生物DNA条形码:十年发展历程、研究尺度和功能

DNA条形码为现代生物学研究提供了丰富的分子信息、标准的数据平台和通用的技术规程。本文从动物、植物和微生物等三方面简要梳理了生物DNA条形码近十年来的兴起和发展历程。参照DNA条形码特征,将其生物学功能归纳为基本功能(如储备数据、鉴别物种)、延伸功能(如构建系统发育关系、服务特定行业、编制新一代生物图志)以及潜在功能(如物种整合)等三类。根据研究尺度,划分出类群(主要是专科专属类研究)、群落(以自然保护区和大型固定样地构成的生物群落)和区域(生物多样性热点地区)等三个水平。列出了国际生命条形码组织开展的十大类研究项目,从系统与分类学、生物多样性保护、系统发育进化生态学和数字化平台建设等四个方面分析了DNA条形码方法涉及的若干重要科学议题,并指出在各学科应用时可能遇到的问题。DNA条形码技术在生物科学领域潜力巨大,但还需在研究和论证过程中不断完善。     

大熊猫生长分化因子9(GDF-9)基因克隆与序列分析

生长分化因子9(GDF-9)是转化生长因子β(TGF-β)超家族的一个新成员,主要表达于卵母细胞,调节卵泡早期发育. 本文以大熊猫基因组DNA为模板,克隆了大熊猫GDF-9基因.序列分析显示:大熊猫GDF-9基因含两个外显子,编码一个由453个氨基酸组成的蛋白前体.该结果为进一步分析大熊猫GDF-9基因生物学功能奠定了基础.     

环境因子对奇异虉草和小子虉草种子萌发的影响

在室内条件下考察了环境因子温度、pH、盐分、土壤含水量以及种子埋深对外来入侵植物奇异虉草和小子虉草种子萌发和幼苗生长的影响,并与小麦进行对比研究.结果显示;(1)当温度为5℃、NaCl浓度为0.25 mol/L以及种子埋藏深度达到30 mm时,奇异虉草和小子虉草的种子完全不能萌发,而同等条件下小麦种子的发芽率分别依次为89.33%、53.33%和95.00%.(2)在pH 4.0～10.0和土壤含水量10.0%～25.0%条件下,奇异虉草和小子虉草的种子均能萌发;但pH在4.0和10.0以及土壤含水量低于15%时,其发芽率受到显著抑制;当土壤含水量为10%时奇异虉草和小子虉草的种子发芽率分别为19.33%和16.67%,而小麦种子的萌发完全受到抑制.(3)奇异虉草和小子虉草的幼苗最适生长环境为,温度25℃～30℃、pH为6.0～9.0、NaCl浓度0～0.05 mol/L以及种子埋藏深度为0～5 mm.研究表明温度、盐分和种子埋藏深度是影响奇异虉草和小子虉草种子萌发的关键因素,而偏碱性环境更有利于其种子萌发,其种子萌发对干旱胁迫的耐受性强于小麦.     

脱水方法对棕榈种子萌发及膜脂过氧化的影响

以棕榈种子为材料,比较了硅胶脱水和自然脱水方法下种子萌发特征和膜脂过氧化程度。结果表明:棕榈种子的初始含水量为33.1%,萌发率为83.3%;当硅胶脱水至含水量21.2%时萌发率为80.0%,而自然脱水至23.2%时萌发率仅为56.7%;当含水量降至10%左右时,硅胶脱水萌发率为27.7%,而自然脱水的萌发率为26.7%。在脱水过程中,2种脱水处理种子的浸出液电导率和丙二醛(MDA)含量都呈升高趋势,但自然脱水种子浸出液电导率升高的速率较硅胶脱水快,而MDA含量在硅胶脱水下增加较大。硅胶脱水处理种胚中脯氨酸含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均较自然脱水高,但2种脱水处理种子整体均呈先增加再下降的趋势。研究发现,棕榈种子为中间型种子,其在脱水初期对自然脱水较敏感,而脱水后期脱水速率对其生活力影响较小;棕榈种子对硅胶脱水的脱水敏感较自然性脱水要低,硅胶脱水有利于改善棕榈种子的贮藏寿命。     

微集雨模式与降雨变律对燕麦大田水生态过程的影响

以春燕麦坝莜3号品种为试材,分别于2009年和2010年在甘肃省定西市农业气象站进行大田试验。两个生育期的降雨总量基本一致,其中2009年生长季的降雨变律特征与多年观察值相似,而2010年则表现为"前半期降雨多、后半期降雨少"的变律特征。微集雨技术共含8个不同处理,包括①平地不种植(裸地)、②平地种植和③6个垄沟和覆膜处理组(3种垄沟宽度比(2 ∶ 1、1 ∶ 1和2 ∶ 3)× 2种覆膜方式(垄上覆膜和不覆膜)),测定了各处理组土壤剖面贮水量、耗水量、水分利用效率和产量相关指标。结果表明,垄上覆膜处理组的叶面积指数、水分利用效率和产量显著高于其它处理组,同时提高了雨水转化为土壤水和作物水的转化效率,并促进了生育后期土壤贮水量的迅速回升。就不同垄沟比来说,各参数值在垄沟比为1 ∶ 1的处理组中最高。此外,就两种降雨变律年型而言,"降雨量前倾"的2010年燕麦的水分利用效率、产量和叶面积指数显著高于2009年(P<0.05),且显著提高了0-130 cm剖面土壤贮水量。     

利用大样地平台研究种子植物区系

大型固定样地是研究生物多样性、群落系统演化和生态系统功能的重要平台.本文选取西双版纳、鼎湖山、古田山和长白山四个具有代表性的中国森林大样地,按照吴征镒等的方法,分析了不同大样地种子植物科、属和种三个层次的分布区类型.发现热带西双版纳大样地具热带北缘的地理性质;南亚热带鼎湖山大样地呈现出由热带向亚热带过度的特点;中亚热带古田山大样地各分布区类型所占的比率均与全国水平接近,显示出典型的亚热带特征;温带长白山大样地具温带性质.表明中国森林随着纬度的变迁,种子植物区系成分也随之发生显著的变化,这证实了前人有关中国种子植物区系的研究结果,同时也说明通过大样地平台进行植物区系跨区域和比较性研究,方法可行,结果可信.     

