中国科学院清原森林生态系统观测研究站塔群平台的功能和应用

森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题。受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台)。塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳)。所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享。此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H₂O/CO₂/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据。     

功能区胶质瘤患者初级运动皮层激活的偏侧化及运动网络功能连接研究

无运动障碍的功能区胶质瘤患者,其手术风险较高,结合手运动任务态功能磁共振(fMRI)及运动网络功能连接能否更准确的评估手术风险需要进一步探索.本研究收集24例运动功能区胶质瘤且无明显肢体运动功能障碍的患者,非运动功能区胶质瘤患者8例,术前进行fMRI手运动任务态及静息态检查,术后3个月对患者进行随访.计算初级运动皮质(M1)激活的偏侧化指数(lateralization indices,LI).选取运动网络感兴趣区域(ROI),计算双侧M1与各ROI间功能连接系数(FC).运用受试者工作特性曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)评估M1激活的LI对术后偏瘫的预测效能.同非运动功能区胶质瘤患者相比,运动功能区胶质瘤患者M1激活LI显著升高(P=0.001).同术后未偏瘫功能区胶质瘤患者相比,术后偏瘫患者M1激活LI值显著升高(P=0.011).ROC曲线下面积(AUC)=0.867,临界点LI=0.31,LI≥0.31对术后偏瘫预测灵敏性为87.5%,特异性为87.5%.以M1激活LI≥0.31将病人分为手术高风险组及低风险组,手术高风险组患者双侧M1与运动网络多个ROI间FC出现显著改变.本研究中功能区胶质瘤患者虽无肢体运动功能障碍,但肿瘤对功能区皮层激活及运动网络FC已有不同程度的破坏;结合任务态及静息态fMRI可以更好地评估手术风险并了解机体功能受损及代偿机制.     

基于野外调查和同质种植园实验的芦苇植物功能性状变异研究

研究表型可塑性和遗传变异在植物表型分化中的相对作用,有助于预测全球环境变化下的植物群落组成和生态系统功能的变化。芦苇（Phragmites australis）是全球性广布的草本植物,种内变异丰富,在我国西北和东部均存在多个分化稳定的生态型,但中国芦苇在更大尺度上的表型研究还非常匮乏。将位于黄河上游的宁夏平原和黄河下游的黄河三角洲作为研究区域,通过野外调查和同质种植园实验对芦苇自然种群的植物功能性状变异进行观测。结果表明,无论在野外还是同质种植园,黄河三角洲芦苇的基径、叶长和叶宽均显著大于宁夏平原芦苇,说明两个地区的芦苇种群之间存在着受遗传决定的表型分化,这可能与两个地区间的降水等气候差异有关。在野外,宁夏芦苇的株高和叶厚显著大于黄河三角洲芦苇,但在同质园中差异消失或相反,说明株高、叶厚受环境影响较大,表型可塑性也是芦苇适应环境变化的重要机制。在同质种植园中,宁夏平原芦苇的叶片氮磷含量较低,但株数却显著多于黄河三角洲芦苇,反映了不同地区芦苇之间存在不同的适应策略,宁夏平原芦苇更偏向于高扩散率的杂草策略,而黄河三角洲芦苇更偏向于竞争策略。此外,宁夏平原芦苇的株高、叶长两个性状以及基径-比叶面积相关性在野外和同质园两个环境中存在一致性,表明了性状变异和权衡策略的遗传稳定性。综上,位于黄河上下游的芦苇种群间存在着适应性分化,这是表型可塑性和遗传变异共同作用的结果,不同来源芦苇对全球变化下的多重环境因子的响应还需要进一步研究。     

超分子多肽自组装在生物医学中的应用

近年来,自组装多肽纳米技术因其可形成规则有序的结构、具有多样的功能而备受关注。研究发现自组装多肽能在特定的条件下形成具有确定结构的聚集体,这种聚集体具备生物相容性好、稳定性高等优点,表现出不同于单体多肽分子的特性和优势,因此其在药物传递、组织工程、抗菌等领域具有良好的应用前景。文中介绍了自组装多肽形成的分子机理、类型、影响因素,综述了自组装多肽形成的纤维肽基水凝胶与自组装抗菌肽的最新进展,并提出目前多肽自组装技术所存在的问题及展望。     

