Coding "what" and "when" in the Archer fish retina

Traditionally, the information content of the neural response is quantified using statistics of the responses relative to stimulus onset time with the assumption that the brain uses onset time to infer stimulus identity. However, stimulus onset time must also be estimated by the brain, making the utility of such an approach questionable. How can stimulus onset be estimated from the neural responses with sufficient accuracy to ensure reliable stimulus identification? We address this question using the framework of colour coding by the archer fish retinal ganglion cell. We found that stimulus identity, “what”, can be estimated from the responses of best single cells with an accuracy comparable to that of the animal''s psychophysical estimation. However, to extract this information, an accurate estimation of stimulus onset is essential. We show that stimulus onset time, “when”, can be estimated using a linear-nonlinear readout mechanism that requires the response of a population of 100 cells. Thus, stimulus onset time can be estimated using a relatively simple readout. However, large nerve cell populations are required to achieve sufficient accuracy.

Authors Summary

In our interaction with the environment we are flooded with a stream of numerous objects and events. Our brain needs to understand the nature of these complex and rich stimuli in order to react. Research has shown ways in which a ‘what’ stimulus was presented can be encoded by the neural responses. However, to understand ‘what was the nature of the stimulus’ the brain needs to know ‘when’ the stimulus was presented. Here, we investigated how the onset of visual stimulus can be signalled by the retina to higher brain regions. We used archer fish as a framework to test the notion that the answer to the question of ‘when’ something has been presented lies within the larger cell population, whereas the answer to the question of ‘what’ has been presented may be found at the single-neuron level. The utility of the archer fish as model animal stems from its remarkable ability to shoot down insects settling on the foliage above the water level, and its ability to distinguish between artificial targets. Thus, the archer fish can provide the fish equivalent of a monkey or a human that can report psychophysical decisions.     

长白落叶松冠层光合作用的空间异质性

以2014年黑龙江省帽儿山林场14年生人工长白落叶松为研究对象,对比分析了各项光合指标、环境因子及光合生理参数在冠层内的空间差异性,并探讨了净光合速率(P_n)与其他指标的关系.结果表明: 在树冠垂直方向,上层P_n、气孔导度(g_s)和蒸腾速率(T_r)显著高于中层和下层,胞间CO₂浓度(C_i)表现为下层>中层>上层;光合有效辐射(PAR)从上层外部到下层内部呈显著降低趋势,水汽压差(VPD)和叶片温度(T_l)表现为上层显著高于中层和下层,相对湿度(RH)则无显著差异;最大净光合速率(P_{n max})、暗呼吸速率(R_d)、光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)均表现为上层>中层>下层,下层比上层分别降低32.7%、55.8%、80.2%和51.6%,表观量子效率(AQY)表现为下层>中层>上层,下层分别是中层和上层的1.2和1.3倍.水平方向,光合指标和环境因子的差异性主要体现在树冠上层,P_n、g_s、T_r、PAR和VPD表现为树冠外部显著高于树冠内部,而C_i和RH差异不显著;P_{n max}、R_d、LCP和LSP表现为外部>内部,内部比外部分别降低0.4%、37.7%、42.0%和16.4%,而AQY在内部比外部高0.7%.C_i是限制P_n的主要生理因子,PAR是影响P_n的主要环境因子,尤其在弱光区域PAR对P_n的影响十分明显.因此,在模拟和预估树木冠层光合作用时,考虑空间异质性有一定的必要性.     

40年岷山地区白河自然保护区川金丝猴的生境格局动态

好的生境质量是野生动物生存和繁衍的必备条件,生境质量的变化将对动物的生存产生深远影响,定量客观的评估生境变迁过程显得尤为必要。川金丝猴作为我国一级保护动物,评定其生境质量变化过程有利于制定有效的保护措施。3S技术的不断发展与广泛应用为研究川金丝猴生境格局的动态变化提供了有利的工具。以岷山白河自然保护区为例,利用陆地资源卫星的MSS/TM/OLI遥感影像,并基于专家知识的决策树分类方法对遥感影像进行分类,获取了5个时期的覆被类型空间分布图;根据NDVI与郁闭度的相关性获取了研究区郁闭度的时空变化信息。然后,通过对野外观测数据的数理统计与空间分析,获取了川金丝猴的生活习性特征,并结合AHP方法构建了川金丝猴生境质量的评价体系,对5个时期的生境质量进行了评价,最后定量分析了40年来川金丝猴的生境格局的动态变化趋势。研究表明,近40年来白河自然保护区内及周边的生境经历了由良好到不断恶化,再到逐渐恢复的过程,其中最适宜和适宜生境呈现先降低后逐渐升高的趋势,而不适宜和勉强适宜则表现为先增加后减小的趋势。1975—1982年时段内,各生境等级变化剧烈,尤以最适宜和不适宜等级变化显著,生境质量整体呈恶化趋势;1982—1994年,各生境等级变化剧烈程度较前一时期有所缓和,生境质量得到较大改善,呈良性发展趋势;1994—2003年时段内,研究区内生境质量进一步改善,环境恶化状况得到了缓解;2003—2014年时间段内整体质量改善的速度明显减缓,生境质量达到平衡状态。除1975—2014时段外,前4个时段的各综合变化指标呈现递减趋势,前期生境等级变化剧烈,后期趋缓。气候变化和人为干扰为导致生境变化的主要因素,其中20世纪80年代生境变化与气候变化关系密切,而20世纪90年代之后人为干扰因素明显增加。研究有助于理解气候变化与人为干扰背景下,川金丝猴生境格局时空变化特征,为野生濒危动物生境保护管理和政策制定提供科学依据。     

