毛竹SWEET基因家族的全基因组鉴定与分析

糖外排转运蛋白(Sugars will eventually be exported transporters, SWEETs)在植物生理活动和发育过程中起重要作用。为探究SWEET基因家族在毛竹(Phyllostachys edulis)的生长发育过程中起的作用,基于毛竹基因组数据,通过生物信息学方法对SWEET基因家族成员进行鉴定,并对其编码的蛋白质理化性质、系统进化及共线性关系、基因结构、启动子元件及表达模式、蛋白互作网路分析、GO注释等进行细致分析。研究结果表明:该家族基因结构、基序和结构域相对保守,所有成员均含有MtN3_slv结构域。上游启动子序列中含有多个同非生物胁迫以及生长发育相关元件,结合转录组表达量分析显示,多个家族成员在毛竹不同组织器官均有表达。共线性分析揭示毛竹SWEET家族在演化过程中存在全基因组多倍化事件。蛋白互作网路分析挖掘出2个重要核心家族成员,GO注释分析进一步证实毛竹SWEET主要负责体内糖类物质的转运。以上结果为毛竹SWEET基因功能鉴定提供了重要参考,对于毛竹快速生长分子机制研究打下了基础。     

重大入侵害虫草地贪夜蛾的研究进展

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda是一种杂食性检疫害虫,原产于美洲热带和亚热带地区,寄主超过350种,尤其喜欢禾本科作物,特别是玉米,具有迁飞能力强、繁殖能力强、暴食性和抗药性进化快的特点。该虫最初于2019年1月由缅甸入侵我国云南省,现已蔓延至我国26个省份。为全面了解和有效防治草地贪夜蛾,本文对其分布范围、扩散途径和原因、生活习性、危害特点以及防治措施等进行了总结和整理,并对未来的研究方向进行了讨论。     

昆虫与其肠道菌群互作机理的研究进展及其在害虫管理中的应用前景

昆虫肠道中栖息着真菌、病毒、细菌、原生动物和古菌等种类繁多、数量庞大的微生物,总称为肠道微生物群。其中,细菌是最主要的类群,统称为肠道菌群。一方面,肠道菌群广泛参与了宿主昆虫的生长发育、免疫防御与器官稳态维持、抗药性的产生、逆境抗性和社会行为等众多关键生理过程。另一方面,昆虫的肠道免疫系统中有一套精细的调控机制来维持宿主与其肠道菌群之间的共生关系。高通量测序技术与组学技术的发展和应用极大地促进了对昆虫体内微生物群的结构与功能的认识和理解,并明显提高了人类对昆虫微生物资源的利用能力。本文综合介绍了关于昆虫肠道菌群的组成、功能及其与宿主互作机理等方面的研究现状,并在此基础上对昆虫耐受与调控其肠道菌群稳态的机理研究及其相关的应用前景进行了展望。     

The impacts of warming and nitrogen addition on competitive ability of native and invasive populations of Plantago virginica

全球变化因子(如增温和氮沉降)可能会影响生物入侵,但是这些因子如何影响入侵物种的表现并进一步调节入侵物种与本地竞争者之间的相互作用仍不清楚。本文通过为期五个月的温室实验,研究了增温(开顶式增温箱,+0.62°C)和氮添加(4.2 g N m⁻²)对入侵物种北美 车前(Plantago virginica)原产地和入侵地种群与本地车前草(Plantago asiatica)竞争的影响。实验结果表明,在增温及其与氮添加处理(W × N) 的相互作用下,P. virginica的入侵种群(PV-In)和原产地种群(PV-Na)在与本地竞争者P. asiatica竞争时具有不同的生物量分配策略。其中,PV-Na在与P. asiatica竞争时增加了地下生物量,而PV-In增加了地上生物量。我们还发现,P. virginica对增温和氮添加比P. asiatica的反应更强 烈。增温显著降低了P. virginica的竞争能力,这表明P. virginica比P. asiatica对增温的响应更为敏感。同样,在竞争条件下,氮添加及 其和增温交互作用减少了PV-In地下生物量,但增加了PV-Na地上和总生物量。这些发现表明,P. virginica在入侵过程中改变了生物量分配 策略,PV-In展示出更具弹性的竞争能力以适应环境变化(特别是增温)。这些发现可能有助于我们预测气候变化下的植物入侵并制定相应的 管理策略。     