浙江披山海域主要鱼类时空生态位

依据2015年11月(秋)、2016年2月(冬)、5月(春)、8月(夏)4个航次的渔业资源底拖网调查数据,运用相对重要性指数(IRI)、Shannon指数和Pianka指数对浙江披山海域主要鱼类的时空生态位宽度和重叠进行分析,并结合冗余分析和种间竞争系数研究了主要鱼类间的竞争共存关系及生态位分化。结果表明: 研究期间共采集鉴定鱼类61种,隶属13目29科48属,其中主要鱼类(IRI>100)有19种。绿鳍鱼与丽叶鲹的时间生态位重叠值最高,二者对时间资源利用的同步性最强;孔虾虎鱼与断线舌鳎的空间生态位重叠值和时空生态位重叠值均最高,二者在空间资源序列上的同域性最强,同时,物种对时空二维资源的利用趋于一致。披山海域时空二维生态位显著重叠(Q_ik>0.6)的种对仅占总种对数的5.8%,表明物种时空分布的差异较大,时空生态位重叠受季节变化的影响比较明显,种间竞争系数计测结果与生态位重叠基本一致。冗余分析揭示了主要鱼类与温度、盐度、溶解氧等环境因子之间的关系,进一步解释了物种间的生态位分化。     

基于水稻染色体片段代换系的耐盐发芽QTL分析

为了检测水稻种子的耐盐相关数量性状位点,也为耐盐遗传机理的研究提供理论基础,本实验以Koshihikari(受体)和Nona Bokra(供体)为亲本构建的全基因组单片段代换系(154个)作为研究群体,采用培养皿培养,在水稻种子的萌发期进行浓度为1％的盐胁迫,以种子的发芽情况为指标,统计发芽率数据,利用分子标记技术,定位分析水稻种子发芽率耐盐相关性状的QTL.结果显示:共检测到两个盐胁迫发芽相关QTL(qST9-1和qST11-1),其中,qST9-1定位于水稻9号染色体上M9-15引物附近,贡献率为6.94％;qST11-1定位于水稻11号染色体上M11-386引物附近,贡献率为6.86％.初步定位到两个水稻萌发期耐盐性QTL,该结果为进一步进行耐盐基因的精细定位、克隆及功能研究奠定基础,对挖掘耐盐水稻在盐渍化耕地的利用潜力,培育耐盐水稻品种以及耐盐遗传机理的研究具有重要意义.     

麦田肥料减施下深耕对麦叶爪螨和麦岩螨种群发生的影响

为探究不同耕作方式和肥料水平对两种麦田害螨(麦叶爪螨Pentfaleus major和麦岩螨Petrobia latens)种群发生的影响,2019-2020年研究了浅耕(耕深13 cm)和深耕(耕深25cm)下标准施肥(600 kg/hm2)和肥料减施(375 kg/hm2)麦田两种害螨的若虫、成虫和种群发生动态.结果表明:相同肥料和耕作处理中麦叶爪螨发生量都明显高于麦岩螨发生量,麦叶爪螨是麦田主要害螨.与标准肥处理相比,肥料减施显著降低了 2019年浅耕和深耕下麦岩螨若虫发生量,以及2020年深耕麦田麦岩螨种群发生量.另一方面,与浅耕处理相比,深耕显著降低了 2019年标准肥麦田麦岩螨若虫发生量,并显著降低了 2019年和2020年标准肥麦田麦叶爪螨成虫发生量,以及2019年和2020年标准肥麦田麦叶爪螨和麦岩螨种群发生量.可见,肥料减施和深耕处理都可降低麦田麦叶爪螨和麦岩螨种群发生量,有利于实现麦田害螨生态防控.     

