中国生物多样性在线数据处理平台的构建

高质量的生物多样性数据能够为生物多样性的研究与保护提供数据支撑。目前研究人员开发了大量的生物多样性数据处理软件或工具, 包括工作流系统、R语言包、Python语言包和Excel工具等, 但是使用这些软件或工具需要用户安装相应的软件客户端, 并掌握一定的编程语言、软件开发和复杂的Excel公式等知识和技能。为降低用户的学习成本和使用门槛, 本文采用了Browser/Server模式设计技术、Web技术、可视化技术、响应式开发技术、网络爬虫技术、数据处理技术和Solr智能检索技术等, 针对不同维度的生物多样性数据设计和开发了相应的数据处理模块, 构建了中国生物多样性在线数据处理平台(http://dp.iflora.cn/)。该平台能够有效地帮助科研人员对物种名称、地理位置、时间日期和经纬度等数据进行处理, 并提供数据格式转换、数据质量评测和资源统计分析等辅助功能, 帮助科研人员实现零代码和低门槛地处理生物多样性数据, 提供便捷、高效和简单的数据清洗、校正、转换和整合等数据处理渠道, 为生物多样性研究和保护提供信息化技术支持与服务。     

工业生物过程智能控制原理和方法进展

工业生物过程是一个复杂的系统过程,对活体细胞代谢过程的认识是实现高效工业生物制造的基础。文中首先综述了工业发酵过程多尺度优化控制原理和实践,包括多尺度理论与装备、细胞宏观代谢在线检测传感技术以及生理代谢参数相关分析。在此基础上,对工业生物过程智能控制——感知细胞内生理代谢特性新型传感技术、大数据库建立和数据深度计算以及生物过程智能决策进行了综述和展望。     

四川省生物多样性基础数据库信息系统

生物多样性本底信息是开展生物多样性评价的基础,现有的生物多样性数据分布比较分散,不同的数据掌握在不同的部门,没有得到很好整合。同时,由于缺乏物种分布的空间信息,生物多样性数据很难满足环境影响评价中生物多样性评价的需求,生物多样性评价一般只限于简单的定性分析。为了促使生物多样性评价工作能更深入的开展,切实有效地保护生物多样性资源,以四川省(重点以甘孜州)为研究案例,整合了现有的生物多样性数据资源,主要包括四川省自然保护区生物多样性数据、甘孜州水生和陆生生物多样性数据、四川省环境敏感区数据以及生物多样性现场调查数据等,建立了四川省生物多样性基础数据库,同时通过数据库开发和网络开发,建立了数据库信息系统,实现了生物多样性空间数据库和属性数据库的查询检索、数据显示等功能。     

全球标本数字化建设及共享发展趋势

标本数字化建设是生物多样性保护和利用的重要工作基础,通过标本数据的整合分析,在生物分类学、生态学、生物工程、生物保护、粮食安全、生物多样性评估、教学教育和人类社会活动等方面提供数据支撑。为了了解全球标本数字化建设工作的现状以及数据共享的策略与技术发展趋势,该文分别调查梳理了北美洲、南美洲、欧洲、非洲、亚洲和大洋洲地区的标本数字化和平台建设情况,对标本数据共享现状和趋势从数据使用协议、新技术新方法和公众科学等方面进行了对比和分析,并为中国国内的标本数字化工作提出了工作建议,包括:(1)加强标本数字化建设、管理和动态更新方面的协同机制建设,确保实物资源和数字化资源信息同步;(2)加强数据整理和发布,促进数据质量的提升,充分开放数据使用协议,减少数据使用的阻碍;(3)加强对新技术的学习和引入,特别是开源软件、机器学习和人工智能技术的应用,能够在标签快速识别、自动鉴定和属性数据提取等方面发挥作用;(4)加强区域和国际合作,推动数据的整合应用;(5)推动公众科学项目发展,促进野外采集、室内整理、在线纠错、数据产品研发等工作的开展。     

合成生物学驱动的智能生物制造研究进展

合成生物学的迅猛发展给包括药物和化学品在内的生物制造带来了强劲动力。它助力生物合成关键元件的挖掘,丰富了智能生物制造所必需的基础(催化)元件库;底盘细胞的性能优化为高效生物制造奠定了基石和平台。合成生物学经典的"设计-构建-测试-学习"则是创建高效智能细胞工厂的核心研发内容。天然宿主的系统代谢工程和合成生物学以及无细胞体系的体外合成生物学,是实现高效生物制造和替代底盘细胞体系的可选途径。该文简要综述近年国内外的相关研究进展。     

