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基于改进Koopman算子在线预估器的海洋浮体路径跟踪预测控制算法

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控制与决策 2025年第3期40卷 863-870页

作者：丁博文付东飞金志豪黎明中国海洋大学工程学院中国海洋大学海洋工程与技术创新研究院

针对具有强非线性动力学特性的海洋浮体路径跟踪问题,提出基于改进Koopman算子在线预估器的模型预测控制(MPC)算法.在算子可观测函数中引入状态时延变量与状态导数,将浮体动态系统提升到希尔伯特空间,使其高维线性化模型包含更多系统模... 详细信息

针对具有强非线性动力学特性的海洋浮体路径跟踪问题,提出基于改进Koopman算子在线预估器的模型预测控制(MPC)算法.在算子可观测函数中引入状态时延变量与状态导数,将浮体动态系统提升到希尔伯特空间,使其高维线性化模型包含更多系统模态.据此提出基于Koopman算子的线性预估器,该数据驱动方法通过在提升空间中解决最小二乘问题,对系统的输入-输出数据进行非线性变换.将扩展动态模式分解得到的线性模型作为MPC控制器的内模,以此方式设计的MPC优化问题与一般线性动态系统的MPC优化问题具有相同的计算复杂度.此外，既可以以线性的方式对状态和控制输入施加线性不等式约束，也可以施加源自海洋浮体动态特性的非线性约束.为了减少计算时间，在线预测器采用增量更新策略.将所提出控制方案应用于海洋浮体的路径跟踪控制，并通过仿真实验验证其有效性.

关键词：海洋浮体 Koopman算子模型预测控制路径跟踪扩展动态模式分解增量更新

生物炭碳稳定性及对滨海湿地土壤有机碳矿化的影响

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环境科学 2025年第2期46卷 1025-1031页

作者：张华杰陈友媛王磊叶圣滢王雅雯孙雪凌中国海洋大学环境科学与工程学院青岛266100 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛266100 中国市政工程华北设计研究总院有限公司天津300074

生物炭对增强滨海湿地固碳能力和减少温室气体排放具有重要意义.然而,生物炭的固碳潜力和对土壤有机碳(SOC)矿化的具体作用路径仍不明确.本研究通过生物炭稳定性实验阐明不同热解温度生物炭的固碳潜力,通过土壤矿化实验和路径模型等方法... 详细信息

生物炭对增强滨海湿地固碳能力和减少温室气体排放具有重要意义.然而,生物炭的固碳潜力和对土壤有机碳(SOC)矿化的具体作用路径仍不明确.本研究通过生物炭稳定性实验阐明不同热解温度生物炭的固碳潜力,通过土壤矿化实验和路径模型等方法,探究不同生物炭添加量(0%、0.1%、1.5%和3%)对SOC矿化的影响效果和路径.结果表明,随着生物炭制备温度从300℃升高到600℃,化学氧化的碳损失量由46.82%下降到14.11%,微生物矿化量由3.5%降到0.2%,表明600℃生物炭的固碳潜力较佳.采用600℃生物炭进行土壤矿化实验,生物炭使SOC含量增加了1.83~3.94倍,累积矿化量降低了3.43%~19.1%,其中1.5%添加量生物炭的矿化速率最低.使用偏最小二乘路径模型(PLS-PM)量化并揭示了生物炭影响滨海湿地SOC矿化路径:生物炭释放的稳定碳含量高,不易被微生物利用,矿化速率低;生物炭增加大团聚体含量和稳定性,对SOC进行物理包裹,实现碳封存,抑制SOC矿化.研究表明增加生物炭碳稳定性和抑制SOC矿化可提高滨海湿地固碳能力.

关键词：生物炭碳稳定性滨海湿地有机碳矿化土壤团聚体

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DNA甲基转移酶在表观遗传学中的应用研究进展

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生物技术通报 2025年第02期 30-39页

作者：周文健崔晓楠施威扬中国海洋大学海洋生命学院

DNA甲基转移酶是一类在DNA甲基化过程中起到关键作用的酶。在生物体内，DNA甲基转移酶可以将甲基基团添加到核酸分子上，从而引入DNA甲基化修饰，改变遗传表现并调控基因表达。DNA甲基转移酶可以在体外进行融合重组表达，并导入细胞在... 详细信息

