植物群落稀有种维持机制与土壤反馈的研究进展

自Janzen-Connell (J-C)假说提出后半个世纪以来, 生态学家在热带及亚热带森林对该假说开展的大量实证研究表明, 由专性天敌导致的J-C效应所引起的负密度制约是维持森林多样性和决定群落组成的重要驱动力, 该假说成功地解释了热带及亚热带森林的丰富多样性。土壤病原真菌所引起的植物-土壤负反馈是J-C效应最主要的表现形式。然而, 对于植物-土壤负反馈是否能够维持森林群落中的大量稀有种仍然存在许多争议。基于当代物种共存理论的“稀有种优势”假说认为, 只有在满足“可入侵准则” (即物种在稀有时具有种群增加的趋势)的前提下, 稀有种才能在群落中与其他物种长期共存。然而, 当前基于土壤反馈的实验结果与该理论预测相悖, 因此在稀有种的维持机制方面仍存在较大的分歧。本文通过介绍植物-土壤反馈理论, 整合了可能对稀有种维持有较大影响的因素, 包括共生菌根真菌、土壤养分以及植物细根性状等在影响土壤负反馈方面的相关研究, 并对这些因素如何影响群落中物种多度和稀有种在群落中的维持进行了探讨。最后, 我们也从其他角度探讨了一些对稀有种维持的研究。我们认为在未来对稀有种的研究中, 探讨使其长期存续的“优势”和制约其种群扩大的“限制”同等重要, 将当代物种共存理论与新技术、新方法相结合对于探究稀有种的维持机制具有重要的意义, 可为稀有种保护提供理论依据。     

中国植物细根碳、氮、磷化学计量学的空间变化及其影响因子

为了研究中国陆地植物细根碳(C)、氮(N)、磷(P)的空间变化模式, 揭示细根在“温度-植物生理假说”及“生长速率假说”等方面的规律, 该文收集已发表的有关中国陆地植物细根研究的文献, 从中提取细根C、N、P元素含量及其相关数据, 分析了细根C、N、P含量及其比例与经纬度之间的关系。结果表明: 细根N、P元素含量均随纬度增加而增加, P含量随经度增加而降低, N:P随经度增加而增加。细根N、P含量与年平均气温、年降水量均呈负相关关系, 与土壤养分呈正相关关系。在土壤养分、温度、降水量3个非生物因素中, 土壤养分对细根N、P含量的影响最大。该文中细根和粗根的C:P、N:P差异变化不完全支持“生长速率假说”。根系和叶片一样, N、P含量与纬度呈正相关关系, 支持“温度-植物生理假说”, 反映了植物对自然环境的适应策略。     

本科遗传学教学中的遗传漂变概念探讨

遗传漂变是遗传学教学的难点之一,因其涉及随机性和概率,特别容易引起误解。定义中的“抽样误差”常被误解为遗传漂变是由于“抽样”这一研究方法干扰才导致基因频率的随机变化。本文首先对国内外《遗传学》教材中的遗传漂变定义进行了分析比较,发现“抽样误差”的定义为各教材普遍采用,但只有少数教材对“抽样误差”概念进行了正确的解释,多数未作进一步的说明。文章介绍了遗传漂变的研究历史,亦即Wright、 Fisher和Kimura等学者对遗传漂变研究的贡献。进而,特别介绍了近年来国外关于本科生遗传漂变教学的两篇代表性教学研究论文,指出本科生在学习过程中容易出现错误理解是难以避免的现象,对此也提供了初步的解决办法。作者最后结合自己的教学实践,提出本科生教学中遗传漂变仍然采用含有“抽样误差”概念的定义,只是需要对“抽样误差”做进一步的解释,指出“抽样误差”是等位基因世代传递过程中存在的、配子间的随机结合,“相当于”对整个参与交配的配子库中的配子进行的一次“随机抽样”,而与一般遗传学研究中的人为抽样行为无关。本文旨在为本科遗传学教学中关于遗传源变概念的讲解提供借鉴和参考。     

