新一代遥感技术助力生态系统生态学研究

随着气候变化和人类活动的加剧, 生态系统正处于剧烈变化中, 生态学家需要从更大的时空尺度去理解生态系统过程和变化规律, 应对全球变化带来的威胁和挑战。传统地面调查方法主要获取的是样方尺度、离散的数据, 难以满足大尺度生态系统研究对数据时空连续性的要求。相比于传统地面调查方法, 遥感技术具有实时获取、重复监测以及多时空尺度的特点, 弥补了传统地面调查方法空间观测尺度有限的缺点。遥感通过分析电磁波信息从而识别地物属性和特征, 反演生态系统组成、能量流动和物质循环过程中的关键要素, 已逐渐成为生态学研究中必不可少的数据来源。近年来, 随着激光雷达、日光诱导叶绿素荧光等新型遥感技术以及无人机、背包等近地面遥感平台的发展, 个人化、定制化的近地面遥感观测逐渐成熟, 新一代遥感技术正在推动遥感信息“二维向三维”的转变, 为传统样地观测与卫星遥感之间搭建了尺度推绎桥梁, 这也给生态系统生态学带来了新的机遇, 推动生态系统生态学向多尺度、多过程、多学科、多途径发展。因此, 该文从生态系统生态学角度出发, 重点关注陆地生态系统中生物组分, 并分别从生态系统类型、结构、功能和生物多样性等方面, 结合作者在实际研究工作中的主要成果和该领域国际前沿动态, 阐述遥感技术在生态系统生态学中的研究现状并指出我国生态系统遥感监测领域发展方向及亟待解决的问题。     

光氮互作对闽楠幼苗叶片光合生理特性的影响

以5月龄闽楠幼苗为材料,采用4种光照水平(100%、41.3%、14.3%、3.6%自然光)和4种氮素水平(0、0.5、1、2 mol/L纯氮)的双因素盆栽试验,研究光氮互作下闽楠幼苗的光合生理特性,以探讨其对环境适应性的生理机制。结果表明:(1)遮荫和施氮均能显著提高闽楠叶片光合色素含量;在同一氮素水平下,随光照强度下降,闽楠幼苗叶片可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、最大净光合速率(P_(max))、暗呼吸速率(R_d)、表观量子系数(AQY)均呈先增后降趋势,并在41.3%自然光照水平时最高;而同期叶片胞间CO_2浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)均呈下降趋势;闽楠幼苗的叶片PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)和PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)则随光照减弱逐渐增加。(2)同一光照水平下,随着氮素施用量增加,闽楠幼苗叶片SS、SP、光合气体交换参数、光响应曲线特征参数总体呈现先升高后降低的趋势,F_v/F_m和F_v/F_o呈先降后增趋势。(3)不同光照和氮素水平之间存在显著的互作效应,隶属函数分析结果以41.3%自然光照、0.5 mol/L纯N处理的效果最优。研究表明,闽楠幼苗为喜光耐荫植物;适宜遮荫和施氮处理组合可显著改善闽楠渗透调节能力,提高光能利用率,促进光合作用进行,而全光照、过度遮荫、缺氮、或过量施氮均不利于闽楠正常生理代谢。     

弗里熊蜂蜜罐中糖液成分分析

【目的】熊蜂是众多植物的重要传粉昆虫,以采集并贮藏花蜜和花粉为主要食物。本研究旨在探究熊蜂的营养需求及明确其对采集的食物是否存在酿制过程。【方法】利用白砂糖溶液(糖浓度50%)饲喂弗里熊蜂Bombus friseanus蜂群,收集并检测其贮藏在蜜罐中1~7 d的糖液,作为处理组样品;同时将上述白砂糖溶液置于灭菌离心管中,排除熊蜂取食,作为对照组样品,测定贮藏期间处理组和对照组糖液的pH值、糖浓度、糖组分及α-淀粉酶和转化酶活性。【结果】弗里熊蜂B. friseanus贮藏在蜜中1~7d的糖液pH值平均为3.74±0.13,显著低于对照组(6.55±0.15);糖浓度与贮藏时间显著正相关,贮藏6d后糖浓度显著高于贮藏1~3 d时的;糖液组分更加丰富,除蔗糖外利用HPLC还检出果糖、葡萄糖、麦芽糖和海藻糖,贮藏4~5 d的糖液中己糖含量极显著高于贮藏1~3 d和6~7 d时的,己糖和麦芽糖含量分别与蔗糖含量极显著负相关,总糖中果糖和麦芽糖含量与贮藏时间极显著负相关,葡萄糖、蔗糖和海藻糖的含量分别与贮藏时间极显著正相关。贮藏6 d的糖液中α-淀粉酶活性显著高于其他时间,其他贮藏时间样品间α-淀粉酶活性差异不显著,而所有样本的转化酶活性在21.17~38.05 U/g FW之间,随贮藏时间的延长差异不显著。【结论】弗里熊蜂B. friseanus采集人工饲喂的糖溶液贮藏在蜜罐中,经其加工后发生了物理和生物化学变化,揭示熊蜂存在酿蜜能力。本研究的结果为熊蜂生物学及繁育研究提供了参考。     

