Using laser scattering to identify diatoms and conduct aggregation experiments

Laser in situ scattering and transmissometry (LISST) instruments are used to measure particle size distributions (PSDs) and volume concentrations in water. For populations of regularly shaped non-spherical particles, such as phytoplankton, the PSD produces a ‘scattering signature’ that corresponds to the shape of the particles. The objectives of this research were to describe the scattering signatures of six diatom species and to determine whether LISST instruments can be used as a tool to measure the aggregation of diatoms into larger particles. The scattering signatures of Chaetoceros muelleri var. subsalsum, Coscinodiscus wailesii, Thalassiosira weissflogii, Phaeodactylum tricornutum, Skeletonema costatum and S. marinoi were measured. The scattering signatures of individual species were consistent over time in batch culture and there were clear differences between species in terms of peak location, peak width, and relative peak height in the PSD. LISST was used to non-destructively follow the formation of diatom aggregates in the laboratory. Both rolling and warming cultures of S. costatum caused the cell chains to form aggregates, resulting in a change in the PSD, with a shift in peak position towards larger size bins. These experiments showed that the scattering signatures of unaggregated diatom species are conservative and that LISST instruments are useful tools to investigate the factors affecting diatom aggregation and disaggregation, with potential applications both in the laboratory and field.     

Surface expression and distribution of voltage-gated potassium channels in neurons (Review)

The last decade has witnessed an exponential increase in interest in one of the great mysteries of nerve cell biology: Specifically, how do neurons know where to place the ion channels that control their excitability? Many of the most important insights have been gleaned from studies on the voltage-gated potassium channels (Kvs) which underlie the shape, duration and frequency of action potentials. In this review, we gather recent evidence on the expression, trafficking and maintenance mechanisms which control the surface density of Kvs in different subcellular compartments of neurons and how these may be regulated to control cell excitability.     

Quaternary structure of a SPATE autotransporter protein

The temperature-sensitive hemagglutinin (Tsh) is a representative of the growing subfamily of secreted bacterial virulence factors, known as serine protease autotransporters of the Enterobacteriaceae (SPATEs). Expressed by avian and human pathogenic strains of Escherichia coli Tsh acts as a serine protease and an adhesin to erythrocytes, hemoglobin, and extracellular matrix proteins. Mature Tsh is comprised of a 106-kDa secreted domain (Tsh_s) and a 33-kDa outer membrane β-domain (Tsh_β). Based on the size of β-domains and functional properties of their passenger domains, all SPATEs are considered to be conventional autotransporters. However, it is unsettled if the conventional autotransporters exist as monomers, oligomers, or multimers (e.g., hexamers). To determine the quaternary structure of Tsh in vitro, we purified Tsh_β from the outer membranes and showed that it is natively folded because it is heat modifiable and resistant to protease digestion. Blue-native polyacrylamide gel electrophoresis of Tsh_β indicated that Tsh_β exists as a monomer or a dimer. The cross-linking analysis demonstrated that purified Tsh_β exists as a monomer. The size-exclusion chromatography and cross-linking analyses of purified Tsh_s also showed that the passenger domain of Tsh is a monomer. Overall, our data indicated that Tsh is a monomeric protein in vitro and support the concept that the SPATE autotransporters exist as monomers rather than as multimers. Implications of our findings on the mechanism of autotransporter secretion across the outer membrane are discussed.     

高寒退化草地狼毒种群株丛间格局控制机理

在黑河上游祁连山北坡高寒退化草地,应用Ripley's K函数检测种间格局控制关系的技术方法,按狼毒个体分枝数设置Ⅰ级株丛(1-10枝)、Ⅱ级株丛(11-20枝)、Ⅲ级株丛(21-30枝)、Ⅳ级株丛(31-40枝)、V级株丛(40以上)5个株丛,研究了各株丛之间的格局控制关系和空间关联性.结果表明:Ⅲ和Ⅳ级狼毒株丛对其他狼毒株丛有一定的格局控制作用,尤其是Ⅳ级狼毒株丛对其他狼毒株丛格局控制的程度和尺度最大;Ⅳ级狼毒株丛在20cm尺度内和Ⅰ、Ⅱ以及Ⅴ级狼毒株丛表现出正关联,Ⅲ级狼毒株丛在0-10cm尺度上和Ⅰ级狼毒株丛表现为正关联.狼毒种群中两个形体大小越相近的株丛之间存在格局控制关系的可能性相对较小,尤其是在种群内处于劣势地位或受其他株丛格局控制的株丛之间存在格局控制关系的可能性更小,Ⅳ级狼毒株丛表现出较强的格局控制作用,同时对其他狼毒个体有保护作用,在种群内具有重要作用和地位.     

