神经元形态重建工具的研究进展

近年来,分子标记和显微光学成像技术的系列突破,使得单细胞分辨的全脑尺度神经群落成像成为现实.然而,现有神经元形态重建工具的发展速度远远滞后于海量数据的产生速度,难以满足现阶段成像数据的分析需求.在此背景下,我们首先分析了神经元形态重建工具发展滞后的原因,简述现有半自动和全自动神经元形态重建工具的特点和最新发展,并结合现有工具的特点分析其向高通量、高准确度重建工具发展时面临的挑战.最后,我们对未来形态重建工具的发展趋势及应用前景做出展望.     

基于高通量测序分析西藏北部高寒草甸不同深度土壤线虫群落分布特征

为了研究藏北高寒草甸土壤线虫多样性,于2017年8月,采用Illumina MiSeq测序技术,研究了西藏北部高寒草甸0—25 cm范围内不同深度土层的土壤线虫群落组成与结构特征。结果表明:5个不同深度共获得OTU 990个,隶属于3个纲,7个目,25个科,30个属,刺嘴纲Enoplea为共有优势土壤线虫群落;对样品进行Alpha多样性评价,计算Chao 1指数、Shannon指数和Ace指数,发现5—10 cm的土壤样品群落有较高的丰富度;属水平Heatmap图分析可知20—25、15—20、0—5、5—10、10—15 cm土壤线虫群落的组成相似性有一个递增的趋势。与不同深度藏北高山嵩草(盛长期)线虫群落结构相关性较大的土壤化学指标是K~+、含水率、有机质和Zn~(2+)。研究发现不同深度土壤线虫种类及丰度存在一定的差异,可为研究藏北高寒草地土壤线虫群落特点提供依据。     

基于同步辐射显微CT研究冻融循环对黑土团聚体结构特征的影响

在我国东北地区,土壤不同程度的受到季节性冻融的影响。冻融作用会改变土壤微观结构,团聚体作为土壤结构的基本单元,其结构特征的改变反映了冻融作用对土壤微观结构的影响。同步辐射显微CT可以无损获取高分辨率、强对比度的内部结构图像,是研究土壤团聚体三维微结构的有效手段。采集了室内冻融循环试验下不同冻融循环次数的土壤团聚体样品,应用同步辐射显微CT扫描获取了3.25μm分辨率的团聚体内部结构图像,然后应用CT图像处理方法和Image J软件观察并定量分析了团聚体微结构特征。结果表明:随着冻融循环次数的增加,土壤孔隙度不断增大,瘦长型孔隙度占比与100μm的非毛管孔隙度不断增大;当冻融循环次数达到7次以上,团聚体孔隙连通度随冻融循环次数的增加而变大。冻融循环对黑土团聚体孔隙度、孔隙形状、孔隙分级、连通性等结构特征影响显著。该研究为春季解冻期土壤侵蚀机理的研究及水土流失的防治提供理论依据。     

滇南喀斯特地区灌木群落和人工林土壤元素化学计量特征

在云南喀斯特地区,为提升退化灌木群落的生态系统服务功能,营造了不同树种的人工林分。这些人工林分如何影响土壤化学性质还未得到充分认识。以云南泸西县灌木群落及三种常见人工林(云南松(Pinus yunnanensis)、赤杨(Alnus japonica)和侧柏(Platycladus orientalis))土壤为研究对象探讨喀斯特地区在人工林建造后土壤的13种元素全量、可利用性含量和化学计量学特征变异格局,为喀斯特石漠化治理提供理论依据。结果表明,1)基于判别分析,四种群落土壤化学计量特征可以显著区分。土壤Fe、P、K、Mn全量及交换性Ca、交换性Mg和NH_4~+-N对区分四种群落土壤贡献最大。2)四种群落之间相比,侧柏林土壤C、N、S、Na全量和NO_3~--N含量均低于其他三种群落,土壤肥力较低;赤杨林铵态氮含量最高;云南松林有效Fe、有效Cu含量/N、C素具有显著相关性,占所有元素对数的38.5%,说明该地土壤元素积累的相互依赖性。与灌木群落相比,人工林土壤元素全量和可利用性含量相关性比例均更高。这些研究结果对今后基于适地适树人工林营造、生态系统服务功能提升和经营利用,均具有重要指导意义。     

