2024年, 第47卷, 第05期　
刊出日期：2024-09-25

  

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  一类带非齐次记忆项抛物方程解的整体存在性和爆破

  王政慧, 祝雪, 杨晗

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 901-911. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023156

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  该文研究一类带非齐次记忆项抛物方程的柯西问题，讨论非线性项和非齐次项对整体解存在性的影响。当非线性项指数增长高于某一值时，利用压缩映射原理，证明了整体解的存在唯一性；当非线性项指数增长低于某一值时，利用测试函数法，证明了解在有限时刻爆破。
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  带权罗-巴Lie-Yamaguti代数的上同调

  腾文

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 912-922. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023146

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  本文研究带权罗-巴Lie-Yamaguti代数，首先给出带权罗-巴Lie-Yamaguti代数的表示和上同调。作为上同调的应用，研究带权罗-巴Lie-Yamaguti代数的单参数形式形变。
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  图的混合边邻域粘连度

  闫伟, 魏宗田

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 923-934. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023130

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  为了定量刻画边失效情形下的网络抗毁性，提出图的混合边邻域粘连度概念。给出了几类图的参数计算公式和最好可能的上、下界，用组合优化方法研究了该参数的极值问题。通过比较几类边邻域抗毁性参数的区分度，指出混合边邻域粘连度刻画某些网络的抗毁性更为精确。
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  一类3正则图的Balaban指数

  武军秀, 高玉斌

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 935-942. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023157

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  本文解决了3正则图Ln的Balaban指数计算问题。采用分类讨论的方法，给出了Ln的Balaban指数计算公式，并利用该公式，分别得到了该类正则图Balaban指数的易于计算的上、下界。计算结果表明，本文所得上界优于已有文献所给出的结果，且当图的阶数大于等于42时，该上界与精确值相差不超过0.1。
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  基于Min(c,V)唤醒机制和活跃阈值的云虚拟机调度优化

  李梦桃, 徐秀丽

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 943-953. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023155

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  为了满足云用户对系统响应性能的需求，同时进一步提高云系统的节能水平，论文提出一种新型虚拟机调度策略。当虚拟机处于休眠状态时，一旦缓冲区内的云任务数超过服务台数c或者休眠定时器到时，所有的虚拟机便立即停止休眠进入唤醒状态。在唤醒期结束时，如果缓冲区内等待的云任务数达到阈值N，虚拟机由唤醒状态转入活跃状态，否则转入空闲状态等待云任务到达。基于上述背景，构建具有Min(c,V)策略与活跃阈值N的可变到达速率的多服务台排队模型。利用矩阵几何解方法，推导出云系统稳态性能指标，并构建合理的收益函数讨论云系统收益问题，综合数值分析验证了所提策略的有效性。
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  融合协同过滤的自组织神经网络多样化产品推荐

  张秉楠, 李德玉

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 954-963. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023068

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  针对个性化推荐算法推荐结果容易存在冗余的问题，提出了一种融合协同过滤的自组织神经网络的多样化产品推荐方法。首先通过用户对产品的评分构建用户-产品、用户产品类别评分表，进而采用协同过滤算法得到基于评分相似用户的产品推荐列表；其次，将用户向量输入到自组织神经网络中聚类相似用户，利用相似用户查找目标用户可能感兴趣的产品类别，形成多样化推荐列表；最后，融合两个推荐列表形成满足多样化和准确性的产品推荐结果。通过亚马逊数据集上的实验，验证了所提方法在多样化推荐指标类别覆盖率（Category Coverage,CC）和项目层面的多样性（Item-Level Diversity,ILD）能够取得较好的结果，能有效地进行多样化推荐。
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  基于轻量神经网络的指静脉密钥生成方法

  周洋, 王明文

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 964-972. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023101

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  针对生物特征密钥生成中容易泄露模板信息、精度性能不高和过于复杂难以运用等问题，提出一种基于轻量神经网络的指静脉密钥生成方法。以反向残差瓶颈结构为核心提出轻量神经网络，结合标签平滑交叉熵对指静脉图像训练处理。在密钥生成模块中提出随机选择模块，快速生成新的密钥。最后采用纠错技术与安全散列算法，解决网络提取特征的不稳定性，增强密钥生成方法的安全性。该方法在三个公开数据库中得到了验证，提出的方法生成512位密钥的误识率为0.843%～1.469%、拒真率为0.651%～1.524%，并且密钥生成耗时不超过0.3 s，获得了比其他方法更优越的性能。安全分析表明，提出的模型可以有效抵御信息泄露、交叉匹配和其他攻击。理论分析和实验结果表明该方法具有泛化能力强，生成密钥精度高、生成时间短、安全性高等性质。
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  基于样本旋转的生成困难样本的深度度量学习方法

