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基于FPGA的YOLOv5加速器设计

基于FPGA的YOLOv5加速器设计

作者：蔚昊哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

现代神经网络模型的结构越来越复杂、深度越来越深、参数量也越来越大,由此而导致了对专用AI加速器的巨大需求。但目前的AI加速器设计研究依旧集中在对浅层神经网络的加速设计,缺乏对深层神经网络模型的硬件加速器设计及优化研究。本文... 详细信息

现代神经网络模型的结构越来越复杂、深度越来越深、参数量也越来越大,由此而导致了对专用AI加速器的巨大需求。但目前的AI加速器设计研究依旧集中在对浅层神经网络的加速设计,缺乏对深层神经网络模型的硬件加速器设计及优化研究。本文基于此选择FPGA为硬件平台,选择YOLOv5算法为深层网络模型,探究对于深层神经网络加速器的架构设计,并给出了一种对于深层神经网络硬件加速的解决方案。本文主要工作如下:一、对YOLOv5模型进行拆解分析,并通过软硬件协同设计思想完成任务分配,探究对深层神经网络的推理加速实现方案。确定硬件加速器设计的重心为卷积和池化模块,针对模型中的关键计算模块从硬件角度进行并行化分析和优化,提出了关键模块的高性能并行计算架构。同时提出采用动态定点计算方法对模型进行量化处理,在节省硬件计算资源的基础上进一步提高加速器性能。二、在各个重点计算模块并行计算架构的基础上,设计了加速器的整体加速架构,并对其内部的结构细节进一步优化设计。主要设计了数据IO模块、卷积并行模块和池化模块3个重点的计算和数据传输模块。同时根据动态定点数的计算特性设计了动态定点量化计算单元,进一步提高了硬件加速器计算性能。三、在ZC702上实现该加速器架构,并部署YOLOv5模型到该加速器中。同时为了保证性能测试的准确性,在该开发板上移植最小Linux系统,完成整个加速器的性能测试,最后对该加速器的资源使用情况进行分析,并与其他相关工作进行对比。该加速器达到了19.94GOPs的吞吐率,功耗只有2.9W。其推理速度与i5-9700相比提高20.4倍,与ZC702上的ARM A9相比提高59.16倍。

关键词：现场可编程逻辑门阵列 YOLOv5 加速器设计深度神经网络

从PI3K/AKT调控颗粒细胞自噬探讨针刺对卵巢早衰大鼠保护的分子机制

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从PI3K/AKT调控颗粒细胞自噬探讨针刺对卵巢早衰大鼠保护的分子机...

作者：袁涌昊山东中医药大学

学位级别：硕士

目的:通过卵巢颗粒细胞凋亡-自噬通路PI3K/AKT(Phosphoinositide-3 kinase/Alpha serine/threonine protein kinase,磷脂酰基醇三羟基激酶/α丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶),研究针刺干预对POF(remature ovarian failure,卵巢早衰)大鼠卵巢保护的分子机制。方法:观察阴道涂片,随机取60只连续3个动情周期都为正常的SPF(Specificpathogen free,无特定病原体)级雌性Wistar大鼠,其中45只造模成功,将其分为三组:模型对照组(15只)、针刺组(15只)和药物组(15只)。另取不进行POF造模的10只,作为空白对照组。造模方法:腹腔注射环磷酰胺,第一天注射的剂量标准为:50mg/kg,其后每天注射剂量为8mg/kg,持续14天,继续观察阴道涂片,确定大鼠动情周期紊乱,成功得到POF模型大鼠,排除造模失败及死亡个体。模型对照组不做任何干预处理,针刺组根据我们前期研究和病因分析得到的穴位组合,选用关元、三阴交二穴连续干预14天,药物组按0.0025mg/kg灌胃干预14天。各组按既定方案干预结束后,通过Elisa(Enzyme-linked immune sorbent assay,酶联免疫吸附测定)法检测 E2(Estradiol,雌二醇)、FSH(Follicle-stimulating hormone,卵泡刺激素)、LH(Luteinizing hormone,黄体生成素)浓度,并通过 WesternBlot 法、q-PCR(Real-time quantitative polymerase chain reaction,实时荧光定量核酸扩增)法分析PI3K、AKT蛋白和mRNA(messenger ribonucleic acid,信使核糖核酸)表达情况。结果:针刺组和药物组大鼠E2的含量均较模型组明显升高,FSH和LH的含量则有所降低,且都趋近于正常组。针刺组PI3K、AKT的值趋近于正常组。各组间差异均有统计学意义(p功能。针刺干预POF的作用机制可能与细胞凋亡-自噬通路PI3K/AKT相关。针刺能改善POF大鼠激素分泌情况,影响凋亡-自噬通路PI3K/AKT的表达,进而抑制卵巢颗粒细胞凋亡,在分子生物学层面上对治疗POF起到保护作用。

