东北黑土区不同纬度农田土壤真菌分子生态网络比较

为了解东北黑土南部、中部和北部3个农田土壤真菌网络结构的异同以及物种之间的相互作用关系,本研究采用Illumina MiSeq技术对东北黑土农田3个长期肥料管理定位试验土壤真菌群落进行测序,并基于随机矩阵理论构建真菌分子生态网络.结果表明: 子囊菌、担子菌和接合菌为优势菌门,肉座菌目、腔菌目和粪壳菌目为优势菌目,但不同地区土壤中一些菌门和菌目的相对丰度存在显著差异.3个地区真菌分子生态网络结构显著不同,北部地区真菌网络更加复杂且物种之间存在更多竞争关系,南部地区真菌网络更不稳定,易受外界环境扰动.3个真菌网络仅有7个共有节点,且共有节点在各地区的连通度存在很大差异.通过亚网络的构建发现,从南到北肉座菌目网络趋于复杂,腔菌网络恰好相反.南部、中部和北部地区真菌网络的关键物种分别为毛壳菌、腔菌和青霉菌.土壤pH值和土壤全氮含量是同时影响3个真菌网络的主要土壤理化因子.     

肠道微生物群与药物相互作用的研究进展

药物的代谢是机体对药物处置过程的关键步骤,而肠道作为机体中重要的微生态系统,其在药物代谢方面的作用至关重要。肠道微生物群能够对各种药物等外源化合物进行生物转化、积累,并改变这些物质的活性和毒性,从而影响宿主机体对它们的反应。肠道微生物群与药物之间的相互作用相当复杂,亟待更多更加深入、全面的发掘和研究。近年来,随着人们对肠道微生物群代谢及其与药物互作关系,肠道菌-宿主共代谢认知的不断深化,越来越多的研究表明肠道微生物在药代动力学中扮演重要角色。本文通过调研、整理、归纳和总结国内外相关文献资料,对机体肠道微生物的分类、功能,几种常用药物对肠道微生物的影响以及肠道菌群对药物的代谢作用效果与几个主要的机制进行了梳理和综述,并讨论了微生物和药物之间的双向互作。有利于增进对微生物群影响药物疗效及其代谢途径和机制的了解,提高调控肠道微生物改善治疗的可能性,为指导临床合理用药、精准用药、个体化治疗、药物的评价和新药研发等提供科学参考。     

微生物生态研究中基于BIOLOG方法的数据分析

BIOLOG微平板法作为一种方便快速的微生物检验技术,已广泛应用于环境微生物检测,微生物生态研究等方面,发挥着越来越重要的作用。该方法可以获得关于微生物群落碳源利用能力的大量数据,反映出关于微生物活性的丰富信息。然而大量的数据也对解释和分析提出了挑战,分析了应用于BIOLOG产生数据的统计分析方法,对常用的AWCD值计算,多样性指数计算,主成分分析(PCA),聚类分析,相关、回归等方法深入探讨,阐述各自的功能、不足以及在应用中容易出现的问题。另外也对一些不常见的方法,如非参数多元分析(Non-Parametric version of MANOVA/Permutation version of MANOVA)、动力学参数分析、多元回归树、典范对应分析等也进行了讨论。通过对不同方法应用目标和原理的分析论述了各自优缺点,对微生物研究中基于BIOLOG方法数据分析的选择应用提供参考。     

基于贝叶斯网络的城市生态红线划定方法

生态红线划定是保护生态安全,协调城市建设、基本农田保护和生态保护之间矛盾的重要方法。目前,有关生态红线的划定方法多基于生态适宜性评价,忽视对土地利用变化的探究,缺少与城市建设发展相互协调,导致生态用地经常被占用,生态红线保护效果不好。在综合分析生态用地历史变化过程和生态适宜性条件的基础上,提出了基于贝叶斯网络的城市生态红线划定方法,并以鄂州市为研究区验证了模型划定的效果。划定结果表明,该方法符合鄂州市城市发展的趋势和生态用地空间分布特性,既有利于稳定且生态服务价值高的区域划入红线,又保证了生态红线空间的落地实施。与传统生态评价方法相比,贝叶斯网络模型划定方法的实效性更强,可以为城市生态红线划定方法研究提供参考和借鉴。     