关于iFlora创建工作框架的建议

iFlora是依据传统植物分类学及相关学科的研究基础,融入现代DNA测序技术,应用高速发展的信息、网络技术及云计算分析平台,收集、整合和管理植物物种相关信息,以建成智能物种鉴定和数据提取的开放应用系统（智能装备）。通过与该系统的双向交流,一方面,可以不断整合新的数据和技术充实iFlora的内容和功能;另一方面,可以通过该系统的多种鉴定途径实现快速、准确和方便的物种鉴定,获取所需物种的相关信息,满足专业机构和公众对物种和生物多样性的认知要求。本文重点介绍了构成iFlora的应用装置和支撑该装置的实物库（凭证标本、分子材料和DNA库）的建设及其重要性;阐述了构成iFlora各单元的高度整合和集成的特点,以及基于计算机技术的物种信息数字化和开放的云计算数据分析处理服务平台的枢纽作用;并讨论了iFlora创建过程所面临的困难和挑战,以及拟研发的智能装备的框架和应用前景。     

生物多样性信息学研究进展

生物多样性信息学是一门蓬勃发展的新学科。它将现代的信息技术带入生物多样性及其相关学科的研究领域。它在生物多样性基础数据的数字化、模型工具和各种工具软件的开发、数据整合, 以及全球、地区和国家尺度生物多样性信息网络等多个方面的发展, 向我们展示了未来在全球范围内自由、免费共享生物多样性数据和信息, 以及人们行动起来共同关注、调查与监测野外生物多样性的前景。目前, 已有大量数字化的物种编目、标本馆标本、多媒体影像、研究文献等生物多样性基础信息可以通过互联网检索和利用。其中, 最值得关注的是一些成功的国际性研究项目, 如物种2000、全球生物多样性信息网络、生命条形码以及网络生命大百科全书。这些项目的成功不仅体现在对大量基础信息和数据的发布, 而且它们通过与生物多样性信息标准TDWG(Biodiversity Information Standards: TDWG)的合作, 推动了达尔文核心标准(Darwin Core)等一些重要的生物多样性信息标准的应用, 以及地区和国家性生物多样性信息节点的建立, 这些都为将来全球范围生物多样性信息的共享和数据交换奠定了重要基础。在数字化信息的基础上, 研究人员也开发了一些在特定研究领域应用的数据挖掘和模型工具, 例如基于数字化标本的地理分布预测工具MAXENT, 分类学专家知识管理的LifeDesk。公民科学理念的发展则向我们展示了公众和科学爱好者广泛参与以互联网为基础的生物多样性信息学研究活动。因此, 生物多样性信息学的发展前景广阔, 它将为我们实现全球保护战略目标, 应对生物多样性危机, 解决全球气候变化条件下生物多样性资源管理和利用建立坚实的信息基础。     

中国半翅目昆虫多样性和地理分布数据集

全球生物多样性逐渐丧失已成为最严重的环境问题之一, 探究各地生物多样性资源及形成机制是生态学和生物地理学领域关注的重要科学问题。生物多样性数据的整合和共享可以为相关研究的开展提供科学依据。昆虫是地球上多样性最高的生物类群, 但是由于目前关于昆虫多样性数据的整理不足, 相关研究较为缺乏。为了促进昆虫类群的多样性数据整理和共享工作的发展, 本研究选取昆虫纲中重要且多样的半翅目作为对象, 通过广泛的数据检索和收集, 系统整理了截至2017年已发表的中国半翅目昆虫的多样性及地理分布信息。数据集中共收集了102科2,090属7,822种半翅目昆虫的分类信息及其39,298条地理分布记录。该数据集可以为今后开展生物多样性格局、生物区系演化和害虫防治等方面的研究工作提供帮助。     

