柑橘青霉菌CYP51B基因和上游调控区克隆及生物信息学分析

【目的】克隆柑橘青霉菌(意大利青霉菌,Penicillium italicum)CYP51的同源基因,并对基因序列进行生物信息学分析。【方法】通过PCR及染色体步移技术得到基因的完整序列及上下游调控序列。通过生物信息学手段对基因的结构进行分析:使用NNPP分析软件预测转录起始位点,并利用TFSEARCH1.3软件分析转录因子结合位点。利用SWISS-MODEL在线软件对蛋白进行同源模建。【结果】克隆得到了意大利青霉菌CYP51的同源基因,命名为Pi CYP51B。获得的Pi CYP51B及上下游调控区序列总长为3 496 bp,包括上游910 bp和下游834 bp的序列。Pi CYP51B基因的开放阅读框全长1 575 bp,编码524个氨基酸。该基因含有3个分别为74、51、52 bp的内含子,分别位于247 bp与320 bp之间,519 bp与569 bp之间,1 635 bp与1 686 bp之间。Pi CYP51B 5′上游调控区序列的总长为579 bp。生物信息学分析结果显示:转录起始位点位于上游458 bp处;上游调控区不仅包含启动子的核心结构序列TATA盒(位于-25 bp处),也包含多个转录因子结合位点,如Abd-B、ADR1、AP-4、GATA-1、Cdx A、Clox和Oct-1等。在上游调控序列中嘌呤含量高,而且从+387 bp处开始存在4个连续高嘌呤含量的热激转录因子特异性结合位点(HSF);在+106 bp处开始存在3个连续的Cdx A转录因子结合位点。选用人CYP51晶体结构(PDB ID:3LD6)为模板,利用SWISS-MODEL在线软件构建了意大利青霉菌CYP51B蛋白的结构模型。【结论】克隆了意大利青霉Pi CYP51B基因,其上游含有多个热激应答转录因子特异性结合位点(HSF)表明其参与逆境应答。该基因作为意大利青霉菌CYP51的同源基因,可能与青霉菌对真菌药物的抗药性密切相关。     

不同采样密度下县域森林碳储量仿真估计

采用浙江省台州市仙居县森林资源二类调查样地实测地上部分碳储量数据,结合Landsat TM影像数据,利用序列高斯协同仿真(SGCS)算法、序列高斯块协同仿真(SGBCS)算法,以4种地面采样密度(SD)SD_1=0.012%、SD_2=0.010%、SD_3=0.007%、SD_4=0.005%,估计全县森林碳储量及其空间分布,分析不同地面采样密度对区域森林碳储量及其分布格局估计精度的影响。结果表明:1)不同采样密度下SGCS和SGBCS估计的森林碳储量分布趋势相似,SGCS估计在采样密度为SD_2时可以满足精度要求,且均值与实测最相符;SGBCS估计受采样密度影响较小,在四种采样密度下均可满足精度要求。2)SGCS、SGBCS估计的不确定性随着采样密度的降低均呈现出整体升高的趋势,增长速率在SD_2采样密度时最低,相对SD_1分别升高1.08%、-1.71%;当SGBCS算法的采样密度由SD_2变为SD_3时,样地数的减少对不确定性影响最大,但对区域空间变异格局估计没有实质性影响。3)将采样密度控制在SD_2(0.010%)水平,利用SGCS和SGBCS算法均能得到准确可靠的森林碳储量及其分布信息,同时能节省至少20%左右的森林调查工作量。     

轮作模式对植烟土壤酶活性及真菌群落的影响

种植模式显著影响土壤理化生物学性质,并与作物土传真菌病害的发生密切相关。试验选择云南省具有代表性的红壤,设置烤烟-休闲-玉米(T-B-M)、烤烟-油菜-玉米(T-C-M)、烤烟-油菜-水稻(T-C-R)和烤烟-苕子-水稻(T-V-R)等4种轮作模式,利用化学、酶学分析及454高通量测序技术,研究了土壤养分、酶活性及真菌群落结构,旨在为烤烟的合理轮作提供科学依据。经16a的不同轮作种植后,土壤p H变化于5.6—6.4之间,仍然适合种植水稻、玉米、油菜和烤烟等多种作物。在T-V-R处理的土壤中,烤烟产量、烟叶产值和上中等烟比例最高,有机质比原初提高45.11%,碱解氮、有效磷和微生物量碳氮显著增加,蔗糖酶、脱氢酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性也显著高于其它轮作模式,说明T-V-R改善了土壤生态环境,促进了微生物繁衍,数量增加,活性增强。土壤真菌的18S r DNA读数依次为13097(T-B-M)、11345(T-C-M)、12939(T-C-R)和13763(T-V-R),分别代表530、378、395和581种(类)的真菌,由子囊菌门、担子菌门、接合菌门、壶菌门和尚待鉴定的真菌等构成,其中尚待鉴定的真菌属种和子囊菌门占绝大部分。在不同轮作处理的土壤中,前15种优势真菌的丰富度变化于29.46%—62.86%之间,优势菌株的相似性极低,说明土壤真菌的种群结构因轮作模式不同而异。T-V-R处理土壤中的真菌多样性指数最高,优势度指数最低,说明T-V-R轮作的土壤适合多种真菌的繁殖生长,种群数量增加。多种真菌共同存在,互相制约,可防止病原真菌过度繁殖,降低作物发生真菌病害几率。从作物产量和产值、土壤有机质、养分和真菌种群结构看,T-V-R优于其它3种轮作模式,值得推广应用。     