  张鸽, 闫京, 魏巍, 梁吉业

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 973-981. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023106

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  现有深度度量学习方法通过构造困难样本生成方法指导模型高效训练，基于代数计算的困难样本生成方法具有简单、高效的优势。然而这类方法缺乏对数据整体分布的考虑，导致生成的样本随机性较强、模型收敛缓慢。针对该问题，将三元组中的正样本以其所属的类中心为轴，旋转至锚点与该类中心连线的反向延长线上，提出一种基于样本旋转的困难样本生成方法，给出了一种新的损失函数，构建了一种基于样本旋转的生成困难样本的深度度量学习模型（RHS-DML），有效提升了模型的训练效率。在Cars196,CUB200-2011以及Stanford Online Products数据集上进行了图像检索的实验，与代数计算方法中对称生成样本方法进行了比较，结果表明，本文提出算法的检索性能相较于对称样本生成方法，在三个数据集上分别高出2.4%,0.7%,1.4%。
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  非线性子空间驱动下的耐药性预测方法

  董云云, 张源榕, 龚怡丰, 白玉洁, 常云青, 杨炳乾, 杨紫婷, 徐双, 强彦

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 982-992. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024032

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  癌症的耐药性预测任务已经成为精准医学领域前瞻性研究方向之一。针对现有耐药性预测方法难以深度表征药物和细胞系之间协同关系的问题，提出一种非线性子空间驱动下的耐药性预测方法 NLS-DRP(Nonlinear Subspace-Driven Drug Resistance Prediction)。NLS-DRP包括Cell分支、Drug分支和协同融合三个关键学习模块，分别用于构建非线性子空间提取细胞系特征，拆分药物结构提取子序列特征，设计非线性协同空间融合细胞系和药物特征；最后，通过融合三个模块的特征，实现细胞系对药物的耐药性预测。在癌症药物敏感性基因组学和癌症细胞系百科全书两个公开数据集上进行实验，结果表明所提NLS-DRP模型显著优于对比的基准方法，取得了0.945 8的皮尔逊相关系数（PCC）值和0.924 2的斯皮尔曼相关系数（SCC）值，验证了本文方法的有效性。
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  利用邻域k元节点组信息的节点结构相似性判定方法

  杨贵, 韦兴宇, 郑文萍

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 993-1003. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024106

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  复杂网络中的节点往往形成一些频繁出现且具有特定局部连接模式的高阶子结构，利用这些高阶子结构可以更好地刻画网络的拓扑特征及相关功能模块。通过度量节点间的结构相似性，有助于研究拓扑结构中节点之间的交互模式，理解复杂网络的局部结构和功能。为更充分利用节点邻域的高阶结构信息，提出了一种利用节点邻域内的k元节点组标签信息的结构相似性判定方法GANNLI(Group-based Aggregated Neighborhood Label Information)。该方法首先将k元节点组形成的非同构子图作为其组标签，再利用WL方法对k元节点组的邻域组标签信息进行聚合和更新，统计节点所构成的不同k元组的标签信息以得到节点表示，并利用余弦相似度计算节点间的结构相似性。与仅考虑节点度、接近中心性等低阶信息的方法相比，本方法利用高阶k元组结构信息更有效地度量了节点间的结构相似性。在真实网络数据集上的实验结果表明，所提出的GANNLI算法能更有效地计算节点间的结构相似性，在节点分类任务中的性能相比Struc2vec提高了2%至6%，相比Node2vec提高了8%至14%。
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  大语言模型的汉语框架语义分析能力评估

  高俊杰, 马博翔, 闫智超, 苏雪峰, 李茹

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1004-1014. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2014112