分子生态网络揭示冶金微生物对能源底物的响应

通过分析不同铁硫比的能源底物驯化下冶金微生物群落的演替过程,基于分子生态网络揭示冶金微生物对能源底物的响应特征。对富铁少硫、富硫少铁条件下不同驯化批次的微生物样本进行高通量测序,分析物种组成,比较冶金微生物群落的α多样性和β多样性,并构建分子生态网络,探究驯化过程微生物之间的相互作用关系。鉴定关键物种,分析冶金微生物群落对能源底物的响应。研究发现在基于不同能源底物驯化过程中,富铁少硫群落的优势物种为嗜酸氧化亚铁硫杆菌Acidithiobacillus ferrooxidans和铁氧化嗜酸硫杆菌A.ferriphilus;而富硫少铁群落经过3个批次的驯化,氧化硫硫杆菌A. thiooxidans占比高达90%。α、β多样性分析结果表明,富硫少铁能源底物驯化过程使冶金微生物群落多样性降低,且随着驯化批次的增加群落组成发生显著变化。分子生态网络分析显示关键物种均为低丰度稀有物种,富硫少铁条件下菌种间具有更紧密的互作共生关系,群落更加稳定。通过该驯化实验,明确了不同能源底物对冶金微生物群落的影响。采用富硫少铁能源底物驯化冶金微生物,使冶金微生物群落更加稳定,有助于优势物种高效发挥铁、硫氧化功能...     

油藏微生物多样性的分子生态学研究进展

油藏微生物是一类宝贵的资源,在油层生态系统的物质循环和能量流动中发着主导作用.传统上,主要依赖纯培养技术,使得大部分油藏微生物都没能得到充分认识.分子方法克服了纯培养方法中遇到的问题,能更好地了解环境微生物群落多样性.近年来,在油藏微生物群落多样性研究中的应用进展迅速,对油藏微生物学和生态学的发展产生了重要影响.文中评述了近年来国内外在油藏微生物分子生态方面的研究进展,并对进一步的研究提出了展望.     

微生态调节剂对大负荷运动下肠道微生物群调节作用的研究进展

大负荷运动不仅会使运动系统如骨骼、骨骼肌等受到影响,还可导致消化系统出现功能障碍,包括肠道微生物群失调、微生物多样性降低、肠屏障功能损伤等问题。而益生菌、益生元等微生态调节剂则可以对肠屏障功能、肠道微生物群等起到积极的调节作用,降低大负荷运动所引起的不良影响,提高恢复能力,进而提高运动表现。这提示微生态调节剂作为营养补剂在运动营养领域中具有重要的应用前景。该文对大负荷运动影响肠道微生物群及其作用机制进行介绍,并梳理益生菌、益生元等微生态调节剂对肠道微生物群的调节作用。     

基于连续变化检测和分类算法的动态遥感生态指数构建

沿海地区经济社会高速发展,是生态环境变化的焦点区域。然而,沿海地区云雨天气频发,遥感信息获取能力受限,导致遥感生态质量指数（RSEI）评价结果受成像日期变化而波动,可比性较差。针对以上问题,研究利用连续变化检测和分类（CCDC）算法构建时间序列模型,通过合成任意时刻影像、重构遥感生态指数以及改进指数归一化方式,研发了一种动态遥感生态指数（DRSEI）,细化了RSEI在区域生态质量监测的时间尺度,并应用于沿海城市宁波生态质量时空变化监测。结果表明：（1）RSEI对时间差异较为敏感,当影像年内成像时间相差逾1个月,RSEI差异可达0.147,这种差异会对长期生态质量动态监测的稳定性和准确性造成影响。（2）基于合成影像的DRSEI平均绝对偏差为0.097,接近成像时间相差半个月的RSEI差异（0.072）,误差相对较小,一定程度上减小了真实影像时相差异引起的误差。（3）DRSEI能够表征任意时刻生态质量,通过年际（1986-2019年）和半月际（2019年）DRSEI分析揭示了宁波市生态质量总体下降趋势和时空异质性加剧过程。具体地,1986-2019年宁波市南部和西部森林区域的DRSEI持续上升,而近郊农田快速转化为建成区导致DRSEI不断下降。研究提出的DRSEI能够精确描述区域生态质量变化趋势,准确定位生态质量变化转折点,有望服务海岸带地区的生态质量定期监测与评估工作,支持沿海城市高质量发展与生态环境保护。     

