Characterization of the temperature sensitivity of gain and recombination mechanisms in 1.3-μm AlGaInAs MQW lasers

The potential of 1.3-μm AlGaInAs multiple quantum-well (MQW) laser diodes for uncooled operation in high-speed optical communication systems is experimentally evaluated by characterizing the temperature dependence of key parameters such as the threshold current, transparency current density, optical gain and carrier lifetime. Detailed measurements performed in the 20°C-100°C temperature range indicate a localized T0 value of 68 K at 98°C for a device with a 2.8μm ridge width and 700-μm cavity length. The transparency current density is measured for temperatures from 20°C to 60°C and found to increase at a rate of 7.7 A·cm -2 · °C-1. Optical gain characterizations show that the peak modal gain at threshold is independent of temperature, whereas the differential gain decreases linearly with temperature at a rate of 3 × 10-4 A-1·°C-1. The differential carrier lifetime is determined from electrical impedance measurements and found to decrease with temperature. From the measured carrier lifetime we derive the monomolecular (A), radiative (B), and nonradiative Auger (C) recombination coefficients and determine their temperature dependence in the 20 °C-80 °C range. Our study shows that A is temperature independent, B decreases with temperature, and C exhibits a less pronounced increase with temperature. The experimental observations are discussed and compared with theoretical predictions and measurements performed on other material systems. © 2005 IEEE.

Very high modulation efficiency two-sections tapered laser diode at 1060nm for free space optical communications

High-power (more than 500 mW) and high-speed (more than 1 Gbps) tapered lasers at 1060 nm are required in free-space optical communications and (at lower frequencies of around 100 MHz) display applications for frequency doubling to the green. On a 3 mm long tapered laser, we have obtained an open eye diagram at 1 Gbps, together with a high extinction ratio of 11 dB, an optical modulation amplitude of 530 mW, and a high modulation efficiency of 13 W/A. On a 4 mm-long tapered laser, we have obtained an open eye diagram at 700 Mbps, together with a high extinction ratio of 19 dB, a high optical modulation amplitude of 1.6 W, and a very high modulation efficiency of 19 W/A. On a 6 mm-long tapered laser, we have obtained a very high power of 5W CW and a very high static modulation efficiency of 59.8 W/A. © 2011 SPIE.

Patterns of orographic uplift in the Sierra Nevada and their relationship to upper-level atmospheric circulation

We examine monthly and seasonal patterns of precipitation across various elevations of the eastern Central Valley of California and the Sierra Nevada. A measure of the strength of the orographic effect called the “precipitation ratio” is calculated, and we separate months into four groups based on being wet or dry and having low or high precipitation ratios. Using monthly maps of mean 700-mb height anomalies, we describe the northern hemisphere mid-tropospheric circulation patterns associated with each of the four groups. Wet months are associated with negative height anomalies over the eastern Pacific, as expected. However, the orientation of the trough is different for years with high and low precipitation ratios. Wet months with high ratios typically have circulation patterns factoring a west-southwest to east-northeast storm track from around the Hawaiian Islands to the Pacific Northwest of the United States. Wet months with low precipitation ratios are associated with a trough centered near the Aleutians and a northwest to southeast storm track. Dry months are marked by anticyclones in the Pacific, but this feature is more localized to the eastern Pacific for months with low precipitation ratios than for those with high ratios. Using precipitation gauge and snow course data from the American River and Truckee-Tahoe basins, we determined that the strength of the orographic effect on a seasonal basis is spatially coherent at low and high elevations and on opposite sides of the Sierra Nevada crestline.