关键词：卵巢早衰针刺 PI3K/AKT 凋亡-自噬

地方政府债务对房地产金融风险的影响研究——基于城投债视角

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地方政府债务对房地产金融风险的影响研究——基于城投债视角

作者：张翔昊辽宁大学

学位级别：硕士

1994年分税制改革导致地方政府财权与事权的不匹配,迫使地方政府通过发债的方式弥补资金缺口,次贷危机发生以来,具有“准市政债”特征的城投债规模不断扩大。住宅商品化改革后,房地产金融化程度不断加深,地方政府债务规模增加的同时伴... 详细信息

1994年分税制改革导致地方政府财权与事权的不匹配,迫使地方政府通过发债的方式弥补资金缺口,次贷危机发生以来,具有“准市政债”特征的城投债规模不断扩大。住宅商品化改革后,房地产金融化程度不断加深,地方政府债务规模增加的同时伴随着房地产价格的不断攀升。不健康的房地产价格导致金融泡沫的产生,过多的房地产泡沫严重制约中国的经济平稳发展。在当前的土地财政制度下,中央政府允许地方政府通过出让土地使用权的方式来维持地方财政支出,这就导致在房地产市场繁荣时期土地财政便成为地方政府融资的重要手段。房地产金融市场的非理性繁荣和不断增加的地方债务规模,有可能导致房地产金融风险和财政金融风险同时发生。本文梳理了地方政府债务和房地产金融风险的相关研究,以城投债作为研究对象,针对地方政府债务导致房地产风险的问题,从理论分析和实证研究两方面进行阐述。为理清城投债、土地财政、房地产金融风险之间的传导机制,本文选取2011-2019年30个省份的面板数据作为样本,建立个体固定效应模型,以城投债券余额作为核心解释变量,房地产价格作为被解释变量,房地产企业土地购置费用作为中介变量,建立模型实证分析城投债规模对于房地产金融风险和土地出让价格的影响,又通过中介效应模型对三者之间的传导机制进行了系统地分析。最终根据实证研究结果,提出相关政策建议。研究结果表明,第一点,基于总体视角,城投债规模对房地产价格具有显著促进作用,房价的快速上涨会促进房地产泡沫形成。同时,城市基础设施建设水平、各省人口规模、对外开放程度、地方政府竞争、城市人口密度都会对房价水平产生不同程度的影响。第二点,基于土地财政传导路径,地方政府的土地财政行为会显著推动房价上涨,从而将财政风险转化房地产金融风险。第三点,基于地区异质性视角,在东部、中部和西部地区,城投债规模对房地产金融风险影响程度也不相同。东部地区和中部地区的回归结果显著为正,并且对于中部地区的影响程度大于东部地区,西部地区的回归结果不显著且系数为负。

关键词：城投债住宅商品房价格土地购置费用房地产金融风险

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长江船舶绿色度综合评价研究

长江船舶绿色度综合评价研究

作者：杨宇昊武汉理工大学

学位级别：硕士

长江船舶是长江航运的重要组成部分,促进长江船舶绿色化发展已成为长江航运绿色化发展政策制定的重要目标之一。现有《内河绿色船舶规范》(2020)中,基于加和评分的船舶绿色度评价方法单一,指标体系结构也需进一步梳理。因此,完善长江船... 详细信息