植被类型与坡位对喀斯特土壤氮转化速率的影响

土壤氮素转化对于植物氮素营养具有重要作用,尤其是对于受氮素限制的喀斯特退化生态系统。选取植被恢复过程中4种典型喀斯特植被类型(草丛、灌丛、次生林、原生林)和3个坡位(上、中、下坡位)表层土壤(0—15cm)为对象,利用室内培养的方法,研究不同植被类型和坡位下土壤氮素养分与氮转化速率(氮净矿化率、净硝化率和净氨化率)的特征及其影响因素。结果表明,植被类型对土壤硝态氮含量、无机氮含量、氮净矿化率、净硝化率和净氨化率均有显著影响(P0.01),即随着植被的正向演替(草丛—灌丛—次生林—原生林),土壤硝态氮含量、无机氮含量、土壤氮净矿化速率和净硝化速率整体上呈增加趋势,而坡位以及坡位与植被类型的交互作用对上述土壤氮素指标无显著影响(P0.05)。冗余分析结果表明凋落物氮含量、凋落物C∶N比和硝态氮含量对土壤氮转化速率有显著影响,其中凋落物氮含量是影响土壤氮转化速率的主要因子(F=35.634,P=0.002)。可见,尽管坡位影响喀斯特水土再分配过程,但植被类型决定的凋落物质量(如凋落物氮含量等)对喀斯特土壤氮素转化速率的作用更为重要。因此,在喀斯特退化生态系统植被恢复初期,应注重植被群落的优化配置(如引入豆科植物)和土壤质量的改善(如降低土壤C∶N),促进土壤氮素转化及氮素的有效供给。     

宝天曼自然保护区不同针叶树径向生长对气候的响应

树木年轮资料能够提供区域内过去长时间的环境和气候信息,成为获取过去气候变化信息的重要手段之一。利用采自宝天曼自然保护区的两种针叶树种油松和华山松树木年轮样本分别建立了油松和华山松树轮宽度标准年表PT和PA,并将油松和华山松样本合并建立了联合树种的区域年表(RC)。3种年表分别与不同气候要素(月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温、月降水量)及其不同月份组合进行相关分析,结果表明,油松年表PT和华山松年表PA都包含较高的气候信息,且都和生长季不同月份温度显著负相关和降水显著正相关。其中,油松和华山松都与当年4月和5月降水显著正相关,油松还与当年5月的平均最高温度和上年11月最低温显著负相关,与当年3月平均最低气温显著正相关;华山松与上年10月和当年4月的平均最高温度显著负相关,与上年12月和当年7月平均最低温度显著正相关;联合年表RC包含了单个年表PT和PA共同的气候信息,与当年4—5月降水和3月最低温显著正相关,与当年7月最低温和4、5月最高温显著负相关。不同年表与生长季(3—8月)内气候要素月份组合的相关分析也表明联合年表RC包含和单物种年表PT、PA相似的气候信息并加强了PT、PA受当年生长季气候变化影响的公共信号。可见,同一地区的多树种联合年表一定程度上能体现出区域性树木生长对气候变化响应的生态生理特征,为同地区建成多树种联合年表来探讨当地区域性气候变化提供了可行性的理论基础和一定的参考作用.     

崖爬藤的生态生物学特征及其扦插繁殖技术

崖爬藤为葡萄科常绿或半常绿藤本,具有重要园林绿化价值。该研究采用叶片离析法和石蜡切片法研究其叶片的形态结构。结果表明:崖爬藤平均叶面积(23.1 cm~2)较大,单位叶面积干重(4.4 mg·cm~(-2))较小,成熟叶厚约为195.5μm,栅栏组织不发达,胞间隙大。利用便携式LI-6400光合测定仪、PAM-2100荧光测定仪对崖爬藤光合生理生态指标进行研究。结果表明:其PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm(0.818)较高;叶片的净光合速率日变化呈单峰型,没有明显的光合午休现象,最大净光合速率Pn为3.691μmol·m~(-2)·s~(-1),出现在14:00时,变化趋势与光合有效辐射Par、大气温度T、蒸腾速率Tr、气孔导度Gs等因子相同,与胞间CO_2浓度Ci相反,同时具有较高的水分利用效率(3.056μmol·mmol~(-1))。这都显示了崖爬藤喜阴湿环境,不耐寒且具有一定的耐旱特性,适合栽植于我国温度较高的南方地区。此外,以崖爬藤1~2年生老枝和当年生嫩枝为材料,经梯度溶液IBA处理进行扦插生根实验,结果表明,崖爬藤扦插繁殖迅速,生根率较高,以当年生嫩枝不经IBA处理直接扦插为最佳。该研究结果将为崖爬藤的栽培及开发利用提供重要的理论和技术指导。     

