中国科学院清原森林生态系统观测研究站塔群平台的功能和应用

森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题。受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台)。塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳)。所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享。此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H₂O/CO₂/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据。     

西南旱地油菜田土壤水分和作物光合特征对覆盖材料和垄沟比的响应

为了应对西南地区频发的季节性干旱,提高旱作农田水分利用效率和作物光能利用效率,设置大田试验,研究不同覆盖材料(普通白膜、普通黑膜、生物降解膜和不覆膜)和不同垄沟比(40 cm∶40 cm和40 cm∶80 cm)对土壤贮水量和油菜光合特性、荧光参数、叶绿素相对含量(SPAD)的影响。结果表明: 油菜生育期不同覆盖材料下的土壤贮水量为:普通黑膜垄作(BR)≈普通白膜垄作(WR)≈生物降解膜垄作(BDR)＞不覆膜垄作(NR)＞平作(FP);在同一覆盖材料下,垄沟比对土壤贮水量无显著影响。与平作相比,垄沟集雨处理的净光合速率、气孔导度、最大荧光、可变荧光、PSⅡ最大光化学量子产量、PSⅡ潜在活性、光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数均有所提高;与平作相比,WR、BR、BDR和NR处理的SPAD值分别提高6.1%、8.6%、8.5%和3.6%,瞬时水分利用效率分别提高18.3%、11.4%、16.3%和10.4%。相比于平作,BR、WR和BDR处理可显著增加油菜产量,NR处理增产不显著,普通黑膜垄作+垄沟比40 cm∶40 cm处理的经济效益最高。可见,垄沟集雨种植可以改善西南旱地油菜田土壤水分,增强油菜叶片光合能力,提高油菜产量,增加农民收入。     

亚热带不同树种凋落叶分解对氮添加的响应

为探究不同质量凋落物对氮(N)沉降的响应, 该研究采用尼龙网袋分解法, 在亚热带福建三明格氏栲(Castanopsis kawakamii)自然保护区的米槠(Castanopsis carlesii)天然林, 选取4种本区常见的具有不同初始化学性质的树种凋落叶进行模拟N沉降(N添加)分解实验(施N水平为对照0和50 kg·hm ^-2·a ^-1)。研究结果表明: 在2年的分解期内, 对照处理的各树种凋落叶的分解速率依次为观光木(Michelia odora, 0.557 a ^-1)、米槠(0.440 a ^-1)、台湾相思(Acacia confusa, 0.357 a ^-1)、杉木(Cunninghamia lanceolata, 0.354 a ^-1); N添加处理凋落叶分解速率依次为观光木(0.447 a ^-1)、米槠(0.354 a ^-1)、杉木(0.291 a ^-1)、台湾相思(0.230 a ^-1), 除杉木凋落叶外, N添加显著降低了其他3种凋落叶分解速率。N添加不仅使4种树木凋落叶分解过程中的N释放减慢, 同时还抑制凋落叶化学组成中木质素和纤维素的降解; N添加在凋落叶分解过程中总体上提高β-葡萄糖苷酶(βG)和酸性磷酸酶活性, 对纤维素水解酶的活性影响不一致, 而降低β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性和酚氧化酶活性。凋落叶分解速率与凋落叶中的碳获取酶(βG)活性以及其化学组分中的可萃取物含量极显著正相关, 与初始碳浓度、纤维素和木质素含量极显著负相关, 与初始N含量没有显著相关性。凋落物类型和N添加的交互作用虽未影响干质量损失速率, 但对木质素和纤维素的降解具有显著效应。综上所述, 化学组分比初始N含量能更好地预测凋落叶分解速率, 而N添加主要通过抑制分解木质素的氧化酶(如PHO)来降低凋落叶分解速率。     

三裂叶薯NBS-LRR类抗病基因的筛选鉴定与结构分析

为发掘甘薯近缘野生种三裂叶薯(Ipomoea triloba)的NBS-LRR类抗病基因,从基因数据库中对三裂叶薯基因组序列进行了筛选、鉴定和分析。结果表明,从三裂叶薯的98 025个基因中,筛选到282个编码NBS-LRR类蛋白的基因,其中N型80个,NL型83个,CN型28个,CNL型57个,TN型10个,TNL型23个,RN型1个。三裂叶薯的16条染色体上均含有NBS-LRR家族基因,数量最多的染色体含有65个,最少的只有1个。三裂叶薯基因组共有55个基因簇,包含了63.5%的NBS-LRR家族基因。在NBS-LRR抗病基因家族中,CNL和TNL亚家族分别对应到7和11个保守结构域。这为三裂叶薯抗性资源的利用提供了科学参考。     