小黑麦对石油污染盐碱土壤细菌群落与石油烃降解的影响

为了研究小黑麦对石油污染盐碱土壤中的细菌群落与石油烃降解率的影响,采用高通量测序技术,设置0 g/kg,1 g/kg和5 g/kg三个石油浓度,以未种植小黑麦的土壤作为对照,对6组不同处理的盐碱土壤样品的细菌群落结构及其多样性进行测定,并分析土壤中的石油烃降解率。结果表明:在土壤石油浓度为1 g/kg和5 g/kg时,小黑麦根际土壤中的石油烃降解率相较对照组分别提高了36.67%和33.20%。从6个土壤样品中分别获得21398—27899条测序序列。在石油污染土壤中,小黑麦根际土壤的细菌群落多样性和丰度均大于对照组的土壤。同时,在"门","纲","属"的分类水平上,小黑麦根际土壤细菌群落中的一些根际细菌的相对丰度增加了,主要包括变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、烷烃降解菌科-未命名菌属(Alcanivoracaceae_norank)、黄单胞菌属(Xanthomonas)、亚硝化单胞菌-不可培养菌属(Nitrosomonadaceae_unculture)等。有一些相对丰度增加的根际细菌是以石油及石油分解物为碳源的微生物。本研究证明种植小黑麦改变了石油污染盐碱土壤根际土壤细菌群落结构组成和多样性,促进了降解石油微生物群落的构建,显著提高了盐碱土壤石油污染的降解效果。研究结果为石油污染盐碱土壤的植物修复奠定了理论基础。     

喀斯特峰丛洼地原生林群落更新动态

基于木论国家级自然保护区内一个2 hm~2动态监测样地2007、2012和2017年3次植被调查数据,从物种组成、群落结构、重要值、多样性、死亡率、补员率等方面分析喀斯特峰丛洼地原生林群落动态特征。结果表明:2017年样地内木本植物包含46科95属123种,较2007增加2科,减少5属7种;较2012年增加2科,减少4属4种。10年来,该样地优势种变化不明显,重要值≥1的物种数在2017年减少了3种;但排名前5位的物种保持不变,只有个别物种的重要值排序发生了较大的变化。平均胸径、树高、生物量随时间推移而增加;第一个5年,平均胸径和树高差异不显著,但10年间差异显著。随着时间推移,Shannon-wiener指数逐渐减少,Simpson指数和Pielou指数逐渐增加。该森林群落总径级结构呈倒"J"形,总体上群落更新状态良好。10年间DBH≥1.0 cm个体的年死亡率为8.23%,年补员率为5.73%。群落中野桐(Mallotus japonicas)和枫香树(Liquidambar formosana)呈增长趋势,优势地位逐渐上升。20个物种中有约35%的物种更新不足,表现出衰退的迹象,导致群落的物种成分和结构出现较大的变化。群落内主要树种的更新和植被结构变化的分析对于预测森林未来的变化趋势具有重要意义。     

呼和浩特市大青山白桦根际土壤细菌群落结构研究

采用高通量测序技术对天然次生林生态系统演替过程中先锋树种白桦的根际土壤细菌多样性及群落结构进行了分析。研究结果表明:白桦根际土壤细菌隶属于28门、90纲、126目、213科、286属,在3个采样地中排名前8的优势细菌门的相对丰度均大于1%,分别为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。各样地中前3个门的相对丰度之和均在60%以上。对白桦根际土壤细菌的α多样性指数、门水平的聚类热图以及PCoA聚类结果的分析表明,3个采样地中,小井沟(B2)和哈达门森林公园(C2)白桦根际土壤细菌的物种组成更为接近,与井儿梁(A2)的物种组成有一定差异;且小井沟和哈达门森林公园的物种多样性及丰度(ACE指数)显著高于井儿梁,表明细菌对不同环境的适应能力有明显差异。对细菌群落结构与土壤理化性质的RDA分析及相关性分析表明,环境因子对白桦根际土壤细菌的影响顺序为:全氮TN酸碱度pH含水量WC速效钾AK硝态氮NN铵态氮AN有机质OM有效磷EP,其中,TN、pH和WC是白桦根际土壤优势细菌的主要影响因子。研究结果为深入认识森林生态系统中根际土壤细菌的群落结构和影响因子提供了理论依据。     

