Testing parameter sensitivities and uncertainty analysis of Biome-BGC model in simulating carbon and water fluxes in broadleaved-Korean pine forests

生态过程模型的发展为研究者在长时间序列和区域尺度的研究提供了便利, 但模型模拟的准确性受到模型自身结构、模型参数估计合理性的影响。敏感性分析能够定量或定性筛选出对模型模拟结果影响较大的敏感参数, 是模型参数校准过程中的重要工具, 也是建模和应用的先决条件。该文以阔叶红松林为研究对象, 采用全局敏感性分析方法——傅里叶幅度灵敏度检验扩展法(EFAST)对Biome-BGC模型的生理生态参数进行了敏感性分析, 分别分析了红松(Pinus koraiensis)和阔叶树的净初级生产力(NPP)、蒸散(ET)对参数变化的敏感性。结果表明: (1)模拟红松NPP的不确定性高于阔叶树, 但二者的模拟ET的不确定性均较小。阔叶树的NPP和ET对生理生态参数的敏感性总体上都小于红松。(2)无论是红松、阔叶或其他植被类型, 模拟NPP均表现出对叶片碳氮比、细根碳氮比、比叶面积(SLA)和冠层截留系数的敏感性, 这4个参数的高敏感性主要是由模型自身结构所决定的, 与植被类型和研究地区的关系较小。对模拟ET而言, 细根与叶片碳分配比、新茎与新叶碳分配比和SLA均是影响红松和阔叶树ET的敏感参数, 但红松ET主要受参数与参数间的二阶或多阶交互作用的间接影响, 而阔叶树ET则主要是受到敏感参数直接效应的影响。(3)除了上述影响红松和阔叶树碳水通量的共性参数外, 诸如核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶中叶氮含量、叶片与细根周转率、所有叶面积与投影叶面积之比等也是对模拟结果有影响的重要参数, 但是其敏感程度随物种不同和研究区不同而不同, 所以这类参数可以根据具体情况进行参数本地化, 对于其他不敏感参数则可以采用模型缺省值。     

苹果柠檬酸合酶3基因家族成员鉴定及表达分析

柠檬酸合酶(citrate synthase 3, CS3)是细胞代谢途径中的关键酶之一,其活性调节着生物体的物质和能量代谢过程。本研究旨在从苹果全基因组中鉴定CS3基因家族成员,并进行生物信息学和表达模式分析,为研究苹果CS3基因的潜在功能提供理论基础。利用BLASTp基于GDR数据库鉴定苹果CS3家族成员,通过Pfam、SMART、MEGA5.0、clustalx.exe、ExPASy Proteomics Server、MEGAX、SOPMA、MEME和WoLF PSORT等软件分析CS3蛋白序列基本信息、亚细胞定位情况、结构域组成、系统进化关系以及染色体定位情况。利用酸含量的测定和实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction, qRT-PCR)技术检测苹果6个CS3的组织表达和诱导表达特性。苹果CS3基因家族包含6个成员,这些CS3蛋白包括473−608个不等的氨基酸残基,等电点分布在7.21−8.82。亚细胞定位结果显示CS3蛋白分别定位在线粒体和叶绿体。系统进化分析可将其分为3类,各亚家族基因数量分别为2个。染色体定位结果显示,CS3基因分布在苹果不同的染色体上。蛋白二级结构以a-螺旋为主,其次是无规则卷曲,b-转角所占比例最小。筛选的6个家族成员在不同苹果组织中均有表达,整体表达趋势从高到低依次为MdCS3.4相对表达含量最高,MdCS3.6次之,其他家族成员相对表达量依次为MdCS3.3>MdCS3.2>MdCS3.1>MdCS3.5。qRT-PCR结果显示,MdCS3.1和MdCS3.3基因在酸含量较低的‘成纪1号’果肉中相对表达量最高,酸含量较高的‘艾斯达’果肉中MdCS3.2和MdCS3.3基因相对表达量最高。因此,本研究对不同苹果品种中CS3基因相对表达量进行了检测,并分析了其在苹果果实酸合成过程中的作用。结果表明,CS3基因在不同苹果品种中的相对表达量存在差异,为后续研究苹果品质形成机制提供了参考。     

