基于稳定氧同位素确定植物水分来源不同方法的比较

利用稳定同位素技术确定植物水分来源,对提高生态水文过程的认识和对干旱半干旱区的生态管理至关重要。目前基于稳定同位素技术确定植物水分来源的方法众多,但不同方法之间对比的研究较少。本研究基于原位样品采集,室内实验测试,利用直接对比法、多元线性混合模型(IsoSource)、贝叶斯混合模型(MixSIR、MixSIAR)和吸水深度模型分析植物水分来源,并对比各方法的优缺点。结果表明:相对于多元线性混合模型(IsoSource)而言,贝叶斯混合模型(MixSIR、MixSIAR)具有更好的水源区分性能,但对数据要求较高,且植物木质部水和潜在水源同位素组成的标准差越小,模型运行结果的可信度更高。本研究中贝叶斯混合模型(MixSIR)为最优解。在利用稳定氢氧同位素技术确定植物水分来源时,可先通过直接对比法定性判断植物可能利用的潜在水源,然后再用多元线性混合模型(IsoSource)、贝叶斯混合模型(MixSIR、MixSIAR)计算出各潜在水源对植物的贡献率和贡献范围,必要时可评估模型性能,选择出最优模型,定量分析植物的水分来源。若植物主要吸收利用不同土层深度的土壤水,可结合吸水深度模型计算出植物吸收土壤水的平均深度。本研究为干旱半干旱地区利用同位素技术确定植物水分来源方法的选择提供了理论依据。     

新疆准噶尔盆地不同径级梭梭和白梭梭的水分来源

在干旱区,水是植物生长发育的主要限制性因子。运用稳定氧同位素技术探究了准东地区生长在相邻地段不同径级的梭梭(Haloxylon ammodendron)和白梭梭(Haloxylon persicum)的水分来源。通过测定不同径级梭梭和白梭梭的小枝木质部水、不同土层的土壤水以及地下水的δ~(18)O同位素值,运用MixSIAR模型、平均吸水深度模型和直观图法分析不同径级梭梭和白梭梭对各潜在水源的利用比例和主要吸水层位。结果表明:生长在丘间低地的四个径级梭梭主要水源是土壤水,随着径级的增长,梭梭水分利用方式更加灵活,趋向于利用稍浅层的土壤水。生长在沙丘顶部的四个径级白梭梭主要水源是土壤水,随着径级的增长,白梭梭更趋向于利用深层土壤水。梭梭和白梭梭通过不同的水分利用策略合理的利用干旱区有限的水源。     

基于δD和δ18O的青海湖流域芨芨草水分利用来源变化研究

水分条件是限制干旱半干旱地区植物生长重要的生态因子,为了揭示青海湖流域典型生态系统下芨芨草植物的水分利用来源及其如何响应水分条件的变化,选择了自然和干旱控制条件下芨芨草植物,通过测定芨芨草植物茎水和各潜在水源(土壤水、地下水及降水)中δD、δ~(18)O组成,并利用直接比较分析法和多源混合模型计算芨芨草植物对土壤水的利用比例。研究结果表明:表层土壤水分和土壤水中δD、δ~(18)O值表征出较大波动范围,其直接受降水和蒸发作用影响,土壤蒸发线的斜率和截距明显小于大气水线斜率和截距,表明土壤水中同位素组成经历了强烈的蒸发分馏过程,而芨芨草茎水中δD、δ~(18)O值都集中分布土壤水蒸发线附近,说明芨芨草根系主要利用不同深度的土壤水。自然条件下芨芨草在生长季初期(6月)利用表层土壤水(0—10cm,45.1%),8—9月份大降水事件影响土壤含水量和同位素组成,降水入渗深度较深且芨芨草根系对土壤水分吸收的比例相差不大,表明根系在土壤含水量较高时均能吸水不同深度土壤水。在干旱控制条件下芨芨草在7月初主要利用表层土壤水(0-30cm),随着表层土壤水分的减少,根系吸收深度转向较深土壤层,而灌溉后表层土壤水分明显增加,其吸收深度又转向表层,表明芨芨草根系吸收深度能敏感地响应土壤水分的变化。另外还发现芨芨草在生长季内并未直接利用地下水。     