冠层结构对梨叶片光合特性及果实品质的影响

冠层结构是影响果树生长发育及丰产优质的重要因素。该研究以20年生‘玉露香’梨大冠分层树形为对照(CK),以冠层整形修剪后的3、4和5个主枝的开心树形为处理(分别记为OCC_(3b)、OCC_(4b)和OCC_(5b)),测定了冠层截获的光合有效辐射、叶片的气体交换、叶绿素荧光和果实品质特性,探讨不同冠层结构内光环境的变化对梨树叶片光合特性及果实品质的影响,探讨果树的光合调控和结实规律,为西北黄土高原产区果树的标准化整形修剪提供理论依据。结果表明:(1)OCC_(3b)、OCC_(4b)和OCC_(5b)的冠层不同方位和不同时刻截获的光合有效辐射(PAR)均高于CK。与CK和OCC_(5b)相比,OCC_(3b)和OCC_(4b)叶片光响应的最大净光合速率(P_(nmax))和羧化效率(CE)显著提高。(2)在强光胁迫下,开心树形叶片光呼吸速率(P_r)占总光合速率(P_g)的比例(P_r/P_g)和非光化学淬灭(NPQ)中可恢复组分r(qE)提高,同时不可恢复组分r(qI)降低。(3)OCC_(3b)和OCC_(4b)比OCC_(5b)和CK的单果重、果面红晕面积、果皮花青苷含量、可溶性固形物含量和可溶性总糖含量均显著提高,而可滴定酸含量显著降低。(4)PAR与果面着色面积和果皮花青苷含量呈极显著正相关关系,P_(nmax)与单果重呈极显著正相关关系,而PAR和P_(nmax)均与可滴定酸呈极显著负相关关系。研究发现,OCC_(3b)和OCC_(4b)的梨树冠层内可截获更多的光能,叶片光合能力更强,遭遇强光胁迫时能够通过更高效的热耗散和光呼吸进行自我保护,而且开心形树冠结构还能显著提升果实品质。     

文心兰COL基因的分离及其表达分析

CONSTANS(CO)及CONSTANS-like(COL)基因在光周期调控植物开花中起到重要的作用。该研究以文心兰(Oncidium)品种‘金辉’为材料,分离了CO同源基因OnCOL2及另外2个COL基因(OnCOL8和OnCOL9),它们分别编码326、411和291个氨基酸;生物信息分析预测它们均定位于细胞核;OnCOL2、OnCOL8有2个锌指B-box结构域和1个CCT结构域,而OnCOL9缺少B-box结构域。多序列比对及进化树分析结果表明,所有COL蛋白可划分为3组,OnCOL2与OnCOL8、OnCOL9分到了2个不同组中。OnCOL2与建兰(Cymbidium ensifolium)CeCOL(90.77%)高度相似;OnCOL8与OnCOL9在进化关系上更为接近,分别与拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtCOL9和AtCOL10关系最近,它们在B-box和CCT结构域都极为保守。表达分析结果表明OnCOL2、OnCOL8与OnCOL9分别在花、根和假鳞茎中表达量最高,在叶片中的表达呈周期性变化趋势,且在长、短日照条件下表达的峰值及时间均存在差异,在花芽分化时期的叶片中表达量均显著上调。研究表明,OnCOL2、OnCOL8与OnCOL9基因均受到生物钟和日长调节,在光周期途径中,可能通过上调它们的表达以促进文心兰花芽的形成。该研究结果为进一步研究基因功能及光周期调控文心兰开花机制奠定了基础。     

大腹园蛛管状腺丝重组蛋白的克隆表达及纺丝

TuSp1蛋白(tubuliform spidroin 1)是管状腺丝(tubuliform silkfiber)的主要组成成分。管状腺丝作为蛛丝卵袋的外层包卵丝,其结构具有很好的耐腐蚀性和良好的力学性能。目前国内外对大腹园蛛TuSp1蛋白的研究很少,仅有一条基因序列的报道。本课题首次构建含大腹园蛛N端非重复结构域、重复单元以及C端非重复结构域的重组管状腺丝蛋白TuSp1 NT-Rp-CT,并经湿法纺丝获得重组蛋白丝纤维。重组蛋白液圆二色谱分析结果显示,pH由7.0降低到5.5的过程中,始终保持稳定的α-螺旋构象;重组蛋白丝纤维的傅里叶变换红外光谱结果显示,丝纤维中主要二级结构为β-折叠及β-转角;经扫描电镜观察发现,冻干的絮状重组蛋白能自组装成丝纤维,且表面光滑纤细;湿纺后的重组蛋白丝纤维直径较粗,但表面较平整均匀,具有类似天然管状腺丝的形态特征,这些为TuSp1蛋白的成丝机理及仿生纺丝研究提供了理论依据。     

