折叠状态到展开状态的转换是通过电加热形状记忆聚合物复合材料（SMPC）实现的，在这一过程中，SMPC-FDS 上的摄像头可以从多个角度捕捉轨道器的局部状态。此外，在通电过程中，SMPC-FDS上的温度遥测点可提供环境温度和SMPC温度变化的反馈信息。通过模拟火星在轨环境，从材料性能、结构动力学性能、热真空展开可行性等方面全面验证了SMPC-FDS的工程可靠性。自2020年7月23日“天问一号”火星探测器发射以来，已成功地从SMPC-FDS上的遥测点获取了其周围温度环境的科学数据，并拍摄了轨道器在轨状态照片。
多功能结构（MFS）通过多种功能融合以实现优异的综合性能，然而传统的多功能结构设计和制造方法通常缺乏质量控制，并且单一结构内集成不同材料和器件时需使用复杂装备和多种工艺，无法满足新兴产业如航天工程对多功能结构的应用要求。采用“为了制造而设计”的思想，我们利用基于分层调控原理的优化设计模型，设计出了同时包含机械承载、电气、导热和辐射屏蔽多种功能的典型结构；并且开发了一种高温原位增材制造（AM）技术，可打印各种金属丝和碳纤维增强的高熔点聚醚醚酮（PEEK）复合材料。研究结果表明，所设计的多功能结构相比同尺寸聚醚醚酮树脂基板具有更低质量，而且刚度提升了21.5%；集成的电学器件在多功能结构超出弹性变形阶段后仍然正常工作；与聚醚醚酮基板相比，多功能结构中心热源区域下方的等效导热率提高了568.0%，辐射屏蔽性能增强了27.9%；最终，我们以多功能结构为基础，研制了模块化拼装的卫星模型。这项工作不仅为高性能设计和先进制造提供了一套系统方法，并为高端装备的功能拓展和性能提升提供了重要的应用前景。
大庆古龙页岩黏土矿物含量高达35%~45%，其粒径<0.0039 mm，石油流体横向流动性差，纵向基本不流动，因此古龙页岩一直被认为没有经济价值。近年来，我们从地球科学、渗流力学、热力学以及表面力学等多学科交叉研究入手，论证了古龙页岩油具高成熟度和高滞留烃的特点，高成熟阶段页岩排烃效率为32%~48%；有机质与黏土矿物复合体发育的孔隙与页理缝连通构成缝-孔组合储集体，是古龙页岩有利的储集空间；页岩油主要赋存在微纳米级别孔隙、层理缝与页理缝中，气油比高，可动流体饱和度中到高分布；页岩具高硬度、高弹性模量以及高断裂韧性特征，获得了古龙页岩勘探开发从生烃与储集理论创新到可动性、可压性、可采性等技术突破，实现了古龙页岩从生油到产油的重大转变，这对中国石油工业具有极其重要的科学价值和应用前景。
模型参数估计是无测站流域径流模拟中需要解决的关键问题。参数区域化是应用最广泛的方法，但模型参数与流域特征间的非线性关系是参数区域化的主要障碍。本文以黄淮海流域内38个小流域为研究对象，进行了径流模拟研究，纳什效率系数（NSE）、决定系数（R2）和百分比偏差（PBIAS）的统计结果表明SWAT模型在各流域径流模拟中具有良好的性能。利用与气候、土壤、植被和地形相关的9个指标来表示与水文过程相关的流域特征。采用6种回归模型分析SWAT模型参数与流域特征之间的定量关系，包括：线性回归方程(LR)、支持向量回归(SVR)、随机森林(RF)、K近邻(kNN)、决策树(DT)和径向基函数(RBF)。首先，将38个流域依次假定为无测站流域。然后，利用其余37个供体流域构建拟合参数的回归模型，估算目标流域的模型参数，进行径流模拟。此外，本文也将基于相似性的区域化方法与基于回归分析的方法进行了对比。结果表明：基于支持向量回归(SVR)的区域化方法估计模型参数时径流模拟精度高。与传统的线性回归方法相比，机器学习算法处理非线性关系的能力突出，因而提高了无测站流域径流模拟的精度。不同区域化方法在湿润地区的表现比较接近，而机器学习算法的优势在干旱区更为明显。当研究区内含有嵌套流域时，由于流域密度高、空间距离短，此时采用基于相似性的区域化方法最好。研究结论可为无测站流域的洪水预报和水资源规划提高参考。
受全球气侯变化和区域环境压力的双重影响，全球珊瑚正面临生存危机。珊瑚微生物学旨在阐释珊瑚及其共生微生物的互作关系，并运用相关知识提升珊瑚健康，相关的研究近年来备受关注。本文综述了珊瑚微生物组参与维持共生体健康的作用原理，如提供营养物质、促进生长发育、抵御病原微生物、缓解环境压力等。探讨了珊瑚微生物组工程通过精准、可控的微生物组操纵以提升珊瑚在动态环境条件下的耐受力和恢复力的可行性。尽管珊瑚微生物组工程仍处于发展初期，近期的突破性进展已表明它是保护和修复珊瑚礁生态系统的有效手段。为明确未来的研究目标，本文综述了微生物组工程的基本原理，并援引其在提升人类健康和促进农业增产方面的应用，提出了珊瑚微生物组工程的发展方向。最后，我们讨论了珊瑚微生物组工程应用于珊瑚礁保护与修复所面临的挑战，并提出了相应的建议。