长江船舶是长江航运的重要组成部分,促进长江船舶绿色化发展已成为长江航运绿色化发展政策制定的重要目标之一。现有《内河绿色船舶规范》(2020)中,基于加和评分的船舶绿色度评价方法单一,指标体系结构也需进一步梳理。因此,完善长江船舶绿色度评价指标体系,构建基于机器学习算法的长江船舶绿色度综合评价模型,丰富船舶绿色度综合评价的方法,开发便捷的评价工具,可以提高船舶绿色度评价效率和可靠性,方便长江船舶选型及选优,并为相关部门制定长江船舶管理措施、引导船舶绿色化发展,提供依据和支撑。本文从船舶绿色化发展状况、绿色技术发展态势及绿色发展政策和标准等方面,分析了长江船舶绿色化发展现状;提出基于“目标—功能—技术—装备/对象—指标”递阶分层结构的长江船舶绿色度评价指标体系,运用文献调查法、改良德尔菲法和专家共识会议法等方法,从CO排放控制、污染物排放控制、绿色能源应用、船舶舒适性和船舶有害物质控制等五个方面,构建了长江船舶绿色度评价指标体系,共计16项指标,并进一步明确了各个指标的标准及阈值;在此基础上,运用BP人工神经网络、决策树、支持向量机和线性贝叶斯判别四种机器学习算法,建立了智能的船舶绿色度综合评价模型;基于所构建的四种智能评价模型以及现有的加和评分法,遵循实用性、经济性、可扩展性、可维护性、安全性和满足用户弹性需求的原则,运用Python软件搭建了长江船舶绿色度综合评价软件平台。结果显示:构建的四种基于机器学习算法的绿色度智能评价模型,模型准确率较高,均达到85%以上,其中,线性贝叶斯判别和支持向量机模型准确率达到90%以上;对于四种模型分等级分类效果,BP人工神经网络在绿色度等级为0或1的分类效果更好,决策树在绿色度等级为2或3的分类效果更好,支持向量机在绿色度等级为0或1或3的分类效果更好,线性贝叶斯判别在绿色度等级为0或1或2分类效果更好,四种模型均适用于长江船舶绿色度评价。搭建的长江船舶绿色度综合评价软件平台,实用性高,可为船舶绿色化选型、选优以及相关船舶管理,提供快捷、方便的支持工具,助力长江航运高质量发展。

关键词：长江船舶绿色度综合评价机器学习软件平台

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双波长激发下铥和钕离子的荧光特性研究

双波长激发下铥和钕离子的荧光特性研究

作者：孙显昊哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

在近红外光的激发下稀土上转换发光材料可以发射出可见光或近红外光。由于稀土元素在发光方面具备独特的优势,因此稀土发光材料可以被广泛地用于太阳能电池、节能照明、军事设施、防伪安全、荧光探针、温度传感等众多学科领域。稀土发... 详细信息

在近红外光的激发下稀土上转换发光材料可以发射出可见光或近红外光。由于稀土元素在发光方面具备独特的优势,因此稀土发光材料可以被广泛地用于太阳能电池、节能照明、军事设施、防伪安全、荧光探针、温度传感等众多学科领域。稀土发光材料虽然具备和以上学科领域相融合的优势,但发光优势并未得到充分的开发,因为在泵浦光源传统的单激发下,一般是通过改变稀土元素的掺杂含量,改变稀土元素的掺杂组分来增强发光强度、调谐发光颜色,所以仍然存在发光强度较低、发光颜色不丰富、发光颜色不可动态调谐、功能单一等缺陷,限制了其应用于生物医学、信息加密等领域的纵向深度。为解决以上问题,本文开展了以下工作:（1）通过双激发（980 nm和800 nm）的方式来激发稀土纳米粒子Tm/Yb:NaYF而增强Tm的上转换发光强度,并详细地分析解释了Tm在双激发下的上转换发光机理以及荧光寿命延长的原因。双激发策略可以扩大太阳能电池的吸收范围,同时也可以产生更强的可见光,有利于提高太阳能电池的光电转化性能。Tm两个蓝色发射带不但可以调控发光强度比,而且其表观的上转换发光信号可以通过光的亮度和颜色传递,而隐藏信号可以通过发光强度的比值来传递,因此,此双激发策略能够成为一种新型的信息加密技术。（2）通过双激发（980 nm和800 nm）的方式来激发稀土核壳结构纳米粒子Tm/Yb:YO-Pb S@Si O从而丰富了稀土发光材料的发光颜色。Tm主要以蓝色发光为主,其蓝红比在传统的单激发模式下调谐范围小,但在双激发下,Tm的红色发光随着800 nm激发功率的增大而增强,主要是因为Pb S量子点吸收了800 nm激光的能量并且以热量的形式散发出来,从而实现Tm的蓝-红调谐,此双激发策略的颜色调谐不需要改变掺杂浓度,属于全光调节。（3）通过双激发（1530 nm和800 nm）的方式来激发核壳结构纳米粒子Nd/Yb:NaYF@NaYF@Na Pr F而实现了稀土发光材料的区域功能化,并且首次在Pr重掺的纳米粒子中实现了加热功能。本文发现在1530 nm的激发下Pr具有出色发热效果,并且在800 nm的激发下,利用Nd/Yb的荧光寿命变化可以实时反馈出温度的变化,因此,Pr重掺的纳米粒子能够成为一种新型的纳米加热器。