黔西北地区不同演替阶段植物群落结构与物种多样性特征

该文采用"空间代替时间"的方法,研究了贵州省威宁县喀斯特地区植被演替过程中的群落结构、物种组成、生活型谱和物种多样性的变化规律。结果表明:(1)该调查共记录到种子植物174种,隶属于52科117属,物种分布较多的有菊科、蔷薇科、禾本科、杜鹃花科、小檗科、唇形科、蓼科。(2)随着植被的正向演替,物种丰富度逐渐增加,群落结构趋于复杂,高位芽植物所占比例逐渐增大。(3)随着植被的恢复,群落层次分化逐渐明显,大径级植株所占比例呈现增加趋势。(4)随着植被的恢复,群落各层次的ShannonWiener多样性指数(H)、Simpson多样性指数(DS)、均匀度指数(J)和Margalef丰富度指数(DM)逐渐增加;不同演替阶段植物群落之间的Srensen相似系数呈现先上升后下降的趋势,Cody指数则表现为逐渐增加的趋势。黔西北地区不同演替阶段植物群落结构和物种多样性不同,建群种和关键种发生了明显变化,不同演替阶段植物群落结构和物种多样性的研究对喀斯特地区植被演替规律的认识和生态恢复具有重要意义。     

稻虾共作水体浮游植物群落结构特征分析

为认识稻虾共作水体浮游植物群落结构特征, 于2016年4月至12月对江汉平原4处稻虾共作水体浮游植物和理化因子开展了逐月调查与分析。共鉴定出浮游植物7门124种, 其中绿藻78种、蓝藻16种、硅藻15种、裸藻3种、隐藻2种、甲藻7种、金藻3种。6—9月浮游植物的种类数、细胞密度、叶绿素a含量达到最大值, 最小值出现在12月份; 浮游植物细胞密度波动范围在1.37×105—2.93×108 cells/L, 叶绿素a含量的变化范围为0.15—208.60 μg/L。调查期间浮游植物的优势种共28种, 主要优势种有颤藻、蓝纤维藻、微囊藻、小球藻、隐藻等。浮游植物Shannon-Wiener多样性指数周年变化范围为0.64—6.3, 多样性指数最高出现在10月份, 最低出现在8月份。结果显示, 稻虾共作水体浮游植物群落结构较复杂, 细胞密度变化显示时空的一致性, 优势种组成以及优势度存在明显的空间差异(P<0.05), 稻田的浅水环境以及小龙虾的养殖行为显著影响浮游植物群落的结构。鉴于藻类作为初级生产者对于水生态环境和小龙虾健康具有重要作用, 关注种养结合水体中藻类群落的演变规律对于保障稻田种养的综合效益具有积极意义。     

微囊藻与水体细菌相互关系的研究进展

近年来, 微生物群落在水生态系统中的结构和功能受到了越来越多的关注。在富营养化水体中细菌在微囊藻水华的发生、发展及衰亡、降解过程中发挥着重要的作用。文章总结了水体中微囊藻与细菌独有的群落结构特征,以及微囊藻与细菌群落对环境因素变化的响应等方面的研究成果。在微囊藻与细菌的相互作用方面, 从藻细胞微环境中附着细菌对微囊藻生长的促进或抑制作用, 细菌在微囊藻群体的形成和维持过程的作用, 细菌参与的微囊藻水华的聚集和降解过程, 细菌对微囊藻毒素的降解作用等方面进行了综述。文章还对未来微囊藻与细菌相互关系的研究热点以及可利用的组学技术等进行了展望。