稻族的分子系统学研究

稻族（Oryzeae）是禾本科中包含多种经济植物的重要类群，现有大约12个属，广布于全球的热带和温带地区。虽然有证据表明稻族是一个单系类群，但稻族的分类处理和属间系统发育关系以及稻族的生物地理学等方面仍存在许多悬而未决的问题。本研究利用了7个DNA片段，包括2个叶绿体基因片段（trnL和matK）、1个线粒体基因片段（nad1）和4个分布在不同染色体上的核基因片段（Adh1、Adh2、GPA1和Waxy）以及形态性状（87个）重建了稻族的系统发育关系，并在此基础上利用6个DNA片段（trnL、matK、nad1、Adh1、Adh2和GPA1）探讨了稻属基部类群的系统发育关系。同时在系统发育研究的基础上，进一步探讨了稻族物种间的分歧时间及生物地理学问题。主要结果如下： 1.稻族的系统学 多基因和形态性状的分析表明：1）稻族是单系类群可分为两个主要分支，相当于传统的两个亚族，第一个亚族（Zizaniinae）包括稻属﹑假稻属和Porteresia，而第二个亚族（Oryzinae）包括其余8个属。两性花是稻族的原始状态，而单性花多次起源，共起源了3次，因此单性花和两性花的区别不宜作为划分亚族的依据;2）Zizania 与分布在南美的单型属Rhynchoryza关系最近;3）一些单型属（Hydrochloa、Porteresia和Prosphytochloa）的确立得不到分子证据的支持，特别是Hydrochloa，形态证据分析的结果明确不支持建立该单型属;4）形态分析结果支持Zizania 4个种聚为一支，而东亚的一个种（Zizania latifolia）为该属基部类群。 2.稻属基部类群的系统发育关系 多基因系统发育分析表明：1）稻属是一个单系类群;2）所有数据都支持稻属10种染色体组类型各自为单系，包括稻属中最后确定的染色体组类型HK（Oryza schlechteri和Porteresia coarctata）;3）F染色体组与HK和HJ中的H染色体组关系最近，类似于E染色体组与异源四倍体的CD染色体组中的D染色体组关系最近; 4）双亲遗传的核基因和母系遗传的线粒体和叶绿体基因的对比分析表明，HJ染色体组两个物种的母系来源是H，而HK染色体组两个物种母系来源是K。三个染色体组相比较，H分化较早，J次之，K分化最晚;5）在系统发育研究基础上，本研究认为稻属4个复合体的划分是可信的，原来未划分到任何一个复合体中的两个种O. brachyantha和O. schlechteri以及新近归入稻属的Oryza coarctata都应归入O. ridleyi复合体。 3.稻族各谱系的分化时间及其生物地理学意义 利用分子钟及其改进方法对稻族各谱系的起源和分化时间进行了估测，并在此基础上探讨了形成各类群地理分布式样的可能原因。结果表明，稻族在始新世（Eocene）晚期（3640万年前）起源于东南亚随后分为两大支。稻属基部类群G染色体组物种与稻属其他物种在1200万年前分开;稻属中A/B/C/E染色体组类群在700万年前开始分化。 在稻族的第一大支Oryzinae亚族中，稻属和假稻属1400万年前分开后，通过远程扩散及随后的漫长的历史过程形成了目前的分布格局。稻属从东南亚起源并逐渐扩散到非洲、澳洲及美洲;而假稻属则从非洲出发扩散到全球的热带和亚热带地区。这两个属的演化历史非常相似，都是全球广泛分布且起源时间较晚。 在稻族第二大支Zizaniinae亚族中，Zizania是稻族中唯一欧亚-北美间断分布属，与其分布在南美的姊妹群Rhynchoryza在2554万年前分开，这一支可能是先从南美扩散到东亚，然后再从东亚扩散到北美;Zizaniopsis和Luziola两属在南美洲和北美洲都有分布，其分歧时间为2180万年前，这两属具有类似的进化历史，即通过上新世（Pliocene）末期隆起的巴拿马陆桥形成现在的分布格局;Chikusichola与Potamophila/Prosphytochloa这一支从中新世（Miocene）早期（2270万年前）开始分化，由于Chikusichola（分布在东南亚）、Potamophila（澳大利亚）和Prosphytochloa（非洲）相距很远，这3个属的扩散必然与跨洋远距离扩散有关。

On-line learning of mutually orthogonal subspaces for face recognition by image sets.

We address the problem of face recognition by matching image sets. Each set of face images is represented by a subspace (or linear manifold) and recognition is carried out by subspace-to-subspace matching. In this paper, 1) a new discriminative method that maximises orthogonality between subspaces is proposed. The method improves the discrimination power of the subspace angle based face recognition method by maximizing the angles between different classes. 2) We propose a method for on-line updating the discriminative subspaces as a mechanism for continuously improving recognition accuracy. 3) A further enhancement called locally orthogonal subspace method is presented to maximise the orthogonality between competing classes. Experiments using 700 face image sets have shown that the proposed method outperforms relevant prior art and effectively boosts its accuracy by online learning. It is shown that the method for online learning delivers the same solution as the batch computation at far lower computational cost and the locally orthogonal method exhibits improved accuracy. We also demonstrate the merit of the proposed face recognition method on portal scenarios of multiple biometric grand challenge.