“地衣”词考

本文考证了中国先秦时期到清末古籍中对“地衣”的解释;其中有共生学意义的“地衣”一词,是在清代李善兰的《植物学》一书中被提出的。     

论我国国家植物园体系建设: 以任务带学科构建国家植物园迁地保护综合体系

植物园诞生的原初是“皇家”或“国家”意志的产物, 植物园的概念从公元前2,800年我国的“神农本草园”起源, 至今已历经沧桑巨变, 而西方文艺复兴后演替出了现代植物园。科研、保护、教育与示范四大功能始终是植物园的主线。植物园作为专门从事野生植物收集、科学研究、引种驯化和保护利用的专业研究机构, 始终肩负着国家的重要使命。本文系统综述了植物园的起源与演变, 并对世界各国的国家植物园与国家植物园体系进行了系统梳理和分析。在对我国植物园历史与发展概况总结的基础上, 论述了我国国家植物园体系建设的定位与目标、区域布局、科学研究、人才队伍、基础设施等五个方面的思考, 以任务带学科构建我国国家植物园迁地保护综合体系。     

柴达木盆地水生植物多样性格局及多假说验证

物种多样性格局同时受到多个因子和过程的综合作用。以往对水生植物多样性格局形成机制的研究主要集中在几何限制、水分能量状况或随机过程等少数因子方面。该研究通过野外调查, 研究柴达木盆地水生植物沿经度和纬度梯度的分布格局, 并验证了对物种多样性分布格局影响较大的水分-能量假说、栖息地异质性假说、空间自相关、物种-面积效应和中域效应这5种假说。主要结果表明柴达木盆地水生植物多样性沿经度和纬度梯度均呈现“∩”形单峰格局。回归分析显示中域效应和物种-面积效应显著影响柴达木盆地水生植物多样性格局, 而水分-能量、栖息地异质性假说及空间自相关对该区域水生植物多样性格局影响较小。方差分解显示中域效应对柴达木盆地水生植物多样性经度和纬度格局的单独解释率分别为68.41%和66.91%, 该结果表明柴达木盆地水生植物多样性格局主要受几何限制和扩散限制影响。结合以往研究结果, 该研究进一步证实几何限制和随机效应可能是影响中国干旱区水生植物多样性分布格局的重要自然因素。     

新医学是解决人类健康问题的真正钥匙——需“精准”理解奥巴马的“精准医学计划”

2015年年初,美国总统奥巴马在国情咨文中提出了一个预算2.15亿美元的“精准医学计划”,希望以此“引领一个医学时代”。新闻一经发布,“精准医学”立刻成为了媒体和百姓嘴边的热词,受此影响国内亦有不少人士纷纷为美国总统的这一计划点“赞”。有人用“医学革命”来形容它,有人用“开创性”来抬高它,还有一个传闻,受奥巴马“精准医学计划”的影响,中国将在15年内投入600亿元人民币启动并发展中国版的“精准医学计划”。对此,有人提出了质疑,美国版精准医学计划是否符合中国国情?是否存在“水土不服”的可能?直接套用美国总统的智慧能否解决具有中国特色的实际问题?争论由此引发一个让人思考的问题,究竟什么才是现代医学的核心?在盲目堆钱的行动前,我们确实有必要从科学和临床应用的角度来探讨和思考一下现代医学的发展方向。 为了能“精准”地看到问题的实质,我将从当下时髦并且相关的词汇谈起,通过梳理,期待找出解决人类健康问题的真正钥匙。     

中国草原/荒漠植物多样性监测网 模式植物群落监测方案

“模式群落”是指能够反映某种植被分类单元基本特征, 并可作为准确描述该植被类型“标准”的典型植物群落。中国生物多样性监测网络——草原/荒漠植物多样性监测网旨在统一监测方法和技术规范的基础上, 在草原/荒漠植被主要群系分布的典型地段建立模式植物群落监测固定样方, 定期复查, 长期监测草原和荒漠的植物多样性变化。文章强调了典型植物群落监测是生物多样性监测的重要组成部分, 阐述了模式群落的概念, 介绍了草原/荒漠植物多样性监测网的总体思路和布局, 以及主要监测内容、方法、指标和预期产出。     