关键词：稀土发光材料核-壳结构颜色调谐双激发

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唯物史观视域下铸牢中华民族共同体意识研究

唯物史观视域下铸牢中华民族共同体意识研究

作者：刘昱昊湖北民族大学

学位级别：硕士

中华民族共同体意识是凝聚全民共识、推进民族团结、维护国家统一、实现民族复兴的情感认同基础,是由生活在中华大地上的各个族群在“中华文明”形成发展过程中长期的交流、交往、交融的实践中逐渐形成的关于政治、经济、文化、生态、... 详细信息

中华民族共同体意识是凝聚全民共识、推进民族团结、维护国家统一、实现民族复兴的情感认同基础,是由生活在中华大地上的各个族群在“中华文明”形成发展过程中长期的交流、交往、交融的实践中逐渐形成的关于政治、经济、文化、生态、社会、地域、历史等多层次的集体意识。铸牢中华民族共同体意识是在中国共产党带领中华民族奋斗实践中,在回顾中华民族历史发展以及审视当代国内外形势变化后,结合我国具体国情而创造的理论成果,是凝聚全民族力量以推动民族复兴的重大举措。如今,面临“两个大局”,铸牢中华民族共同体意识需要大历史观的指导,在唯物史观的指导下梳理中华民族共同体实体的历史发展脉络的同时,厘清中华民族共同体实体这一社会存在对于中华民族共同体意识这一社会意识形成发展的影响,并从中把握发展逻辑、挖掘历史价值是推动中华民族共同体意识发展的关键抓手。中华民族萌芽于国家政权的出现。在国家政权的建设中,各国内部的各族人民开始在各自国内或国家与国家之间的共同的经济生活中扮演各自角色,开启了民族间的交流互动。中华民族共同体形成于秦汉之后大一统国家的建立。部分民族经过战乱整合,在统一的大环境下开始拥有了包括经济、文化、政治在内的更多共同生活。在“大一统”思想同“和合”文化的引领下在更多领域形成了共同认识——也就是自在的共同体意识,进而逐渐形成了一个事实上的民族共同体。而随着大一统国家版图的扩张与经济、政治、文化辐射面的增大,越来越多不同民族相继登上历史舞台,在发展经济、政治的同时,各民族自身特有的文化思想也汇入共同体中,逐渐形成了中华民族共同体这样一个多元一体的实体。中华民族共同体意识形成于鸦片战争后各民族抵御外辱的斗争中。面对外部侵略与内部压迫,“民族自救”意识的觉醒促使着民族间凝聚力的加强,各民族逐渐开始觉醒自觉的共同体意识,加上受到近代民族理论的影响,以梁启超先生为首的一部分先进人士提出并发展了“中华民族”这一概念,开启了中华民族共同体意识的自觉进程。中华民族共同体意识深化于中国特色社会主义的建设。新民主主义革命时期,在中国共产党与中国各族人民的共同努力下,中华民族共同体意识不断深入人心,尤其在新中国成立之初,“中华民族大家庭”的建设成为新中国的主要任务之一,而后“大家庭”建设逐渐升华为中华民族共同体建设。经过一代代中国共产党人在筑牢中华民族共同体道路上的实践探索,进入新时代,以习近平同志为核心的党中央明确了铸牢中华民族共同体意识是实现民族复兴必然要求的重大论断,并以此为主线开始了各项工作。从唯物史观出发,对中华民族共同体意识形成与发展这一历史进程的把握有助于在当下新的发展阶段进一步探索铸牢中华民族共同体意识的实践路径。对比历史,如今的中华民族处于两个大局中,面临着发展不平衡不充分、狭隘民族主义与多元社会思潮冲击、国内外分裂势力破坏等纷繁复杂的风险挑战,但通过对两个大局的正确统筹,在党的领导、中国特色社会主义制度、新发展理念等有利条件下同步推进各地区的共同发展、制度优势的发挥、“五个认同”教育的加强、各类民生问题的改善、生态环境的保护与治理,便能进一步探索铸牢中华民族共同体意识的实践路径,从而促进我国各族人民心中的中华民族共同体意识扎根更深、开枝更广、散叶更繁。

