16S/18S/ITS扩增子高通量测序引物的生物信息学评估和改进

【背景】在过去的十几年里,基于核糖体RNA基因的扩增子测序技术被广泛用于各种生态系统中微生物群落的多样性检测。扩增子测序的使用极大地促进了土壤、水体、空气等环境中微生物生态的相关研究。【目的】随着高通量测序技术的不断发展和参考数据库的不断更新,针对不同的环境样本的引物选择和改进仍然需要更深入的校验。【方法】本文收集了目前在微生物群落研究中被广泛采用的标记基因扩增通用引物,包括16S rRNA基因扩增常用的8对通用引物和2对古菌引物、9对真菌转录间隔区(internal transcribed spacer,ITS)基因扩增引物,以及18S rRNA基因扩增的4对真核微生物通用引物和1对真菌特异性引物。这些引物中包括了地球微生物组计划(Earth Microbiome Project,EMP)推荐的2对16S rRNA基因扩增引物、1对ITS1基因扩增引物和1对18S rRNA基因扩增引物。采用最近更新的标准数据库对这些引物进行了覆盖度和特异性评价。【结果】EMP推荐的引物依然具有较高的覆盖度,而其他引物在覆盖度及对特定环境或类群的特异性上也各有特点。此外,最近有研究对这些通用引物进行了一些改进,而我们也发现,一个碱基的变化都可能会导致评价结果或扩增产物发生明显变化,简并碱基的引入既可以覆盖更多的物种,但同时也会在一定程度上降低关注物种的特异性。【结论】研究结果为微生态研究中标记基因的引物选择提供了一个广泛的指导,但在关注具体科学问题时,引物的选择仍需数据指导与实验尝试。     

Review of forest landscape models: Types, methods, development and applications

Forest landscape models simulate forest change through time using spatially referenced data across a broad spatial scale (i.e. landscape scale) generally larger than a single forest stand. Spatial interactions between forest stands are a key component of such models. These models can incorporate other spatio-temporal processes such as natural disturbances (e.g. wildfires, hurricanes, outbreaks of native and exotic invasive pests and diseases) and human influences (e.g. harvesting and commercial thinning, planting, fire suppression). The models are increasingly used as tools for studying forest management, ecological assessment, restoration planning, and climate change. In this paper, we define forest landscape models and discuss development, components, and types of the models. We also review commonly used methods and approaches of modeling forest landscapes, their application, and their strengths and weaknesses. New developments in computer sciences, geographic information systems (GIS), remote sensing technologies, decision-support systems, and geo-spatial statistics have provided opportunities for developing a new generation of forest landscape models that are increasingly valuable for ecological research, restoration planning and resource management.     

新疆十红滩砂岩型铀矿床中微生物多样性

微生物在矿床的形成过程中起着重要的作用。本文对新疆十红滩铀矿床不同亚带容矿层中的微生物进行了分离、鉴定、计数。结果表明：容岩矿石中存在不同种类的好氧和厌氧微生物,其分布随地质特征的变化呈现明显的规律性,氧化带微生物种类和数量较多,好氧的铁细菌为其中的优势菌群;氧化-还原过渡带好氧菌与厌氧菌共存,但好氧菌种类有所减少;还原带中主要的微生物类群为厌氧的硫酸盐还原菌。研究结果对于指导铀矿的开采技术、铀污染治理等有重要意义。     

群体大小和觅食环境变化对东黑冠长臂猿日移动距离的影响

日移动距离是反映动物觅食努力的重要指标之一,相关研究有助于了解动物对生境的适应策略,对濒危物种的保护至关重要。东黑冠长臂猿（Nomascus nasutus）是一种极度濒危的树栖小型类人猿,主要生活在一夫二妻制的群体中,平均群体大小6.3只,目前对于该物种的日移动距离仍然缺乏足够的科学研究。我们以广西邦亮长臂猿国家级自然保护区内两群东黑冠长臂猿群作为研究对象,在2008年4月至2009年12月、2016年10月至2017年8月两个时期对其进行了157个全天跟踪,使用5 min间隔的瞬时扫描法记录长臂猿的取食行为和食物类型,每30 min记录长臂猿的位点,并使用轨迹法测算出日移动距离。结果发现东黑冠长臂猿在两个观察时期的不同食物类型取食比例有显著差异,全年的平均日移动距离为1 373 m （354~2 837 m）,相比于低纬度地区营一夫一妻制（平均群体大小3.8只）生活的长臂猿类群没有明显增加。这一结果说明,虽然群体更大,但是东黑冠长臂猿并没有增加每天的觅食努力,不符合生态限制模型的预测。更大的食物斑块、更小的种间竞争和低群体密度可能是支持东黑冠长臂猿无需付出更多的觅食努力来维持更大群体的原因。另外,我们还发现东黑冠长臂猿在人类干扰强度低的研究时期果实类取食比例提高,日移动距离更长,且在果实丰富的雨季日移动距离显著高于果实匮乏的旱季,表明它们可能采取能量保守的策略来应对高质量食物匮乏的环境。总的来说,本研究在更大数据量的基础上更加准确和详细地描述了东黑冠长臂猿的日移动距离,并以此探究长臂猿对高质量食物匮乏环境的响应,为该极度濒危物种的保护提供更多的科学信息。     

