植物种子二形性（多形性）研究进展

植物种子的二形性（多形性）是指在同一棵植株上生长有形态结构、生理、生态学特性等方面有很大差异的两种（多种）种子。这种现象在自然界中比较普遍,特别是菊科、藜科、禾本科、十字花科中最为常见。二形性种子可分为有扩散结构和没有扩散结构（如冠毛和表皮毛状体）两种。如菊科的边花种子一般不具有扩散结构、个体较大,具有休眠特性和对光、温度、水、盐分等环境因子的敏感特性;而中间花种子一般具有扩散结构,个体较小,不具有休眠特性。具有休眠特性和对环境因子比较敏感的种子是形成土壤种子库的主要成分。二形性种子产生的幼苗在前期形态大小上都有差异,但生长后期有些差异不显著（70 days old for Hedypnois cretica）,有些仍很显著（Atriplex Sagittata）。这二形性幼苗所产生的后代同样也具有二形性现象。二形性种子产生的比例受环境因素的影响,例如：水、盐、养分和密度胁迫等。遗传因素也影响二形性种子的比例,其遗传率一般在0．2～0．5之间,是一种数量遗传性状,受多个基因控制。为了解释二形性种子产生的原因,从生态学和个体发育的角度提出了两个模型：生态进化模型（两面下注策略或高,低风险策略）和个体发育模型。不同植物的二形性（多形性）种子在结构、发芽,休眠特性、对环境因子的反应、幼苗特性、两者的比例受遗传和环境因素的影响不尽相同。种子二形性（多形性）是植物本身的遗传特性和环境因素共同作用产生的现象,是植物适应环境的一种生理、生态机制,是植物长期进化的结果。总之,二形性种子的形成机理非常复杂,目前还不是很清楚。对以下4个方面的研究进行了展望：采用生物技术的手段研究种子二形性的遗传机制;二形性种子激素等化学物质含量的差异;目前各种环境因素对植物生长的生理生态学意义;二形性植物生活史的系统研究。     

基于评价指标为潜变量背景下的纸坊沟流域水土保持技术评估

基于生态技术属性、应用、实施效果以及其特征表现为潜变量的现实,以潜变量为背景,构建了两种情境下的指标体系,在纸坊沟流域对两种情境下的指标体系进行验证,两种情境下的评估结果与均现实相符。水土保持技术选择、应用过程以及技术体系之间的互动关系直接涉及到的是潜变量,为了精确揭示水土保持技术的本质、明确纸坊沟流域水土保持技术应用过程及水土保持技术体系,基于课题"生态技术评价方法、指标与评价模型开发"的相关研究成果以及2018年5月农户调研资料,构建了包括技术成熟度、技术应用难度、技术相宜性、技术效益以及技术推广潜力在内的5个一级指标、技术完整性等在内的14个二级指标的水土保持技术评价指标体系,并对各指标进行解释,得到评判标准。采取一二级指标相互印证的方法对安塞县纸坊沟流域水土保持技术进行评估,结果表明:纸坊沟流域3个阶段水土保持技术综合得分分别为:0.5399(0.5191),0.6724(0.6628),0.7866(0.7748)(括号内为基于二级指标的测算结果)。流域内水土保持技术及其应用综合效果不断提升,动因为:水土保持技术体系不断优化,水土保持技术选择与应用的要素的耦合度不断提升,并与农户理念趋近。     

基于多源遥感数据的草地净初级生产力质量评价

植被净初级生产力NPP(Net Primary Production)的遥感估算与分析对全球生态系统具有重要指导意义,不同尺度的遥感影像上占主导地位的地物景观信息是不同的,现代生态研究多尺度分析至关重要。以青海省海北藏族自治州为研究区,使用Landsat 8 OLI遥感影像、天宫二号宽波段成像仪影像、融合影像(Landsat8 OLI影像和天宫二号宽波段成像仪影像融合)联同MODIS影像,作为CASA模型的输入参数,探究不同尺度下的研究区域NPP的空间分布情况,并对比分析不同数据源数据在估算NPP时的精度。结果表明:(1)Landsat 8 OLI数据的NPP值位于150—200 g C m^-2 a^-1所占比例最高;天宫二号宽波段成像仪影像数据和融合后影像的NPP值位于50—100 g C m^-2 a^-1所占比例最高;MODIS数据的NPP值位于小于50 g C m^-2 a^-1比例最高。(2)天宫二号宽波段成像仪影像数据的均方根误差(RMSE)、平均绝对误...     

