Greater than the sum of the parts: how the species composition in different forest strata influence ecosystem function

The mechanisms underpinning forest biodiversity‐ecosystem function relationships remain unresolved. Yet, in heterogeneous forests, ecosystem function of different strata could be associated with traits or evolutionary relationships differently. Here, we integrate phylogenies and traits to evaluate the effects of elevational diversity on above‐ground biomass across forest strata and spatial scales. Community‐weighted means of height and leaf phosphorous concentration and functional diversity in specific leaf area exhibited positive correlations with tree biomass, suggesting that both positive selection effects and complementarity occur. However, high shrub biomass is associated with greater dissimilarity in seed mass and multidimensional trait space, while species richness or phylogenetic diversity is the most important predictor for herbaceous biomass, indicating that species complementarity is especially important for understory function. The strength of diversity‐biomass relationships increases at larger spatial scales. We conclude that strata‐ and scale‐ dependent assessments of community structure and function are needed to fully understand how biodiversity influences ecosystem function.     

沙地樟子松带状混交林土壤碳氮磷化学计量特征

探究不同沙地樟子松混交林土壤碳氮磷化学计量变化规律,为其混交经营提供科学依据.以沙地樟子松纯林为对照,在沙地樟子松×榆树及沙地樟子松×怀槐带状混交林中,沿沙地樟子松和伴生树种两个方向在距离混交中心0、1、2、3和4 m处的不同土层采集土样,分析土壤有机C、全N、全P、速效N、速效P含量及其计量比的特征.结果表明: 沙地樟子松混交林土壤有机C、全N和速效N含量高于纯林, 沙地樟子松与榆树混交主要增加了深层土壤有机C和全N含量,以及C/N和C/P, 沙地樟子松与怀槐混交提高了土壤N含量, 降低了P含量.随着远离混交林中心,沙地樟子松×榆树混交林中沙地樟子松林带的土壤C/N先升高后降低,全P和速效P含量下降,N/P增加;榆树林带土壤C/N下降,速效P含量先升高后降低.沙地樟子松×怀槐混交林土壤全N含量在沙地樟子松林带先降低后升高,在怀槐林带先升高后降低.沙地樟子松混交林提高了土壤C、N储量,沙地樟子松应与榆树行间混交,与怀槐间隔2行混交.     

贵州赤水桫椤国家级自然保护区鸟兽多样性红外相机初步监测

红外相机监测是了解野生动物多样性和威胁因素的重要手段。本研究采用网格法和分层抽样调查法, 在贵州赤水桫椤国家级自然保护区内选取20个监测位点布设红外相机, 对区内鸟兽物种多样性进行监测。2015年8月至2017年8月, 红外相机累计工作6,370个工作日, 共拍摄45,953张照片, 独立有效照片1,936张。准确鉴定出兽类4目8科19种, 鸟类4目11科28种, 其中, 国家II级重点保护野生动物7种。相对丰富度指数(RAI)排前五位的兽类依次是毛冠鹿(Elaphodus cephalophus)、鼬獾(Melogale moschata)、藏酋猴(Macaca thibetana)、小麂(Muntiacus reevesi)和野猪(Sus scrofa); 鸟类依次是紫啸鸫(Myophonus caeruleus)、红腹角雉(Tragopan temminckii)、灰胸竹鸡(Bambusicola thoracicus)、黑喉噪鹛(Garrulax chinensis)和棕颈钩嘴鹛(Pomatorhinus ruficollis)。物种积累曲线结果表明, 兽类稀疏化曲线在300天后趋于稳定, 表明监测取样已较充分, 而鸟类监测物种数随时间积累依旧保持增长趋势。     