基于多源数据的“安全公正空间”在大通湖流域环境管理中的应用

如何在确保生态系统安全的同时有效地开发和利用资源、保障人类福祉是当前面临的挑战。近年来兴起的“安全公正空间”(Safe and Just Operating Space, SJOS)理论框架为人类可持续发展提供了有效的评估方法, 即充分利用自然资源来提高人类社会福祉的同时确保环境生态安全。研究以长江中下游地区大通湖流域为例, 根据流域内的社会经济数据、环境监测数据和湖泊沉积记录, 从社会基础和环境系统两个方面构建该流域的SJOS框架, 并利用环境库兹涅兹曲线来揭示总体环境变化特征。结果表明: 流域内淡水利用、空气质量、水质均突破环境上限, 处于危险的状态, 此外流域内无贫困和产业创新两个社会基础维度的完成度相对较低。环境库兹涅兹曲线揭示了大通湖流域内社会-生态系统大致分为初始阶段(1950s—1980s)、严重退化阶段(1980s—2000s)和逐步改善(2000s后)三个阶段。研究为维持区域可持续发展提供了重要的参考信息, 同时也为区域SJOS框架的构建提供了一种有效的方法。     

黄芪汤对延缓C离子辐射致大鼠肾组织细胞凋亡的影响及相关机制

目的: 探讨黄芪汤抑制¹²C⁶⁺离子辐射脑模型鼠肾组织细胞凋亡的分子保护机制。方法: 50只SPF级Wistar大鼠随机分为正常对照组,单纯辐射模型组,黄芪汤(高、中、低剂量)组。正常对照组和单纯辐射模型组给予等体积生理盐水灌胃10 ml/(kg·d),黄芪汤治疗组分别灌胃给予黄芪汤18、9、4.5 g/(kg·d),连续给药2周。7 d后除正常对照组外,其余各组大鼠脑组织给予4Gy ¹²C⁶⁺离子束单次照射,辐射后第7日处死各组大鼠。HE染色法观察大鼠肾脏的病理形态变化,ELISA法检测大鼠血清IL-6的含量,实时荧光定量PCR法测定大鼠肾脏Bcl-2、Bax和Caspase-3的基因表达,免疫组化法检测大鼠肾脏Bcl-2、Bax、Caspase-3和NF-κB的蛋白表达。结果: 与正常对照组比较,单纯辐射模型组体重和肾脏指数均显著降低,血清IL-6的含量显著升高,肾脏Bcl-2的基因表达和蛋白表达均显著降低,Bax和Caspase-3的基因表达和蛋白表达均显著升高,NF-κB的蛋白表达也显著升高(P＜ 0.01),单纯辐射组肾小球系膜细胞明显增生,肾小管间质血管明显扩张充血,肾小管管腔狭窄、不规则。与单纯辐射模型组相比,黄芪汤高剂量组体重和肾脏指数均明显升高,黄芪汤各干预组肾脏Bcl-2的基因表达和蛋白表达均显著升高(P＜0.05或P＜0.01);而黄芪汤中、高剂量组Bax和Caspase-3的蛋白表达均显著降低,各干预组血清IL-6的含量显著降低,肾脏Bax和Caspase-3的基因表达均显著降低,肾脏NF-κB的蛋白表达显著下降(P＜0.05或P＜0.01),黄芪汤高剂量组可见肾小球系膜细胞增生情况明显改善,肾小管轮廓清晰。结论: 黄芪汤对¹²C⁶⁺离子辐射脑模型鼠的肾损伤具有一定的防护作用,其作用机制可能与调控Bcl-2/NF-κB信号通路有关。     

猪δ冠状病毒核衣壳蛋白互作的蛋白鉴定及分析

初步筛选与鉴定PDCoV N蛋白的宿主互作蛋白.利用免疫共沉淀(Co-immunoprecipitation,CO-IP)和LC-MS/MS质谱技术筛选出PDCoVN蛋白的宿主互作蛋白,并进行生物信息学分析,再利用免疫共沉淀进行鉴定.通过免疫共沉淀产物的SDS-PAGE分析发现在40 kD和100 kD左右有明显的差异蛋白条带,通过质谱筛选到了68个与PDCoVN蛋白互作的宿主蛋白,并做了GO、COG和KEGG注释,挑选出2个候选互作蛋白,经过免疫共沉淀验证,PDCoVN蛋白与TUBB2B存在互作关系.该研究为进一步探索PDCoV N蛋白在病毒感染细胞时的作用提供了新方向.     