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  大语言模型的出现对自然语言处理产生了广泛的影响，已有研究表明大语言模型在各类下游任务中具有出色的Zero-shot及Few-shot能力，而对于大语言模型的语义分析能力的评估仍然比较缺乏。因此，本文基于汉语框架语义分析中的三个子任务：框架识别、论元范围识别和论元角色识别，分别在Zero-shot及Few-shot设定下评估了ChatGPT、Gemini和ChatGLM三个大语言模型在CFN2.0数据集上的语义分析能力，并与目前基于BERT(Bidirectional Encoder Representations from Transformers)的SOTA模型进行了比较。在框架识别任务中，大语言模型的准确率仅比SOTA模型低0.04；但在论元范围识别与论元角色识别任务上，大语言模型表现不佳，与SOTA(State of the Art)模型相比，F1分数分别相差0.13和0.39。以上结果表明，大语言模型虽具备一定的框架语义分析能力，但进一步提升大语言模型的语义分析能力仍然是一个具有挑战性的工作。
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  赝自旋1/2玻色气体中的相分离

  高炳杰, 贺丽

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1015-1020. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023089

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  内态间的量子相干性对于旋量多体系统的宏观物性具有重要影响。本文运用平均场方法研究了赝自旋1/2玻色气体在Rabi耦合强度趋于零情形的基态相图。当同自旋原子具有非对称的排斥相互作用时，体系会在适当的失谐参数下发生两种自旋极化相反的饱和铁磁凝聚体的相分离。根据热力学的相平衡条件，确定了相分离态的密度范围。在转变区间，压强随体积的变化曲线呈现出类似于经典气液相变的平台特征。在顺磁相与相分离态的边界，等温压缩率趋于发散。我们讨论了这种相分离与非相干玻色混合气体中不混溶现象的区别。本文得到的结果为进一步研究旋量凝聚体在有限Rabi耦合强度下的基态性质提供了基础。
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  基于CHPSO算法的量子纠缠源温度控制系统

  梁文哲, 徐鹏, 王宁

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1021-1027. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023088

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  为了提高量子通信波段纠缠源系统的性能，设计并实现了一个基于竞争混合粒子群算法（CHPSO）的温度控制系统，该温控系统主要控制非线性晶体的温度。本文所提出的温度控制系统是将CHPSO算法结合比例-积分-微分（PID）控制算法，可以有效减少温控系统的超调量，提高系统的响应速度。结果表明，该系统在参数整定中的优化结果相较遗传算法（GA）、粒子群算法（PSO）、混合粒子群算法（HPSO）更接近全局最优，超调量分别降低了95.2%、89.1%和80.8%，调节时间分别降低了76.5%、19.7%和8.0%，仅有0.034 5 s，且多次运行偏差较小，鲁棒性更强，在温度控制等领域具有重要应用。
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  基于深度学习的相干循环平稳信号波达方向估计

  周巍, 张骄

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1028-1035. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023102

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  针对传统解相干的多重信号分类（MUSIC）算法在小信噪比和非平稳信号的情况下识别精度不高的问题，提出了一种结合了深度学习的波达方向（DOA）估计算法。该算法采用线性等距阵列接收相干的循环平稳信号，针对循环平稳信号的循环频率求出循环自相关函数并构造数据矢量矩阵，再将所得的矩阵通过矢量奇异值法分解，最后再将分解后的矩阵输入到训练好的卷积神经网络中得到DOA估计的结果。并且相较于传统的DOA估计算法，采用了卷积神经网络的估计时间更少。实验仿真结果表明，在非平稳信号、低信噪比环境下，该算法的均方根误差比现有最优算法最高降低了1度。
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  重金属层/铁磁层界面反演对称性破缺诱导的垂直磁矩零场翻转

  王佳才, 郭晓庆, 吴敏, 薛海斌

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1036-1047. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023122

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  本文基于宏自旋模型，研究了重金属层/铁磁层，即L11相CuPt/CoPt界面反演对称性破缺诱导的面外类场矩对铁磁层垂直磁矩零场翻转特性的影响。研究结果表明：对于存在反演对称性破缺的L11相CuPt/CoPt界面，当沿着其重金属层的高对称轴通入一个合适的短脉冲电流时，虽然界面反演对称性破缺诱导的面外类场矩，即3 m力矩在x-y平面内为零，但是，利用磁矩在x-y平面上下产生的非稳定振荡效应同样可以实现垂直磁矩的确定性零场翻转。此外，当该面外类场矩较大时，其可以增大短脉冲电流的长度选择范围，并进一步减小磁矩稳定翻转的阈值电流。上述结果为实现零场的自旋轨道矩磁随机存储器提供了一个可选择的理论方案。
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  基于超表面的频率可重构缝隙天线设计

