联合GF-6和Sentinel-2红边波段的森林地上生物量反演

光谱反射率能反映地物差异,是森林地上生物量（Aboveground Biomass,AGB）遥感反演的理论基础。红边波段处于近红外与红光波段交界处快速变化的区域,能对植被冠层结构和叶绿素含量的微小变化做出快速反应,对植被生长状况较敏感。研究以GF-6和Sentinel-2多光谱影像作为数据源,结合野外调查AGB数据,构建落叶松和樟子松AGB线性和非线性估测模型,通过比较模型精度选择最优模型进行森林AGB反演和空间分布制图。结果表明：GF-6和Sentinel-2影像红边波段反射率与落叶松、樟子松AGB均呈显著相关（P<0.05）,红边波段对AGB估测较敏感。多变量估测模型整体估测效果优于单变量模型,所有模型中多元线性回归模型取得了最优的决定系数（落叶松R²=0.66,樟子松R²=0.65）和最低的均方根误差（落叶松RMSE=31.45 t/hm²,樟子松RMSE=54.77 t/hm²）。相比单个数据源,联合GF-6和Sentinel-2影像构建的多元线性回归模型估测效果得到了显著提升,模型RMSE对于落叶松和樟子松AGB估测分别最大降低了22.9%和11.2%。增加红边波段进行AGB估测能显著提高模型估测精度,三组数据源分别加入红边波段信息后进行建模,模型RMSE得到了显著降低。GF-6拥有800 km观测幅宽和高效的重访周期,可以快速地提供大尺度时间序列数据,在森林地上生物量反演和动态监测方面有着很大潜力。     

青藏高原东部高寒灌丛生物量分配对模拟增温的响应

植物生物量分配特征的变化反映了不同环境条件下植物的适应策略,全球气候变暖正在改变青藏高原高寒生态系统植被动态和生物量分配格局。然而,到目前为止,有关青藏高原高寒灌丛生物量分配特征对气候变暖的响应研究较少。为了探究气候变暖对高寒灌丛生物量分配的影响,以青藏高原东部典型的窄叶鲜卑花高寒灌丛为研究对象,分析了高寒灌丛灌木层、草本层和群落水平生物量分配特征对开顶式生长室（OTC）模拟增温的响应。研究结果表明：整个生长季节,模拟增温使空气温度和表层土壤温度分别升高0.6℃和1.2℃,使表层土壤水分含量下降2.7%。模拟增温使草本层和群落地上生物量显著增加57.8%和7.2%,使灌木层、草本层和群落根系生物量显著增加42.5%、105.6%和45.6%。然而,模拟增温没有显著影响灌木层地上生物量。同时,模拟增温使灌木层、草本层和群落总生物量显著增加25.6%、85.7%和28.4%,使灌木层、草本层和群落根冠比显著增加33.2%、30.4%和36.0%。由此可见,模拟增温在促进高寒灌丛生物量生产的同时将显著提高向地下根系部分的分配比例。Pearson相关分析表明,高寒灌丛生物量分配与空气温度、土壤温度和土壤硝态氮含量呈显著正相关关系;多元线性回归分析结果也表明,空气温度、土壤温度和土壤硝态氮含量解释了高寒灌丛生物量分配变异的50.8%以上。这些结果表明,青藏高原东部高寒灌丛植被能够通过调节生物量分配模式应对未来气候变暖。     

干旱区湿地芦苇各器官生态化学计量对土壤因子的响应

了解植物养分浓度及其化学计量对土壤因子的响应,对预测脆弱而敏感生态系统对环境变化的响应至关重要。以敦煌阳关湿地优势种芦苇(Phragmites australis)为对象,通过野外调查与实验分析,研究芦苇不同器官生态化学计量特征及其影响因素。结果表明:芦苇各器官C、P含量为叶>根>茎,N含量及N∶P为叶>茎>根,C∶N为根>茎>叶,C∶P则为茎>根>叶。叶、根C含量显著高于茎(P<0.05),叶、根C含量之间无显著差异(P>0.05),根、茎和叶N、P含量及C∶N、C∶P和N∶P差异显著(P<0.05);芦苇根N∶P<14,叶片N∶P>16,茎N∶P介于14~16;C含量在各器官之间均无显著相关性(P>0.05),根与茎、叶N含量之间呈极显著正相关(P<0.01),根与茎P含量呈极显著正相关(P<0.01),茎与叶N含量呈显著正相关(P<0.05);土壤盐分与芦苇根和茎N含量呈极显著正相关(P<0.01),土壤P含量与茎P含量呈极显著正相关(P<0.01),土壤有效P与根、茎N含量呈极显著正相关(P<0.01);土壤P是影响芦苇根、茎化学计量的主要因素,土壤盐分是影响叶片化学计量的主要因素,芦苇趋向提高各器官N含量来应对高盐、低P的土壤环境。     

