DNA条形码在生态学研究中的应用与展望

DNA条形码是利用标准的DNA片段对物种进行快速鉴定的技术,已在生物学各相关领域得到广泛应用。随着DNA条形码技术的不断发展和完善,已成功应用于生态学领域的相关研究中。本文综述了DNA条形码在物种快速鉴定和隐存种发现、群落系统发育重建和生态取证、群落内物种间相互关系研究等方面的应用,并介绍了DNAmetabarcoding技术和环境DNA条形码在生物多样性和生态学研究领域中的应用。最后,结合新的测序技术和未来大科学装置的发展,在相关数据库逐渐完善,新分析方法和计算模型不断开发使用的情景下,对DNA条形码在生态学相关领域的应用前景进行了展望。     

根域限制下水氮供应对膜下滴灌棉花叶片光合生理特性的影响

在新疆气候生态条件下,采用管栽方法,选用棉花新陆早13号和新陆早33号2个品种为供试材料,通过人工限制根系垂直生长深度和水氮供应,测定棉花叶片气体交换和叶绿素荧光参数、光合物质积累等,探讨根域限制及水氮供应对棉花光合生理特性及产量形成的影响。结果表明:与对照相比,相同水氮供应条件下,根域限制处理棉花从开花期至盛絮期叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和光化学猝灭系数(qp)显著降低,尤其在盛铃后期至盛絮期表现明显,但潜在最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)未受到影响;盛花期和盛絮期根重均显著降低,但地上部总干物质、蕾铃干物质累积量及籽棉产量均显著高于对照。同一根域容积不同水氮处理棉花开花期至盛絮期的Pn、Gs和Fv/Fm、ΦPSⅡ、qp均表现为W1N1>W0N1>W1N0>W0N0;根域限制条件下适量水氮供应处理盛花期和盛絮期地上部总干物质和蕾铃干物质累积量均显著增加,最终单株铃数、单铃重和籽棉产量均显著高于其它处理。因此,在膜下滴灌棉花根域容积受限制条件下,通过优化生育期水氮供应,能改善叶片光合性能、增加地上部干物质积累量及其向生殖器官分配比例,是挖掘膜下滴灌棉花产量潜力和提高效益的有效途径。     

马尾松人工林近自然化改造对植物自然更新及物种多样性的影响

中国人工林面积居世界第一位,而马尾松是中国人工林面积较大的树种之一,广泛分布于中国的亚热带区域。马尾松适应能力强,耐干旱、瘠薄,是南方低山丘陵区群落演替的先锋树种,也是荒山绿化造林的主要树种,马尾松人工林对生态防护、生态治理有着重大的意义。但是,绝大部分马尾松人工林为人工纯林,生态系统比较脆弱,生态服务功能较差。人工林的近自然改造对于增加林地生物多样性,提升人工林的生态服务功能具有重要意义。2005年,对中国林业科学院热带林业试验中心1993年造林的马尾松人工林进行4种不同强度(50%、40%、30%、20%)间伐后,套种大叶栎(Castanopsis fissa)、米老排(Mytilaria laosensis)、润楠(Machilus pingii)、红锥(C. hystrix)4个乡土阔叶树种,各种套种密度皆为120株/hm²。分别于间伐前(2004年)及2010年对群落生物多样性及人工套种树种生态情况进行调查,结果表明:(1)间伐处理后,自然更新至乔木层的物种种类和数量都有显著的增加,600 m²的样方中,物种数由(2.75±2.56)种增加到(11.17±4.32)种,个体数由(5.75±4.31)株增加到(32.17±19.09)株,群落中乔木亚层的优势种变化不大,主要有南酸枣(Choerospondias axillaris)、水锦树(Wendlandia uvariifolia),枫香(Liquidambar formosana)、破布木(Cordia dichotoma)、白背桐(Mallotus paniculatus)等。新增加到乔木层的物种大都为之前群落中灌木层的种类,主要有三桠苦(Evodia lepta)、鸭脚木(Schefflera minutistellata)、白花龙(Styrax faberi)、中平树(Macaranga denticulata)、黄毛榕(Ficus esquiroliana)、华南毛柃(Eurya ciliata)、罗浮柿(Diospyros morrisiana)、猴耳环(Pithecellobium clypearia)、木姜子(Litsea pungens)、毛黄肉楠(Actinodaphne pilosa)等。(2)间伐处理前,600 m²样方中出现的灌草种类数量为(24.63±4.24)种,间伐处理后,600 m²样方中出现的灌草种类数量为(27.58±3.80)种,不同间伐强度处理后林下灌草的优势种与间伐前大致相同,灌木层优势种为三桠苦,草本层优势种为弓果黍(Cyrtococcum patens)。不同间伐强度处理林分间,灌木层和草本层的物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数均无显著差异,且与间伐前林分也无显著差异。(3)间伐促进了4个乡土树种幼树的生长,随着间伐强度的增加,大叶栎、红锥幼树的高度和胸径显著增长;50%的间伐强度的林分中,阔叶树种幼树的长势要显著好于其他间伐强度,50%的间伐强度最有利于马尾松林下套种的阔叶树种生长。(4)在马尾松林下套种的4个阔叶树种幼树的初期生长有明显差异。总体而言,大叶栎与米老排幼树的早期生长速率要明显高于红锥和润楠。     