氮沉降对不同入侵程度加拿大一枝黄花化感作用的影响

为探究全球氮沉降影响外来植物入侵扩张的作用机制,该文通过受控模拟试验,以入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)为对象,研究了三种氮水平(N0、N5和N12)下五种不同入侵程度(种内及种间竞争)的加拿大一枝黄花凋落叶浸提液对本地植物莴苣(Lactuca sativa)种子萌发和幼苗生长化感作用的影响。结果表明:(1)N0、N5和N12处理下的不同入侵程度加拿大一枝黄花凋落叶浸提液均显著抑制莴苣的萌发和生长,其中N5土壤入侵初期(S1A3)处理浸提液的化感作用最显著,其发芽速度指数、发芽活力指数、根长、株高和叶长比对照分别降低了61%、79%、84%、68%和13%,此时凋落叶中的总酚和总黄酮含量最高,分别为0.48 mg·g^-1和1.50 mg·g^-1。(2)相同氮添加下,入侵程度对加拿大一枝黄花化感作用有显著影响,随着入侵程度的增加,加拿大一枝黄花化感作用显著减弱,入侵初期(S1A3)凋落叶化感作用显著高于入侵后期(S3A1)。(3)相同入侵程度下,氮添加对加拿大一枝黄花化感作用有显著影响,N5处理的加拿大一枝黄花化感作用比N0或N12处理显著增加。(4)氮添加与入侵程度有交互作用,两者共同作用显著影响了莴苣种子的综合化感作用。综上结果表明,氮沉降可能会增强入侵初期加拿大一枝黄花凋落叶对本地植物的化感抑制作用,进一步促进外来植物的成功入侵,为进一步研究加拿大一枝黄花的化感作用及生态防治提供了一定的理论参考。     

新建川藏铁路(雅安-昌都段)沿线外来入侵植物种类及分布特征

横断山区为全球生物多样性热点地区之一, 也是全国生态屏障的重要组成部分。新建川藏铁路雅安至昌都段横跨横断山核心地区, 铁路建设形成的交通网络将沿线生物多样性热点区域与外界相连, 导致生物入侵风险陡增。为获得区域内外来入侵植物的种类及分布特征信息, 为即将开始的铁路工程建设、生态保护及生态修复等工作提供参考, 我们在雅安-昌都段内选择43个位点各进行长度1 km、宽度20 m的样线调查。研究结果显示: 雅安-昌都段共发现外来入侵植物58种, 隶属于18科42属, 其中出现频度最高的种类依次是牛膝菊(Galinsoga parviflora)、秋英(Cosmos bipinnatus)和鬼针草(Bidens pilosa)。从危害等级来看, 其中10种为恶性入侵种, 16种为严重入侵种, 8种为局部入侵种, 15种为一般入侵种, 9种为有待观察种, 超过半数种类具有明显入侵性。原产地分析结果显示美洲是该区域外来入侵植物的主要原产地。基于海拔及主要河流区段的比较研究发现: 入侵植物的种类数量呈现出明显的由东向西、由低海拔向高海拔逐渐递减的趋势, 该分布格局是环境因子和人类活动共同作用的结果。结合铁路沿线入侵现状和生境特征, 本文分析了铁路建设可能造成的外来植物入侵风险, 并针对入侵的防范提出了相应的建议。     

外来入侵植物与人工林下层植被结构的关联性

为有效防控外来入侵植物,在广西陆川县人工林区进行植被嵌套样方调查,分析群落物种组成与植被结构和环境因子之间的相关性。Mantel检验表明样方物种组成与样方植被结构的相关性(r=0.208, P=0.002)高于其与环境因子相关性(r=0.084, P=0.051)。MRPP分析表明,有入侵植物阔叶丰花草(Spermacoce alata)、假臭草(Praxelis clematidea)和胜红蓟(Ageratum conyzoides)样方的植被结构与无这3种植物样方的有极显著不同(P 0.01),而有无薇甘菊(Mikainamicrantha)样方的植被结构相似。t检验表明林冠盖度(3.0 m)与这4种植物入侵均无显著相关性(P0.073)。通过增加垂直高度1.5 m以下的植被密度,可以减少阔叶丰花草、假臭草和胜红蓟的入侵,但对抑制薇甘菊入侵无效。因此,植被结构作为过滤器,可能主要作用于植物的种子产生时间、萌发周期和生长习性;以种子方式繁殖的入侵植物能否定植相对更依赖干扰、暴露的裸地;兼具无性和有性繁殖且能攀援和匍匐生长使得薇甘菊能够在不同植被结构的群落中相对随机地定植。     