关键词：唯物史观铸牢中华民族共同体意识历史逻辑现实路径

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由粗到精的高保真单目三维人脸重建

微塑料对蚯蚓氧化应激反应及体内微生物群落碳源利用强度的影响

计算机科学与应用 2024年第4期14卷 255页

作者：景圣恩高添陶应诚彭梦昊侍亚东王冠合肥工业大学计算机与信息学院，安徽合肥

针对现有单目三维人脸重建方法在细节刻画和身份信息保持方面的不足，本文提出了一种由粗到精的三维人脸重建框架。该框架首先利用从二维人脸图片中提取的特征参数生成初始三维人脸模型，并设计多尺度身份特征提取器捕获个性化特征。然... 详细信息

针对现有单目三维人脸重建方法在细节刻画和身份信息保持方面的不足，本文提出了一种由粗到精的三维人脸重建框架。该框架首先利用从二维人脸图片中提取的特征参数生成初始三维人脸模型，并设计多尺度身份特征提取器捕获个性化特征。然后，通过自适应加权策略筛选对重建任务最具贡献的特征信息。在精细重建阶段，本文关注人脸的几何细节重建，将身份和表情编码融入几何细节生成网络中，以生成具有特定身份和表情信息的几何细节。最后，利用可微分渲染器将三维人脸模型渲染为二维人脸图像，进行自监督训练。在CelebA和AFLW2000-3D数据集上的实验结果表明，本文提出的框架能够从单幅图像中重建出更加真实、自然且具有高度个性化特征的三维人脸模型，在细节刻画和身份信息保持方面均优于现有方法，具有广阔的应用前景。

关键词：三维人脸重建三维形变模型自监督学习人脸渲染 3D Face Reconstruction 3D Morphable Model Self-Supervised Learning Face Rendering

来源：博看期刊评论

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微塑料对蚯蚓氧化应激反应及体内微生物群落碳源利用强度的影响

作者：王嘉昊东北农业大学

学位级别：硕士

农业生产活动带入土壤的塑料,经风化过程会逐渐被分解为微塑料。微塑料是一种持久性有机污染物,在土壤环境中大量累积,危害土壤生物健康和生态系统安全。蚯蚓对土壤中的污染物较为敏感,众多学者将其作为指示性生物,用于监测土壤生态系... 详细信息