围小丛壳Glomerella cingulata子囊孢子交配繁殖、生物学特性及致病性

炭疽叶枯病（Glomerella leaf spot）是我国苹果上新发现的一种病害。为了解围小丛壳Glomerella cingulata子囊孢子的交配方式、生物学特性和致病性,从安徽砀山、山东牟平等地采集病害样品,经分离培养和纯化获得单孢菌株。在适宜条件下单孢菌株可产生子囊和子囊孢子,经过毛细管破子囊壁后单孢分离,获得12个子囊,每个子囊有8个子囊孢子。其中10个子囊中有4个“正”孢子（+）和4个“负”孢子（-）,2个子囊中只有“负”孢子。子囊孢子单孢菌株培养72h,“正”菌株菌落白色,以营养生长为主;“负”菌株菌落灰白色,直径略小于正菌株,菌丝稀疏,边缘菌丝白色,中部有大量橙色的分生孢子堆。“正”、“负”菌株异宗配合后,可产生大量可育子囊壳;单独的“正”菌株有性生殖产生稀疏丛簇状的可育子囊壳;单个的“负”菌株只能产生分散且不育的子囊壳。“正”、“负”菌株菌落的生长速度没有差异,对温度、营养、光照和pH值的敏感性也没有差异,但“正”、“负”菌株的致病性存在差异。正菌株的有性生殖没有导致rDNA-ITS、β-tubulin基因碱基序列变异。     

关于薯类作物储藏根和块茎的差异

薯类作物主要包括甘薯(Ipomoea batatas)、马铃薯(Solanum tuberosum)、木薯(Manihot esculenta)和山药(Dioscorea ssp.)等, 归属不同的科属, 其收获的产品器官是地下储藏根(storage root)或块茎(tuber)。在英文中没有直接与“薯类”对应的词汇, 以“root and tuber crops”翻译最为合适, 因此用“根茎类作物”更为恰当。甘薯的拉丁学名中种加词“batatas”即为印度群岛阿拉瓦克人(Arawak)对甘薯的叫法; 而马铃薯学名中的“tuberosum”意为“膨大的”。这些薯块常常富含淀粉, 间或富集胡萝卜素和花青素等次生代谢营养物, 是植物最常见的变态器官。由于薯块都是在地下生长, 常常引起人们使用上的混淆。     

利用文献精读教学新模式优化遗传学教学

《遗传学》是生命科学相关专业本科阶段最重要的课程之一。近年来,随着生命科学领域研究的不断深入,新知识与新技术也在不断更新。但遗传学的教学模式目前仍以理论讲授为主,这使得抽象的原理难以被学生理解接受,直接影响了教学效果。因此探索新的教学模式尤为必要。2010年以来我校在生物技术专业《微生物遗传学》教学中开展了新教学模式——文献精读,文章从文献精读的前期课程基础,如何选择专业文献,怎样组织教学过程,开展文献精读对学生和教师的意义等方面全面分析了实施情况和应用价值,指出该教学模式体现了“前沿”和“经典”的结合,使书本的知识在实践中具体化,既提高学生的学习效果,激发学习兴趣,又开拓了学生的思路,锻炼其能力。这种教学模式为《遗传学》教学授课不断探索新的模式、在“精准医疗”时代下如何培养兼具临床与科研能力的医疗人才提供新思路。     

放牧对草原植物功能性状及其权衡关系的调控

放牧是草原生态系统利用与管理的主要方式; 而过度放牧导致的草原退化和生产力衰减问题已成为当前生产及理论上的一个棘手难题。近年来, 植物功能性状及其权衡等新理论与方法的引入, 为解析放牧对草原的影响机制提供了新工具, 成为草原生态学的一个新兴领域, 但目前尚缺乏系统的回顾总结。该文综述了近年来国内外关于草原植物功能性状对放牧的响应及其权衡关系的研究进展, 综合分析了植物性状权衡变化的主要特征、成因与机制, 针对学界关于放牧下植物矮化型变机制的“避牧适应假说”与“生长受阻假说”的争论, 提出了下一步需重点关注的科学问题。     