准噶尔盆地东南缘多枝柽柳、白刺和红砂水分来源的异同

荒漠生态系统中, 水是植物生长最主要的限制因子。为了比较同一生境下不同荒漠植物的水分来源特征, 选取了同一生境下的多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、白刺(Nitraria sibirica)和红砂(Reaumuria soongorica), 测定了这3种植物茎水和各潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢、氧稳定同位素比率(δD和δ¹⁸O)值, 并利用IsoSource软件计算了3种植物对潜在水源的利用比例。结果表明: 红砂和白刺的茎水δD和δ¹⁸O值及其水分来源有明显的季节波动特征。其中, 红砂为浅根系植物, 春季(3-5月)以表层土壤水为主要水源, 夏秋季节(6-10月)表层土壤含水量显著降低, 其主要的水分来源逐渐偏向于较深层的土壤水; 白刺的根系分布范围介于红砂和多枝柽柳之间, 在春季能够较多地利用表层土壤水, 而到了夏秋季节, 所利用的水分更多地来源于深层土壤水或地下水; 多枝柽柳为深根系植物, 其90%以上的水分来源于深层土壤水和地下水, 而且茎水δD和δ¹⁸O值及其水分来源没有季节波动特征。3种植物水分来源特征的差异与其水分利用策略密切相关, 同时, 也说明荒漠灌木可以通过自身调节向着最优(最有利)表现型发展, 从而最大限度地获取水分。     

基于贝叶斯模型MixSIAR的不同水同位素输入方法对苹果园吸水特征分析结果的影响

准确量化浅、中、深3层土壤水源对植物根系吸水的贡献是明确植物水分利用策略的前提。为探究同位素混合模型MixSIAR中不同水同位素输入方法对预估植物水分来源的影响,该研究于2019年5–9月在陕西长武塬区对7年和18年苹果园共进行5次土壤和植物木质部取样,测定对应样品水同位素比值(δ²H、δ¹⁸O)和土壤含水量,并分别利用基于单同位素(²H、¹⁸O)、双同位素(²H&¹⁸O)和经木质部氢同位素校正后双同位素(²H(+8.1)&¹⁸O)输入的MixSIAR模型计算了根区不同土层(0–0.4、0.4–2、>2 m根系深度)土壤水对苹果(Malus pumila)树根系吸水的贡献率。结果表明:与²H单同位素方法相比,利用¹⁸O单同位素方法得到的2 m以下深层土壤水的贡献率更低,而表层(0–0.4 m)土壤水的贡献率更高,且更接近于²H...     

内蒙古荒漠草原植物水分利用特征差异及对环境因子的响应

水分是干旱半干旱地区植被生长的主要限制因子,水分利用是反映植被对环境变化响应的关键生态水文过程。目前缺少对干旱半干旱区草原不同科、属植物水分利用特征差异的系统分析,且植物水分利用特征与环境因子的定量关系需要进一步研究。在内蒙古荒漠草原进行样带调查,采集7个样地0—100 cm深度土壤样品和15种植物根茎结合部(茎秆)、叶片样品,测定土壤水、植物水中δ²H和δ¹⁸O和植物叶片δ¹³C的同位素,利用MixSIAR模型确定不同科、属植物水分来源比例,分析不同科、属植物水分利用来源和水分利用效率的差异,并建立植物水分来源比例及水分利用效率与各环境因子的定量关系。结果表明：(1)禾本科和菊科植物主要利用0—30 cm深度土壤水(55.63%和51.84%),其叶片δ¹³C(-26.61‰和-27.91‰)均低于其他科(包括柽柳科、藜科和蔷薇科)(-26.36‰),且其他科主要利用60—100 cm深度土壤水(36.83%),水分利用策略更有利于在干旱条件下生存。(2)针茅属植物对0—30 cm深度土壤水的利用...     

科尔沁沙地南缘主要固沙植物旱季水分来源

探讨固沙植物水分来源以及物种间水分利用关系对揭示植物共存机理和固沙植被稳定机制具有重要意义.本研究选取科尔沁沙地南缘两种典型生境(固定沙丘和丘间低地)共12种固沙植物,通过测定植物水、同期降水、地下水和土壤水的稳定同位素比率(δD和δ¹⁸O),利用IsoSource模型计算植物对不同深度土壤水的利用比例,初步阐明半干旱沙区主要固沙植物旱季水分来源以及物种间的水分利用关系.结果表明:两种生境中不同生活型固沙植物水δD和δ¹⁸O差异显著,但丘间低地乔木和灌木差异不显著.在丘间低地从乔木到草本水分来源逐渐变浅,乔木和灌木主要利用50～150 cm或30～50 cm土壤水,半灌木主要利用10～30 cm土壤水,草本主要利用0～10 cm土壤水;固定沙丘灌木主要利用0～30 cm土壤水,半灌木则主要利用50 cm附近土壤水.表明旱季固定沙丘植物比丘间低地植物更依赖0～50 cm土壤水.固沙植物水分来源与植物生活型、根系分布范围有关,其中根系分布范围影响可能更大.     