木薯ftsZ基因分离及在原核生物中功能初步鉴定

ftsZ基因是控制细胞分裂的关键基因,其蛋白能够在分裂位点形成一个环状结构而影响细胞分裂.为了研究木薯质体分裂与木薯淀粉品质形成的关系,根据木薯基因组数据库上的预测序列,设计引物,从木薯基因组中分离了与质体分裂相关的ftsZ家族3个新基因(ftsZ1,ftsZ2,ftsZ3).分别将它们与荧光蛋白基因(GFP)融合,构建了3个原核表达载体pET-fisZ1-GFP、pET-fisZ2-GFP、pET-fisZ3-GFP,并转化大肠杆菌BL21(DE3).通过荧光显微镜观察菌体的表型和分裂,初步鉴定了木薯质体分裂相关基因ftsZ家族对细胞分裂的作用.结果显示:尽管木薯与大肠杆菌的亲缘关系较远,ftsZ基因的同源性较低,但是两者表现出相似的功能,木薯ftsZ基因的表达能严重影响大肠杆菌细胞分裂.这一结果为进一步研究木薯ftsZ家族基因的功能奠定了基础.     

梨小食心虫对LED光的趋性及影响因素的研究

为了明确梨小食心虫Grapholita molesta Busck对LED光的趋性及果园利用LED光诱捕梨小食心虫的效果,为开发基于梨小食心虫趋光行为的新防治手段提供依据。本研究通过室内观察梨小食心虫成虫对不同波长的4种LED光及白光的趋性及暗适应时间、性别、日龄和光照强度对趋光性的影响,进一步调查了LED光对田间梨小食心虫成虫的诱捕效果。结果表明:在室内条件下,梨小食心虫成虫对520 nm的绿光趋性最强。1⁵日龄成虫中,以3日龄成虫趋光性最强,且雌虫趋光性显著高于雄虫。在暗适应0.55日龄成虫中,以3日龄成虫趋光性最强,且雌虫趋光性显著高于雄虫。在暗适应0.5³.0 h范围内,梨小食心虫成虫的趋光性表现为"抛物线形",以暗适应2.0 h时趋光性最强,并显著高于其它暗适应处理时间。在550、650、750、850 lx光照强度下,以650 lx光强时的趋光性最强。田间诱捕结果表明,不同颜色的LED灯对梨小食心虫的诱捕效果均不理想,不适于梨小食心虫的防治。     

茉莉酸对棉花单宁含量和抗虫相关酶活性的诱导效应

以植物生长调节物茉莉酸(Jasmonic acid,JA)为诱导子,以常规棉为研究对象,探讨了外源茉莉酸对棉花幼苗单宁和蛋白酶抑制素以及其它抗虫相关酶活性诱导的浓度依赖性和持久性,讨论了棉花抗虫相关物质的抗虫效果.结果表明,0.01、0.1和1.0 mmol/L茉莉酸都能在2周内诱导棉花单宁和胰蛋白酶抑制素(Proteinase inhibitors,PIs)含量增加,诱导多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)、苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia-lyase,PAL)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)和过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性升高.对3种浓度茉莉酸的诱导效应进行分析表明,0.1 mmol/L茉莉酸对于诱导PIs、PPO、POD和CAT最有效,0.1和1.0 mmol/L茉莉酸对于诱导棉花单宁和苯丙氨酸解氨酶等效,二者的诱导效应均高于0.01 mmol/L.对茉莉酸诱导抗性的持久性进行分析表明,最佳诱导效应发生的时间各不相同:POD活性在JA处理后第1天最高,随后呈下降趋势,PIs和单宁含量分别在JA处理后第7天和第14天达最大值;JA处理后第1天和第7天的PPO活性无明显差异,但明显高于第14天;JA处理后第7天和第14天的PAL活性无明显差异,但明显高于第1天;JA处理后第1、7和14天棉花叶片的CAT活性均无明显差异.以上结果表明,茉莉酸可通过增加棉叶单宁和PIs含量、提高棉叶PAL、PPO、POD和CAT活性等增强棉花幼苗的抗虫性.