茄子果实相关农艺性状全基因组关联分析研究进展与展望

茄子是重要的园艺作物,也是茄科植物中种植最广泛的蔬菜之一。茄子果实相关农艺性状是一种复杂的数量性状,传统育种选育效率低、周期长。高通量测序技术与生物信息学技术的快速发展,使得全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)在解析茄子果实相关复杂农艺性状的遗传规律方面展现出巨大的应用前景。本文对全基因组关联分析在茄子的果形、果色等果实相关农艺性状中的研究进展进行了综述;针对茄子数量性状遗传研究中普遍存在的“丢失遗传力”(missing heritability)问题,从4个GWAS策略在茄子果实相关农艺性状研究中的应用热点出发,提出了未来茄子GWAS的发展对策;并结合当前茄子遗传改良的实践需求,展望了GWAS策略在茄子分子育种领域的广阔应用前景。本文为今后利用GWAS解析各种茄子果实相关性状的遗传基础以及选育符合消费者需求的果实材料提供了理论依据和参考。     

不同生境银柴胡根内生菌群落特征及其与药材主要有效成分、产量的相关性分析

【背景】银柴胡（Stellaria dichotoma var.lanceolata）具有重要的临床药用价值,其总甾醇和总黄酮含量是评价药材的关键。【目的】探究药用植物银柴胡在不同生境下根内生菌群落特征及其与药材主要成分、产量之间的关系。【方法】采用高通量测序技术和药材常规测定方法,分析了风沙土（semi-fixed aeolian sandy soil,SFA）生境、石砾质土（lithosol,LI）生境和黄绵土（loessal,LO）生境银柴胡根内生菌群落特征及其与药材性状响应关系。【结果】各生境银柴胡内生优势细菌门为放线菌门（Actinobacteriota）和变形菌门（Proteobacteria）,优势真菌门为子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）,而内生优势菌属因生境不同各不相同;银柴胡药材主要有效成分总甾醇和总黄酮含量在LI生境中较高,而单株干重和干鲜比在SFA生境中较高。Spearman相关性分析表明,与银柴胡药材有效成分及产量显著正相关的内生菌相对较多。综合比较,内生细菌如metagenome_g__norank_f__67-14和内生真菌如unclassified_p__Ascomycota等更为显著。【结论】与银柴胡药材关键活性成分相关的内生菌群落在种类鉴定和提取、菌种培养和次生代谢物分析等方面具有广阔的研究价值。本研究为银柴胡道地产区药材高质量产业发展提供理论参考。     

炎症性肠病与艰难梭菌感染相关性研究的文献计量学和可视化分析

【背景】近年来,炎症性肠病患者中艰难梭菌（Clostridium difficile）感染率逐年上升,受到国内外学者广泛关注。我国在该领域的研究起步较晚,但患者数量众多,学习国际上对于炎症性肠病合并艰难梭菌感染的研究,对推动我国在该领域的深入发展具有重要意义。【目的】通过文献计量和可视化分析帮助研究者把握炎症性肠病与艰难梭菌感染相关性研究中的研究主题、方向、热点与前沿。【方法】同时检索Web of Science （WOS）中Science Citation Index Expanded （SCI-E）和CNKI中收录的关于炎症性肠病和艰难梭菌的相关文献,应用CiteSpace 6.2.2r软件进行国家/地区、机构、作者、关键词共现及被引文献、期刊共被引分析,同时进行可视化分析。【结果】经过数据检索和查重,最终可供分析的文献为WOS数据库1 030篇、CNKI数据库80篇。全球范围内,发文最多的国家是美国,主要研究机构有Harvard University、University of California System和Mayo Clinic等,高产作者有Khanna S、Shen B和Ananthakrishnan AN等,高频关键词包括Inflammatory bowel disease、Ulcerative colitis、Clostridium difficile、Clostridium difficile infection和Crohn’s disease等,聚类方向有#0 Diarrhea、#1 Ulcerative colitis、#2 Probiotics、#3 Pouchitis、#4 Gut microbiota、#5 Fecal microbiota transplantation、#6 Depression、#7 Entamoeba histolytica、#8 Pseudomembranous colitis、#9 Clostridium difficile和#10 Clindamycin。国内主要研究机构有南方医科大学和河北医科大学,高产作者有王浦、王斯淇等,高频关键词包括粪菌移植、艰难梭菌、肠道菌群、危险因素和克罗恩病等,聚类方向有#0艰难梭菌、#1益生菌、#2危险因素、#3腹泻和#4粪菌移植。【结论】利用CiteSpace软件对炎症性肠病和艰难梭菌感染相关性研究进行计量及可视化分析可知,该方向仍得到全球各医疗机构及研究者的关注,腹泻及粪菌移植这两个关键词分别代表了WOS数据库和CNKI数据库关于炎症性肠病合并艰难梭菌感染研究的热点。     