外来入侵植物的根系觅养行为研究进展

土壤养分分布具有高度空间异质性, 植物的根系觅养行为是其对土壤养分异质性的一种适应。不同植物为了适应养分异质性会产生不同的根系觅养行为, 通过调整自身的根系觅养范围、觅养精度和觅养速度来更好地吸收利用土壤中的养分。外来植物与本地植物的竞争是决定其成功入侵的重要因素, 土壤养分等环境因素会影响它们之间的竞争关系。近年来, 外来入侵植物的觅养行为逐渐受到人们的关注, 关于入侵植物根系觅养行为的研究成果陆续出现: (1)总体来看, 外来入侵植物具有较强的根系觅养能力, 但根系觅养范围与觅养精度之间的权衡关系还不确定; (2)营养异质性会影响入侵植物与本地植物之间的竞争, 反过来, 二者之间的竞争也会影响根系觅养行为对营养异质性的响应; (3)丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)能够提高入侵植物的根系觅养能力, 外来植物入侵能够改变入侵植物对AMF的偏好性, 形成AMF对入侵的正反馈作用, 而本地植物与AMF的相互作用也会影响入侵植物的竞争力。未来还应加强营养异质环境下种间竞争和AMF共生对入侵植物根系觅养行为的影响机制研究, 以及全球变化背景下入侵植物根系觅养行为的变化与机制方面的研究, 可以更深入地认识外来植物的觅养行为在其成功入侵中的作用, 并为利用营养调控来防控入侵植物提供理论依据。     

毛竹APX家族基因鉴定和表达分析

为了解毛竹(Phyllostachys edulis)抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase, APX)基因家族成员在不同组织和非生物胁迫下的表达模式,利用生物信息学方法从毛竹基因组数据库中鉴定得到7条APX同工酶基因(PeAPXs),根据亚细胞定位预测结果可分为3个亚类。各个基因启动子序列中存在低温、干旱以及光响应元件。毛竹PeAPXs在7个组织中的表达丰度不同,具有组织特异性。qRT-PCR结果表明,在干旱、盐和低温胁迫下各基因的表达模式存在着较大差异,其中PeAPX2在3种胁迫下均维持着较高的表达水平;低温胁迫对PeAPXs有诱导作用,其表达量均呈上调趋势;干旱胁迫下,PeAPX1的表达量下调,未检测到PeAPX3、PeAPX6、PeAPX7表达;盐胁迫下,除PeAPX3和PeAPX6外,其余基因表达量上调。因此,毛竹APX基因可能参与到不同的非生物胁迫过程并在毛竹的生长发育阶段发挥着重要的作用。     

互花米草入侵对胶州湾河口湿地土壤总铁分布的影响

互花米草是胶州湾滨海湿地典型的入侵物种,为进一步了解互花米草入侵对胶州湾河口湿地土壤总铁含量分布的影响,于2017年3月、5月、7月、9月和11月分别在互花米草湿地和光滩采集土壤样品,并对土壤总铁含量、有机质含量、土壤可溶性盐、pH、含水率、容重和土壤粒度进行测定与分析。结果表明:互花米草入侵显著提高了土壤总铁含量,两样区0—50 cm土层土壤总铁含量差异显著(P0.05),5月和7月互花米草湿地总铁含量在垂直方向上呈先上升后下降趋势;与光滩在同一采样月份相比,互花米草湿地土壤总铁含量增幅分别为25.36%、29.50%、17.52%、30.28%和14.48%。相关性分析表明,互花米草湿地和光滩土壤总铁含量均与有机质含量和可溶性盐呈显著正相关(P0.01);并且光滩土壤总铁含量与含水率呈显著正相关(P0.01),与容重呈显著负相关(P0.01),表明两样区土壤总铁含量受有机质含量和可溶性盐影响较大。