基于景观生态学原理的生态网络构建方法比较与评价

构建良好的生态网络是国土空间生态修复的重要内容,对保障区域生态安全,提高景观连通性、保护生物多样性具有重要意义。基于景观生态学原理,遵循“生态源地识别-综合阻力面构建-生态网络生成”基本模式构建区域生态网络是相关研究的主流做法。但该模式内部各环节所依赖的理论基础差异较大,相应的细化思路方法多元,考虑到尺度特征和景观的空间异质性,综合评估不同方法组合下研究结果的差异对深化原理认知和有效指导实践都具有重要意义。考虑到采用景观生态学原理构建生态网络中各环节技术方法的差异性,选取生态源地识别的4种方法、综合阻力面构建的2种方法以及生态网络生成的2种方法,分别基于最小累积阻力模型和电路理论对比两个视角,通过方法组合形成相应的生态网络并进行对比分析。研究结果表明：(1)由于原理差异,各环节下不同方法的分析结果具有显著差异,主要表现在生态源地的数量、面积和空间分布;阻力面高阻力值分布状况;以及生态廊道、生态节点的数量与格局特征等方面;(2)在基于最小累积阻力模型原理的对比方案中,构建包含Harary指数、整体连通性指数、可能连通性指数、成本比、网络密度、效能鲁棒性和廊道密度7个指标的评价体系,对该方...     

基于贝叶斯网络和相互作用可信度的蛋白质功能预测方法

蛋白质功能注释是后基因组时代研究的核心内容之一,基于蛋白质相互作用网络的蛋白质功能预测方法越来越受到研究者们的关注.提出了一种基于贝叶斯网络和蛋白质相互作用可信度的蛋白质功能预测方法.该方法在功能预测过程中为待注释的蛋白质建立贝叶斯网络预测模型,并充分考虑了蛋白质相互作用的可信度问题.在构建的芽殖酵母数据集上的三重交叉验证测试表明,在功能预测过程中考虑蛋白质可信度能够有效地提高功能预测的性能.与现有一些算法相比,该方法能够给出令人满意的预测效果.     

Bt和Bar基因转化对水稻不同组织生态位微生物群落组成及潜在功能影响

【目的】转Bt基因和Bar基因植物的微生态效应是环境安全评价的重要因素,但关于Bt基因和Bar基因转化引起的水稻基因型改变对水稻不同组织生态位微生物群落组成和潜在功能的影响还无系统研究。【方法】以转Bt基因和Bar基因水稻T1C-1及其亲本对照Minghui63为研究对象,基于细菌16S rRNA基因和真菌ITS高通量测序技术,分析抽穗期T1C-1和Minghui63根际土壤微生物以及根、茎、叶内生菌的群落结构和潜在功能。【结果】细菌和真菌群落多样性在水稻不同组织生态位之间发生显著变化,地下部分组织生态位(根际土壤和根系)微生物多样性显著高于地上部分(叶和茎)。T1C-1显著影响叶片内生真菌的香农指数和辛普森指数,而对茎和根的内生菌以及根际土壤微生物多样性无显著影响。叶片内生真菌曲霉菌属(Aspergillus)和篮状菌属(Talaromyces)相对丰度在T1C-1显著增加,推测其参与碳素代谢、能量代谢和转录作用酶合成等过程。T1C-1和Minghui63微生物群落关联网络分析表明,T1C-1的平均聚类系数和平均度显著高于Minghui63,因而T1C-1提高了相关微生物群落网络复杂程度。通过重建未观测状态对群落进行系统发育研究(phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states, PICRUSt2),对叶片内生真菌功能酶基因进行功能预测,相对于Minghui63,T1C-1显著改变了碳素代谢、脂类代谢和能量代谢等途径。【结论】相较于根际土壤,叶片内生真菌的群落组成和潜在功能对T1C-1更敏感。尽管如此,T1C-1并未导致叶片内生真菌的多样性指数降低。为了更准确地评估转基因植物的微生态效应,我们需要加强对不同组织生态位内生菌多样性的关注。     

极端干旱对温带荒漠土壤真菌群落和生态网络的影响

评估极端干旱对温带荒漠土壤真菌群落的影响有助于进一步认识干旱导致的区域荒漠化特征。本研究利用在古尔班通古特沙漠建立的干旱三年和干旱十年样地, 分析了长期极端干旱对温带荒漠土壤真菌群落和生态网络的影响。结果显示, 干旱三年与干旱十年处理对总真菌和丰富真菌的Chao1和Shannon多样性指数均无显著性影响, 而对稀有真菌的Shannon多样性指数有显著促进作用; 干旱三年和干旱十年处理显著影响总真菌、丰富和稀有真菌的群落组成, 且极端干旱对稀有真菌群落变异的影响(ANOSIM, R = 0.378-0.595, P < 0.01)大于对丰富真菌的影响(ANOSIM, R = 0.282-0.555, P < 0.01), 表明丰富真菌具有更强的干旱抵抗力; 另外, 极端干旱显著降低了总真菌、丰富和稀有真菌的β多样性, 表明极端干旱具有生态过滤作用。分子生态网络结果显示, 干旱三年与干旱十年处理降低了荒漠土壤真菌群落网络复杂性, 表明极端干旱减弱了真菌物种间的相互作用; 相比稀有真菌, 丰富真菌具有更高的节点拓扑参数(P < 0.05), 表明丰富真菌对维持极端干旱下的真菌物种间相互作用的重要性。综上所述, 极端干旱显著改变了荒漠表层土壤真菌群落组成, 减弱了真菌物种间的相互作用; 稀有真菌敏感响应极端干旱, 有利于减缓荒漠土壤真菌群落响应的滞后性; 丰富真菌作为网络的核心菌群, 对维持极端干旱下的真菌群落稳定性以及物种间的相互作用很关键。     