米槁根际土壤真菌多样性及其与果实药用活性成分含量的相关性分析

为了解不同产地米槁Cinnamomum migao根际土壤真菌多样性及其差异,探讨米槁活性成分、土壤理化因子与其土壤真菌群落的联系。本文采用高通量测序技术对云南、贵州及广西的9个产点米槁根际土壤真菌群落组成和结构进行分析,测定不同产地米槁的主要活性成分及土壤理化因子,同时对米槁活性成分及其与土壤理化因子和根际土壤真菌种群多样性进行相关性分析。结果表明,米槁根际土壤真菌物种可归入8门、30纲、89目、200科、440属,优势类群为一未能分类的属,相对丰度为18.76%,其次为被孢霉属Mortierella（16.37%）等;不同产地米槁根际土壤真菌群落组成存在差异,最高多样性指数出现在贵州罗甸,随后依次为贵州望谟、广西乐业、广西天峨、贵州册亨、贵州荔波、云南富宁、云南那坡、贵州贞丰;总体而言,广西乐业、贵州望谟和广西天峨3地米槁果实样本活性成分1,8-桉叶素（1,8-cineole）、香桧烯（sabinene）、柠檬烯（limonene）和α-松油醇（α-terpineo）的含量均高于其他样本;冗余分析（redundancy analysis,RDA）结果表明,部分真菌类群与米槁药用活性成分呈正相关。     

不同产地杜仲根际土真菌群落结构的差异性分析

基于宏条码技术对采自贵州遵义县、湖南慈利县和四川旺苍县3个杜仲产地根际土壤的真菌群落组成进行了分析。研究获得根际土壤真菌有效序列共10 775条,聚类后OTUs对应的真菌类群涉及子囊菌门Ascomycota、担子菌门Basidiomycota、接合菌门Zygomycota、球囊菌门Glomeromycota、壶菌门Chytridiomycota、类原生动物门Rozellomycota的22纲、59目、103科、108个属的550个真菌分类单元(OTUs)。在属的水平上,湖南慈利样本(ECS)有119个属,优势属为镰刀菌属Fusarium,相对丰度为16.31%,其次是被孢霉属Mortierella(14.67%)、毛壳菌科Chaetomiaceae一未定属(13.01%)和木霉属Trichoderma(11.37%)等。四川旺苍样本(EWS)共有116个属,优势属为丝齿菌属Hyphodontia,相对丰度32.32%,其次为镰刀菌Fusarium(13.41%)等。贵州遵义样本(EZS)有110个属,优势属为被孢霉属Mortierella,相对丰度30.74%,其次是木霉属Trichoderma(25.96%)和镰刀菌属Fusarium(4.85%)等。α多样性分析表明,不同产地杜仲根际土壤真菌群落组成有明显差异。遵义样本(EZS)、慈利样本(ECS)和旺苍样本(EWS)的Shannon多样性指数从高到低为:ECS(2.7661)> EZS(2.4841)>EWS(2.1326)。不同杜仲产区土壤理化因子及4个主要活性成分(松脂醇二葡萄糖苷、绿原酸、京尼平苷酸和京尼平苷)与根际土真菌群落组成的相关性分析表明,4个主要活性成分皆为四川旺苍(EWS)产地含量最高,其次是湖南慈利,贵州遵义最低甚至不含京尼平苷。杜仲根际土壤样品真菌物种组成丰富,不同地区杜仲根际土壤真菌群落组成、分类单元的相对丰度及优势分类单元皆存在不同程度差异。杜仲根际土真菌群落结构的多样性与土壤理化因子及杜仲主要有效成分含量具有一定相关性。杜仲根际土真菌群落组成的结构谱是杜仲道地性的重要特征。