颗粒物的老化时间尺度是确定其对空气质量、人类健康和气候影响的关键参数。本研究使用年龄可分辨的社区多尺度空气质量模型CMAQ对我国一次和二次无机细颗粒物（PM2.5）的年龄分布进行了为期一年的模拟。结果表明，一次PM2.5（PPM）和铵盐主要来源于本地的新鲜排放，我国大部分地区约60%~80%集中在0~24 h年龄档。夏季，大多数地区的平均年龄约为15~25 h，但冬季，我国南部地区和四川盆地（SCB）的平均年龄增加到40~50 h。硫酸盐的大气年龄明显大于PPM，表明区域输送的贡献增加。在大多数地区和季节，大气年龄> 48 h的老化硫酸盐占硫酸盐总质量浓度的30%~50%。冬季SCB地区年龄> 96 h的硫酸盐浓度可达15 µg·m−3。长三角、珠三角和华南地区硫酸盐大气年龄的季节变化较大，冬季的平均年龄最高为60~70 h，夏季最低为40~45 h。夏季硝酸盐的平均年龄为20~30 h，冬季增加至40~50 h。夏季，气态硝酸的占比增加导致总硝酸的沉降速率的增大；同时，更强的大气氧化性加快了氮氧化物向硝酸盐的化学转化速率，从而导致夏季硝酸盐的大气年龄较低。此外，在污染天，大多数城市和季节中老化粒子（> 24 h）对PPM和二次无机气溶胶的贡献明显增加，这表明区域输送在重污染事件中发挥着至关重要的作用。本研究中基于年龄可分辨的CMAQ模型得到的PM2.5年龄信息可以帮助政府部分制定有效的应急排放控制措施，有助于消除重污染天气。
在农业可持续发展理念的推动下，作物种植结构优化已成为减少区域作物耗水、保障粮食安全和保护生态环境的有效措施。然而，传统的作物种植结构优化（CPSO）往往忽视了对区域粮食供需关系和省际间粮食贸易结构的影响。本研究运用系统分析的思想，以虚拟水贸易为衔接点，提出了一个基于多尺度、全方位评价指标体系的CPSO理论框架，并加以应用。构建了SWAT-WF的水足迹模拟模块，以模拟区域作物生产的水足迹（WF）数量与组分。建立了以最大化区域经济水生产力（EWP）、最小化蓝水依赖度（BWFrate）和最小化灰水足迹（GWFgray）为目标的多目标空间CPSO模型，以实现区域种植结构的最优种植布局。结合多层次效益指标，构建了基于地区、省份和国家尺度的全面评价指标体系。通过熵权-TOPSIS综合评价模型，实现多种CPSO方案的优选。以中国甘肃省内的黑河流域中上游地区为研究案例，验证本文提出的理论框架，结合虚拟水贸易与系统分析理论为黑河流域确定了最优作物种植结构。优化结果以牺牲一定程度经济效益为代价，显著提高了区域水资源效益和生态效益。
环状脂肽（cyclic lipopeptides, CLP）是一类由细菌产生的多功能次生代谢产物，也是一类重要的植物免疫激发子。假单胞菌环状脂肽在结构和生物活性上极其复杂和多样化。但是，目前对环状脂肽的结构及其与植物互作中的功能认识仍比较有限。本研究从地中海假单胞菌中鉴定了一种由22个氨基酸组成的新型的环状脂肽medpeptin，该脂肽由一个非核糖体肽合成酶基因簇合成并受群体感应系统调节。进一步研究发现，medpeptin可以诱导植物产生免疫反应，增强植物对病原细菌的抗性，但其自身不具备抗菌活性。利用比较转录组分析和病毒诱导的基因沉默技术解析了参与medpeptin感知植物免疫信号候选关键基因。结果显示，当沉默本氏烟中细胞壁富含亮氨酸的重复延伸蛋白NbLRX3或类受体蛋白激酶NbRLK25后，medpepatin触发的细胞死亡和对病原细菌的抗性受到严重影响，而沉默BAK1或SGT1则并未影响这一表型。本研究结果揭示了一种非典型的CLP感知机制，并为植物抗病免疫研究提供了新的借鉴。