肺炎支原体感染对川崎病的影响及机制探讨

目的分析肺炎支原体感染对川崎病的影响及其机制,以期指导临床诊疗。方法回顾性分析2013年8月至2018年8月我科住院的496例川崎病患儿临床资料,其中合并肺炎支原体感染组193例,未合并肺炎支原体感染组303例。应用倾向评分匹配法1∶1校正2组的年龄、性别、是否为不完全型川崎病、是否使用糖皮质激素、丙种球蛋白使用时间、丙种球蛋白使用方法和阿司匹林初始剂量,比较2组患儿的总发热天数、冠状动脉直径、冠状动脉扩张发生率、冠状动脉瘤发生率和丙种球蛋白无反应发生率。结果川崎病合并肺炎支原体感染组男性患儿多,更易发生颈部淋巴结肿大,年龄、中性粒细胞百分比、血沉和低密度脂蛋白高于川崎病未合并肺炎支原体感染组,血钾、血钙、高密度脂蛋白和白蛋白低于川崎病未合并肺炎支原体感染组,差异有统计学意义(均P<0.05)。应用倾向评分匹配法1∶1配对后发现,川崎病合并肺炎支原体感染组患儿总发热时间更长[8(6~10)d vs 7(6~9)d,Z=-2.089,P<0.05),冠状动脉直径值更大[(2.81±0.81)mm vs(2.63±0.45)mm,t=2.532,P<0.05],冠状动脉瘤发生率更高(5.5% vs 1.1%,χ²=5.516,P<0.05)。结论肺炎支原体感染可能引起川崎病患儿脂质代谢及电解质的紊乱,其炎症反应更强,持续时间更长,对冠状动脉损伤更大。     

新生儿胆汁淤积症患儿肠道菌群与分娩方式及喂养方式的关系

目的分析新生儿胆汁淤积症患儿肠道菌群特征及其与分娩方式、喂养方式的关系。方法选择2018年6月至2019年6月我院收治的40例新生儿胆汁淤积症患儿作为观察组,选择同期入院的120例健康新生儿作为对照组,比较两组对象肠道菌群分布情况。各组对象进一步按不同喂养方式分为母乳喂养组和混合喂养组,按不同分娩方式分为阴道分娩组和剖宫产组,分析各组新生儿肠道菌群与分娩方式、喂养方式的相关性。结果观察组新生儿粪便中双歧杆菌、乳杆菌数量及双歧杆菌/大肠埃希菌值[(7.53±0.57)lg copies/g、(8.12±0.71)lg copies/g、1.06±0.18]明显少于对照组[(9.58±0.64)lg copies/g、(8.64±0.75)lg copies/g、1.39±0.22],大肠埃希菌数量[(7.28±0.85)lg copies/g]明显多于对照组[(6.81±0.63)lg copies/g]。观察组中,阴道分娩与剖宫产分娩患儿粪便中双歧杆菌、乳杆菌、大肠埃希菌数量及双歧杆菌/大肠埃希菌值差异均有统计学意义(P0.05)。观察组中,母乳喂养与混合喂养新生儿粪便中双歧杆菌、乳杆菌、大肠埃希菌数量及双歧杆菌/大肠埃希菌值差异均有统计学意义(P0.05)。结论新生儿胆汁淤积症患儿肠道菌群存在异常,且受到分娩方式和喂养方式的影响。     

儿童功能性便秘患者肠道菌群及血清脑肠肽水平的变化

目的探讨儿童功能性便秘(FC)患者肠道菌群及血清脑肠肽水平的变化。方法选取2017年1月至2019年4月在我院儿科门诊治疗的80例FC患儿为研究组,选择同期于体检中心检查的无胃肠道疾病的30例健康儿童为健康组。研究组患儿根据病情轻重分为轻中度组(52例)和重度组(28例)。比较各组儿童肠道菌群数量[乳杆菌、双歧杆菌和大肠埃希菌]及血清脑肠肽指标[一氧化氮(NO)、P物质(SP)和血管活性肠肽(VIP)]水平的差异。结果研究组患儿肠道双歧杆菌[(8.16±0.89)lg CFU/g]和乳杆菌数量[(7.92±0.83)lg CFU/g]明显少于健康组[(8.94±0.97)lg CFU/g、(8.63±0.91)lg CFU/g],而大肠埃希菌数量[(8.12±0.81)lg CFU/g]明显多于健康组[(7.30±0.72)lg CFU/g],差异有统计学意义(t=2.37、2.35、2.44,P0.05)。重度组患儿肠道双歧杆菌和乳杆菌数量明显少于轻中度组,而大肠埃希菌数量明显多于轻中度组(t=2.36、2.34、2.29,P0.05)。研究组患儿血清NO和VIP水平[(50.12±8.25)μmol/L、(29.17±5.12)pg/mL]明显高于健康组[(34.46±6.13)μmol/L、(20.43±4.79)pg/mL],SP水平[(5.21±0.82)ng/mL]明显低于健康组[(7.57±1.04)ng/mL],差异有统计学意义(t=2.78、2.54、2.47,P0.05)。重度组患儿血清NO和VIP水平高于轻中度组,SP水平明显低于轻中度组(t=2.31、2.41、2.23,P0.05)。结论 FC患儿存在肠道菌群失调和脑肠肽分泌异常,且随着病情的加重其肠道菌群失调及脑肠肽分泌异常越发明显。