大蒜气生鳞茎形态发生及其碳水化合物和内源激素含量以及相关基因表达的变化特征

以大蒜品种‘二水早’(早熟)、‘麻江红蒜’(中晚熟)和‘徐州白’(晚熟)为材料,采用石蜡切片技术结合显微观察探讨气生鳞茎形成过程中植株茎尖和花序轴形态变化,并测定了‘麻江红蒜’气生鳞茎形成过程中可溶性糖、蔗糖、淀粉和内源激素含量及相关基因表达变化,明确不同熟期各品种大蒜气生鳞茎形成进程和形态解剖学特征,以及碳水化合物和内源激素与大蒜气生鳞茎形成的关系,以探讨大蒜气生鳞茎分化的生理机制。结果表明:(1)依据茎尖生长点和花序轴的形态解剖特征,将气生鳞茎形成进程划分为启动期、气生鳞茎原基分化期(包括保护叶原基、贮藏叶原基分化)、气生鳞茎膨大期和气生鳞茎成熟期等4个时期;3个品种气生鳞茎在相同发育时期的形态解剖学特征相同,但分化时间不同,其分化顺序与大蒜品种成熟期表现一致;当总苞叶叶尖露出叶鞘,花器官原基分化时,花序轴周围分生组织区域产生小突起,标志着气生鳞茎原基分化的开始;外层保护叶由白色转为紫色时气生鳞茎进入成熟期。(2)气生鳞茎开始膨大后,其可溶性糖和蔗糖含量均显著降低,淀粉含量显著升高;ZR含量在启动期显著升高;IAA和MeJA含量在气生鳞茎原基分化期维持在较高水平,但IAA含量随着气生鳞茎膨大显著降低,并在成熟期降至最低。(3)果聚糖代谢相关基因1-SST、1-FEH分别在膨大初期、膨大中期表达量显著升高;细胞壁转移酶基因CWI相对表达量在气生鳞茎原基分化期显著升高;蔗糖信号转导基因T6P和生长素信号转导的关键转录因子ARF1相对表达量均在气生鳞茎分化期显著升高;茉莉酸信号调控途径中的负调控因子JAZ相对表达量在大蒜气生鳞茎原基分化期和膨大初期均维持一个较低水平。研究认为,大量可溶性糖及ZR在茎尖积累,可以启动气生鳞茎原基分化,促进气生鳞茎形态发生;高浓度IAA和MeJA可促进气生鳞茎原基分化;气生鳞茎膨大消耗可溶性糖,且低浓度IAA有利于气生鳞茎膨大;成熟的气生鳞茎积累大量淀粉。     

不同管理模式对茶树碳氮磷含量及其生态化学计量比的影响

植物不同器官的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量特征能够反映植物内部的养分分配与平衡关系。该研究以福建安溪3种不同管理模式的铁观音茶园为研究对象, 设置了常规管理模式下的茶园(M1)、间作套种模式下的茶园(M2)和现代技术管理模式下的茶园(M3) 3种样地, 分析茶树根、茎、叶器官的C、N、P含量及其化学计量学特征, 养分的变异特征与异速生长关系。结果表明: M2和M3管理模式下茶树根、茎、叶N、P含量均显著高于M1管理模式, C含量差异不明显; 茶树根、茎、叶C:N、C:P、N:P均表现为M1 > M2 > M3。茶树不同器官C、N、P含量差异较大, 根据变异来源分析, 管理模式因素对C、N、P含量变异的影响均达到显著水平。根茎叶N-P的异速生长关系表明茶树不同器官的养分需求存在相似性; 土壤pH和容重是影响C:N、C:P、N:P的重要因素, 而土壤含水量和盐度对茶树根和叶C含量的影响较大。总体来讲, 间作套种以及现代化滴灌、水肥等管理模式可以改善茶树对养分的吸收效率, 对解决土壤养分不均衡问题具有正面效应。     