家域研究进展

家域是动物行为学和保护生物学的重要概念之一,它在动物对资源环境的适应与选择,种群密度及社会关系等生态学过程研究中有着重要的作用.对家域的内涵、特征、估算方法(包括取样方法,样本含量,位点数据自相关,模型评价等)等方面进行阐述,总结了家域估算模型的发展过程及发展方向,评述了3种主要家域估算模型的优势与不足,并结合最新的理论和应用,对未来的研究方向提出建议.     

基于光谱特征变量的湿地典型植物生态类型识别方法——以北京野鸭湖湿地为例

光谱特征变量的选择对于湿地植被识别的精度和效率有着直接的影响作用.以华北地区典型的淡水湿地——野鸭湖湿地为研究区,采用Field Spec 3野外高光谱辐射仪,获取了野鸭湖典型湿地植物的冠层光谱.以野外高光谱数据为基础,首先利用一阶导数与包络线去除的方法,分析和对比不同植物生态类型的光谱特征,选定了用于识别植物生态类型的光谱特征变量,选定的8个光谱特征变量为红边位置WP_r、红边幅值Dr、绿峰位置WP_g、绿峰幅值Rg、510 nm附近的吸收深度DEP-510和吸收面积AREA-510、675 nm附近的吸收深度DEP-675和吸收面积AREA-675.其中,7种植物生态类型的一阶导数光谱特征差异较小,吸收特征差异性相对较大.除WP_r和WP _g外,沉水植物Rg和Dr平均值最低,湿生植物的Rg平均值最高,达到0.164,栽培植物的Dr平均值最高,达到0.012.7种植物生态类型在675 nm附近的DEP-675和AREA-675均高于510 nm附近的DEP-510与AREA-510,除去栽培植物,随着水分梯度的变化,其他6种植物生态类型的吸收深度和吸收面积都表现出先升高后降低的趋势.然后利用单因素方差分析(One-way ANOVA)验证了所选光谱特征变量的区分度,在P≤0.01的置信水平下,选取的8个光谱特征变量都能够较好的区分7种植物生态类型,区分度的最小值为13,最大值为18,并且吸收特征参数的区分度优于一阶导数参数.最后应用非线性的反向传播人工神经网络(BP-ANN)与线性判别分析(FLDA)的类型识别方法,利用选定的8个光谱特征变量进行湿地植物生态类型识别,取得了较好的识别精度,两种方法的总分类精度分别达到85.5％和87.98％.单因素方差分析(One-way ANOVA)和不同分类器的分类精度表明,所选的8个光谱特征变量具有一定的普适性和可靠性.     

不同林龄胡杨克隆繁殖根系分布特征及其构型

以中龄林和成熟林胡杨为研究对象,采用挖剖面和根窗的方法,研究胡杨繁殖根系分布、根系构型,以及胡杨根蘖与繁殖根系构型之间的关系。结果表明:(1)细根(d<2 mm)的根长密度、根表面积密度,随深度增加呈现指数函数分布;(2)中龄林细根的根长密度、根表面积密度在0—90 cm各层都是显著大于成熟林的对应指标(P<0.05),成熟林的中等粗根(5 mm0.05),且两种林龄的一级侧根数、分枝角度亦无显著差异(P>0.05);(5)对比两种林龄不同根序上的根蘖芽发现,二级根上不定芽个数均是同组一级根上不定芽个数的3—4倍;基于以上对胡杨根系的功能权衡的分析,得出:细根对胡杨根系构型有重要的影响,在胡杨根系功能权衡中扮演重要角色。     