蕨类植物配子体发育及化感作用的研究

我国的蕨类植物资源十分丰富，约有2600多种，占全世界12000种的1/5强，其中许多种具有很高的观赏价值。在欧美的一些国家，蕨类植物已经成为花卉行业的一个重要组成部分，早已进入家庭居室、宾馆、商场、办公楼和其它公共场所，绿化和美化人们的生活环境。到目前为止，全世界共已栽培成功观赏蕨类植物700多种（品种），而我国仅有十多种投入花卉市场作为盆景和切花配叶，尚未形成一定的规模。繁殖技术不过关是造成蕨类植物在我国花卉市场难以迅速发展的障碍之一。目前国内对蕨类植物的需求主要靠野外采挖得以满足，对野生蕨类植物资源造成严重的破坏，再加上自然生态环境的恶化，致使许多物种濒临灭绝。因此，加强相关的基础研究、繁殖技术和外界环境对蕨类植物影响的研究，对蕨类植物资源的利用和保护具有重要的研究价值和现实意义。 作者在近五年的研究过程中，建立了蕨类植物孢子无菌培养技术，观察记录了蕨类植物配子体的形态发育，为建立蕨类植物快速有效的繁殖技术体系打下了良好的基础。在此研究基础上，探讨了对蕨类植物生长发育构成威胁的外界环境之一—外来入侵植物紫茎泽兰对蕨类植物的生长发育的化感作用。紫茎泽兰为目前国际上研究的热点入侵植物之一，对我国农业、林业等已造成很大破坏，并对蕨类植物资源构成一定威胁。蕨类植物配子体发育过程是蕨类植物生活史中相对脆弱的环节，最容易受化感作用的影响。但迄今为止，国际上尚未开展任何紫茎泽兰对蕨类植物（包括孢子体阶段和配子体阶段）的化感作用的研究。为保护蕨类植物自然资源，填补这一研究领域的空白，开展了紫茎泽兰对蕨类植物配子体发育过程的化感作用的研究。实验结果如下： （1）建立了金毛狗（已被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES）附录II 名单）、凤尾蕨属植物如傅氏凤尾蕨、剑叶凤尾蕨、蜈蚣草、银脉凤尾蕨、溪边凤尾蕨、疏裂凤尾蕨、西南凤尾蕨等多种蕨类植物的孢子无菌培养技术体系。 （2）采用无机培养基培养、土壤培养和滤纸培养三种培养方法，显微镜下观察傅氏凤尾蕨、剑叶凤尾蕨、蜈蚣草、银脉凤尾蕨、溪边凤尾蕨、疏裂凤尾蕨、西南凤尾蕨、三角鳞毛蕨、乌毛蕨、普通针毛蕨、金毛狗的孢子萌发及配子体形态发育的整个过程，研究了上述蕨类植物孢子萌发的类型、配子体各发育阶段的形态特征以及到达每个发育阶段所需的时间，为蕨类植物的繁殖技术提供了科学的依据，同时为蕨类植物系统进化和形态分类学研究提供了重要的基础资料。 （3）以金毛狗、普通针毛蕨、疏裂凤尾蕨为受体植物，研究了紫茎泽兰对这三种蕨类植物的配子体发育的化感作用。选择蕨类植物孢子萌发、假根生长、配子体形态、配子体发育各阶段及所占比例为测定指标，结果表明：紫茎泽兰根、茎、叶提取液可以对这三种蕨类植物的配子体发育产生不同程度的化感作用。表现为：延迟这三种蕨类植物的孢子萌发，降低其孢子萌发率，抑制假根的伸长，并且上述抑制作用随紫茎泽兰提取液浓度的升高而增强。随着紫茎泽兰叶水提液浓度的升高，金毛狗配子体发育阶段会滞后。在紫茎泽兰根提取液处理下，普通针毛蕨配子体上的假根发生畸变。随着时间的推移，这种现象削弱或基本消失。随着根和叶提取液的浓度升高，普通针毛蕨配子体发育阶段将会滞后。高浓度的紫茎泽兰根提取液能改变疏裂凤尾蕨的配子体的形态，并使疏裂凤尾蕨的配子体发育阶段滞后，浓度越高效果越显著。这三种蕨类植物在受到紫茎泽兰化感作用的影响后表现不同，推测与它们对紫茎泽兰所含有的化感物质的不同敏感度有关。