树干液流对环境变化响应研究进展

随着大气中CO2浓度和其它温室气体的上升,预计全球和区域尺度的温度会增加,由于增温导致地球上一些地区降水增加,一些地区可能面临干旱的加剧.要分析气候、环境变化对植被的影响,需要深入了解植被和大气之间能量、水汽和CO2交换,蒸腾是这个交换过程的一个重要组成部分,是水分和能量离开森林生态系统的主要途径.目前,树干液流测定技术已经发展得比较成熟,能比较可靠的估计整树蒸腾,逐步被应用于研究树木水分利用对环境变化的响应.介绍比较成熟的树木(林分)蒸腾估算方法,就树木(林分)水分利用对环境变化响应研究中的几个热点问题进行了总结:(1) 大气中CO2浓度升高对树木水分利用、气孔导度和冠层结构的影响,环境条件决定树木水分利用对CO2的响应幅度.(2) 树木蒸腾对降雨的响应类型,降雨格局改变导致的土壤干旱对林分蒸腾的影响.(3) 树体储存水的生理意义.随着液流技术的发展和推广,其作为一种科学研究的技术与手段将会受到更多学者的重视,也必将推进树木水分利用对环境变化响应的研究.     

光叶三角梅'Formosa'叶片挥发性组分的GC-MS分析

三角梅不仅观赏性强,而且具有多方面的保健作用。为了阐明三角梅的次生代谢机制,本研究采用水蒸气蒸馏法提取光叶三角梅（Bougainvillea glabra‘Formosa’）叶的挥发性成分,并通过GC-MS法进行定性和定量分析。本试验共分离出61种成分,经NIST数据库检索、与标准谱图比较,鉴定出47个化学组分,占总挥发性组分含量的90％以上。结果表明,该三角梅叶中舍有叶醛、植醇、棕榈酸,对乙烯基愈创木酚、柠檬烯等对人体有益的化合物。     

ocs/mas|一个受损伤和植物激素诱导的嵌合启动子的构建与功能分析

选择适宜的转录调控序列以提高启动子的转录效率,增强外源基因在转基因植株中的表达,对改良作物的抗病虫性具有重要意义。将甘露碱合成酶基因(mas)启动子和章鱼碱合成酶基因(ocs)增强子杂合而成的嵌合启动子ocs/mas与GUS报告基因连接,构建了植物表达载体pOMS-GUS。对照载体pMAS-GUS仅携带mas启动子驱动的GUS基因。利用根癌农杆菌介导法,将以上植物表达载体分别转化烟草。应用半定量RT-PCR和GUS荧光定量分析法分别检测不同胁迫条件下启动子驱动的GUS基因表达量的变化。结果显示,未诱导处理的转基因植株GUS基因仅有微弱表达。伤害处理1h后,mas启动子驱动的GUS活性是未诱导处理的1.8倍,而嵌合启动子ocs/mas的诱导表达活性是未处理的5.7倍。植物激素水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MJ)处理也诱导了较高水平的ocs/mas嵌合启动子活性;而且SA和MJ联合作用时呈现叠加效应,转基因烟草的GUS活性明显高于伤害处理后的GUS表达水平。以上结果表明,ocs/mas嵌合启动子是一种强诱导型启动子,可以接受多种刺激因子的诱导,从而为更有效地改良作物抗病虫的能力提供新的候选高效启动子元件。     

内生黄曲霉对丹参悬浮细胞氧化酶活性的影响

目的:研究内生黄曲霉对丹参悬浮细胞次生代谢相关氧化酶活性影响,探讨丹参组织培养和次生代谢产物产生的有效诱导途径和诱导机理.方法:将丹参内生黄曲霉以活菌、发酵茵液及制作成诱导子方式分别添加到丹参悬浮细胞中,测定丹参悬浮细胞过氧化物酶、过氧化氢酶及多酚氧化酶活性.结果:不同处理方式,内生黄曲霉对丹参悬浮细胞氧化酶表达均有明显的诱导作用,其中将黄曲霉制作成诱导子对三种酶活诱导作用最明显.结论:内生黄曲霉诱导子能有效提高丹参悬浮细胞氧化酶活性.     