杨树受机械损伤与光肩星天牛危害的防御性反应

杨树是我国“三北”地区防护林建设的主栽树种,自20世纪70年代以来长期受到光肩星天牛的严重危害。北抗杨对光肩星天牛有一定的抗性,但产生抗性的生化机制尚不清楚。本研究采用试剂盒法与高效液相色谱法以未受害、机械损伤、虫害北抗杨为研究材料,对其树皮和木质部中的次生代谢产物和防御酶含量进行检测,以探索其抗性机制。结果表明,北抗杨受到机械损伤和光肩星天牛危害后其反应不同:1)次生代谢产物,北抗杨受到机械损伤后,树皮中的水杨苷和白杨甙含量显著上升,槲皮苷含量降低;而受光肩星天牛危害后,树皮中的水杨苷和槲皮苷含量显著上升,白杨甙含量无显著变化。机械损伤的北抗杨木质部总酚含量高于虫害与未受害木质部,后两者间无显著差异;光肩星天牛危害的北抗杨木质部白杨甙和亚麻木酚素含量高于机械损伤木质部与未受害木质部。遭受机械损伤与虫害后北抗杨木质部的总酚苷含量显著高于未受害木质部。2)防御酶活性分析表明,与未受害北抗杨树皮相比,受到机械损伤与虫害后的树皮苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性显著升高,但两者间无差异;受到机械损伤与虫害后的树皮超氧化物歧化酶(SOD)活性高于未受害树皮,且机械损伤树皮高于虫害树皮;北抗杨受机械损伤与虫害后木质部中的过氧化物酶(POD)活性高于未受害木质部,但两者间无差异。3)与未受害北抗杨相比,北抗杨受机械损伤、虫害后部分次生代谢物和防御酶都有不同程度的增加,推测这些物质可能与北抗杨抗逆性反应有关。     

场效应晶体管生物传感器在生物医学检测中的应用研究进展*

场效应晶体管生物传感器因其灵敏度高、分析速度快、无标记、体积小、操作简单等特点而受到了很多关注,广泛应用于DNA、蛋白质、细胞、离子等生物识别物的检测。近年来,更有纳米材料和微电子技术在传感器设计中提高传感器的传感性能,场效应晶体管生物传感器朝着高灵敏、微型化、快速化以及多功能化的方向以令人惊叹的速度发展。研究场效应晶体管生物传感器工作原理,阐述近年来场效应晶体管生物传感器在生物医学检测领域中最新的研究进展与应用,探讨场效应晶体管生物传感器克服各种缺陷的应对策略,为该传感器在未来生物医学检测中的开发提供参考。     

冬虫夏草菌实时荧光定量PCR内参基因的筛选

以冬虫夏草单子囊孢子分离得到的菌株TZ8-1的3种菌丝形态为实验材料,提取RNA,经反转录获取cDNA,选择了11个持家基因为候选内参基因（18S rRNA、APRTase、β-TUB、RPL2、EF1-α、PGI、PGM、H⁺-ATPase、ACT1、UBQ和GAPDH）,根据该菌基因组注释结果来设计引物,采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术进行定量扩增,利用geNorm、NormFinder和BestKeeper算法程序进行表达稳定性评估,并用RefFinder对评估结果进行综合排比,最终筛选得到了最适内参基因。结果表明,所选取的11个候选内参基因均可作为冬虫夏草菌菌丝体时期的内参基因,稳定性最好的3个内参基因分别是UBQ、PGE和ACT1,稳定性较差的3个内参基因分别是GAPDH、RPL2和β-TUB。     

中国云南色串孢科的新种苍山长喙孢和新记录露

本研究对中国滇西北地区淡水木腐真菌进行了调查,在云南省的苍山、怒江和澜沧江采集到3个菌株。根据形态学特征和多基因系统发育分析（ITS、LSU、SSU、TEF1-α和RPB2）描述了新种——苍山长喙孢Rostriconidium cangshanense。苍山长喙孢的特征是菌体形态与营养菌丝不同,分生孢子梗单生或者松散成束,光滑或粗糙;产孢细胞多芽、深褐色、具有黑色驼峰状的分生孢子脱落痕;分生孢子梭形至倒棒状、长喙状,6-8个横隔,有明显油滴状细胞内含物,有时具顶端粘膜鞘。露兜长喙孢Rostriconidium pandanicola报道为世界淡水环境的新记录。