生态系统的多稳态与突变

许多生态系统可能在短时间内发生难以预料的状态突变, 其中一些生态系统突变的机理可以用多稳态理论进行解释。近年来生态系统的多稳态和突变现象及其机理吸引了研究者和管理者的广泛关注。本文重点对生态系统多稳态的理论基础、识别方法及稳态转换发生的早期预警信号进行综述, 并基于典型生态系统过程对现实世界中可能观测到的稳态转换进行实例分析, 最后对多稳态概念框架和理论应用中的潜在争议进行讨论, 以期为非线性生态系统动态的理论研究、管理实践和生物多样性保护等提供参考。     

“2020年后全球生物多样性框架”进展及展望

“2020年后全球生物多样性框架”是当前《生物多样性公约》谈判的焦点议题之一。本文阐述了框架制定的背景, 介绍了“2020年后全球生物多样性框架”不限成员名额工作组(Open Ended Working Group, OEWG),的谈判过程, 综合分析了缔约方在各有关磋商进程中的观点, 以及目前缔约方对框架各个要素的共识和分歧, 评估了框架的制定进展, 并就框架的设计提出四点展望: (1)阐明转型变革的具体实施路径; (2)平衡反映公约三大目标; (3)加强与其他全球治理进程的协同; (4)强化框架对全球及缔约方履约进展的评估和审查。最后提出对我国的建议: (1)及时更新国家生物多样性战略与行动计划(National Biodiversity Strategies and Action Plans, NBSAP); (2)加强国内生物多样性工作的协调; (3)继续加强生态环境执法和责任机制。为缔约方更好参与框架制定进程, 深入了解框架及其磋商进展提供参考, 并为下一步框架制定提供参考。     

浙江水源地河流浮游动物多样性与环境因子的通径分析

为探明水源地河流浮游动物多样性及与水环境因子的关系, 利用浮游动物多样性参数监测水质, 2010-2014年间, 我们于每年的冬季(1月)、春季(4月)、夏季(7月)和秋季(10月), 对浙江2个水源地河流采样站(H1站和H2站)展开浮游动物种类组成、丰度和多样性指数的季节性调查, 同时测定水环境因子。结果表明, H1站和H2站浮游动物平均丰度分别为1,387.4 ind./L和873.0 ind./L, 小型浮游动物(轮虫 + 桡足类无节幼体)丰度分别占92.8% (H1站)和91.5% (H2站)。两采样站轮虫、枝角类和桡足类的优势种均为针簇多肢轮虫(Polyarthra trigla)、短尾秀体溞(Diaphanosoma brachyurum)和温剑水蚤(Thermocyclops sp.)。多元逐步回归与通径分析结果表明: 冬季氮磷比是轮虫类Shannon-Wiener多样性指数(H′)波动的限制因子, 主要通过总磷含量对轮虫类H′指数产生较大的间接正向作用; 春季氮磷比是轮虫类H′指数发展的决策因子; 秋季氮磷比可通过总氮含量对轮虫类H′指数产生较大的间接正向作用。冬季氨氮、总氮含量分别是甲壳动物体积多样性指数(Hs)的决策因子和限制因子。夏季溶解氧含量是总浮游动物物种丰富度(d)波动的限制因子, 主要通过pH值对d指数产生较大的间接正向作用, 作用机制表现为轮虫类H′指数随着夏季溶解氧含量的升高呈极显著上升(P < 0.01), 而甲壳动物Hs指数则显著下降(P < 0.05)。水源地河流环境因子与浮游动物多样性之间的相互关系为浙江水源地生态学监测提供了可能性。     

气候变化和经济发展对肾综合征出血热发生的影响

肾综合征出血热(hemorrhagic fever with renal syndrome, HFRS)是一种啮齿动物传播的自然疫源性疾病, 危害严重, 已成为全球重要的公共卫生问题。本研究采用数理统计模型及小波分析方法, 对陕西省西安市鄠邑区1984-2016年HFRS的发生与鼠类、气候和经济因素的关系进行分析, 探讨气候和经济因素对HFRS发生的影响。小波分析结果表明, 该地区的HFRS暴发史可能分为两个时期, 推测每个时期具有不同的主要宿主, 在2002年褐家鼠(Rattus norvegicus)可能取代黑线姬鼠(Apodemus agrarius)成为HFRS疫源地的主要宿主。广义可加模型模拟结果表明, HFRS的发生与1984-2001年黑线姬鼠密度间存在极显著非线性效应(F_2.06,9.02 = 102.415, P < 0.01), 两者间显现为正相关; 与2002-2016年的褐家鼠密度间呈正相关(F_1.67,9.02 = 73.929, P < 0.01); HFRS主要宿主的这种变化可能与当地气候变化和经济发展有关: HFRS的发生与年平均温度存在极显著的非线性效应(F_2.93,9.02 = 12.164, P < 0.01), 两者间呈负相关; 同样, HFRS的发生与上一年的国内生产总值(GDP)也存在显著非线性效应(F_1.70,9.02 = 2.917, P < 0.05), 两者间也呈负相关。结构方程模型通过直接和间接的影响途径证明了这种转移机制, 发现温度对HFRS发生有显著的直接负向影响以及通过褐家鼠的间接正向影响; GDP对HFRS发生有直接的负向影响。本研究表明HFRS的发生与气候变化和经济发展相关, 两者均能影响HFRS的暴发, 该结论有助于今后更好地对HFRS疾病进行预防和控制。     