亚热带人工林下植被根际土壤酶化学计量特征

为探讨林下植被根际土壤酶化学计量特征及其对林分类型和季节的响应, 该研究以江西省泰和县千烟洲试验站典型人工杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliottii)林林下优势灌草檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)、格药柃(Eurya muricata)、狗脊蕨(Woodwardia japonica)和暗鳞鳞毛蕨(Dryopteris atrata)为对象, 在植被生长初期(4月)和旺盛期(7月)测定优势灌草根际土壤与碳(C)循环相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、与氮(N)循环相关的β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)、与磷(P)循环相关的酸性磷酸酶(AP)活性、酶化学计量比及土壤理化性质。结果发现: (1)根际土壤与C和N循环相关的酶活性以及BG:AP (酶C:P)在不同林下植被之间存在显著差异, 而与P循环相关的酶活性差异不显著。林分类型和取样季节显著影响BG:(NAG+LAP)(酶C:N), 且林下植被类型、林分类型和取样季节交互影响酶C:P。主成分分析表明, 根际土壤酶的活性及计量比在不同林下植被(檵木不同于格药柃, 且二者显著区别于其他物种)、林分类型(杉木林区别于马尾松、湿地松林)和取样季节之间均存在显著差异。土壤硝态氮(NO₃ ^--N)、铵态氮(NH₄ ⁺-N)、可溶性有机碳(DOC)含量和碳氮比(C:N)是影响林下植被根际土壤酶的活性及化学计量比的主要因素。(2)标准主轴回归分析表明, 林下植被根际土壤lg(BG)、lg(NAG+LAP)和lg(AP)之间存在显著线性关系, lgBG:lg(NAG+LAP):lgAP (酶C:N:P)约为1:1:1.3, 酶C:P及(NAG+LAP):AP (酶N:P)分别为0.14和0.15。AP远大于BG和NAG+LAP的活性, 导致lg(BG)和lg(NAG+LAP)与lg(AP)的回归斜率极显著偏离1。说明林下植被根际土壤酶的活性及计量比受植被种类、林分类型及取样季节影响, 且基质有效性在其中发挥重要作用。相较于C循环和N循环, 微生物会分配更多资源用于P循环相关酶的生产, 暗示亚热带人工林林下植被根际土壤微生物生长和活性更易受P限制。     

茶园害虫匮乏期天敌与蚊虫的空间关系

为了充分发挥中性昆虫蚊虫作为天敌的食饵替代物作用,科学地保护和利用自然天敌,2015年和2016年开展了合肥地区白毫早茶园和乌牛早茶园害虫匮乏时期(3—5月)的天敌与蚊虫之间的空间关系研究,运用地学统计学方法求得天敌和蚊虫各自的变程,用灰色关联度方法分析蚊虫与天敌变程的关联度,关联度值越大的天敌在空间上对蚊虫的跟随关系越密切。并分析茶树品种间及年度间天敌位次的变化。8种天敌中,白毫早茶园2015年与蚊虫空间跟随关系密切的前四位天敌是粽管巢蛛、八斑球腹蛛、三突花蟹蛛和茶色新圆蛛;2016年的是粽管巢蛛、茶色新圆蛛、锥腹肖蛸和三突花蟹蛛;两年间前四位天敌有3种相同,但位次不全相同。乌牛早茶园2015年与蚊虫空间跟随关系密切的前四位天敌是八斑球腹蛛、茶色新圆蛛、锥腹肖蛸和三突花蟹蛛;2016年的是三突花蟹蛛、粽管巢蛛、草间小黑蛛和茶色新圆蛛;两年间前四位天敌中有茶色新圆蛛和三突花蟹蛛2种相同。年度间天敌位次相异率为87.5%,茶树品种间天敌位次相异率为93.75%。按照天敌位次总和及按照天敌与蚊虫空间关系密切指数总和评判,两种茶园2015年和2016年3—5月份与蚊虫空间关系密切的前四位天敌均依次是粽管巢蛛、三突花蟹蛛、茶色新圆蛛和八斑球腹蛛。本文的结果为人为地促进优势种天敌建群,合理保护和利用自然天敌提供科学依据。     

基因治疗在临床应用中的研究进展

20世纪60年代,科学家首次提出利用基因治疗治愈遗传疾病的概念。这一全新的概念性策略旨在通过将外源性遗传物质引入患者体内来获得长期的治疗效果。五十年的风雨沉浮,21世纪取得的里程碑式突破为基因治疗开启了新的篇章。文中回顾和总结了基因治疗的发展历程和重大突破,包括一些重要的临床试验和已批准上市的基因疗法,以及新兴的基因编辑技术。相对于传统疗法的独特优势,基因疗法将会成为治疗遗传疾病的重要手段,必将造福全人类。     