萜类化合物是最大的一类天然产物。它们以异戊二烯焦磷酸(IPP)作为基本单元构建而成。使用细胞工厂合成萜类化合物已经引起了极大关注。而迄今为止，IPP的供应不足仍然是高效合成萜类化合物的主要挑战。在本项研究中，我们发现在枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）中，中心代谢和IPP供应之间的代谢通量分配不平衡阻碍了IPP的积累。因此，我们构建了一系列响应丙酮酸和/或丙二酰辅酶A的双输入多输出（two-input-multi-output, TIMO）基因回路对IPP的代谢途径进行了改造，使IPP的积累增加了将近4倍。随后，设计了一种IPP代谢网络重构策略以提高三种萜类化合物的产量，包括维生素K2 (MK-7, 4.1倍)、番茄红素(9倍)和β-胡萝卜素（0.9倍）。在50-L的生物反应器中，MK-7的产量达到1549.6 mg∙L−1，是迄今为止报道的最高产量。本文提出了一种基于TIMO基因回路的IPP代谢网络重构框架，可用于复杂代谢网络的协同精细调控，从而实现萜类化合物的高效合成。
研究表明微生态失调在多种肿瘤的发生发展中起至关重要的作用。然而，对于甲状腺肿瘤中细菌是否参与肿瘤的发生仍不清楚。本研究中，我们旨在探索甲状腺组织中的菌群特征及其对甲状腺乳头状癌（PTC）的作用。我们同时对 340 例PTC和甲状腺良性结节 （BTN） 患者的肿瘤组织及其邻近正常组织进行菌群分析和转录组测序。在PTC、BTN及其邻近无肿瘤组织中鉴定出明显不同的菌群特征。我们通过免疫组化染色、细菌原位杂交和电镜观察验证了甲状腺组织内细菌的存在。与BTN相比，我们发现在PTC中有17个菌属存在显著丰度差异，其中PTC中富集菌Rhodococcus、Neisseria、Streptococcus、Halomonas和Devosia存在促癌作用；以及丰度降低的Amycolatopsis则可能有抑癌作用。这些丰度存在明显差异的细菌可以鉴别PTC组织（PTC-T）与BTN组织（BTN-T），曲线下面积（AUC）为81.66%。微生物网络分析表明，PTC组织内细菌间的相互关联性高于BTN组织。同时，在合并桥本甲状腺炎组织的PTC中发现与免疫相关的菌属（Erwinia、Bacillus 和 Acinetobacter）明显富集。此外，我们联合转录组测序分析提示PTC富集菌与肿瘤相关信号通路的关键基因如BRAF、KRAS、IRAK4、CTNNB1、PIK3CA、MAP3K7 和 EGFR存在正相关性。总的来说，我们的研究结果表明，甲状腺肿瘤组织内存在菌群失调，并可能通过肿瘤相关信号通路参与PTC的发生。
越来越多的研究表明肠道菌群及其代谢物在高脂血症的发展中至关重要。长双歧杆菌（Bifidobacterium longum, B. longum）CCFM1077已在动物中显示出降脂作用。本研究旨在评估B. longum CCFM1077在降低高脂血症患者血脂水平方面的潜力，并调查该菌对患者的血清脂质异常、肠道菌群和粪便代谢物的影响。本研究是一个为期六周的随机、双盲、安慰剂对照的试验。高脂血症患者（N = 62）被随机分配接受安慰剂（N = 31）或B. longum CCFM1077 [每日1.0×1010个菌落形成单位（CFU）；N = 31]。在基线和干预终点检查了包括总胆固醇（TC）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、总甘油三酯（TG）和高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）在内的血清脂质水平。肠道菌群组成和多样性的变化是基于16S核糖体RNA（rRNA）V3~V4区域的测序在干预期结束时进行。利用超高效液相色谱（UPLC）-Q-Exactive Orbitrap/质谱仪进行了粪便的非靶向代谢组学分析。口服B. longum CCFM1077六周显著降低了高脂血症患者的血清TC（p < 0.01）和LDL-C（p < 0.01）水平。B. longum CCFM1077的治疗显著增加了肠道菌群的多样性和抗肥胖相关属的相对丰度，包括Lactobacillus、Butyricicoccus、Bifidobacterium和Blautia，而减少了与肥胖相关属的相对丰度，包括Alistipes、Megamonas和Catenibacterium。此外，一些关键代谢产物[胆汁酸（BA）、生物素和咖啡因]及其相应的代谢途径（主要胆汁酸生物合成，牛磺酸和次牛磺酸代谢，生物素代谢，嘌呤代谢和咖啡因代谢）被B. longum CCFM1077富集，因此可能降低血脂水平。B. longum CCFM1077是一种具有降低高脂血症患者血清TC和LDL-C水平潜力的益生菌菌株。其潜在机制可能与抗肥胖相关属和粪便代谢物的增加有关。这些发现为将来在管理高脂血症患者中应用益生菌奠定了基础。