中国生物多样性保护优先区域生物多样性调查和评估方法

我国高度重视生物多样性保护,而开展本底调查是生物多样性保护的基础。但以往研究对苔藓、生物多样性相关传统知识等关注不够,而且调查大部分集中在生物多样性丰富区域。随着我国社会经济的快速发展,全国土地利用格局和生态环境发生了巨大变化,已有的部分调查成果数据与实际情况不符,难以满足我国生物多样性保护管理需求,因此亟待组织开展全国生物多样性调查与评估工作。在整理历史和现有生物多样性调查技术的基础上,推荐采用网格法开展全国生物多样性调查,按照10 km×10 km分辨率,将全国划分为97109个调查网格;制定了陆生高等植物、植被、陆生哺乳动物、鸟类、两栖类和爬行类、昆虫、大型真菌、内陆鱼类、内陆浮游生物、内陆大型底栖无脊椎动物、内陆周丛藻类以及生物多样性相关传统知识12个类群县域生物多样性调查评估技术规定;建立了全国统一、动态更新、信息共享的生物多样性数据库和信息化管理平台。从调查内容规范、评估指标体系和技术要求等方面探讨了陆域生态系统与物种调查、重点河流水生生物调查、重点物种调查、生物多样性相关传统知识调查技术方法,并构建生物多样性综合评估指标体系,规范了生物多样性保护优先区域生物多样性调查和评估。技术方法在横断山南、武陵山、太行山、西双版纳等生物多样性保护优先区域得到应用,同时北京、江苏、浙江和湖北等省份和祁连山、武夷山等区域也采用该技术体系开展调查,网格法得到逐步推广,并获得大量的生物多样性基础数据,为我国生物多样性保护和可持续利用、生物多样性公约履约等提供了基础数据。     

基于多传感器的声景大数据在线采集与分析系统研究

声景包含重要的生态信息,具有实时性强、信息密度高的特点,有重要研究价值。现有的声景研究中,音频及相关环境参数采集和分析仍需要大量的人工作业,耗时耗力。基于多传感集成、边缘计算和深度学习技术,建立了一套声景大数据在线采集与分析系统,包括边缘计算节点和中心计算服务器。并通过3个实验站点,进行了近1年的技术验证,实现了声景大数据的自动化在线采集、传输和分析。该系统能适应户外恶劣的自然环境,能根据任务需求持续不断地进行声景大数据在线采集和分析,稳定性好。声学指数可以反映声景变化,但因指数侧重点不同,不同的声学指数之间变化特征差异较大,需要组合使用。通过声纹特征图能直观地识别出不同发声源,对物种的快速识别、声源的分类等具有较强的借鉴意义。系统借助VGGish网络提取的高维声景特征图能很好地识别不同站点和不同时间的声景变化,在不同站点和昼夜上具有较高的区分精度,有快速和直观地反映不同生态系统的类型特征、生态系统动态变化的潜力。丰富声纹特征库、优化声景特征分析神经网络、建设声景长期监测共享网络,有助于扩展系统在物种识别、生物多样性快速分析、生物与环境相互作用机制方面的应用。研究为声景大数据的在线采集...     

生物多样性近地面遥感监测: 应用现状与前景展望

近年来中国生物多样性监测与研究网络(Sino BON)建设得到了快速发展, 为我国生物多样性长期监测和研究提供了良好的平台条件。其中, 以激光雷达技术为核心的近地面遥感平台, 作为Sino BON综合监测与管理中心的重要组成部分, 已研发形成了较为成熟的软、硬件技术体系, 可以提供林下地形建模, 林分高度、林分表面结构, 林窗或内部分界线, 郁闭度动态, 植被群落划分、群落内部精细空间结构, 单木高度与胸径, 冠层形态、周长和盖度, 物种识别, 亚米级三维景观图等数字产品, 从而能够为国家相关部门和研究单位开展多种时空尺度的生物多样性监测、评价和保护工作提供精准、高效的技术支持。本文首先介绍了遥感技术在生物多样性研究中的应用发展历史及最新趋势。然后在生物多样性遥感监测直接和间接两种方法研究进展基础之上, 总结了从遥感数据中可提取的重要生物多样性指标, 以及选择不同类型遥感数据源时需要考虑的时空尺度信息。在详细阐述NEON、CEOS、GEO BON等国际合作组织推动遥感技术开展生物多样性监测的过程中指明: 以无人机为代表的近地面遥感平台具有机动灵活、高效低廉和高分辨率的特点, 可在卫星平台、载人航空平台和地面常规调查平台之间架构起生物多样性信息尺度推绎不可或缺的中间桥梁, 将是未来生物多样性监测的一个重要手段。最后, 文章指出: Sino BON近地面遥感平台的逐步建设完善将为我国生物多样性监测提供全方位的立体定量化信息, 在促进我国生物多样性监测网络向跨尺度等级动态系统监测、多源信息集成、智能决策与服务的平台方向发展意义重大。     