  郭晓婷, 吴箴言, 史恒基, 韩丽萍

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1048-1053. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023090

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  频率可重构天线可以降低通信平台中天线的数量，减少通信系统之间的电磁干扰。电控方式的频率可重构天线需要引入偏置电路，会对天线性能造成影响，本文提出了一种机械方式的频率可重构缝隙天线。天线由等腰梯形单元周期排列组成的超表面和缝隙天线两部分组成，在缝隙天线的接地板上刻蚀六边形槽展宽阻抗带宽，通过机械旋转超表面改变其等效相对介电常数，进而实现频率可重构。仿真和实测结果表明，天线在54.3%(2.32GHz～4.05 GHz)频段内可以实现工作带宽的切换，整个工作频段内具有较好的辐射特性，峰值增益达到5.5 dBi。
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  基于多模融合的宽带5G基站天线设计

  刘建乐, 张冰

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1054-1061. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023121

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  针对5G移动通信多频段的需求，本文设计了一款适用于5G基站应用的宽带双极化基站天线单元。该基站天线单元由两对加载了箭头形枝节的环形偶极子、两条Y形微带馈线与同轴馈线构成。利用多模融合的原理，通过加载箭头形枝节与偶极子臂形成强耦合，激励起高频谐振模式，进一步实现天线的宽带化。对天线实物进行加工测试，天线在3.4 GHz～5.1 GHz的工作频段内，端口反射系数<-10 dB，端口隔离度优于21 dB，带内增益（8.6±0.8） dBi，实测半功率波束宽度为（67°±3°），交叉极化鉴别率高于22 dB，测试结果与仿真吻合良好。所设计的宽带双极化基站天线覆盖3.4 GHz～3.8 GHz、4.4 GHz～5 GHz的双5G通信频段，有助于解决站址资源紧张的基站部署难题。
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  基于超表面的宽带滤波天线设计

  王璐, 陈新伟

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1062-1067. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023096

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  本文提出了一种基于超表面的宽带滤波天线。通过分割3×3的超表面，引入了新的谐振点，有效改善了阻抗匹配带宽；另外，通过在馈线上加载阶跃阻抗谐振器（SIR），在工作频带两边分别引入一个辐射零点，而且，在通带内高频段引入了另一个谐振点，进一步展宽了带宽；为了改善低频段的选择性，在地面上刻蚀四个中心对称的U型缺地陷结构（DGS），引入一个辐射零点。仿真表明，设计的滤波天线工作在4.93 GHz～6.88 GHz,-10 dB阻抗带宽达到33.1%，在4.06 GHz、4.4 GHz、7.5 GHz、8.75 GHz产生四个辐射零点，提高了滤波天线的选择性。
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  晋北刈割草地土壤有机氮矿化和真菌多样性特征

  王犇, 欧俊, 任歆玥, 郝杰, 米佳, 王常慧, 董宽虎

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1068-1078. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023120

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  为探究晋北地区刈割强度对草地土壤有机氮矿化与真菌多样性之间关系的影响，通过对刈割草地进行野外原位土壤氮矿化实验和土壤真菌多样性分析。结果表明：在8月份中度刈割强度下土壤净氮矿化量最高；在整个生长季，土壤净氮矿化量均值大小为中度刈割>重度刈割>轻度刈割>不刈割，生长季土壤净氮矿化量呈现出中度刈割处理最高并显著高于不刈割处理；草地的刈割处理增加了土壤真菌多样性，土壤真菌ACE(Abundance-based Coverage Estimator)指数、Chao指数和Shannon-Wiener指数均在中度刈割强度下达到最大值（分别为737.2、738.5和4.506）,Simpson指数在重度刈割强度下达到最大值（0.072）；被孢霉门（Mortierellomycota）和被孢霉属（Mortierella）会受到当月净硝态氮含量、净氮矿化含量的潜在抑制，附球菌属（Epicoccum）与当月净铵态氮含量存在负效应；土壤全碳与子囊菌门（Ascomycota）、赤霉菌属（Gibberella）和新赤壳属（Neocosmospora）的丰度存在正效应，土壤碳氮比可能会促进小盘菌属（Pezizella）的丰度。
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  葡萄VvWRKY70基因的克隆及表达特性分析

  李莉娟, 刘婧, 郝丽宏, 仪慧兰

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1079-1085. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023125