DNA甲基转移酶是一类在DNA甲基化过程中起到关键作用的酶。在生物体内，DNA甲基转移酶可以将甲基基团添加到核酸分子上，从而引入DNA甲基化修饰，改变遗传表现并调控基因表达。DNA甲基转移酶可以在体外进行融合重组表达，并导入细胞在染色质上引入人为的DNA甲基化修饰。利用这一特性，近年来，科研人员通过对基因组特定位置进行甲基化标记，并结合高通量测序，开发了多种基于DNA甲基转移酶的表观遗传测序技术，其应用包括染色质可及性测量、核小体定位、转录因子印迹和组蛋白修饰检测等。这些技术在获得表观遗传修饰信息的同时也可以获得基因组学信息以及内源性的DNA甲基化信息，因此成为了表观遗传学的重要检测方法。本文介绍了表观遗传修饰研究方法，综述了多种基于DNA甲基转移酶检测表观遗传修饰的测序技术的原理及应用，并对其未来的发展进行了讨论与展望，以期为表观遗传学的研究提供参考。

关键词： DNA甲基转移酶 DNA甲基化染色质可及性 DNA-蛋白质互作测序技术

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南极低温植物促生菌筛选及促生功能评价

微生物学通报 2025年

作者：万金琳穆红梅谢雨淳张馨予李静中国海洋大学海洋生命学院

【背景】国家农业绿色发展和乡村振兴战略中，微生物肥料不可或缺。低温适应型菌株对于研制耐低温、抗冷害胁迫的微生物肥料具有重要意义。【目的】从南极耐冷菌中筛选具有解磷、解硅、合成铁载体和吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid，I... 详细信息

【背景】国家农业绿色发展和乡村振兴战略中，微生物肥料不可或缺。低温适应型菌株对于研制耐低温、抗冷害胁迫的微生物肥料具有重要意义。【目的】从南极耐冷菌中筛选具有解磷、解硅、合成铁载体和吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid，IAA)能力的低温植物促生菌(plant growth-promoting bacteria， PGPB)，通过盆栽实验验证和评估低温PGPB菌剂的促生能力，为低温微生物肥料的开发和应用提供优质的菌种资源。【方法】分别使用磷酸盐生长培养基(phosphorus phosphate medium， NBRIP)、硅酸盐培养基、嗜铁素检测培养基(chrome azurol S Assay Medium， CAS)及R2A培养基筛选出具有溶磷、溶硅、合成铁载体和IAA多重促生功能的菌株，制备成复合菌剂，并通过矮生番茄盆栽试验评估该复合菌剂的促生效果。【结果】筛选获得6株促生功能多样的南极耐冷菌，其中，菌株明显分开泛菌(Pantoea eucrina)DA-1和马氏副球菌(Paracoccus marcusii)CC-25具有较强的解磷和解硅能力(＞85.20 μg/mL)以及良好的铁载体和IAA合成能力，DA-1解磷能力最强，达到105.03 μg/mL；霍氏肠杆菌(Enterobacter hormaechei)GW4-59和圆孢芽孢八叠球菌(Sporosarcina globispora)Z1-38具备3个促生指标，GW4-59具有较强的解磷、解硅和IAA合成能力(＞93.12 μg/mL)，解硅能力最强，达到160.50 μg/mL；Z1-38具有解硅、铁载体和IAA合成能力，铁载体合成率最高，达到57.64%；佩尔加米诺假单胞菌(Pseudomonas pergaminensis)ZS5-60和南极假单胞菌(Pseudomonas antarctica)ZS9-60具备2个促生指标，ZS5-60具有较强的解磷和解硅能力(＞82.22 μg/mL)，ZS9-60的铁载体和IAA合成能力较强，IAA产量最高，达到116.71 μg/mL。盆栽试验结果表明6株低温PGPB制备的复合菌剂能够显著促进番茄的生长，番茄发芽率、株高、茎粗、根鲜重和结果数分别增加了54%、22.3%、29.2%、30.4%和166%。【结论】南极环境蕴含丰富的低温PGPB资源，制备的低温复合菌剂可促进番茄生长和发育，为研制适合高纬度农业区以及抗低温冷害的微生物肥料提供了优质菌种资源和实践基础。

关键词：南极耐冷菌低温植物促生菌复合菌剂低温冷害

微塑料促使中肋骨条藻产生NO以缓解外界胁迫

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海洋与湖沼 2025年第1期56卷 133-142页

作者：王英顺范岩松李培峰刘春颖杨桂朋中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室中国海洋大学化学化工学院

一氧化氮(NO)在生物体内具有特殊而多样的功能，是植物生长的重要调控因子和信使分子。近年来，研究人员报道了微塑料对藻类生理状态的影响，但对NO在此过程中所起的作用尚未见报道。该研究将中肋骨条藻(Skeletonema costatum)暴露于不... 详细信息