吉林柳河哈尼湖早中全新世古气候变化与环境演变的高分辨率孢粉纪录

　　全新世是与人类关系最密切的地质时期，重建全新世气候变化的历史，对人类的生产生活有重要的意义。植被是自然界中对气候变化反映最灵敏的指示物，通过地层剖面中的花粉分析，可以揭示古代植物区系，恢复古植被，因此，孢粉分析被用作研究植被演化、环境变迁的重要手段。 　　本文选取吉林哈尼湖钻孔剖面837~304cm（13.1~4.5cal.kaB.P.）沉积物进行孢粉分析，共采集样品123个，平均时间分辨率为69年。建立了早中全新世以来东北地区的孢粉组合序列，恢复了这一时段的植被演替序列，在此基础上，重点研究讨论了早中全新世气候事件在东北地区植被演替中的响应，为全新世古环境和气候变化的演变提供孢粉学证据。 　　研究结果表明：哈尼地区早中全新世以来气候演化有以下特征：13.1~11.9cal.kaB.P.为疏林草原景观，从11.9cal.kaB.P.开始逐渐发展成山地寒温性针叶林，至9.3cal.kaB.P.演化成栎为主的落叶阔叶林，5.5cal.kaB.P后松增加，发展成针阔混交林。从植被的变化推测，本区的气候经历了四个阶段的变化：冷干——冷湿——暖湿——凉干，虽然存在着冷暖干湿的变化，但自然环境基本为湿润状态，较稳定地保持了森林景观，气候变化相对温和。本区在进入大暖期以来气候并不稳定，分别在6.8、6.1、5.5、4.7cal kaB.P有不同程度的冷湿和冷干事件。频谱分析表明，本区在13.1～4.5cal.kaB.P.存在1100、700、500及300年的气候变化的准周期。

野大豆和栽培大豆抗盐分子标记的研究

野大豆群体3和群体4属盐渍群体，其个体有的是抗盐的，有的是敏感的，有的是中等抗盐的，本文通过随机扩增多态性DNA (RAPD)和DNA扩增指纹(DAF)分析野大豆群体抗盐性与分子标记之间的关系，从而更好地研究野大豆群体的盐适应机理。通过12个RAPD引物和3个DAF引物扩增发现：引物OPF05，OPF19和OPH02的扩增产物中有与抗盐性可能相关的特异标记，分别是OPF05_(213);OPF19_(4361);OPF19_(1727);OPF19_(1400);OPF19_(700);OPH02_(1350)。这些特异标记在所研究的抗盐植株中都存在;在敏感型植株中都不存在;在中等抗盐植株中有的存在，有的不存在。以上表明野大豆群体的抗盐性与RAPD分子标记有一定的相关性。为进一步研究抗盐性的特异标记，本文对栽培大豆抗盐品种Morgan和文丰七号的特异DAF标记片断8-27_(240) (Zhong et al., 1997)进行了克隆测序，测序结果通过BLASTn程序与基因库中的基因序列进行同源比较，发现上的DNA序列中的19组（每组大约二十到三十个碱基）序列与基因库中的其它基因相应序列有很高的同源性，几乎全部100%同源。尤其目的序列第15个碱基到第33个碱基（共19个碱基）之间的序列与基因库中的25个基因的相应序列的同源性全部是100%，并且与之相比的基因大多来自动物和人。因而推测其有可能是保守区，而不是编码区。进一步用DNASIS软件分析其碱基组成(A/T含量是64.9%，G/C含量是35.1%)并进行翻译，结果同样表明此序列可能是一调控序列并非编码区。至于这段序列是否与抗盐紧密相关，这有待于以后把此序列转到敏感型植株中然后检测其抗性来验证。 本文还通过RAPD分析野大豆群体3和群体4的多态性，发现群体3的多态性明显高于群体4。野大豆群体3的抗盐性大于群体4早已通过生理指标的鉴定，至于多态性与抗盐性之间是否有必然联系，还需进一步研究讨论。利用RAPD数据，通过MEGA软件中的NJ计算遗传距离的方法对群体3和4进行聚类分析，研究野大豆群体间及群体内个体间的亲缘及进化关系，探讨野大豆群体盐适应机理的分子起源。