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  鲜食葡萄需要适当的采后保鲜措施，保鲜剂处理引发的果实组织基因重编程在采后保鲜中发挥了重要作用。在二氧化硫（SO2）保鲜剂诱导表达的葡萄基因中，我们筛选出与拟南芥AtWRKY70同源性最高的基因VvWRKY70，生物信息学分析发现VvWRKY70基因启动子区含有响应脱落酸、水杨酸、茉莉酸甲酯和低温的顺式作用元件；通过农杆菌介导的遗传转化获得了高表达VvWRKY70的拟南芥植株，该转基因植株在低温和灰霉菌胁迫时VvWRKY70上调表达，在SO2暴露时VvWRKY70下调表达，说明VvWRKY70参与了植物对生物和非生物胁迫的应答。这些结果为进一步研究葡萄基因VvWRKY70的功能及其作用机制提供了依据。
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  单宁酸与人血清白蛋白互作的分子动力学分析和实验验证（英文）

  田鹏, 宋洁, 赵成鹏, 张晨玉, 武棒棒, 赵春贵

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1086-1096. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024110

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  本文通过荧光光谱、酶解和分子对接等技术研究了单宁酸（TA）与人血清白蛋白（HSA）之间的仿生作用力和分子动力学模拟。结果表明，TA与HSA的相互作用是一个典型的两阶段反应：快反应阶段（RRS）和慢反应阶段（SRS）。在25℃时，结合常数分别为3.16×10～5 L·mol^-1和3.55×10～8 L·mol^-1。荧光光谱表明TA对HSA的猝灭机理是静态猝灭效应，且疏水力在TA与HSA相互作用过程中起着重要作用。基于F?rster非辐射能量转移理论，确定TA的结合位点位于亚结构域A的疏水区域，TA与人血清白蛋白Trp212之间的距离分别为2.21 nm（RRS）和1.97 nm （SRS）。疏水探针和酶解实验证实TA与HSA之间的相互作用分为两个独立的过程，包括快速反应中的瞬时识别并耦合及慢速反应中的再匹配。本研究验证了TA与HSA的相互作用力，并阐明其反应过程，为植物多酚与蛋白质互作模式的研究提供了参考依据。
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  基于网络药理学探讨栀子苷抗结肠癌的作用机制

  李玉, 尚琳琳, 冯若琳, 杨鹏, 李宗伟

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1097-1107. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024113

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  栀子苷是药食同源中药栀子的主要有效成分，因具有抗炎、抗菌、降血糖、抗抑郁、抗氧化、免疫调节、抗肿瘤等药理活性而备受关注。然而，栀子苷在结肠癌（Colon cancer, CRC）细胞中的靶点和作用机制尚不明确。本文主要通过网络药理学进行栀子苷与CRC共同靶点的筛选，构建栀子苷与CRC的靶蛋白互作网络，采用R语言包进行生物功能（Gene Ontology, GO）和通路（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG）富集分析，发现栀子苷发挥抗CRC作用与肿瘤细胞衰老密切相关。采用药物亲和反应靶点稳定性（Drug affinity responsive target stability, DARTS）联合质谱探究栀子苷调控CRC细胞衰老的潜在作用靶点，并通过分子对接预测栀子苷与靶蛋白的具体结合位点。结果发现栀子苷能够通过靶向结合脯氨酸异构酶1A(FKBP prolyl isomerase 1A, FKBP1A)发挥抗CRC的作用。细胞功能实验证实栀子苷可以显著诱导CRC细胞衰老。研究结果表明栀子苷可能通过靶向结合FKBP1A从而诱导CRC细胞衰老，这为栀子苷用于CRC治疗的研究和开发提供了理论依据和参考。
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  山西省十字花科蔊菜属植物新记录

  李琳, 曹福苗, 李肖琪, 郭昊伟, 苏俊霞

  山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1108-1114. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023055

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  2021年6月在山西师范大学（临汾校区）采集到十字花科（Brassicaceae）蔊菜属（Rorippa Scop.）植物欧亚蔊菜（Rorippa sylvestris (L.) Besser）,2022年4月在山西师范大学（太原校区）采集到同属植物广州蔊菜（R. cantoniensis (Lour.) Ohwi）。这些发现为山西十字花科蔊菜属植物增加了种级水平的新记录，使山西省蔊菜属植物增加为5种。