一氧化氮(NO)在生物体内具有特殊而多样的功能，是植物生长的重要调控因子和信使分子。近年来，研究人员报道了微塑料对藻类生理状态的影响，但对NO在此过程中所起的作用尚未见报道。该研究将中肋骨条藻(Skeletonema costatum)暴露于不同粒径(0.1和10μm)和不同丰度(0～50 mg/L)的聚苯乙烯(PS)微塑料中，观察微塑料对其生长状态、光合作用、氧化应激等的影响。结果显示，PS微塑料抑制中肋骨条藻的生长和光合作用活性。小粒径高丰度PS微塑料使中肋骨条藻的生长、叶绿素a浓度和光合效率分别受到12.6%、44.3%和24.0%的抑制。PS微塑料促进了藻细胞中活性氧(reactive oxygen species, ROS)的产生，暴露于50 mg/L PS微塑料的藻细胞中ROS的相对水平最高。PS微塑料可影响藻细胞内硝酸还原酶活性(NRA)和NO的净吸收或释放率，其中50 mg/L PS微塑料对藻细胞的NRA和NO的净吸收或释放率的促进作用最大。不同粒径的微塑料对微藻生理状态的影响不同：小粒径微塑料能在短时间内剧烈地抑制其生理状态，而在培养后期藻细胞则表现出一定的适应能力，微塑料的抑制作用减弱；大粒径微塑料则对微藻有累积毒性，随着培养时间的增长，对微藻的抑制作用逐渐增强。微塑料一方面会抑制微藻的生理状态，另一方面又会刺激微藻产生NO来缓解外界胁迫，NO在微藻的自我保护机制中有重要的调控和指示作用。

关键词：一氧化氮(NO) 聚苯乙烯微塑料海洋微藻生理状态氧化应激硝酸还原酶活性(NRA)

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流域重金属迁移转化模型研究进展

海洋湖沼通报(中英文) 2025年第01期 209-218页

作者：姜梦彭辉中国海洋大学环境科学与工程学院中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室中国海洋大学海洋环境地质工程山东省重点实验室

重金属污染严重影响了生态环境及人体健康，为了科学管理流域重金属污染，有必要探究流域中重金属迁移转化的规律，预测重金属迁移去向。本研究对重金属在流域内的迁移转化过程及主要影响因素进行归纳，对流域重金属迁移转化模型研究的... 详细信息

重金属污染严重影响了生态环境及人体健康，为了科学管理流域重金属污染，有必要探究流域中重金属迁移转化的规律，预测重金属迁移去向。本研究对重金属在流域内的迁移转化过程及主要影响因素进行归纳，对流域重金属迁移转化模型研究的文献进行分析，总结了现有模型种类，各模型的研究进展与应用情况，并对模型未来的研究方向进行展望。研究表明现阶段流域重金属模型模拟重金属的种类有限，而且模拟过程主要集中在地表水与土壤之间。未来重金属流域模型的发展方向包括：增加Tl、Co等重金属的模拟模块；完善重金属在地下水中的迁移过程及在生物间的迁移；增加土地利用类型及土壤理化性质等外部环境动态变化的功能。

关键词：流域重金属迁移转化模型

利用内窥镜快速鉴别扇贝亲本性别和性腺成熟度

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水产学报 2025年

作者：孔祥福梁浩颖黄山桓包振民胡晓丽中国海洋大学海洋生命学院海洋生物遗传学与育种教育部重点实验室青岛海洋科学与技术国家实验室海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室中国海洋大学三亚海洋研究院热带海洋生物种质资源开发与种业工程实验室

扇贝是我国重要的大宗养殖贝类，多数种为雌雄异体。在人工苗种繁育中，需将雌雄亲本分开促熟，并定期观察性腺发育进程，从而准确把握苗种生产时机。目前扇贝性别鉴定和性腺观察只能通过外物刺激软体组织或阴干的方法使扇贝双壳张开后... 详细信息

扇贝是我国重要的大宗养殖贝类，多数种为雌雄异体。在人工苗种繁育中，需将雌雄亲本分开促熟，并定期观察性腺发育进程，从而准确把握苗种生产时机。目前扇贝性别鉴定和性腺观察只能通过外物刺激软体组织或阴干的方法使扇贝双壳张开后完成。但上述方法用时较长，且为离水操作，容易造成亲贝流产，使苗种生产失控。本研究首次利用内窥镜技术，经由两壳间足丝孔通过内窥探头对扇贝性腺进行图像拍摄，根据拍摄的性腺图像颜色进行性别鉴定和性腺成熟度判定。结果显示，内窥镜可在扇贝闭壳状态下，不触及软体部位，清晰显示性腺颜色和性别，用时分别为外物刺激及阴干方法的1/2和1/4，并可对扇贝性腺成熟度进行分析。同时，内窥镜也能够清晰地对海水中的扇贝性腺进行拍摄和成像，实现扇贝性腺发育状态的水中原位观察。研究表明，利用内窥技术可以在扇贝闭壳状态下实现准确、快速的性腺观察和性别鉴定，将有效提高扇贝苗种繁育效率。