甘肃省生态安全时空演变特征及影响因素解析

生态安全是维持经济社会与生态可持续发展的重要保障。西部大开发与"一带一路"倡议实施以来,西部城镇发展迅速,经济效益大幅提高,生态环境却面临极大挑战。因此,以西北地区重要生态屏障区甘肃省为研究对象,基于"省公顷"概念改进传统生态足迹模型,评价2005—2015年甘肃省生态环境演变特征和生态安全状况,定量解析其驱动因素。结果表明:(1)2005—2015年甘肃省人均生态足迹与人均生态承载力分别由0.51 hm²/人和0.22 hm²/人增加至0.69 hm²/人和0.47 hm²/人,生态承载力增加速度较快,但自然资源依旧呈"供小于求"的状态。(2)甘肃省人均生态赤字由-0.20 hm²/人变化至-0.33 hm²/人,生态恶化程度不断加深。生态压力也由2.07升至2.74,生态安全处于很不安全状态,总体"西北高、东南低"的格局与城镇化布局相一致。(3)各影响因素对生态安全变化的决定力存在明显差异,其中人均GDP对生态安全扰动最强,其余因素影响程度依次为"人均...     

绿洲胡杨生长期对全球变暖停滞响应的时空差异

基于中国绿洲胡杨分布区48个地面气象站1960—2017年逐日平均气温数据,运用线性趋势法、相关分析和偏最小二乘回归等方法,分析了中国绿洲胡杨生长期起止日和生长期对全球变暖停滞响应的时空差异。结果表明:1998—2012年中国绿洲胡杨起始日、终止日、生长期倾向率分别为-0.764、-0.328、0.535 d·10 a-1,与1960—2017年和1960—1998年相比呈现起始日推迟、终止日提前、生长期缩短的态势,对全球变暖停滞(global warming hiatus)响应明显,其中,终止日响应最显著。研究区有超过47%的站点呈现出起始日推迟、终止日提前、生长期缩短的趋势,对全球变暖停滞的响应呈自西南向东北逐渐减弱的趋势。但各绿洲胡杨生长期对全球变暖停滞的响应不尽相同,其中,河套绿洲对全球变暖停滞响应最显著,柴达木绿洲的响应不显著。成因分析表明,亚洲极涡面积指数、青藏高原指数、西风指数是影响胡杨生长期对全球变暖停滞响应的主要驱动因子。     

人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟——以宁夏盐池县荒漠草原区为例

荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力(GPP)和蒸散(ET)如何响应全球气候变化,不仅是全球变化生态学研究的核心问题,也关乎干旱半干旱风沙区生态建设的可持续性。利用参数优化后的生物群区生物地球化学循环(Biome-BGC)模型和气象环境驱动数据,考虑不同气候变化情景和未来趋势,模拟了盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统GPP和ET对气候变化的响应。结果表明:(1)增温会显著抑制生态系统的GPP,大幅度的增温(3 ℃)会导致GPP急剧下降,但增温对ET的抑制作用非常微弱;(2)降水是限制ET变化的重要因素,相对于增温诱发干旱胁迫所引起的ET小幅下降,降水多寡则更直接地控制着生态系统的ET大小;(3)中国西北地区未来气候的"暖湿化"趋势和大气CO₂浓度升高会对荒漠草原区人工灌丛生态系统产生综合驱动效应,增强陆地和大气间的碳水交换通量。研究成果可为干旱半干旱区应对全球变化及指导地方政府制定生态保护修复政策提供科学依据。     