基于MSPA与最小路径方法的巴中西部新城生态网络构建

目前快速城市化导致了生境斑块的日益破碎化,景观之间的连通性不断降低。构建生态网络可以连接破碎的生境斑块,增加绿地景观的连通性,对生物多样性保护具有重要意义。以高度景观破碎化的四川省巴中西部新城为研究区,采用形态学空间格局分析(MSPA)方法,提取出对研究区生态网络构建具有重要生态意义的核心区和桥接区两类景观要素,并选用整体连通性(IIC)、可能连通性(PC)和斑块重要性(d I)等景观指数,分别对核心区和桥接区进行景观连接度评价,遴选出对维持景观连通性贡献最大的10个核心区生境斑块作为生态网络的源地,并根据斑块对维持景观连通的重要性程度将其他核心区和桥接区进行类型划分,以此作为景观阻力的赋值依据,融入消费面模型中,最后采用最小路径方法构建了研究区潜在的生态网络,并基于重力模型对重要生态廊道进行了识别与提取,在此基础上有针对性地提出了生态网络优化的对策。研究结果表明,MSPA方法能够科学的辨识出研究区内对生态保护具有重要意义的结构性要素,例如作为物种栖息地的核心区和物种迁移通道的桥接区,这些要素是生态网络的重要组成部分;景观连通性的计算,明确了研究区景观要素的保护重点,为最小路径方法中的景观阻力赋值提供了重要的参考信息;基于MSPA与最小路径方法的生态网络分析框架综合了现有景观结构性要素识别、连通性分析以及物种潜在迁移路径分析等方法,将景观中潜在的生态源地和结构性廊道的连通性作为构建生态网络的重要基础和主要依据,从而使得生态网络的构建更科学。研究结果可为高度破碎化地区生态网络的构建提供重要的参考与依据,对其他地区生态网络的构建也具有一定的借鉴意义。     

景观生态分类的理论方法

重点讨论了景观生态分类的基本原理,认为景观生态分类宜采用结构性与功能性双系列体系,提出景观生态系统的基本功能类型,即生物生产、环境服务及文化支持3种.试图对正在发展的景观生态学尤其是景观生态分类的理论和应用产生一些积极影响.     

基于GIS、景观格局和网络分析法的厦门本岛生态网络规划

 以厦门本岛2000年Landsat-TM卫星影像解译的土地利用现状图、绿地系统现状图与规划图为基础资料,在地理信息系统（GIS）支持下,运用景观格局分析方法,选用多种景观指数,评价了厦门本岛绿地系统的现状与已有规划。在此基础上,应用网络分析法构建了旨在优化生态网络的不同新方案。通过α指数、β指数、γ指数等网络结构指数,进行不同方案的比较,从中选出最优的规划方案。将选出的生态网络E的廊道宽度设为50 m,叠加到厦门市绿地系统规划图上,并应用景观指数,定量评价了该优化方案对厦门本岛绿地系统的改善情况。其结果表明：该优化方案能使景观的破碎化程度得到改善,绿地斑块形状的复杂性程度进一步增加,景观连接度得到提高,说明优化方案生态网络E可进一步明显改善厦门本岛现有绿地系统的数量和质量。我们的研究结果也表明：应用景观指数和网络分析法相结合的方法,不仅可以定量评价城市绿地系统现状以及规划的合理性,而且可以优化城市生态网络的方案,使其更符合城市生态网络建设的整合性、和谐性、流通性、安全性、多样性和持续性原则。     

基于分子生态学网络探究西藏草地放牧对土壤微生物群落的影响

【目的】揭示西藏地区放牧对在功能基因层面上的微生物相互作用的影响。【方法】利用最近发明的网络工具(基于随机矩阵理论的分子生态学网络)分别在对照和放牧条件下分析基因芯片中碳循环和氮循环基因。【结果】碳和氮循环基因网络在对照和放牧条件下都具有无标度、小世界、模块性和层次性的拓扑学特征。放牧条件下的网络关键基因(模块枢纽和连通者)与对照显著不同。放牧导致网络变得小而紧密,暗示环境压力的存在。地上植物生物量与微生物基因网络显著相关(P=0.001),证实了研究样地地上植物与地下微生物紧密相连。【结论】放牧显著改变了西藏草地在功能基因层面上的微生物相互作用关系。     