降雨对高寒沙地不同林龄中间锦鸡儿水分利用特征的影响

为明确不同林龄中间锦鸡儿水分来源对降雨的响应,利用稳定同位素技术测定青海共和盆地不同林龄的中间锦鸡儿(4a、9 a、17 a和31 a)在降雨前后土壤水、木质部水、地下水和雨水的δ2H、δ18O组成,运用Iso-Source模型计算植物对各潜在水源的利用比例.结果 表明:各林龄中间锦鸡儿的浅层(0～40 cm)土壤水δ...     

新疆艾比湖湿地自然保护区荒漠优势种体内的水分来源

植物体内各水分来源的比例反映植物的适应特征,在水分作为限制因子的荒漠区,其更是物种间生态位分化、荒漠多样性维持的重要机理之一。通过检测艾比湖湿地自然保护区内4个生境(荒漠、河岸林、盐沼地和沙丘)的8科14种优势种的木质部,以及当地河水、地下水、4层不同深度(0—40,40—70,70—100 cm和100—150 cm)土壤水的稳定氧同位素值(δ~(18)O),估算各物种和各科植物体内各种水分来源的比例,随后依据根系的空间位置再将14种植物分成13个中深根系和1个浅根系物种,进一步利用δ~(18)O值分析深浅根系植物间的水分差别,以及各水源间的补给关系。结果表明:(1)艾比湖湿地自然保护区内,不同物种体内水分来源存在差别。将所有优势物种按科属归类后,类似物种水平,不同科属植物体内的水分来源也存在差别;(2)地下水是大部分植物的主要补给水源,多数植物很少利用0—40 cm表层土壤水;(3)深浅根系植物的水分来源不同,深根系植物主要利用地下水和河水,而浅根系植物主要利用土壤水;(4)艾比湖湿地自然保护区内,地下水补给河水,随后两者共同从土壤深层至浅层依次补给土壤水。综上可知:干旱荒漠内,水源可利用性的多样化,导致不同区域植物体内各水分来源的比例存在差别。在离河岸距离、地下水位高低、土壤表层盐渍化程度等因素的综合影响下,多年生和盐渍环境生长的植物,趋向于吸收地下水、河水和深层土壤水,相反,一年生或短命植物趋向于利用其能触及到的各种水源。     

不同降水条件下科尔沁沙地小叶锦鸡儿和盐蒿的水分利用动态

植物水分来源的判定是干旱半干旱区土壤-植物水分关系研究的重要方面,有助于理解沙地植物对干旱环境的适应机制。该文研究了不同降水条件下科尔沁沙地典型灌木小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和盐蒿(Artemisia halodendron)的水分利用过程。试验采用增减雨装置模拟自然降水方法,设置增雨(+50%)、对照和减雨(–50%)3个处理,利用稳定性同位素技术测量了两种植物木质部水、降水、0–120 cm不同土层土壤水的稳定氢同位素比率(δD)和稳定氧同位素比率(δ~(18)O)值,最后利用Iso Source模型计算了两种灌木对潜在水源的利用比例。结果表明:1)增减雨处理主要影响表层(0–30 cm)土壤水分,增雨处理显著提高了两种灌木地上和地下生物量,且δ~(18)O值随土壤深度增加而降低;而减雨处理δ~(18)O值随土壤深度增加而降低的趋势更加明显;2)在增雨处理下,盐蒿增加了对浅层0–40 cm土壤水的利用比例,而小叶锦鸡儿对各土层水分的利用程度较为平均;在减雨处理下,由于表层土壤含水量较低,两种植物均提高了对深层土壤水的利用比例,其中盐蒿主要用水层次为60–80 cm,而小叶锦鸡儿为60–120 cm;3)就不同降水季节而言,湿季(5–6月)由于降水迅速补给浅层土壤水分,两种植物主要利用0–60 cm的土壤水;旱季(9月)由于降水偏少,小叶锦鸡儿对浅层水分利用急剧减少,转而利用更深层次的土壤水分;而盐蒿对各层次水分利用程度较为均匀。由此可见,同小叶锦鸡儿相比,盐蒿具有更强的抗旱能力及适应性。     