大气CO2浓度和气温升高对麦田节肢动物群落的影响

为了预测气候变化对麦田节肢动物群落多样性的影响, 本研究在麦田开放环境中设置4种处理, 分别是高温(高于当时气温2℃和当前CO₂浓度)、高CO₂浓度(500 μL/L和当时气温)、高温+高CO₂浓度和对照(当前CO₂浓度和气温)等, 采用定期随机抽样方法调查节肢动物群落的多样性, 用经典的多样性指数对整体节肢动物群落以及不同食性节肢动物群落多样性进行分析。共采到节肢动物3纲10目42科52种。仅“高温”和“高温+高CO₂”处理显著增大节肢动物群落的均匀度, 其余处理均无显著影响。“高温+高CO₂”处理的影响随小麦生长发育期不同而略有差异, 在苗期可增大Shannon-Wiener多样性指数, 而在后期使该指数减小; “高温+高CO₂”与“高温”处理的群落多样性较为相似。对不同食性节肢动物群落的分析表明, 与对照相比, 植食性昆虫群落在“高CO₂”下丰富度显著增大; 寄生性昆虫群落的多度在“高温”下显著增大; 腐食性等节肢动物群落的多度在“高CO₂+高温”和“高温”处理下有所增大、均匀度在“高温”下略降低, 但均未达统计上的显著水平; 捕食性节肢动物群落不受影响。本研究说明, CO₂浓度和气温升高不同程度地影响麦田节肢动物群落的物种多样性, 两类因素同时升高与各自单独升高的影响不完全一致。     

我国“干细胞及转化研究”重点专项的组织实施及思考

“十三五”期间,我国设立了国家重点研发计划“干细胞及转化研究”重点专项(以下简称“专项”)。通过五年实施,专项取得了显著进展。通过对专项立项和实施情况的回顾,总结管理中的经验和不足,为“十四五”干细胞研究部署提出相关建议,以进一步增强我国干细胞及转化研究的核心竞争力,加快推进干细胞研究成果惠及人民健康。     

为何要信达尔文的演化论——论《物种起源》的二十五重简约美

科学理论的本质较量是解释力之简约美的较量, 其使得科学革命成为可能。本文通过整理与剖析达尔文的《物种起源》的论述, 展示了生命科学史上最伟大革命的内在理性, 即, 演化论相对于神创论的25重简约性优势, 分别体现在解释: (1)驯化品种的产生、(2)驯化品种在内外性状层面的多样性的差异性、(3) (杂交的子代的)遗传性状的变化、(4)杂种与混血在健康度与生殖力方面的差异、(5)杂种与混血在性状变化上的差异、(6)生物形态分布的簇状格局、(7)生物形态分化在不同分类阶元内部的不均等性、(8)不同性状分化的不均等性、(9)物种间性状差别的渐变性、(10)伴随环境变化的形态变化、(11)相对环境变化的形态惯性、(12)生物间竞争强度分布的不均等性、(13)不同物种间的形态同似性、(14)个体间的形态差异随着个体发育而变大的现象、(15)生物的痕迹构造、(16)生物地理分布的系统差异性(贯穿诸生物分类阶元的稳定偏向的差异性)、(17)物种的“等级性”与其地理分布范围的关系、(18)生物地理分布的“岛屿”现象、(19)岛屿物种的总丰度低而土著物种丰度高的特征、(20)岛屿生物的类别构成特征、(21)岛屿生物与相邻大陆的生物间的相似度关系、(22)物种迁移与物种灭绝的地域差异性、(23)物种灭绝的渐变模式、(24)古生物与现存生物在形态上的关系、(25)胚胎形态与古生物形态间的相似关系。正是这25重简约美, 铸造了《物种起源》作为最伟大的科学著作的底色, 并奠定了现代生命科学研究的大方向与总方法——“范式”。这一剖析亦有助于我们理解科学发展的真精神以及把握当代科学研究的进展。     

基于报告基因敲入构建果生刺盘孢细胞核荧光标记菌株

运用基因敲入技术,将GFP、mCherry整合到果生刺盘孢 Colletotrichum fructicola组蛋白histone H1位点,实现融合表达,获得细胞核荧光标记菌株。基于标记菌株可以对分生孢子、营养菌丝、附着胞、侵染菌丝等结构中的细胞核进行实时活体观察。果生刺盘孢存在性亲和的“+”、“-”型菌株分化,GFP“+”型菌株和mCherry“-”型菌株接触形成明显杂交线,杂交线上单子囊内含红绿两种孢子,表明“+”、“-”型菌株间发生杂交;杂交线上子囊壳壁表达mCherry,表明由“-”型菌株发育而来。本研究构建的核荧光标记菌株将是研究果生炭疽菌细胞周期调控和有性繁殖过程的重要材料。     