北京主要气传致敏花粉年浓度峰值日期预测

花粉是我国北方引发过敏性鼻炎最主要过敏原,花粉症发病期与花粉浓度高峰期吻合。基于北京地区2012至2020年花粉季多站、逐日分类花粉浓度观测数据分析,得出北京地区花粉浓度在3月上旬至5月中旬(可进一步划分为3月中旬至4月上旬和4月下旬至5月上旬两个高峰期)和8月中旬至9月中旬分别存在两个高峰期,第一个高峰期内优势致敏花粉种类为柏科、杨柳科和松科,第二个高峰期内优势致敏花粉种类为桑科、菊科蒿属和藜科。根据优势致敏花粉年浓度峰值日期观测数据,使用与花粉采样站点位置相匹配的逐日气象观测数据累积值,基于作物模型概念和模糊逻辑原理建立了北京地区主要气传致敏花粉年浓度峰值日期预测模型。经检验,柏科、杨柳科、松科、桑科、菊科蒿属和藜科花粉模型预测准确率分别为87.8%、80.0%、64.4%、86.7%、78.8%和81.8%。基于北京地区主要气传致敏花粉年浓度峰值日期预测模型可为本地花粉症防治提供理论参考。     

小麦三雌蕊性状的遗传分析与连锁标记开发

CH257是‘三粒小麦’与普通小麦‘石优20’回交3次后选育的一个三雌蕊材料,可大幅度增加小麦的穗粒数。为了解析小麦三雌蕊性状的遗传方式,挖掘其控制基因并开发相关分子标记,该研究利用CH257和‘中国春’配制组合,获得其F₁、F₂和BC₁F₁群体进行遗传分析;使用纯合正常和纯合三雌蕊F₂株系,采用分离群体分组分析法(bulked segrgant analysis, BSA)构建单雌蕊、三雌蕊混池进行90K基因芯片扫描,根据芯片结果在相应区段开发分子标记。结果表明:CH257中三雌蕊的发育受1对显性单基因Pis-CH257控制;使用90K基因芯片扫描将Pis-CH257定位于2DL染色体上,在2DL相应区段开发标记,共获得5个与Pis-CH257连锁的共显性SSR标记,其顺序为2DL07、2DL17、2DL22、Pis-CH257、2DL25、2DL38,Pis-CH257两侧的连锁标记2DL22、2DL25与其遗传距离分别为1.1cM和2.5cM。本研究结果为克隆控制小麦三雌...     