城市社区更新中生物多样性的保护策略:以上海市长宁区生境花园为例

保护城市生物多样性、在城市中营造生物多样性生境是城市可持续发展的重要挑战。不断加快的城市化进程对生物多样性造成严重影响,城市生物多样性保护在新型城镇化和生态建设中日益紧迫。生境花园作为城市生物多样性保护的一种模式,厘清其在高密度城市中实现生物多样性保护的机制与效果,探索其科学的建设管理模式具有重要意义。本研究采用案例分析法,通过调研长宁区生境花园的生物多样性现状、居民参与建设和使用情况、生境花园管理模式等,梳理分析了上海市长宁区生境花园所处区域的绿地斑块分布现状、生境花园建设前后的生境条件、政策的促进作用与建成效果,探讨了高密度城市中社区更新背景下实现社区尺度生物多样性保护的模式,并提出相应的生物多样性保护策略。研究结果表明,生境花园是一个低维护管理的自然演替生态系统,作为城市绿地的基本单元,不仅填补了城市小尺度生物多样性保护的空白,而且分布具有空间异质性,对城市绿色生态网络的完善和生物多样性保护格局的优化起到重要作用,然而,生境花园依然存在知识技术方面入门难、资金投入量大、潜在障碍等问题。生境花园有效实现生物多样性保护的4种主要建设管理模式包括:(1)过程管理。包括前期选址、确定生物...     

生物多样性信息资源.Ⅱ.环境类型数据

环境类型数据是研究生物多样性分布格局、多样性形成与维持机制、物种保育等很多重要生态学问题的基础。近年来,随着环境监测网络在全球范围内的不断扩张与新监测手段的不断涌现,区域和全球尺度上的不同类型的环境数据呈爆炸式增长。然而,这些海量的数据零散地分布在互联网的各个角落,给生物多样性研究人员了解数据信息、高效选择和利用数据等带来了挑战。面对环境数据来源广、分布零散的现状,本文从气候、地形地貌土壤与生境异质性、土地覆盖、水文和其他等5个方面对环境数据进行整理,并且选取其中一些使用频率较高的数据集,从它们的数据来源、数据结构、数据获取方式、数据精度以及数据使用情况等方面举例介绍。本文共介绍了45个不同类型的数据集,既包括WorldClim气候数据、HWSD(Harmonized World Soil Database)土壤数据等在生态学中频繁使用的数据集,也包括气候变化速率、EarthEnv生境异质性数据、全球森林覆盖数据、全球光污染数据等最新发布或较少使用的数据集。另外,需要指出的是,这些数据集远不能涵盖目前所能获得并在持续增加的环境类型数据。作者希望本文的不完整总结能够为研究人员高效选择和有效利用这些和其它相似的环境数据提供参考。     

生物文化多样性研究进展

生物文化多样性包括生物多样性、文化多样性和二者之间的复杂联系,是保持自然界和人类社会健康的基础。由于其内涵丰富、涉及学科众多、研究内容广泛,在研究时把握研究对象及相应尺度尤为重要。生物多样性和文化多样性通过自然和社会的各种因素紧密连接在一起,表现为空间上的重合、共同的进化过程以及受到共同的威胁。对生物多样性和文化多样性进行共同保护是减缓生物多样性丧失和保护传统文化的有效途径。主要从生物多样性和文化多样性的关系、传统生态知识、文化景观等三大方面对相关研究进行了梳理,并指出了主要发展趋势。我国学者在生物文化多样性研究的一些领域做出了富有特色和价值的工作,但在保持我国优势和特色领域发展的同时,还需紧跟国际热点和趋势,在机制与系统分析、生物文化多样性的环境影响、生物文化多样性的保护与管理等方面加强研究。     

生物多样性起源与进化研究进展

生物多样性的起源与进化是生命科学领域最重要的科学问题之一。多组学数据的积累和相关分析技术的发展, 极大地推动了人们对生物多样性起源与进化的理解和研究, 使得阐明生物进化事件发生的过程与机制成为可能。值此《生物多样性》创刊30周年之际, 本文简要回顾生物多样性起源与进化相关研究在近年来取得的重要研究进展, 以期帮助读者了解该研究方向的发展现状。过去10年中, 生物多样性起源与进化相关研究在生命之树重建、生物多样性时空分布格局、物种概念、物种形成与适应性进化以及新性状起源与多样化等方面取得了许多重要进展, 并在此基础上厘清了许多分类单元间的系统发育关系、揭示了生物多样性分布格局的部分历史成因、提出了新的物种概念和物种形成模型、阐明了新性状和新功能发生的部分分子机制。我们认为, 更精准地重建生命之树、深入挖掘基因组数据以及多学科交叉融合将是今后生物多样性研究的主要趋势。     

濒危野生动植物种国际贸易管理亟待加强贸易物种的非致危性判断

物种保护是生物多样性保护的核心问题之一.威胁野生动植物生存的主要因素有栖息地丧失、商业开发以及野生动植物国际贸易等.通过各种贸易活动实现经济利益,是人们开发利用野生动植物的主要原动力之一.因而,对野生动植物贸易活动进行科学有效的管理,是保护生物多样性、实现可持续发展的重要基础.     