物种分布模型在海洋潜在生境预测的应用研究进展

海洋生物的栖息分布与环境要素的关联性一直是海洋生态学研究的热点之一.近年来,物种分布模型被广泛应用于预测海洋物种分布、潜在适宜性生境评价等研究,为保护海洋生物多样性、防治外来物种入侵及制定渔业管理措施等提供了一条有效途径.物种分布模型主要包括生境适宜性指数模型、机理模型和统计模型.本文对物种分布模型的理论基础进行了归纳和总结,回顾了物种分布模型在预测海洋物种潜在地理分布研究中的开发与应用,重点介绍了不同类型统计模型在海洋物种潜在分布预测中的研究实例.比较各种选取变量和模型验证方法,认为赤池信息准则对于选取模型变量具有优势,Kappa系数和受试者操作特征曲线下面积在验证模型精度中应用最广泛.阐述了物种分布模型存在的问题及未来发展趋势,随着海洋生物生理机制研究的进一步深入,机理模型将是今后物种分布模型发展的重点.     

中国北方5种栎属树木多度分布及其对未来气候变化的响应

植物分布与气候之间的关系是预估未来气候变化对生态系统影响的实现基础。以往的物种分布模型通常以物种的分布区或者分布点的物种存在数据作为物种分布的响应变量。相较于物种存在数据, 多度反映了一个物种占用资源并把资源分配给个体的能力, 更能衡量物种对区域生态系统的影响。该研究通过野外调查获取了华北及周边地区1 045个样方的栎属树木多度, 利用广义线性模型、广义加性模型和随机森林模型模拟栓皮栎(Quercus variabilis)、麻栎(Q. acutissima)、槲栎(Q. aliena)、锐齿槲栎(Q. aliena var. acuteserrata)和蒙古栎(Q. mongolica) 5个树种多度的地理分布及未来2个不同时期(2050年和2070年)的潜在分布。结果表明: 随机森林模型对5个栎属树种的多度的拟合结果要优于广义线性模型和广义加性模型; 典型浓度路径(RCP) 8.5下的5个栎属树种在未来两个时期的多度变化幅度都要大于RCP 2.6下的变化, 在超过一半面积的区域中麻栎、槲栎、锐齿槲栎和蒙古栎的多度减少, 其中内蒙古东北部和黑龙江北部地区是5种栎属植物多度减少的集中分布地区。未来气候变化背景下, 需要加强对这几个区域的监测与物种保护。     

On the mechanistic underpinning of discrete-time population models with complex dynamics

We present a mechanistic underpinning for various discrete-time population models that can produce limit cycles and chaotic dynamics. Specific examples include the discrete-time logistic model and the Hassell model, which for a long time eluded convincing mechanistic interpretations, and also the Ricker- and Beverton-Holt models. We first formulate a continuous-time resource consumption model for the dynamics within a year, and from that we derive a discrete-time model for the between-year dynamics. Without influx of resources from the outside into the system, the resulting between-year dynamics is always overcompensating and hence may produce complex dynamics as well as extinction in finite time. We recover a connection between various standard types of continuous-time models for the resource dynamics within a year on the one hand and various standard types of discrete-time models for the population dynamics between years on the other. The model readily generalizes to several resource and consumer species as well as to more than two trophic levels for the within-year dynamics.     

On the mechanistic underpinning of discrete-time population models with Allee effect

The Allee effect means reduction in individual fitness at low population densities. There are many discrete-time population models with an Allee effect in the literature, but most of them are phenomenological. Recently, Geritz and Kisdi [2004. On the mechanistic underpinning of discrete-time population models with complex dynamics. J. Theor. Biol. 228, 261-269] presented a mechanistic underpinning of various discrete-time population models without an Allee effect. Their work was based on a continuous-time resource-consumer model for the dynamics within a year, from which they derived a discrete-time model for the between-year dynamics. In this article, we obtain the Allee effect by adding different mate finding mechanisms to the within-year dynamics. Further, by adding cannibalism we obtain a higher variety of models. We thus present a generator of relatively realistic, discrete-time Allee effect models that also covers some currently used phenomenological models driven more by mathematical convenience.     