元基因组学及其在转化医学中的应用

微生物群落遍布于人体的每个角落,与人共生并对人体健康产生重要和深刻的影响。与人类共生的全部微生物的基因组总和称为“元基因组”或“人类第二基因组”。研究人体微生物群落及相关元基因组数据,对转化医学领域的基础研究和临床应用具有重要的价值。通过对生物医学相关的高通量元基因组数据进行分析,不仅能为基础医学研究向医学临床应用转化提供新思路和新方法,而且具有广阔的应用前景。基于新一代测序技术产生的数据,元基因组分析技术和方法能够弥补以往人体微生物先培养后鉴定方法的缺陷,同时能有效鉴定和分析微生物群落的组成及功能,从而进一步探究和揭示微生物群落与机体生理状态之间的关系,为解决许多医学领域的难题提供了全新的切入角度和思维方法。文章系统介绍了元基因组研究的现状,包括元基因组的方法概念和研究进展,并以元基因组在医学研究中的应用为着眼点,综述了元基因组在转化医学方面的研究进展,进一步阐述了元基因组研究在转化医学应用领域中具有的重要地位。     

周口店直立人头骨创伤与人工切割痕迹辨析

自20世纪40年代魏敦瑞提出北京猿人（周口店直立人）可能存在“暴力争斗”和“同类残食”的观点之后,引发了一些学者和科普大众对北京猿人是否为“食人族”的争论。由于原始化石标本在第二次世界大战期间丢失,本文以保存下来的周口店（ZKD）直立人头骨原始模型和素描图为研究材料,对魏敦瑞提出的具有创伤和人工切割痕迹的5件标本（ZKD II、ZKD VI、ZKD X、ZKD XI和ZKD XII）进行辨析。结果显示：1）ZKD X、ZKD XI、ZKD XII这3件标本的头盖部,有7处可以确定为生前遭受非致死性撞击导致的局部创伤;2）ZKD VI头盖骨残片周边的及中央区域的断痕,为个体生前遭受致死性的暴力打击导致;3）ZKD II和ZKD VI顶骨位置疑似人工切割痕迹的沟槽实际上是动物啃咬或自然因素导致的,北京猿人“同类残食”的观点在本文研究中没有得到证实。北京猿人头骨的创伤痕迹都位于头盖部,以顶骨居多,其次为额骨,符合人群之间暴力冲突产生创伤的位置。     

中国与“一带一路”参与国家抗击新冠肺炎疫情的国际科技合作现状与展望

2019年底暴发并席卷全球的新型冠状病毒肺炎疫情已经成为需要世界各国共同努力克服的全球重大卫生安全挑战。当前,中国已基本控制国内新冠肺炎疫情,并在疫情相关科学研究及公共卫生产品研发方面取得重大进展,同时加强了与“一带一路”参与国家开展国际科技合作。对中国与“一带一路”参与国家抗击新冠肺炎疫情的基础研究合作、国际科技合作项目等方面进行梳理,可以看到:中国与“一带一路”参与国家形成了领域交叉、节点多样的复杂合作网络,并主要与东南亚、中东欧和西亚各国合作密切;中国与“一带一路”参与国家的科研机构已在防控、流行病学和治疗等领域展开了大量实质研究,合作关系更偏向援助型合作。未来应加强与“一带一路”参与国家的生物技术产业合作与技术转移,发挥“一带一路”区域支点国家的示范效应等方面构建与“一带一路”参与国家更丰富、紧密、务实的科技合作关系。     

基因组编辑技术在干细胞疾病模型建立和精准医疗中的应用

精准医疗强调针对不同个体定制个性化治疗方案,其推行需要精准疾病模型的建立。人类干细胞因其具有多能性而成为体外不同类型的成体细胞和器官小体的潜在来源,其强增殖能力保证了充足原材料用于科研分析和大规模药物筛选。基因组编辑技术(尤其是CRISPR/Cas9技术)的快速发展使得在人多能干细胞和成体干细胞中进行高效基因组编辑成为可能。两者的有效结合能建立起针对不同遗传致病背景的“个性化”疾病模型,有利于深入解析不同遗传突变的致病机制和开发高针对性的精准医疗方案。本文对基因组编辑技术在人类干细胞中的应用以及利用干细胞疾病模型模拟罕见病和肿瘤发生的研究进行了综述。