合成支架在代谢工程中的研究进展

代谢工程作为通过引入外源合成途径或改造优化代谢网络,进行高附加值的天然代谢产物生物合成的技术,已经得到广泛应用。但随着目标合成产物的结构日渐复杂,构建多基因的从头合成途径造成宿主生物代谢失衡与中间产物对宿主细胞产生毒害作用等一系列问题发生的可能性也随之增加。为解决这些问题合成支架策略应运而生,合成支架将途径酶共定位以提高局部酶和代谢物的浓度,来增强代谢通量并限制中间产物与宿主细胞环境间的相互作用,成为生物催化和合成生物学研究的热点之一。尽管由核酸、蛋白质构成的合成支架策略已经应用于多种代谢物的异源合成,并取得了不同程度的成功,但合成支架的精确组装仍然是一项艰巨的任务。文中详细介绍了合成支架技术的研究现状,详细阐述了合成支架技术的原理和实例,并初步探讨了其应用前景。     

地衣芽胞杆菌FLP/FRT基因编辑系统的构建及验证

地衣芽胞杆菌有效的基因编辑工具有限,为了拓展和丰富其基因编辑手段,在地衣芽胞杆菌中构建一个抗性标记可重复使用的FLP/FRT基因编辑系统,并通过敲除α-淀粉酶基因amyL、蛋白酶基因aprE及敲入外源透明颤菌血红蛋白基因vgb对该系统进行初步验证。首先以温敏质粒pNZT1为载体分别构建amyL和aprE基因敲除质粒pNZTT-AFKF和pNZTT-EFKF,两个敲除质粒各自包含针对目标基因的同源臂、抗性基因及同向的FRT位点;将敲除质粒转化地衣芽胞杆菌并经过两次同源交换过程实现目标基因的敲除;最后导入一个FLP重组酶表达质粒通过FLP/FRT系统的重组作用介导抗性基因的回收。为进一步验证本系统的实用性及编辑效率,构建了包含透明颤菌血红蛋白编码基因vgb表达盒及基因组丙酮酸甲酸裂解酶编码基因pflB敲除盒的重组质粒pNZTK-PFTF-vgb,并以此进行外源基因vgb在基因组上的定向敲入。结果显示,成功敲除amyL及aprE并回收了抗性标记卡那霉素基因,敲除后淀粉酶活和蛋白酶活分别减少95.3%和80.4%;vgb基因成功整合入基因组pflB位点并回收了抗性标记四环素基因,并利用荧光定量PCR技术检测到vgb的整合表达。文中首次建立了一个适用于地衣芽胞杆菌的、抗性标记可重复使用的FLP/FRT基因编辑系统,并进行了基因敲除及基因敲入验证,为地衣芽胞杆菌遗传改造提供了良好的方法参考。     

小麦与蚕豆间作系统施氮对蚕豆赤斑病发生和冠层微气候的影响

通过田间小区试验,设N₀(0 kg·hm^-2)、N₁(45 kg·hm^-2)、N₂(90 kg·hm^-2)、N₃(135 kg·hm^-2)4个施氮水平,研究不同施氮水平下小麦与蚕豆间作对蚕豆赤斑病发生和冠层微气候的影响,探讨间作系统氮肥调控下冠层微气候变化及其与蚕豆赤斑病发生的关系.结果表明: 施氮提高了蚕豆单、间作种植模式下蚕豆赤斑病发病盛期的病情指数,增幅27.2%～58.0%,增加了病情进展曲线下面积(AUDPC),增幅15.0%～101.8%,N₃水平下赤斑病病情指数和AUDPC最高.施氮使蚕豆冠层温度降低0.2～1.1 ℃,冠层透光率降低1.7%～29.7%,冠层相对湿度增加0.5%～28.7%.与单作相比,间作蚕豆赤斑病病情指数显著降低36.3%～48.1%,AUDPC显著降低44.0%～53.6%,冠层温度和透光率分别提高2.1%～8.7%和12.0%～53.8%,相对湿度降低11.6%～31.6%.相关分析表明,冠层温度和透光率与赤斑病病情指数呈显著负相关,而湿度与病情指数呈显著正相关.表明高氮恶化了冠层微气候环境,加重了蚕豆赤斑病的发生和危害,而间作对蚕豆冠层微气候的改善是控制蚕豆赤斑病发展的重要原因.