环境DNA在两栖动物监测中的应用研究进展

两栖动物是我国受威胁程度最高的动物类群,加强两栖动物资源调查和多样性监测,是开展两栖动物保护和濒危物种拯救行动的关键性基础工作。传统的两栖动物监测主要以形态学和声学为基础,耗时费力,且难以发现一些隐蔽性较强的稀有物种。基于环境DNA(environmental DNA, eDNA)的调查方法以其快速、灵敏、高效、无创等独特优势,为两栖动物多样性监测及保护提供了新的工具。综述了eDNA在两栖动物多样性监测、外来入侵和珍稀濒危物种调查、物种丰度或生物量估测等研究领域的应用进展,分析了两栖动物eDNA产生、扩散、迁移和降解的动态变化特征及其关键影响因子,探讨了eDNA应用于两栖动物监测研究的局限性并提出了优化建议,同时对未来的研究方向进行了展望,以充分挖掘eDNA在两栖动物监测中的应用潜力,为两栖动物多样性保护和管理提供新的思路。     

基于遗传算法的土地利用优化：NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅲ的对比研究

土地利用优化通常要兼顾不同群体的多种要求,理论上是复杂的超多目标(4个及以上)优化问题。但实际操作中却往往被简化为多目标(2—3个)优化问题,通过一种流行的多目标优化算法第Ⅱ代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解。究其原因是对超多目标优化算法认知的缺失和与多目标优化算法理论对比的匮乏。对NSGA系列中应用最广泛的多目标优化算法NSGA-Ⅱ和最新提出、面向超多目标优化的算法NSGA-Ⅲ进行探究,从理论和实验两方面对Ⅲ和Ⅱ进行对比,从而探究二者进行土地利用优化时的优劣。在理论上,对比两种算法原理的异同。在实验中,分别设计多目标(3个目标)和超多目标(13个目标)土地利用优化问题,利用两种算法进行求解。对实验结果采用四层架构、六大指标进行全面评价,以对比两种算法的可用性。理论对比发现,两个算法只有种群多样性保护的方法不同,其中NSGA-Ⅲ是基于与固定的参考点的距离,而NSGA-Ⅱ则是基于相邻解间的距离。通过实验对比发现,NSGA-Ⅲ在超多目标优化时运算速度快,且产生的最优方案实用价值更高,NSGA-Ⅱ在算法的有效性方面更有优势。     

荒漠植物不同功能群性状特征及其与土壤环境的关系

研究不同功能群植物性状差异及其与土壤环境关系对于充分掌握植物的环境适应策略至关重要。以艾比湖流域为研究区,利用荒漠植物的植物高度、叶片碳、氮、磷、硫、钾、钙、钠、镁含量等9个性状,将高、低土壤水盐环境下的植物划分为5个功能群,分析不同功能群的植物组成、性状差异及其与土壤环境的关系。结果表明：(1)不同土壤水盐环境下,其植物功能群组成不同;其中白刺、胡杨和罗布麻在两个土壤水盐环境下的功能群中均存在。(2)植物的功能性状在不同土壤水盐环境下也发生了适应性的变化。高土壤水盐环境下3个功能群的植物高度、叶片碳、氮、磷和钙含量显著高于低土壤水盐环境功能群(P<0.05);低土壤水盐环境下2个功能群的植物叶片硫、钠和镁含量高于高土壤水盐环境功能群。(3)土壤含水量(SVWC)、电导率(EC)、pH以及土壤磷含量对荒漠植物功能性状影响较大。在高土壤水盐环境下,EC、pH与植物高度,叶片钾、钙含量正相关,与叶片硫含量负相关;在低土壤水盐环境下,SVWC、EC与植物高度呈显著正相关(P<0.05)。研究有助于理解荒漠植物对极端环境的适应对策,为保护荒漠地区生物多样性提供理论依据。     

大陈岛海域浮游动物群落季节变化及其影响因素

为探究大陈岛海域浮游动物群落的季节变化,于2020年9月（夏季）、11月（秋季）和2021年1月（冬季）、4月（春季）分别对大陈岛海域的浮游动物及环境因子进行了4个航次的调查。结果共鉴定浮游动物90种,包括浮游幼体15类,其中夏季种类数最多（68种）,冬季最少（20种）,常见的优势种有：百陶箭虫（Sagitta bedoti）、微刺哲水蚤（Canthocalanus pauper）、中华哲水蚤（Calanus sinicus）等12种（Y>0.02）。浮游动物的年平均丰度和生物量分别为（153.40±214.73）个/m³、（411.93±561.76） mg/m³,二者存在明显的季节变化,平均丰度为春季（380.17±296.14）个/m³>夏季（135.30±112.59）个/m³>秋季（67.88±90.52）个/m³>冬季（25.30±19.11）个/m³;平均生物量为夏季（895.01±802.54） mg/m³>春季（623.39±358.73） mg/m³>秋季（91.08±82.36） mg/m³>冬季（45.96±84.95） mg/m³。多样性指数（H''）和均匀度指数（J''）的年平均值分别为1.71±0.96和0.53±0.20,均表现出夏秋季较高、冬春季较低的特征。聚类分析结果表明调查海域的浮游动物可划分为夏季类群、秋季类群、冬季类群和春季类群4组类群。Pearson相关性分析和冗余分析（RDA）结果表明,海水温度、盐度、叶绿素a浓度是影响大陈岛海域浮游动物群落特征的重要环境因素。此外,夏季大陈岛海域水母类浮游动物暴发的现象值得关注。研究结果将为大陈岛海域的生物多样性保护及渔业资源可持续开发利用提供可参考的数据资料。     