农业生产活动带入土壤的塑料,经风化过程会逐渐被分解为微塑料。微塑料是一种持久性有机污染物,在土壤环境中大量累积,危害土壤生物健康和生态系统安全。蚯蚓对土壤中的污染物较为敏感,众多学者将其作为指示性生物,用于监测土壤生态系统健康状况。本研究通过滤纸试验和人工土壤试验,以赤子爱胜蚓为受试生物,以聚乙烯微塑料为外源污染物质,建立因子分析和通径分析模型进行数据分析,重点研究:微塑料胁迫下蚯蚓的急性毒性效应、长期和短期微塑料胁迫下蚯蚓头部组织和尾部组织敏感氧化应激指标的筛选、蚯蚓体内微生物群落碳源利用强度变化,以及蚯蚓体内氧化应激反应和微生物群落间的驱动过程,以期阐明蚯蚓对土壤中微塑料胁迫的响应,为土壤生态系统健康早期预警监测提供理论依据。本研究结果如下:(1)微塑料胁迫下蚯蚓的中毒症状大多表现为麻痹松弛状态。随着胁迫浓度和时间的增长,蚯蚓逃逸率增加,在胁迫浓度为2500 mg/kg的处理组中,胁迫12 h后便出现死亡现象,胁迫结束后,死亡数量增至3条。蚯蚓生长抑制率随胁迫时间和浓度的增长,呈先增高后降低再增高的波动变化趋势,胁迫浓度为500和2000 mg/kg的处理组中生长抑制率较低,胁迫浓度为1500和2500 mg/kg的处理组中生长抑制率较高。(2)不同胁迫时间和胁迫浓度下,蚯蚓不同部位的氧化应激指标活性(含量)发生变化。人工土壤短期试验中:胁迫1-3 d时,微塑料浓度为1500和2000 mg/kg的头部组织中的主要氧化应激指标为过氧化氢酶(CAT),浓度为500和1000 mg/kg处理组中的主要指标为超氧化物歧化酶;4-7 d时,主要指标为谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST);8-10 d时,浓度为2000 mg/kg的处理组中,主要指标为丙二醛。人工土壤长期试验中:胁迫10 d时,主要指标为过氧化物酶;20 d时,尾部组织中的主要指标为CAT和GST;30 d时,浓度为1000和2000 mg/kg头部组织中的主要指标为GSH-PX。(3)微塑料胁迫下蚯蚓体内微生物群落对不同种类碳源的利用强度发生改变。在低浓度(100和500 mg/kg)微塑料胁迫下,维持蚯蚓体内微生物群落生长发育的碳源主要是碳水化合物类碳源。在微塑料浓度1000 mg/kg和1500 mg/kg时,蚯蚓体内微生物群落对羧酸类碳源利用强度最高。2000 mg/kg时,微生物群落对碳水化合物类碳源利用强度再次达到最高值。(4)在本试验设计的浓度范围中,蚯蚓体内微生物群落对蚯蚓总蛋白含量起着主要的调控作用。低浓度微塑料胁迫下蚯蚓体内总蛋白含量升高。1000 mg/kg时,抗氧化酶整体效应系数较高。1500 mg/kg时,各微生物群落对总蛋白含量影响提高。2000 mg/kg时,蚯蚓体内各微生物群落整体代谢活性持续增长。

关键词：赤子爱胜蚓微塑料氧化应激反应微生物群落数学模型

亚致死光催化对水体环境中典型耐药细菌的耐药基因水平转移机理研究

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亚致死光催化对水体环境中典型耐药细菌的耐药基因水平转移机理研...

作者：吉昊广东工业大学

学位级别：硕士

伴随着重大公共卫生事件的频繁发生,抗生素的滥用问题日益严重,这让人们越来越意识到这一新兴污染物所带来的健康风险问题。水是地球上最丰富的资源之一,抗生素抗性细菌(ARB)和抗生素抗性基因(ARGs)在水体中的传播所带来健康风险已经成... 详细信息