关键词：扇贝性别鉴定性腺发育观察内窥镜技术

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海上漂浮式光伏平台研究进展与关键技术

工程科学与技术 2025年

作者：王霄王树青宋宪仓王浩歌汪艳茹中国海洋大学工程学院中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室

全球能源需求不断增加，传统化石能源储量有限且燃烧排放造成气候污染，发展可再生能源成为必然趋势。在过去的十年内，漂浮式光伏系统由于其更高的能源产量和发电效率得到迅猛发展。凭借更广阔的应用范围和更优质的太阳能资源，海上漂... 详细信息

全球能源需求不断增加，传统化石能源储量有限且燃烧排放造成气候污染，发展可再生能源成为必然趋势。在过去的十年内，漂浮式光伏系统由于其更高的能源产量和发电效率得到迅猛发展。凭借更广阔的应用范围和更优质的太阳能资源，海上漂浮式光伏展现出巨大的发展潜力。本文首先简要回顾了海上漂浮式光伏的发展现状，总结了全球典型的海上漂浮式光伏平台结构形式，分析了在复杂海洋环境下海上漂浮式光伏开发面临的挑战。进一步地，从模块化阵列耦合动力响应分析方法、柔性连接器与系泊系统设计、非均匀波浪场模拟，以及海上漂浮式光伏施工安装技术和运维监测技术等方面论述了海上漂浮式光伏平台相关技术问题。最后，对海上漂浮式光伏系统未来向深远海推进、降本增效、协同开发与融合技术等研究方向和发展策略进行了探讨。文章旨在为未来海上漂浮式光伏平台的设计和工程实践提供指导和参考。

关键词：漂浮式光伏系统发展现状关键技术未来发展趋势

基于深度学习的南海东北部亚中尺度过程识别与分析研究

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海洋与湖沼 2025年第1期56卷 77-89页

作者：金宇涛缪明芳张志伟中国海洋大学三亚海洋研究院海南省海洋立体观测与信息重点实验室三亚海洋实验室中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室/深海圈层与地球系统前沿科学中心

亚中尺度过程是海洋学研究的前沿热点领域，从高分辨率资料中实现亚中尺度信号的快速提取对开展亚中尺度动力学研究具有重要意义。为此，根据亚中尺度过程的物理特性，提出一种基于深度学习的自动识别方法，构建了基于U-Net网络的海洋... 详细信息

亚中尺度过程是海洋学研究的前沿热点领域，从高分辨率资料中实现亚中尺度信号的快速提取对开展亚中尺度动力学研究具有重要意义。为此，根据亚中尺度过程的物理特性，提出一种基于深度学习的自动识别方法，构建了基于U-Net网络的海洋亚中尺度过程识别网络(submesoscale processes automatic identification network, SM-Net)，该网络采用视觉几何组网络作为主干特征提取网络并引入改进的混合注意力模块以提升识别能力。基于高分辨率MITgcm (Massachusetts Institute of Technology general circulation model)模式数据，通过SM-Net准确识别出南海东北部全年的亚中尺度过程，并分类为冷涡、暖涡和锋面。南海东北部亚中尺度冷涡、暖涡和锋面均多发生于冬季，夏季的发生频率较低，但吕宋海峡的亚中尺度过程全年均较为活跃。除吕宋海峡外，亚中尺度冷涡夏季多发生于台湾岛西南海域、吕宋岛西南海域和吕宋岛沿岸，冬季多发生于南海北部陆坡陆架区；亚中尺度暖涡夏季多发生于吕宋岛沿岸，冬季在南海北部陆坡陆架区较为活跃；亚中尺度锋面的时空特征与冷涡相似，但黑潮流经区域的发生频率更高。亚中尺度过程罗斯贝数和动能的时空特征与发生频率具有较好的一致性，暖涡的动能、罗斯贝数和直径均弱于冷涡。上述识别方法在南海的成功运用，为应用SWOT (surface water and ocean topography)卫星数据研究亚中尺度过程提供了一定参考。

关键词：亚中尺度过程自动识别深度学习语义分割南海东北部