内蒙古不同类型草地土壤氮矿化及其温度敏感性

土壤氮矿化(Nitrogen mineralization)是土壤氮循环的重要环节,对土壤氮素供应以及植物生产力的维持具有十分重要的意义。沿中国东北草地样带(Northeastern China Transect, NECT)分别在典型草地、过渡草地及荒漠草地设置了3个实验样地,利用不同温度(5、10、15、20 ℃和25 ℃)和不同水分(30%、60%和90%土壤饱和含水量,Saturated soil moisture, SSM)的室内培养途径,探讨了不同类型草地的土壤氮矿化速率、土壤氮矿化的温度敏感性(Q₁₀)及其主要影响因素。实验结果表明:从典型草地至荒漠草地,土壤全碳、全氮、全磷、微生物生物量碳氮含量均表现为逐渐下降的趋势;类似地,土壤净氮矿化速率、硝化速率也逐渐降低。在20 ℃和60% SSM时,土壤净氮矿化速率表现为典型草地 (0.715 mg N kg^-1 d^-1) > 过渡草地 (0.507 mg N kg^-1 d^-1) > 荒漠草地 (0.134 mg N kg^-1 d^-1);相反,温度敏感性却逐渐升高,温度敏感性与基质质量指数呈负相关。草地类型和水分对于土壤净氮矿化速率、硝化速率具有显著影响,且二者间具有显著的交互效应。包含温度和水分的双因素模型可很好地拟合土壤氮矿化速率的变化趋势(P < 0.0001),二者可共同解释土壤硝化速率92%-96%的变异。土壤氮矿化沿着草地演替呈现出很好的空间格局、并与温度和水分具有密切关系,为解释内蒙古草地空间分布格局提供了理论基础。     

基于水声学方法的天目湖鱼类资源捕捞与放流的生态监测

本文在天目湖捕捞赶鱼前（2011年12月）、赶鱼后（2012年1月）、捕捞与放流后（2012年3月）3个渔业阶段,结合渔业捕捞统计,采用水声学方法对天目湖鱼类资源（赶鱼后为不包括集鱼网箱的湖区鱼类资源）的捕捞与放流进行了生态监测,并构建GIS模型,得到鱼类种群结构、大小组成、鱼类密度、鱼类集群、鱼类资源量及其分布,为天目湖保水渔业的实施和渔业生产提供科学依据。天目湖鱼类种群以鲤科鱼类为主,鲢鳙2011年捕捞统计重量占比为98.07%,单网簖采样尾数占比为68.72%,鱼类资源受放流种类和规格影响较大;赶鱼前后和捕捞与放流后3个渔业阶段的鱼类平均目标强度（TS）分别为（-47.84?4.79）dB、（-48.58?4.98）dB、（-47.24?5.10）dB,且差异性显著（P<0.05）,捕捞与放流后TS在-45—-40 dB的鱼类明显升高到24.40%;3个渔业阶段的鱼类密度（FPCM）分别为（0.0124?0.0292）ind/m3、（0.0062?0.0227）ind/m3、（0.0098?0.0185）ind/m3,捕捞赶鱼作业显著（P<0.05）降低了鱼类密度,而捕捞与放流后鱼类密度显著（P<0.05）低于赶鱼前则是由于水深上升所致;在冬季的中下层水体出现典型的鱼类聚群,且随温度降低团聚程度提高;通过构建GIS模型评估鱼类资源量,赶鱼前约61万尾、赶鱼后约38万尾、捕捞与放流后约67万尾,资源量在中下游分布较高。     

中国地貌区划系统——以自然保护区体系建设为目标

地貌类型是重要的自然地理特征,是影响区域生物多样性空间格局变化的重要因子。地貌研究能使人们深入认识地理环境特点,有利于完善对区域自然环境和地域分异规律的认识,同时对生物地理区划和区域自然保护研究也具有很好的参考价值。采用"自上而下"的区域分割和"自下而上"的区域合并的区划方式,以中国地形DEM作为基础,使用GIS10.0对其进行高程重分类、坡度分析等量化分析,并结合现有气候区划、自然地理区划和地貌类型等资料,对中国地貌格局进行了分析。在考虑生物多样性保护过程中以地貌为主体的地理单元差异性基础上,根据分析结果,提出了以区域自然保护区体系构建为目标的中国地貌区划系统,该地貌区划系统包括了东部季风淋蚀地貌大区、西北干燥风蚀地貌大区、青藏高原高寒冻蚀地貌大区、南海诸岛地貌大区等4个地貌大区,大兴安岭、小兴安岭和内蒙古高原等40个地貌地区,完达山、老爷岭和张广才岭等127个地貌亚地区,以及473个地貌区。其地貌区划方案科学构建了区划等级系统,体现了中国地貌类型的基本特征和分布格局,其中地貌大区基本反映了中国大的地貌格局,地貌地区基本反映了高原、山地、平原等地貌特征的水平分异,地貌亚地区和地貌区基本反映了区域地貌特征。中国地貌区划系统为自然保护区体系构建提供了参考和依据,而且区划界线准确,便于使用。