生物多样性与生态系统服务评估指标与方法

评估、模拟和预测全球生物多样性和生态系统服务的状态、趋势及其对人类福祉的影响,是当前生物多样性和生态系统服务研究领域的重要任务。指标和数据、模型和情景是推动生物多样性与生态系统服务评估研究理论建设和方法集成的重要工具。但是,目前对生物多样性和生态系统服务评估的指标体系和技术方法的综合对比研究相对缺乏。因而,系统评述了生物多样性和生态系统服务评估的概念框架、评估指标以及各类评估模型和方法的最新进展。生物多样性—生态系统功能—生态系统服务—人类福祉的级联框架是极具逻辑性的生物多样性和生态系统服务评估框架。现有的评估指标体系和模型方法还存在很多的问题和挑战,难以充分揭示生态系统服务的形成和影响机制、服务之间的联系和作用机理,有效地指导生态系统服务管理和决策制定。然而,这些评估指标和方法可为构建生物多样性与生态系统服务综合集成模型研究的框架提供重要的切入点。基于此,提出了生物多样性与生态系统服务综合集成模型研究的核心内容:i)目的:基于自然—社会综合特征的情景分析确定所解决的科学问题,输出生态系统服务管理和决策制定方案;ii)内容:尺度、生态系统服务类型、生物多样性的层次结构、组分间相互关系、驱动要素、多源数据的综合分析;iii)方法:对现有的各类模型和模型组合进行比较和不确定性分析,建立符合区域实际需求的生物多样性与生态系统服务综合制图模型库。在此基础上,建议我国应尽快发展适合中国区域特点的标准化指标体系和综合评估模型系统,定期对生物多样性和生态系统服务进行综合评估,掌握生物多样性和生态系统服务的变化趋势,提升我国在生物多样性和生态系统服务研究领域的国际地位和话语权。     

工业微生物：创新与突破专刊序言(2021)

工业微生物及其产品广泛用于工业、农业、医药等诸多领域,相关产业在国民经济中具有举足轻重的地位。高效的菌株是提高生产效率的核心,而先进发酵技术和仪器平台对充分开发菌株代谢潜能也很重要。近年来,工业微生物领域的研究取得了快速进展,人工智能、高效基因组编辑技术和合成生物学技术逐渐广泛使用,相关产业应用也在不断扩展。为进一步促进工业微生物在生物制造等领域的应用,《生物工程学报》特组织出版专刊,从微生物菌株的多样性和生理代谢、菌株改造技术、发酵过程优化和放大,高通量微液滴培养装备开发以及工业微生物应用等方面,分别阐述目前的研究进展,并展望未来的发展趋势,为促进工业微生物及生物制造等产业的发展奠定基础。     

替代指标在生物多样性快速评价中的应用

生物多样性评价工作是生物多样性保护的基础,而替代指标的应用是在环境影响评价中实现生物多样性快速评价的重要方法之一.本文介绍了生物多样性替代指标的概念,分析了不同生物类群之间广泛存在的相关性,总结了大尺度上兽类、鸟类、维管束植物物种数的经验比例(1:5:50).对目前可供使用的生物多样性替代指标进行了系统整理和分类,将其划分为生物类替代指标(包括指示类群、功能类群和珍稀濒危类群)和生境类替代指标(包括环境因子、景观格局和自然圣境).对不同指标的替代机理、有效性、使用方法和适用范围等进行了归纳,探讨了增强生物多样性替代指标应用有效性和评价精度的主要途径.研究可为保护地规划、生物多样性监测和环境影响评价等领域开展生物多样性快速评价,以及环境评价制度中生物多样性影响评价的完善提供参考.     

用模块化分子元件调控和编程生物系统

合成生物学的目标包括“通过合成来理解生命”以及用现代工程学方法设计合成复杂生物系统．其工程学目标的实现依赖于可集成、可调控、可重用、功能多样的蛋白质、RNA、DNA等基本分子元件．以分子机制为基础,合理设计与实验室进化相结合,改造和创建生物分子的相互作用特异性、调控方式、定量活性等,是实现生物系统人工调控与编程的重要策略,同时为自下而上设计合成日益复杂的人工生物系统奠定基础．