酶法生产L-高苯丙氨酸的研究进展

L-高苯丙氨酸(L-homophenylalanine,L-HPA)作为一种重要的非天然氨基酸,是合成治疗高血压的普利类药物等的关键中间体,具有广阔的市场前景。目前L-高苯丙氨酸的合成主要依赖于化学法,但化学合成L-高苯丙氨酸具有原料昂贵、步骤繁琐和污染严重等缺点,限制了广泛应用。因此,国内外研究者对L-高苯丙氨酸的酶法生产进行了深入的研究。本文就目前酶法合成L-高苯丙氨酸的工艺,包括脱氢酶法、转氨酶法、海因酶法和脱羧酶法的研究进展进行了综述,为酶法合成L-高苯丙氨酸提供一定的借鉴,为最终实现L-高苯丙氨酸的酶法工业化生产奠定基础。     

谷氨酸棒杆菌代谢工程高效生产L-缬氨酸北大核心CSCD

L-缬氨酸作为一种支链氨基酸,广泛应用于医药和饲料等领域。本研究借助多种代谢工程策略相结合的方法,构建了生产L-缬氨酸的微生物细胞工厂,实现了L-缬氨酸的高效生产。首先,通过增强糖酵解途径、减弱副产物代谢途径相结合的方式,强化了L-缬氨酸合成前体丙酮酸的供给;其次,针对L-缬氨酸合成路径关键酶—乙酰羟酸合酶进行定点突变,提高了菌株的抗反馈抑制能力,并利用启动子工程策略,优化了路径关键酶的基因表达水平;最后,利用辅因子工程策略,改变了乙酰羟酸还原异构酶和支链氨基酸转氨酶的辅因子偏好性,由偏好NADPH转变为偏好NADH,从而提高了L-缬氨酸的合成能力。在5L发酵罐中,最优谷氨酸棒杆菌工程菌株Corynebacterium glutamicum K020的L-缬氨酸产量、得率和生产强度分别达到了110g/L、0.51g/g和2.29 g/(L·h)。     

荒漠草原生态恢复与重建：人工植被推动下水分介导的系统响应、生态阈值与互馈作用

荒漠草原(生态区)横贯我国西北地区东部,生态地位十分重要。近二十年来,通过封育禁牧、退耕还林(草),植被覆盖显著改善,但是生态系统质量和稳定性依然不高。由于长期将荒漠草原单纯视作草原的一部分,对其生态系统过渡性、脆弱性和复杂性本质特征认识不足,造成了荒漠草原生态学研究与区域生态建设实践之间不同程度的脱节。在分析荒漠草原生态区未来在我国生态安全格局中突出的但是被一定程度上忽视的地位的基础上,进一步归纳了荒漠草原生态系统的一般特征,指出了生态恢复与重建研究中存在的主要问题。进而以人工植被引入荒漠草原生态工程为案例,分析了人工植被驱动荒漠草原生态恢复与重建的过程与机制,归纳了“植被-水文-土壤”互馈作用驱动生态系统层级响应模式,并展望了今后的发展趋势与研究方向。     

海南坡鹿围栏种群动态与食物资源关系的初步分析

1986年海南省大田国家级自然保护区在境内设立面积为95公顷的围栏,将86只海南坡鹿分隔成一个孤立的种群。经过3个繁殖年度,种群发展到158只。随着种群数量的增加,坡鹿采食植物的种类密度、高度和频率均明显减少,而坡鹿不食的植物种类则明显增加。种群出生率和年度增长率随种群数量增加而逐年降低,而种群死亡率却有增加趋势。种群密度过高产生的拥挤效应和食物资源不足是造成种群出生率和年度增长率下降的主要原因。本文还就保护区应采取的管理措施,提出了相应的建议。     

流式细胞术的发展及在植物研究中的应用

流式细胞术是通过对液流中各种荧光标记的颗粒进行多参数快速高效的定性或定量测定的方法,在科学研究的多个领域发挥重要作用。然而,由于植物组织及细胞壁和次生代谢产物等细胞的特殊成分和结构,限制了其在植物研究领域的应用。本文在介绍流式细胞仪发展和组成分类的基础上,着重讨论了流式细胞术在植物领域的应用、研究进展及应用限制,进而展望该研究领域的发展趋势,为拓宽植物流式细胞术的潜在应用范围提供新的思考方向。     

信号分子在生物脱氮中的作用及检测方法

生物脱氮是由微生物主导的地球氮循环中的重要环节之一,主要包括硝化、反硝化和厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)等过程。在微生物联合作用下,污水中的有机氮及氨氮经一系列作用转化为氮气,这种经济高效、环境友好的处理工艺在世界范围内得到广泛应用。群体感应(quorum sensing,QS)以信号分子为媒介通过改变菌群密度和周围环境变化来调节微生物的各种行为。大量的研究已证实调控QS信号分子在生物脱氮中具有应用潜力。本文介绍了各种信号分子类型,从基因组学、实际应用等方面综述了各类信号分子以及检测方法,同时针对酰基高丝氨酸内酯(acyl homoserine lactones,AHLs)类信号分子在生物脱氮中的作用进行详细介绍。然而不足之处在于信号分子研究只是停留在实验室阶段,仅仅研究了单一信号分子对生物脱氮的影响。未来可将信号分子应用于实际污水,研究多种信号分子共同作用以及多种微生物之间的QS现象。