生境片段化对千岛湖岛屿上黄足厚结猛蚁遗传多样性的影响

利用相关序列扩增多态性(SRAP)分子标记法,对千岛湖片段化生境中14个岛屿上的黄足厚结猛蚁(Pachycondyla luteipes)种群遗传结构和多样性进行研究。利用5对SRAP引物对42份材料的基因组进行扩增,共得到大小在50-800 bp之间的71个可重复位点,其中63个为多态性位点,多态性比率达88.73%。AMOVA分析结果显示,65.03%的遗传变异存在于种群间,34.97%的遗传变异来自种群内(P < 0.001)。利用PopGene Version 1.32软件对SRAP多态性数据进行分析,不同岛屿种群的多态位点比例和Nei's基因多样性指数变化范围分别介于35.21%-91.55%和0.2662-0.4905之间,平均值分别为58.25%和0.3729,其中多态位点比率最高的岛屿为面积最大的JSE岛。多态位点比例和Nei's基因多样性指数与岛屿面积、海拔均无显著相关性,但与隔离度呈显著正相关关系。种群间遗传分化指数介于0.0777-0.9328之间,平均值为0.4419,基因流值介于0.0360-5.9350之间,平均值为1.0451,种群间遗传分化程度较高,基因流较低。利用UPGMA聚类分析法对14岛屿上的42个个体进行遗传聚类分析,表明地理距离较近的个体和岛屿具有优先聚在一起的趋势。Mantel 检验表明黄足厚结猛蚁各种群间地理距离与遗传距离间存在显著相关性(r=0.7757,P < 0.01)。以上结果表明地理隔离是影响千岛湖黄足厚结猛蚁种群遗传结构和多样性的主要因素。     

AM真菌在植物病虫害生物防治中的作用机制

丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)真菌是一类广泛分布于土壤生态系统中的有益微生物,能与大约80%的陆生高等植物形成共生体。由土传病原物侵染引起的土传病害被植物病理学界认定为最难防治的病害之一。研究表明,AM真菌能够拮抗由真菌、线虫、细菌等病原体引起的土传性植物病害,诱导宿主植物增强对病虫害的耐/抗病性。当前,利用AM真菌开展病虫害的生物防治已经引起生态学家和植物病理学家的广泛关注。基于此,围绕AM真菌在植物病虫害生物防治中的最新研究进展,从AM真菌改变植物根系形态结构、调节次生代谢产物的合成、改善植物根际微环境、与病原微生物直接竞争入侵位点和营养分配、诱导植株体内抗病防御体系的形成等角度,探究AM真菌在植物病虫害防治中的作用机理,以期为利用AM真菌开展植物病虫害的生物防治提供理论依据,并对本领域未来的发展方向和应用前景进行展望。     

基于林业清查资料的桂西北植被碳空间分布及其变化特征

基于2005-2010年林业资源清查数据,采用材积源生物量法,运用地理信息系统技术,估算和分析了桂西北植被碳密度及其储量的空间分布及其变化。结果显示:(1) 研究区域从2005年到2010年呈现碳汇变化趋势,植被碳储量由4.19×10⁴t增加到4.27×10⁴t(增幅为1.84%),植被碳密度从29.04t/hm²增加到29.57 t/hm²。(2) 从治理措施、林种起源方式及林种类型来看,自然保护区的植被碳密度最大,超过40 t/hm²。2005-2010年,人工植苗、直播、飞播和萌生方式植被碳密度增加,退耕还林工程的植被碳密度均呈明显增长(增加3.00 t/hm²),所有林种碳密度都呈不同程度的增长。 (3)植被碳密度空间分布上,大致表现为西部高、中东部低,北部高、南部低。西部区植被碳密度均值超过40 t/hm²,中东部区植被碳密度均值低于25 t/hm²。植被碳密度变化在空间分布上表现为无论是非喀斯特区还是喀斯特区的植被碳密度都有增长趋势,其中有7个县市植被碳密度升级为更高等级。研究表明,随着退耕还林、生态移民等治理措施的实施,区域植被碳密度显著增加,生态环境好转。     

中国部分野生百合自交和组内及组间杂交亲和性研究

以百合属(Lilium)4个组13种野生百合为试验材料,配置80个杂交组合,分析中国野生百合自交、组内及组间杂交的亲和性.采用延迟授粉和切割柱头两种授粉方式和胚拯救技术,以克服受精前、后的障碍,提高育种效率.结果显示:百合自交亲和性存在一定差异,大花卷丹(L.leichtlinii)和兰州百合(L.davidi‘ unicdor cotton')自交不亲和;卷瓣组组内杂交在所配置的杂交组合中,仅有3个组合[垂花百合(L.c ernuum)×细叶百合(L.pumilum)、兰州百合×垂花百合以及兰州百合×大花卷丹]通过延迟授粉获得杂交胚,并通过组培获得杂交苗;卷瓣组与钟花组组间杂交亲和性较好.研究表明,对于大多数的杂交组合,延迟授粉比切割柱头对克服受精前障碍有效;而对于绝大多数的自交和杂交组合,组培能有效克服受精后障碍,并获得子一代苗.     