Numerical model (switchable/dual model) of the human head for rigid body and finite elements applications

In this paper, a methodology for the development and validation of a numerical model of the human head using generic procedures is presented. All steps required, starting with the model generation, model validation and applications will be discussed. The proposed model may be considered as a dual one due to its capabilities to switch from deformable to a rigid body according to the application's requirements. The first step is to generate the numerical model of the human head using geometry files or medical images. The required stiffness and damping for the elastic connection used for the rigid body model are identified by performing a natural frequency analysis. The presented applications for model validation are related to impact analysis. The first case is related to Nahum's (Nahum and Smith 1970) experiments pressure data being evaluated and a pressure map generated using the results from discrete elements. For the second case, the relative displacement between the brain and the skull is evaluated according to Hardy's (Hardy WH, Foster CD, Mason, MJ, Yang KH, King A, Tashman S. 2001.Investigation of head injury mechanisms using neutral density technology and high-speed biplanar X-ray. Stapp Car Crash J. 45:337–368, SAE Paper 2001-22-0016) experiments. The main objective is to validate the rigid model as a quick and versatile tool for acquiring the input data for specific brain analyses.     

工业微生物代谢网络模型的研究进展及应用

基因组规模代谢网络(Genome-scale metabolic network model,GSMM)是工业微生物菌株定向改造过程中一种极为重要的指导性工具,有助于研究者快速获取特定性状的工业微生物,因此越来越受到人们的关注。文中回顾了GSMM的发展历程,总结并评述了GSMM的构建方法,以4种重要工业微生物(枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis、大肠杆菌Escherichia coli、谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum和酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae)为例,阐述了GSMM在工业微生物中的发展与应用。此外,还对GSMM未来的发展趋势进行了展望。     

Tests of the heterosis model

Summary An alternative to the classical model of self-incompatibility indicates that genetic control of self-incompatibility could involve more than one locus and function through passive failure of incompatible pollen tubes rather than through their active inhibition. Both aspects of the alternative model have been tested and, in each case, the data support the classical single-locus oppositional interpretation rather than the alternative. On the basis of these data, and others now available, we conclude that, in the Solanaceae, and presumably also in some others, self-incompatibility is better explained by the classical interpretation. Several points, however, remain to be resolved.     

疾病自然史的随机模型

1前言疾病自然史是指疾病的临床发展过程以及转归〔1〕．有些疾病如早期糖尿病,早期青光眼,肿瘤的临床前状态,往往自觉无症状,一旦自己感觉有症状或临床发现,此时已属于中、晚期,难以取得较好的治疗效果,特别是肿瘤,已经发生了转移．为此,必须早期发现、早期治疗．因此自然史研究有着重要意义．在肿瘤的预防中,它决定着二级预防,筛查方案的优化以及筛查效果的评价．国内外许多文献报道了宫颈癌、乳腺癌、AIDS等自然史的研究成果．在疾病自然史研究中,一般是将疾病分为几个阶段或几个状态,对肿瘤的研究一般是将癌前状态分为几…     

A critical assessment of comparative molecular modeling of tertiary structures of proteins*

In spite of the tremendous increase in the rate at which protein structures are being determined, there is still an enormous gap between the numbers of known DNA-derived sequences and the numbers of three-dimensional structures. In order to shed light on the biological functions of the molecules, researchers often resort to comparative molecular modeling. Earlier work has shown that when the sequence alignment is in error, then the comparative model is guaranteed to be wrong. In addition, loops, the sites of insertions and deletions in families of homologous proteins, are exceedingly difficult to model. Thus, many of the current problems in comparative molecular modeling are minor versions of the global protein folding problem. In order to assess objectively the current state of comparative molecular modeling, 13 groups submitted blind predictions of seven different proteins of undisclosed tertiary structure. This assessment shows that where sequence identity between the target and the template structure is high (> 70%), comparative molecular modeling is highly successful. On the other hand, automated modeling techniques and sophisticated energy minimization methods fail to improve upon the starting structures when the sequence identity is low (～30%). Based on these results it appears that insertions and deletions are still major problems. Successfully deducing the correct sequence alignment when the local similarity is low is still difficult. We suggest some minimal testing of submitted coordinates that should be required of authors before papers on comparative molecular modeling are accepted for publication in journals. © 1995 Wiley-Liss, Inc.     

植被冠层尺度生理生态模型的研究进展

随着人们对植物生命活动各个过程研究的不断深入,以植物生理过程、物理过程为基础的各种生理生态学模型逐渐发展起来,而植被冠层尺度生理生态学过程模型已成为生态系统模型的核心之一。目前植被冠层尺度的大叶模型、多层模型、二叶模型以其成熟的理论基础及对植被冠层的光合作用、蒸腾作用较为成功的模拟,得到了广泛的应用。3个模型都以光合作用-气孔导度-蒸腾作用耦合模型为基础,但又具有各自的特点。本文对3种模型的结构及特点进行了总结,并对其进行了比较,简要介绍了目前植被冠层尺度生理生态学模型的应用及存在的问题和发展状况。