隔日禁食对帕金森病模型小鼠肠道屏障的保护作用及机制

【背景】帕金森病是一种神经退行性疾病,常伴有胃肠功能障碍等非运动症状。肠道菌群紊乱与肠上皮通透性增强是引起肠道屏障功能障碍的主要因素。饮食限制可改善肠道菌群的构成、维持肠上皮稳态。本文假设隔日禁食对帕金森病模型小鼠肠道屏障有保护作用,其机制可能与纠正肠道菌群的失调以及促进肠紧密连接蛋白的表达有关。【目的】探究隔日禁食对帕金森病模型小鼠肠道屏障的保护作用及其机制。【方法】32只C57BL/6小鼠随机分成生理盐水+自由饮食组(NS+AL组,n=8)、生理盐水+隔日禁食组(NS+ADF组,n=8)、MPTP+自由饮食组(MPTP+AL组,n=8)、MPTP+隔日禁食组(MPTP+ADF组,n=8)共4组。隔日禁食方案以48 h为一个实验周期,前24 h采取禁食,后24 h采取自由摄食,在第12?14个周期内连续5 d给予小鼠腹腔注射1-甲基-4苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrathydropyridine,MPTP)建立帕金森病模型。在隔日禁食17个周期结束后收集小鼠粪便,通过16S rRNA基因高通量测序检测小鼠肠道菌群的变化;小鼠行为学测试后收集其空肠组织,通过HE染色观察肠道病理组织学变化,通过RT-qPCR方法检测AMPK、Occludin、ZO-1的mRNA表达水平(Prkaa1、Ocln、Tjp1),通过Western blotting方法检测ZO-1的蛋白表达水平。【结果】行为学测试结果显示,与NS+AL组相比,MPTP+AL组小鼠运动能力显著下降(P<0.01),而MPTP+ADF组小鼠运动障碍有所改善(P<0.01)。HE染色可见NS+AL组小鼠空肠绒毛结构完整、排列紧密,MPTP+AL组空肠绒毛破碎甚至脱落,而MPTP+ADF组则显示出空肠绒毛相对完整、排列紧密。肠道菌群测序结果显示,MPTP+AL组相较于NS+AL组,肠道菌群的丰度和多样性显著升高(P<0.001),而相较于MPTP+ADF组并无显著变化;各组间小鼠的肠道菌群构成具有显著差异,相对物种丰度在科水平的检测结果显示,与NS+AL组相比,MPTP+AL组艾克曼菌科(Akkermansiaceae)丰度明显升高(P<0.05),而MPTP+ADF组相较于MPTP+AL组该科菌的丰度显著下降(P<0.01)。RT-qPCR检测结果发现,相较于NS+AL组,MPTP+AL组小鼠空肠Prkaa1 (P<0.01)、Ocln (P<0.01)、Tjp1 (P<0.01)表达水平显著降低,其中,MPTP+ADF组与MPTP+AL组小鼠相比Prkaa1 (P<0.01)和Tjp1 (P<0.01)表达水平均有显著升高,MPTP+ADF组的Ocln表达水平也比MPTP+AL组高,但差异无显著性。Western blotting结果显示,ZO-1在MPTP+ADF组小鼠表达水平相较于MPTP+AL组显著上升(P<0.05)。【结论】隔日禁食对帕金森病模型小鼠空肠屏障具有保护作用,其机制可能与维持肠道菌群艾克曼菌科相对丰度及菌群稳态、提高空肠紧密连接表达有关。     

基于PROSAIL混合反演模型的MODIS LAI产品改进及评估

叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）是定量陆地生态系统中光合作用、呼吸作用、蒸腾、碳和养分循环等过程中物质与能量交换的重要结构参数。目前大、中尺度的气候和生态水文建模使用的LAI产品主要来源于中分辨率成像光谱仪（MODIS）,但由于其反演过程中的不确定性因素导致MODIS LAI产品在部分地区存在质量问题。以青海省复杂植被地区为研究区域,基于实地考察与采样验证了区域内MODIS LAI所存在的质量问题分布,并揭示了不确定因素的影响。与此同时,提出了一种基于PROSAIL模型与深度神经网络（DNN）的混合建模技术,针对MODIS LAI生成机制中地表分类数据、地表反射率数据和反演算法的不确定性进行改进,并基于青海省大范围实测LAI数据评估了改进前后产品的准确度,实测数据的验证结果发现：改进模型的LAI准确度（RMSE=0.48,R²=0.64）显著高于MODIS LAI （RMSE=0.71,R²=0.56）,预测结果与实测结果之间的偏差显著减少;区域尺度上,柴达木荒漠植被低覆盖典型区域、三江源高寒草甸中覆盖典型区域与青海湖牧场草地高覆盖典型区域的RMSE分别提高了0.19、0.10、0.54,改进方法有效解决了MODIS LAI产品中高覆盖植被饱和效应导致的高估以及低覆盖植被未检索导致低估的质量问题,改进结果分布连续,更符合真实植被状况。基于以上研究,充分证明了研究方法对MODIS LAI产品的改进具有可靠性,能够在缺少实测样本数据的情况下有效提高MODIS LAI的质量,为全球植被环境监测与生态建模提供重要的数据支持。