肝脏类器官的研究及应用进展

肝脏疾病易感性差异大且个体间的肝脏细胞存在明显的异质性,因此开发体外能够长期存活并具有代谢功能的人体类肝组织细胞模型,对治疗终末期肝病、开展肝脏致病机理研究及药物筛选具有重要意义。过去十年中,体外三维类器官模型发展迅猛,为疾病模拟、精准化治疗领域的研究提供了新的工具,显示出巨大潜力。肝脏类器官具有患者的基因表达与突变特征,在体外能够较长时间地保持肝脏细胞功能,已被应用于疾病模拟及药物有效性研究,并具有进行原位或异位移植发挥治疗作用的应用潜能。就干细胞、肝脏原代细胞等不同来源的肝脏类器官的发展及近年的研究进展作了综述,以期为肝脏类器官在疾病建模、药物发现和器官移植领域的研究和应用提供新的思路。     

多能干细胞诱导分化为肾脏类器官的研究进展与挑战

用于分化为多种类型细胞的多能干细胞(PSC)体外培养技术已被广泛应用于生物学领域中。由PSC分化而来的肾脏类器官可基本还原生物体内肾脏的组织结构和部分功能,在肾脏疾病模型研究和药物筛选中有重要作用,继续改善肾脏类器官的结构、功能和成熟度将会对肾脏再生治疗提供极大的帮助。研究肾脏类器官的重点在于体外准确模拟体内肾脏的发育过程。本文着重归纳了近十年来对胚胎肾发育过程研究的重点,对肾脏类器官分化技术的几个关键方案进行总结、分析和比较,并探讨肾脏类器官在分化研究和应用中将面临的挑战。     

基于高分辨率遥感影像的森林地上生物量估算

以南京市紫金山林区为研究区,利用e-Cognition面向对象分类方法,基于光谱和空间信息融合后的IKONOS影像提取单木树冠阳性冠幅(PoCA, Positive crown area)信息,并结合野外实测的样方生物量数据,分别建立了针叶林和阔叶林地上生物量 (AGB, Aboveground Biomass)的遥感估算模型,并利用实测森林生物量数据对模型进行了验证。结果表明,基于遥感影像提取的PoCA与实测AGB存在较好的非线性相关关系,所建针叶林AGB估算模型的可靠性优于阔叶林模型。对建模样本而言,估算的针叶林和阔叶林AGB与观测数据比较的R2分别为0.62 (P<0.01,n=9) 和0.56(P<0.01,n=16)。验证表明,所建AGB估算模型的可靠性较好,估算的针叶林和阔叶林AGB与观测数据比较的R2分别为0.55(P<0.01,n=6) 和0.52(P<0.01,n=10),但当AGB较低时,模型结果偏高,AGB较低时,模型结果偏低。研究说明通过高分辨率遥感数据的融合、提取树冠信息进行生物量估算是可行性的。     

拟南芥不定芽发生早期的数字基因表达谱分析

目前,有关不定芽发生的研究主要集中在单基因的调控方面,缺乏转录组方面的系统研究.利用RNA-seq高通量测序技术在全基因组范围内检测了不定芽发生早期的基因表达谱,共检测到2457个差异表达基因.这些基因参与了激素代谢和信号转导、愈伤组织和侧根的形成、茎顶端分生组织的发育和光合作用等过程.进一步的途径富集分析表明,不定芽发生早期苯丙氨酸代谢和苯丙胺素合成等途径相关的基因显著富集.并且苯丙氨酸可以显著抑制不定芽的发生,暗示了苯丙氨酸代谢和苯丙胺素的合成可能在不定芽发生过程起着重要的作用.     

植物器官大小相关基因研究进展

器官大小是植物形态的一个重要特征,而且具有严格的种属特异性。植物器官大小虽然受到外在的环境因素（如光照、营养等）的影响,但它由内在特有的细胞数目和细胞大小决定。许多通过转录调节、蛋白合成、激素调节或松弛细胞壁等途径作用于植物细胞繁殖和/或细胞扩张的基因已经被鉴定,它们的过表达或缺失表达能促进植物器官大小和加快植物生长。尽管如此,这些基因通过相对独立的途径起作用,在植物中难以阐明一个相对整合的器官大小基因调控网络,这也是该研究领域的亟待需要解决的问题。目前,一些器官大小相关基因已经应用农作物育种,并培育出显著增大的农作物品种,这也证实了利用器官大小基因进行植物品种选育的可行性。因此,通过研究药用植物器官大小的基因,人为地在分子水平上有目的的调控器官的大小和形态,是缓解当前许多药用植物面临的资源紧缺、枯竭濒危困境的可考虑途径之一。