食管癌术后呼吸衰竭的临床诊治分析

目的：探讨食管癌术后发生呼吸衰竭（RF）的原因及防治疗措施。方法：将194例行食管癌手术的患者按术后是否发生呼衰分为观察组（36例）和对照组（158例）,比较分析相关因素,对发生RF的患者行气管插管呼吸机辅助和气管切开的抢救。结果：36例RF均在术后24-72h发生,33例痊愈,死亡3例。结论：年龄、肺功能、手术时间、血清白蛋白含量、术后其它并发症及是否吸烟等都是诱发RF的重要因素,术前积极治疗肺部合并症、改善肺功能、缩短手术时间、防止染是预防和减少RF发生的主要措施。     

薇甘菊不同时期的营养繁殖及其生物量分配特征

薇甘菊是世界热带、亚热带地区最具危险性的外来植物之一,较强的无性生长与繁殖是其种群快速建立和扩散的主要原因。该实验采用生长期(40d、30d、20d、10d)和养分(1倍Hoagland’s营养液、清水+土壤、清水)二因子设计,探讨薇甘菊根、茎、叶的营养生长与繁殖和生物量分配特征。结果显示:(1)生长期对薇甘菊茎的存活率和养分对薇甘菊茎的净增生物量比例具有极显著影响(P<0.01),但对其他指标影响均不显著(P>0.05);生长期和养分互作除对薇甘菊根的存活率和茎的分枝数影响不显著外,对其他指标影响均达到极显著(P<0.01)。(2)所有薇甘菊根处理中的存活率为0,茎的分枝数在各处理之间的差异不显著。(3)随着生长期和养分增加,薇甘菊茎和叶的存活率及其生物量逐渐提高,且茎的分枝长、叶的分枝长及其分枝数逐渐提高,但中等养分更有利于提高生长期较短的薇甘菊叶的存活率、分枝长、分枝数及生物量。研究表明,薇甘菊不同营养器官在不同生长期和养分条件具有不同的存活情况以及形态可塑性和生物量分配特征。     

红薯对薇甘菊的竞争效应

在外来入侵生物的生态管理中,利用具有较高经济价值的本地植物或伴生的本地物种进行替代控制是治理入侵植物的有效途径之一。本研究以本地作物红薯(Ipamoea batas)和入侵植物薇甘菊(Mikania micrantha)为试验对象,田间试验条件下采用deWit取代法,研究了红薯对薇甘菊的竞争效应。结果表明:薇甘菊单种时,主茎长、分枝长、节间长和分枝数大于红薯,而主茎节数、不定根节数、叶柄长、叶面积均明显小于红薯,使薇甘菊在与红薯争夺养分和光照时处于劣势;在薇甘菊与红薯共存条件下,各个混种比例中薇甘菊的株高、分枝、叶、茎节不定根和生物量等均受到显著抑制,且受到的抑制率普遍高于其对红薯的抑制率;薇甘菊和红薯的相对产量(RY)、相对产量总和(RYT)均显著小于1.0,说明2物种的种间竞争大于种内竞争;红薯对薇甘菊的竞争平衡指数,只有在薇甘菊所占比例高时(1:3)竞争平衡指数显著小于0,其余各个混种比例下竞争平衡指数均显著大于0,说明红薯与薇甘菊之间存在很强的竞争作用,红薯对薇甘菊的竞争力强于薇甘菊。本研究表明,无论是从形态特征还是生物量来看,红薯都可以作为一种对薇甘菊进行替代控制的理想竞争植物。     

利用植物DNA条形码构建亚热带森林群落系统发育关系——以鼎湖山样地为例

在群落水平上重建植物系统发育关系是当前植物系统学研究的一项重要内容;DNA条形码技术的出现为这一工作的开展提供了便利。本文选取国际通用的植物DNA条形码（rbcL,matK和psbA trnH）,对鼎湖山大样地的183个物种（隶属于24目51科110属）进行测序;分别利用两位点和三位点DNA条形码组合构建该样地植物群落的系统发育关系,并比较不同位点组合构建出的群落系统发育关系的拓扑结构和节点支持率;最后选出一个具有最好拓扑结构和最高节点支持率的鼎湖山大样地群落系统发育关系。在目、科和属这三个水平上,三位点条形码片段组合构建的群落系统发育关系与APG系统获得较好匹配;有些进化分支在相应的APG系统位置解决得不好,却在条形码序列构建的系统发育关系中得到了较好解决。表明综合使用不同进化速率的DNA条形码片段并采取三位点超级矩阵的组合策略,在未采用APG系统大框架的情况下,也能快速而又相对准确地构建出鼎湖山南亚热带森林植物群落的系统发育关系。