拟南芥与叶际微生物组的互作遗传机制——基于网络作图理论

叶际微生物组对植物的生长发育至关重要,但植物与其定殖微生物组相互作用机制尚不明确。目前植物与微生物互作研究多集中于根际微生物组,对叶际微生物组的研究较少,且这些研究未能从微生物互作的角度探究植物与微生物的相互作用机理。基于网络作图理论,将拟南芥基因组SNP （Single Nucleotide Polymorphisms）分子标记数据与微生物组网络特征值相关联,挖掘影响叶际微生物组网络结构的枢纽基因,以探究拟南芥塑造叶际微生物组网络结构的遗传机制。通过对188株拟南芥及其叶际微生物组数据的分析,识别出四种关系下的中心节点微生物,筛选到622个显著SNP位点。进一步构建了贝叶斯遗传网络,获得26个枢纽基因,这些基因可能参与了植物抗病、激素分泌和生长发育相关的分子途径。本研究从全基因组角度探究植物调控自身微生物组的遗传机制,揭示植物与微生物组如何互作促进植物健康,将为精准分子育种提供理论基础和遗传资源,并为合成菌群用于创制新型菌剂提供数据支持,具有重要的科学意义和应用价值。     

基于陆海统筹的海岸带城市群生态网络构建方法及应用研究

海岸带地区地处海陆交互作用频繁地带,快速城市化作用下该区域陆海生态斑块破碎化问题突出。以"闽三角"城市群(厦门市-漳州市-泉州市)为例,提取生境敏感区、重要生态功能区及自然保护区等生态斑块的空间信息,以陆域的土地利用类型及海域的海洋功能区划构建阻力面,采用最小费用路径法,构建闽三角地区陆海一体化的生态网络,并通过网络闭合度(α指数)、线点率(β指数)和网络连接度(γ指数)评价其生态网络完善度。结果表明:(1)模拟构建的陆海一体化生态网络中连接重要生态斑块的廊道和节点主要分布于陆域的林地、草地和海域的保护区、保留区及特殊利用区等自然属性较高的区域,而人类活动密集的建设用地、港口区等则对生态廊道有较强的阻隔作用;(2)陆海交互作用的海岸带是沿海城市发展的重点区域,同时也是连接陆、海生态斑块的关键生态区域,连接陆海的生态廊道承受着城市快速发展带来的较大压力;(3)生态网络完善度评价结果(α=0.86,β=2.56,γ=0.91)表明构建的闽三角生态网络目前整体状态正常,但需关注海岸带快速城市化及其他高强度人类活动胁迫下的网络状态演变和预警。以陆海生态网络为基础,统筹闽三角城市群陆域和海域的整体生态安全布局,为海岸带城市群快速城市化过程中的陆海统筹、生态管理提供了新的思路和支撑。     

基于未来情景模拟的安徽省潜山市生态网络构建与优化

城市快速发展对多山型城市景观格局产生不利影响,探究山区生态网络时空演变,对实现区域生态安全极具现实意义。以潜山市为例,基于2012、2020年土地利用数据,以PLUS模型模拟2036年用地情况,并分别构建2020和2036年生态网络,进而分析其时空演变特征,探讨生态网络的优化路径。结果表明：2020—2036年,潜山市各类用地规模变化较小,建设用地以已建区为中心,呈点状和块状向四周扩张,生态空间不断被挤压、蚕食。潜山市生态网络整体复杂程度和连通性提高;生态源地数量和面积增加,空间上向西南、东北方向扩张;生态廊道总体密度和数量上升,但东西向仍缺乏生态廊道连接,亟须改善。可通过保护修复源地、优化培育廊道、分区管控三大措施提升生态网络稳定性。     

除臭微生物分离和筛选方法的改进与应用

为减轻大量的禽畜废弃物对环境的污染和促进其有机肥转化的进程,在以往大量研究的基础上,改进了分离和筛选除臭微生物的方法。应用该简便方法,快速地从环境中分离和筛选出除臭微生物F468,能够降低新鲜鸡粪氨气和硫化氢释放量分别在67%和56%以上,降低风干鸡粪氨气和硫化氢释放量分别在90%和52%以上。通过形态学方法鉴定,F468初步被鉴定为绿色木霉。