伴随着重大公共卫生事件的频繁发生,抗生素的滥用问题日益严重,这让人们越来越意识到这一新兴污染物所带来的健康风险问题。水是地球上最丰富的资源之一,抗生素抗性细菌(ARB)和抗生素抗性基因(ARGs)在水体中的传播所带来健康风险已经成为全球科研学者研究的热点。细菌耐药性的传播方式包括垂直基因转移和水平基因转移,而其中水平基因转移又包括接合转移,转化与转导等。但是总体而言,目前学界对ARGs迁移扩散的研究仅局限于某一种扩散途径,无法从整体上研究ARGs的迁移扩散规律。光催化技术作为一种新兴的高级氧化工艺,是目前可被用于水处理的末端消毒最有潜力的一种技术,如果应用不当也可能对水体中的ARGs迁移扩散产生影响。因此,为了探明水处理末端消毒过程中ARGs的迁移规律,本论文通过选择不同种类的大肠杆菌,并接合UV365nm+纳米Ti O2光催化体系,建立了一套系统评估耐药菌以及耐药基因迁移转化机制的方法。其中选择*** DH5α(CTX)、*** DH5α(MCR)、*** C600用于研究ARGs的接合转移机制,选择*** DH5α、*** HB101用于探讨ARGs的转化机制。并在此基础上通过研究细菌活性、抗氧化系统、细胞膜变化、ATP含量以及相关基因表达的变化,系统评估了亚致死光催化对ARGs水平转移的影响,以期为科学控制耐药性扩散提供见解与指导。本论文得到的主要研究结果如下:(1)通过UV365nm+纳米Ti O2光催化体系,设置三种细菌(*** DH5α(CTX)、*** DH5α(MCR)、*** C600),并调整光催化强度,使细菌处于亚致死状态,从而研究在亚致死光催化状况下发生ARGs接合转移的可行性,并进一步研究了释放的ARGs进一步发生转化的概率。并通过从细菌活性、抗氧化系统、ATP系统以及相关基因水平的变化研究亚致死光催化下ARGs的接合转移机理。结果表明:当用亚致死光催化仅诱导的供体细菌时(*** DH5α(CTX)、*** DH5α(MCR)),观察到ARGs的接合转移频率最多增加3-6倍,并且供体菌内部活性氧物种(ROS)水平也同时最多上调了8倍。而当在亚致死光催化状况下仅诱导受体细菌(*** C600)时,观察到ARGs的接合转移频率表现出抑制趋势。然而,供体或受体细菌事先被亚致死光催化下诱导一段特定的时间后,接合转移频率最多增加10-22倍。此外,ARGs水平转移频率及其机制与氧化应激系统、ATP系统以及相关基因的表达有关。更重要的是,本论文还进一步研究了ARB细胞外质粒的可转化性和水平转移的贡献。结果表明*** C600的转化子数量占接合子的50%,表明转化也可能是ARB在水体中ARGs水平转移的主要途径之一。以上结果表明:亚致死光催化将通过接合转移和转化途径增加ARGs水平转移的频率,并提高ARB在水环境中的传播风险。(2)通过UV365nm+纳米Ti O2光催化体系,设置了两种细菌(*** DH5α,*** HB101)与携带氨苄青霉素耐药基因AMP的质粒(p UC19),研究了亚致死光催化状况下发生ARGs转化的可行性。并通过从受体菌浓度与孵育温度两个方面优化了亚致死光催化下ARGs的转化模型。并在优化后的模型上,观察ARGs转化在亚致死光催化下的变化。并通过从细菌活性、抗氧化系统、细胞膜系统、ATP系统以及相关基因水平的变化等,研究了亚致死光催化条件下ARGs的转化机理。结果表明:亚致死光催化能够促进ARGs在水环境中的转化。具体而言,*** DH5α与*** HB101经过亚致死光催化诱导50-60 min后,p UC19所携带的AMP耐药菌的转化频率最多可增加3-5倍。并且ARGs的转化频率还与受体菌的浓度以及转化的孵育温度有关。且实验发现在接受ARGs转化后,受体菌更能适应亚致死光催化带来的不利影响。在机制的研究上,发现细菌体内ROS的升高同样可以促进ARGs的转化。进一步研究发现,亚致死光催化会提升细菌胞外蛋白分泌以及IV型菌毛的表达,这有利于提升细菌的细胞膜转运通道的大小,从而有助于游离ARGs的流入。ROS与细胞膜通透性的提升,会促进Ca向细胞内的流入,Ca的累积不仅会激活细菌的抗氧化系统,还会诱导细菌凋亡,进而对ARGs的转化产生影响。而相比较ARGs的接合转移,虽然细菌的ATP系统与ARGs的转化不存在直接关联,但是细菌的ATP合成系统抑制可能会导致细菌内部Ca的外排功能受阻,进而导致Ca在细菌体内的累积,从而对ARGs的转化产生间接影响。综上所述,本论文发现,如果通过光催化将细菌诱导至亚致死状态,将会促进耐药性在水体中的扩散。并且ARGs的扩散途径是多样的,不仅包括接合转移,还包括转化。通

关键词：耐药菌耐药基因亚致死光催化水平转移接合转移转化