玉/豆和玉/薯模式下氮肥运筹对玉米氮素利用和土壤硝态氮残留的影响

过量施用氮肥造成的环境问题日益严重,氮肥合理使用已成为人们研究的热点.本文研究了西南玉米两种主要套作模式下氮肥运筹对玉米氮素利用和土壤硝态氮残留的影响.结果表明：连续分带轮作种植玉/豆模式后,玉米收获期植株中的氮素积累较玉/薯模式平均提高了6.1%,氮收获指数增加了5.4%,最终使氮肥利用效率提高4.3%,氮素同化量提高了15.1%,氮肥偏生产力提高了22.6%;玉米收获后硝态氮淋溶损失减少,60～120 cm土层中硝态氮残留玉/豆模式较玉/薯模式降低了10.3%,而0～60 cm土层中平均提高了12.9%,有利于培肥地力,两年产量平均较玉/薯模式高1249 kg·hm^-2,增产22%;增加施氮量提高了植株氮素积累,降低了氮肥利用率,显著提高了表层土壤中硝态氮的累积,60～100 cm土层中硝态氮的累积量在0～270 kg·hm^-2处理间差异不显著,继续增加施氮量会显著增加土壤硝态氮的淋溶;氮肥后移显著提高了土壤0～60 cm土层硝态氮的积累.两种模式下施氮量和底追比对玉米氮素吸收和硝态氮残留的影响结果不一致,玉/豆模式以施氮180～270 kg·hm^-2、按底肥∶拔节肥∶穗肥=3∶2∶5的施肥方式有利于提高玉米植株后期氮素积累、氮收获指数和氮肥利用效率,减少了氮肥损失,两年最高产量平均可达7757 kg·hm^-2;而玉/薯模式在180 kg·hm^-2、按底肥∶穗肥=5∶5的施肥方式下,氮素积累利用及产量均优于其他处理,两年平均产量为6572 kg·hm^-2,可实现两种模式下玉米高产、高效、安全的氮肥管理体系.
     

典型亚热带热分层水库秋季细菌群落垂直分布

水库在我国东南沿海地区是重要的饮用水水源地,对地区经济发展和社会稳定起到重要作用。选择亚热带地区典型的热分层水库——福建莆田东圳水库,于2011年秋季稳定分层期,以水体温度的垂直变化特征为依据进行分层采样。应用PCRDGGE和克隆测序的方法研究浮游细菌群落的垂直分布特征,利用多元统计分析揭示细菌群落与热分层水体理化指标之间的关系。结果显示:溶解氧、电导率、叶绿素a、总氮、氨氮及硝氮在上下层水体中的分布有显著差异,下层缺氧区细菌的ShannonWiener指数和DGGE条带数明显高于上层好氧区,表明东圳水库热分层水体中存在明显的物理、化学及生物分层现象。测序结果表明β-变形菌可能是东圳水库中占优势的细菌类群,统计结果提示溶解氧是显著影响细菌群落组成的环境因子。热分层水体的物理化学分层与水体细菌群落结构密切相关,提示水库生态学研究应对水体热分层给予重视。     

Water-soluble fractions from defatted sesame seeds protect human neuroblast cells against peroxyl radicals and hydrogen peroxide-induced oxidative stress

Oxidative stress is involved in the development of aging-related diseases, such as neurodegenerative diseases. Dietary antioxidants that can protect neuronal cells from oxidative damage play an important role in preventing such diseases. Previously, we reported that water-soluble fractions purified from defatted sesame seed flour exhibit good antioxidant activity in vitro. In the present study, we investigated the protective effects of white and gold sesame seed water-soluble fractions (WS-wsf and GS-wsf, respectively) against 2,2′-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride (AAPH) and hydrogen peroxide (H₂O₂) induced oxidative stress in human neuroblast SH-SY5Y cells. Pretreatment with WS-wsf and GS-wsf did not protect cells against AAPH-induced cytotoxicity, while simultaneous co-treatment with AAPH significantly improved cell viability and inhibited membrane lipid peroxidation. These results suggest that WS-wsf and GS-wsf protect cells from AAPH-induced extracellular oxidative damage via direct scavenging of peroxyl radicals. When oxidative stress was induced by H₂O₂, pretreatment WS-wsf and GS-wsf significantly enhanced cell viability. These results suggest that in addition to radical scavenging, WS-wsf and GS-wsf enhance cellular resistance to intracellular oxidative stress by activation of the Nrf-2/ARE pathway as confirmed by the increased Nrf2 protein level in the nucleus and increased heme oxygenase 1 (HO-1) mRNA expression. The roles of ferulic and vanillic acids as bioactive antioxidants in these fractions were also confirmed. In conclusion, our results indicated that WS-wsf and GS-wsf, which showed antioxidant activity in vitro, are also efficient antioxidants in a cell system protecting SH-SY5Y cells against both extracellular and intracellular oxidative stress.