斑点叉尾和杂交鲟幼鱼昼夜摄食节律和胃肠排空时间的研究

采用一次饱食投喂(将一昼夜分为8个时间段,每个时间段作为一个处理组,每天每个处理组饱食投喂一次)和分段式连续投喂(将一昼夜分为8个时间段,每天每个实验缸连续投喂8次)两种方法研究斑点叉尾和杂交鲟幼鱼的昼夜摄食节律,同时研究它们在摄食后24h内胃和全肠的排空时间。结果显示,在两种投喂方式下,斑点叉尾均表现出24h 一周期的摄食节律,两个日摄食率高峰值均出现在06：00和18：00(P<0.05)。杂交鲟在一次饱食投喂下表现出24h一周期的摄食节律,高峰值分别出现在11：00、17：00和05：00,在分段式连续投喂时表现出48h 一周期的摄食节律,高峰值分别出现在11：00、17：00和36：00。在摄食后1-9h 内,斑点叉尾的胃内含物比率急剧降低(P<0.05),并在24h 时出现极低值(P<0.05),而1-9h 内全肠内含物比率迅速升高(P<0.05),在9h时达到最大(P<0.05),在24h出现极低值(P<0.05)。在摄食后1-7h内,杂交鲟的胃内含物比率迅速下降(P<0.05),在24h 时出现极低值(P<0.05),1-7h 内肠内含物比率迅速升高(P<0.05),24h 时呈现极低值(P<0.05)。结果表明,两种实验鱼表现出不同的昼夜摄食节律,该节律受各自胃肠排空时间的影响,也受投喂时间的影响。研究建议,在斑点叉尾和杂交鲟幼鱼的养殖中宜在光线较弱的清晨(05：00-06：00)和黄昏(17：00-18：00)进行投喂。     

小鼠初级听皮质神经元的强度调谐特性与机制分析

强度是声音的基本参数之一,听神经元的强度调谐在听觉信息处理方面具有重要意义．以往研究发现γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)能抑制性输入在强度调谐的形成过程中起重要作用,但对抑制性输入与局部神经回路之间的关系并不清楚．本实验通过在体细胞外电生理记录和神经药理学方法,分析了小鼠初级听皮质神经元的强度调谐特性,结果显示：单调型神经元在声刺激强度自中等强度增高时潜伏期缩短(P < 0.05)且发放持续时间延长(P < 0.05),非单调型神经元在声刺激强度自最佳强度增高时潜伏期不变且发放持续时间缩短(P < 0.01)．注射GABA能阻断剂荷包牡丹碱(bicuculline, Bic)后,39.3%的神经元强度调谐类型不变,42.9%的神经元非单调性减弱,17.9%的神经元非单调性增强．表明GABA能抑制并非是形成非单调性的唯一因素,兴奋性输入本身的非单调性和高阈值非GABA能抑制的激活也可能在其中发挥作用．推测由兴奋性和抑制性输入所构成的局部神经功能回路及其整合决定了听皮质神经元的强度调谐特性．     

格尔德霉素抑制高致病性禽流感病毒增殖及其所介导炎性反应研究

对高致病性禽流感病毒感染最为有效的治疗应采用抗病毒和抗炎症的联合治疗．本试验用流感病毒H5N1感染不同细胞株(A549细胞和MDCK细胞),采用不同浓度格尔德霉素对病毒感染细胞培养物作用不同时长,检测流感病毒滴度;ELISA检测格尔德霉素作用于流感病毒H5N1感染A549细胞12 h、24 h促炎性细胞因子IFN-α、TNF-α和IL-6水平．结果显示,流感病毒H5N1感染A549细胞和MDCK细胞,格尔德霉素极显著地抑制了流感病毒H5N1在细胞培养物的增殖(P < 0.01),而在病毒感染36 h和48 h,格尔德霉素并没有显著抑制流感病毒在MDCK细胞上的增殖(P > 0.05)．促炎性细胞因子分析结果显示,格尔德霉素在流感病毒感染A549细胞12 h和24 h均显著降低了促炎性细胞因子IFN-α、TNF-α和IL-6的分泌(P < 0.05)．上述实验结果显示,格尔德霉素具有抑制流感病毒H5N1增殖及其所介导的炎性反应的双重效应,为格尔德霉素成为应对流感病毒流行的备选药物提供基础科学依据．