宿主靶向疗法（HDT）是近年来兴起一种的治疗多重耐药金黄色葡萄球菌（S. aureus，简称“金葡菌”）感染的新策略。去整合素和金属蛋白酶10（ADAM10）作为α-毒素（Hla）不可或缺的特异性细胞受体，可通过多种机制促进金葡菌感染。ADAM10在致病机制中发挥的关键作用使其成为基于HDT治疗金葡菌感染的有力靶点。本研究首次证明ADAM10在金葡菌诱导的坏死性调亡中也发挥重要作用，这一发现拓宽了人们对ADAM10在金葡菌感染中作用的认识。通过荧光底物分解试验，我们进一步筛选出了一种强效ADAM10抑制剂——山奈酚，该化合物可抑制Hla引起的屏障破坏和细胞坏死性调亡，有效保护小鼠免受金葡菌感染。总的来说，本研究提出了一种新的宿主靶向治疗策略，并提供了有较高应用前景的候选化合物山奈酚。
严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）突变频发引起的2019年新型冠状病毒肺炎（COVID-19）大流行，已在全球范围内产生严重影响。然而，无论在自然环境还是实验室环境，关于SARS-CoV-2气溶胶传播可能性的详细数据仍然很少。2022年，上海COVID-19疫情期间，国家会展中心经改造迅速建成了一所大型临时方舱医院，本研究在此舱医院开展了针对SARS-CoV-2气溶胶时空分布的研究。采集了COVID-19患者周边和方舱内公共区域不同地点和不同时间间隔的气溶胶样本、对应患者的咽拭子样本、周围物品的物表样本。通过逆转录实时定量PCR反应（RT-qPCR）检测样本的-CoV-2感染情况。若检测阈值（Ct值）小于30，则对样本进行进一步测序。结果发现：污染区的SARS-CoV-2阳性率较高（37.5%，104/277），尤其是在病床周围（41.2%，68/165）和进风口附近（45.2%，14/31）。病床周围、公共场所和排风机进风口的SARS-CoV-2阳性率随时间波动，并与采样位置对应患者的阳性率密切相关。医护人员穿着的个人防护用品物表样本阳性率较高。从60个样本中获取并拼接得到ORF1ab和Spike基因序列，并比较分析为SARS-CoV-2的奥密克戎毒株，并可以分为两支。患者周围环境样本与其对应患者的病毒序列具有高度同源性，且与采样期间上海当地流行的病毒株序列一致，表明方舱医院存在较高的交叉污染可能性。综上，该研究对大型封闭场所中SARS-CoV-2的气溶胶传播的现实情况和以患者为中心梯度递减的污染情况进行了定量描述，从而为将来方舱医院在收治管理SARS-CoV-2等其他呼吸道病毒病患者时，采取针对性的措施，避免院内感染提供了有益的指导。
新型冠状病毒肺炎（coronavirus disease 2019, COVID-19）病例数量持续增加，这使得许多国家的医疗系统不堪重负并导致超额死亡。对感染人群进行检测仍然是遏制COVID-19疫情、延缓疾病的传播以及拉平疫情流行曲线的关键策略。本研究以奥密克戎突变株疫情为背景，旨在评估采用不同频率和组合的检测策略的有效性，分析与检测效果相关的影响因素，并基于这些影响因素进一步优化检测策略。我们开发了一个随机的、基于agent的、离散时间的易感者—潜隐者—感染者—康复者模型来模拟COVID-19在社区内的传播，评估了三个不同强度级别的检测策略与COVID-19传播之间的关联。研究结果表明抗原检测及其组合策略比聚合酶链式反应（polymerase chain reaction, PCR）相关策略更高效，更有助于降低医院床位和重症监护病房床位需求。相对于可检测的病毒载量阈值和检测时的接触风险，检测结果的返回时间这一因素对于检测策略的效果影响更大。较短的结果返回时间是抗原检测策略的主要优势所在，也是优化PCR策略的关键因素。优化调整检测结果返回时间后，低频次的检测策略的效果可以媲美每日连续检测策略的效果。检测策略的选择需要考虑防控目标、检测效力、社区患病率和经济等因素，本研究可以为后疫情时代的检测策略选择和优化提供证据，为优化医疗资源提供指导。