天目山常绿落叶阔叶林群落垂直结构与群落整体物种多样性的关系

以浙江省天目山1 hm²常绿落叶阔叶混交林样地调查数据为基础,运用K-means聚类方法将DBH≥1 cm的个体根据树高划分为不同林层,研究比较了各个林层的物种多样性特点;利用通径分析方法和决策系数定量计算各个林层物种多样性对群落整体物种多样性的直接作用和间接作用,天目山常绿落叶阔叶林垂直结构对群落物种多样性构成的影响。结果表明：（1）天目山常绿落叶阔叶林群落层次结构丰富,树高由1.4-36.5 m依次可分为灌木层、亚冠层、林冠下层、林冠中层和林冠上层。（2）天目山常绿落叶阔叶林群落从灌木层依次往向上,物种丰富度、多度、特有种数量、Shannon-Weiner指数和Simpson指数均呈下降趋势。（3）灌木层对群落物种多样性的贡献最大且远高于其他四个林层,其中灌木层对群落整体物种多样性Shannon-Wiener指数、Pielou指数以及Simpson指数的决策系数分别为0.850、0.651、0.755。（4）林冠下层、林冠中层和林冠上层密度的大小对灌木层的物种数目有明显的影响,林冠层密度越大,灌木层群落的物种数目越少,复杂程度越低;偶见种和稀有种对群落物种多样性的维持具有特殊作用。综上,研究认为森林群落的垂直结构在维持森林群落整体物种多样性中具有关键作用,而灌木层在群落整体物种多样性构成中具有决定作用,森林群落中稀有种、偶见种多少在群落物种多样性构成中具有特殊作用。     

国土空间生态修复国际经验借鉴与广东省实施路径

开展国土空间生态修复是生态文明和美丽中国建设的要求,是关系国家生态安全和民生福祉的重大国家战略任务。梳理了近100年来以荒野、再野化、基于自然的解决方案、生态修复为核心的国际生态环境治理理念的发展语境,辨析概念之间的关系,阐明国际生态修复基本研究框架,并梳理国外生态修复的典型实践案例,总结国际经验。基于对广东省主要生态问题研判,从摸清家底、确定目标、谋划格局、布置行动、实施保障5个层面构建省域国土空间生态修复科学规划总体框架,并以实际问题和生态修复目标为导向,提出深入开展国土空间生态修复规划九项专题研究、生态修复技术研发、多元组织形式等策略。本文提出的广东省生态修复设计思路及实施路径,将为找准生态环境问题根源、实现靶向修复治理、促进生态文明建设提供决策支持。     

广州市主城区城市地形类型与风环境评价

对城市地形组合类型及其地形对风场影响的研究,有助于城市风场机理的认识与生态环境的优化。以高层建筑密集的广州市主城区为例,在确定城市宏观地形类型的基础上,基于最小成本路径（LCP）辨识了风道,并对风环境质量进行评价。主要结论有：（1）将城市地形简要概括划分为4个一级地形、11个二级地形类型。（2）以LCP路径与盛行风交角不超过22.5°的标准,筛选确定通风路径作为风道。根据LCP格网的密度与频次,结合不同风向下风速与风频,评价分析了风环境类型与空间分布。（3）根据自然与城市地形的配置,北风风环境质量远高于西北风和东风;东风由于风频与风速最低,因此通风条件较差。（4）珠江航道在三种风向下都是尺度最宽贯穿城市最好的风道;区域性的风道与风环境较好的地段集中在与主风向平行的主干道上,但以近似南北走向的居多;由于广州城市地形高度以珠江新城峰林为中心向外递减,以低地地形为主的主城区外围通风优于中心区域,特别是珠江新城峰林与网络状台地为主的老城区,通风环境较差。基于LCP的评价结果需要同其他方法相互验证,才能使其不断完善优化。     

基于MODIS-EVI的西南地区植被覆盖时空变化及驱动因素研究

基于MODIS-EVI和气象数据,利用最大值合成法、像元二分模型、趋势分析和相关分析等方法,探讨了西南地区2001-2015年植被覆盖时空变化特征及其对气候因子的响应,并分析了温度和降水对植被覆盖时空变化的驱动作用。结果表明：（1）2001-2015年,西南地区植被EVI以0.1%/a的变化率呈波动增加趋势,但空间异质性显著,呈现出从东南向西北逐渐递减的趋势;（2）西南地区以高和极高植被覆盖度为主,极低植被覆盖度区域约占研究区总面积的8.6%,植被覆盖度增加的区域集中分布在广西省北海-钦州、贵州省邵通-毕节-遵义、四川省广元-广安以及西藏那曲等地区,植被覆盖度呈减少趋势区域主要集中在西藏拉萨-阿里地区和四川成都-阿坝州-甘孜州等地区;（3）植被EVI与同期温度和降水相关性较好,均以正相关为主。在0.05显著水平下,受降水驱动的区域呈斑块状分布在西藏自治区和青海省交界处,以及云南和广西部分地区,约占研究区总面积的3.4%;受温度驱动的区域零星分布在各省、自治区,约占研究区总面积的1.6%;受温度和降水共同驱动的区域约占研究区总面积的7.2%,主要分布在西藏自治区的阿里地区北部,青海省的三江源地区以及四川和贵州两省交界处的小部分地区;西南地区大部分区域的植被EVI指数变化表现为非气候因素驱动。     

“蛋白质与酶工程”教学的课程思政探索与实践

蛋白质与酶工程是生物技术专业的核心、必修课程,在专业人才培养体系中具有重要地位。文中以教育部颁布的《高等学校课程思政建设指导纲要》为依据、结合专业及课程特色,科学设定教学目标,深入挖掘课程思政教育元素,从融入内容、方法路径及评价等方面进行了课程思政教学改革的探索和实践。通过精心开展教学设计,利用对分课堂、以学生为中心,从讲故事、谈生活、说案例、议热点、读文献、做训练入手,激发并培养学生的科学精神、公民品格、全球视野、生态文明、法治意识、家国情怀和文化自信素养,促进课程思政教育有机融入教学全过程,实现课程育人目标的同时推动教学卓越。