白洋淀沉水植物腐解释放溶解性有机物光谱特性

利用水生植物修复受污染水体中,水生植物在秋冬季节腐烂分解会释放大量溶解性有机物(DOM),DOM可影响水环境中污染物的迁移转化,对水体中的化学和生物过程产生一定影响。因此利用紫外可见光光谱(UV-vis)结合平行因子分析法(PARAFAC)和主成分分析法(PCA)来表征和分析水生植物腐解产物中DOM的组分及其特点。UV-vis的研究表明随着腐解时间的增加,样品中DOM的腐殖化程度逐渐升高,当腐殖化程度达到最高值时,腐解进入矿化阶段,此时腐殖化程度逐渐降低。通过PARAFAC分析可以分离出3种类蛋白组分(C1、C2和C5)和2种类腐殖酸组分(C3和C4)。由PCA可以得出在腐解初期,类蛋白组分占据主导地位;随着腐解时间的增加,类蛋白组分含量逐渐降低,而类腐殖酸组分含量逐渐升高。     

树轮宽度记录的额尔齐斯河上游地区过去291年的降水变化

利用采自额尔齐斯河上游6个采点的西伯利亚云杉(Picea obovata Ledeb)树轮样本建立了区域树轮宽度年表。与气候要素的相关分析表明,该地区树木径向生长主要受降水制约,区域树轮宽度年表与富蕴气象站上年7月至当年6月的降水总量相关显著。在此基础上建立了转换方程,重建了额尔齐斯河上游地区1722—2012年上年7月至当年6月的降水总量,方差解释量高达55.1%(调整自由度后为54.2%)。重建结果显示,该地区过去291年间存在9个降水偏多的时期和8个降水偏少的时期。降水重建序列还存在2.1a和3.2a的显著周期及2.3、21.6、24.3a的较显著周期,并且在1876—1877年及1983年前后发生了降水突变。空间相关分析表明,重建的上年7月至当年6月降水量对额尔齐斯河上游阿勒泰地区的降水量具有很好的空间代表性。此外,重建结果还与周边地区其他基于树轮资料重建的降水序列的干湿变化有较好的一致性。     

小秦岭自然保护区秦岭冷杉死亡原因

小秦岭国家级自然保护区濒危植物秦岭冷杉(Abies chensiensis)近几年出现了不明原因的衰败死亡现象,并有不断扩展的趋势,分析研究就地保护这一珍稀植物资源迫在眉睫。在对小秦岭全部秦岭冷杉定位监测的基础上,通过对活树、死树分布和结构的对比分析,并采用相关分析、偏相关分析和结构等式模型(Structural Equation Models,SEM)结合环境因子,探讨了秦岭冷杉的生存状况和死亡原因。结果如下:(1)枯死树与活树分布基本相一致,活树个体中小树和大树相对较少,死亡个体主要为小树和中龄树;(2)秦岭冷杉的生长与海拔、坡度、土壤含水量和土壤温度呈显著的相关性;(3)SEM分析结果显示,秦岭冷杉活树与土壤含水量和温度呈明显的正相关系,而死树却表现出负相关关系,枯死树与空间位置和地形表现出的负相关关系要明显大于活树。上述结果说明,秦岭冷杉幼苗和小树较少,更新能力差,秦岭冷杉的死亡不是个别现象和局部环境变化所造成的;秦岭冷杉的生长与海拔、坡度、土壤含水量和土壤温度关系密切;土壤含水量和温度对秦岭冷杉生长具有促进作用,是影响秦岭冷杉死亡和衰败的重要环境因素。在今后秦岭冷杉经营保护过程中要注意微环境的变化,减少人为因素对环境的干扰。     

葡萄CHS和STS基因家族生物信息学鉴定和表达分析

查尔酮合成酶(CHS,chalcone synthase)是植物体类黄酮类化合物合成的第1个关键酶和限速酶,它能够催化丙二酰-Co A和对香豆酸-Co A合成柚皮素查尔酮。二苯乙烯合成酶(STS,stilbene synthase)是芪类化合物合成路径的关键酶,与查尔酮合成酶有共同的作用底物,二者具有很高的相似度。为更好地了解葡萄中CHS和STS基因的种类和数量,本研究采用生物信息学方法检索获得葡萄(Vitis vinifera L.)基因组数据库中的CHS和STS基因,通过分析其染色体定位、系统进化和保守基序,发现葡萄基因组可能含有33个STS基因,9个CHS基因,这些基因集中分布在6条葡萄染色体上,部分家族基因在染色体上形成基因簇。葡萄CHS和STS基因家族蛋白长度、基因结构和蛋白基序非常保守,具有很近的进化关系。葡萄芯片数据结果表明,葡萄CHS和STS基因在葡萄果实不同发育时期的果皮和果肉中均有表达,尤其葡萄CHS GroupsⅢ亚家族基因在葡萄果皮中大量表达。葡萄STS基因家族在果实中的表达量较低,部分探针在葡萄果实成熟期的果皮中表达量急剧增加。本研究结果可为葡萄CHS和STS基因在果实发育过程中的功能研究提供参考。