谷子体细胞无性系变异和抗除草剂基因转化研究

谷子是我国北方具有区域重要性的禾谷类粮食作物。谷子的体细胞无性系变异和外源基因转化相对其它作物研究较少。本研究利用谷子生产的育种中应用的多个优良品种为材料，分析了谷子体细无性系变异发生的影响因素、变异性和频率、DNA分子水平变异和育种应用等问题;采用基因枪法和花粉管通道法，进行了谷子抗除草剂基因转化研究。 主要结果包括： 1. 通过几种外植体的愈伤组织诱导分析,找到了小花分化期前后的谷子幼穗是愈伤组织诱导的最好外植体.提出谷子愈伤组织可按生长状态和结构划分为质密型、松软型和松散型三种基本类型的观点。前两种为胚性愈伤组织并可相互转换，松软型愈伤组织生长状态稳定，可塑性好，是继代培养和因基化的首选类型。供试品种中豫谷1号、高39、郑407和矮宁黄为易培养品种，矮88、豫谷2号、系238、冀14号、C445和青丰谷为相对难培养品种。这些结果为谷子组织培养和生物技术操作提供了基础资料。 2. 首次对多个谷子品种较大群体的无性系变异进行了分析。结果表明，以R_2株系为单位的谷子体细胞无性系表现型变异频率平均为13.0%，不同基因型的变幅为4.3～32.9%;变异涉及株高、抽穗期、穗粒重、出谷率、叶鞘色、育性、抗病性、米色、穗型等多个性状，多数变异为株高和抽穗期等数量性状，少数为矮秆等质量性状：变异的性状多数能在R_3稳定并遗传给后代。从谷子体细胞无性系变异中选出了一批农艺性状得到改良的新品系，其中系103已进入省区域试验，并提供给多家育种单位作为亲本应用。 3. 将RAPD分析技术引入谷子体细胞无性系变异研究。豫谷2号无性系的RAPD多态性变化既有亲本带的缺失，也有新带的产生。用RAPD多态性变化的SMC值度量无性系同亲本相比DNA水平变异的大小，表现型发生变异的无性系,其SMC值分别为0.905～1.0;表现型未发生变异的无性系，RAPD多态性也可能发生变化，其SMC值分布为0.953～1.0。 4. 通过Gus基因瞬时表达单位数的比较，优化了JQ－700基因枪转化谷子松型愈伤组织的操作参数：质粒DNA用量3μg/mg钨粉，CaCl_2农度1.5M，亚精胺浓度40mM，样品室高度7cm，粗弹头为微弹载体，每皿愈伤组织用量1～2g，每次轰击钨粉用量50μg，轰击前4小时和轰击后16～20小时，用含蔗糖150g/l的高渗培养基处理。利用该技术体系，以bar基因为目的基因转化豫谷2号愈伤组织。经选择培养和植株再生，首次获得了抗0.1% bialaphos的正常可育植株，经PCR和Southern blot分析，bar基因已整合到转化体的基因组中，为创造抗除草剂的谷子新种质提供了材料和技术基础。 5. 研究了花粉管通道法转化和花粉介导的基因枪转化谷子的可行性。花粉管通道法转化后代中，获得了抗0.1% bialaphos的抗性植株，经X-gluc组织化学检测，抗性植株叶片的Gus反应为阳性。初步说明该植株可能为转化体，在谷子上为花粉管通道法转化的可行性提供了佐证。花粉介导的基因枪转化未获得转化体。 本文对体细胞无性系变异形成的原因和应用、无性系变异的分子生物学分析、以及谷子的外源基因转化方法等问题进行了讨论。

水母雪莲细胞悬浮培养黄酮合成的调控及生物反应器放大培养

水母雪莲（Sausswea medusa Maxim）为菊科风毛菊属植物，其主要的活性成份为黄酮类化台物。为进一步提高雪莲细胞培养物的黄酮含量和实现雪莲细胞培养生产黄酮类化合物的工业化，本文开展了水母雪莲细胞悬浮培养黄酮生物合成的调控及雪莲细胞生物反应器放大培养的可行性研究。 在水母雪莲细胞悬浮体系中加入苯丙氨酸和乙酸钠两种前体，结果显示，它们均能促进细胞内黄酮的生物合成，但它们对细胞的生长也有一定的抑制作用。实验表明，前体的添加时间均以第6天为宜，它们的最佳添加浓度都是0.1 mmol/L。苯丙氨酸、乙酸钠两种前体协同添加，黄酮产量是对照的1.94倍，比它们单独加入更能促进细胞的黄酮合成。 两种非生物诱导子硝酸银和谷胱甘肚都能诱导水母雪莲悬浮培养细胞黄酮的生物合成，诱导子的作用效果与诱导于的浓度和添加时间有关。二者协同诱导，获得的黄酮产量达是对照的1.72倍，高于它们单独加入时的黄酮产量。 应用2L通气搅拌式生物反应器一步批式培养水母雪莲细胞。研究了搅拌转速、通气量和接种量对细胞生长和黄酮合成的影响，发现在75 r/min、700-1000 L/min和4.0-5.0 9 DW/L接种量下细胞生长和黄酮合成比较好。经过12 d培养细胞干重达13.8 9 DW/L,黄酮产量416 mg/L。水母雪莲细胞生长及黄酮合成的进程表明，黄酮积累与细胞生长呈正相关。对细胞聚集体分布的研究发现，剪切力等因素使细胞聚集体分裂，使反应器中细胞生长受到影响，黄酮产量较摇瓶中降低。