新疆吉木萨尔县蝴蝶群落多样性

蝴蝶作为指示生物, 被广泛地应用于生物多样性监测及环境质量评估。探究新疆吉木萨尔县蝴蝶群落多样性, 可为当地蝴蝶多样性的保护及环境监测提供基础数据。本研究采用样线法在新疆吉木萨尔县选取山前荒漠、农田、山地草原、山地森林、亚高山草甸5种不同的生境类型, 对蝴蝶种类和群落多样性进行调查。共记录蝴蝶4,401号, 隶属于7科26属38种。其中蛱蝶科有9属12种, 为优势科; 粉蝶科的个体数最多, 占比55.01%; 绢蝶科、凤蝶科和弄蝶科的种类数和个体数最少, 均为单科种, 是该地区的稀有类群。对不同生境蝴蝶群落多样性和相似度分析比较的结果显示: 5种生境中多样性指数从高到低依次为亚高山草甸、山地森林、山地草原、农田及山前荒漠, 其中山地森林和亚高山草甸的相似性系数较高, 达到0.77, 山前荒漠和山地草原的相似性系数最低, 为0.37。蝴蝶物种数及多样性指数随海拔的增加呈上升趋势。蝴蝶群落随月份发生变化, 蝴蝶种类和数量在5月发生、7月达到峰值。蝶类个体数在3年内呈下降趋势。研究结果表明, 蝴蝶物种的组成和多样性与生境类型具有密切联系, 保护生态环境, 维持该地区植物群落的多样性、降低人为干扰程度是保护蝶类多样性的关键。     

极小种群野生植物坡垒的生境特征及其对幼苗多度的影响

极小种群野生植物坡垒(Hopea hainanensis)曾经是热带低地雨林的优势种, 但由于商业采伐和刀耕火种等严重人类干扰及自然更新困难, 致使其种群数量急剧下降到最小可存活的界限, 急需开展种群的拯救恢复工作。而对于坡垒生境适宜性及更新限制的了解, 是进行种群保护及恢复的基础。本文在对野生坡垒种群及其生境因子调查测定的基础上, 分析了生物与非生物生境特征及其对坡垒种群更新幼苗多度的影响。结果表明: 坡垒种群从幼苗至幼树阶段存在着严重的增补限制。坡度小、土壤含水量和有效磷含量高、母株胸径和冠幅较大、伴生种胸高断面积中等的环境是坡垒幼苗较为适宜的生境, 且坡垒幼苗多度与坡度及土壤pH值显著负相关, 与土壤含水量及土壤全磷含量显著正相关。这些研究结果为极小种群野生植物坡垒的就地保护与种群复壮提供了科学依据。     

罗霄山脉翼手目物种多样性及适生区预测

罗霄山脉位于中国大陆东南部, 是一条南北走向的大型山脉, 面积约6.76万km²。该山脉位于欧亚大陆东部季风区, 生物多样性丰富, 是亚洲东部第三纪冰期动物重要的避难所。为了解罗霄山脉翼手目物种多样性状况, 本研究组于2013-2018年, 使用雾网、手网和竖琴网等工具开展了针对性调查与标本采集, 同时运用形态分类学和分子系统发生学方法鉴定物种。根据调查结果并结合文献记载: 罗霄山脉地区现有翼手目物种4科14属40种, 其中罗霄山脉翼手目新记录种25种, 省级翼手目分布新记录种9种。同时, 本研究基于5年的调查采集位点, 使用生物多样 性与气候变化虚拟实验室(the Biodiversity & Climate Change Virtual Laboratory)在线生境预测平台, 对罗霄山脉翼手目物种当前的适生区, 以及3种不同量温室气体排放情景下(representative concentration pathway, RCP 2.6 / 6.0 / 8.5) 2050年的适生区进行预测, 其中随机森林算法(random forest)的模型解释力较优, 其预测结果显示: 影响该区域翼手目分布的主要环境因子为降水季节性和年平均温度; 山脉中部及南部为翼手目的高适生区, 面积约为罗霄山脉的30%; 与当前适生区相比, RCP 2.6情景下2050年该类群适生区有所扩增, RCP 6.0和RCP 8.5情景下均会导致翼手目适生区急剧缩减, 且分布区将迁移至高海拔区域以响应气候变化。而本项目的开展不仅初步掌握了罗霄山脉翼手目物种多样性本底状况, 也为开展后续的翼手目研究和保护管理提供了参考。     

The intronic promoter of Actin4 mediates high-level transgene expression mainly in the wing and epidermis of silkworms

Transgenic Research - The cytoplasmic actin gene Actin4 (A4) in silkworm (Bombyx mori) was isolated 20&nbsp;years ago and has a distal promoter upstream of the first exon and a proximal...     

Species richness promotes ecosystem carbon storage: evidence from biodiversity-ecosystem functioning experiments

Plant diversity has a strong impact on a plethora of ecosystem functions and services, especially ecosystem carbon (C) storage. However, the potential context-dependency of biodiversity effects across ecosystem types, environmental conditions and carbon pools remains largely unknown. In this study, we performed a meta-analysis by collecting data from 95 biodiversity-ecosystem functioning (BEF) studies across 60 sites to explore the effects of plant diversity on different C pools, including aboveground and belowground plant biomass, soil microbial biomass C and soil C content across different ecosystem types. The results showed that ecosystem C storage was significantly enhanced by plant diversity, with stronger effects on aboveground biomass than on soil C content. Moreover, the response magnitudes of ecosystem C storage increased with the level of species richness and experimental duration across all ecosystems. The effects of plant diversity were more pronounced in grasslands than in forests. Furthermore, the effects of plant diversity on belowground plant biomass increased with aridity index in grasslands and forests, suggesting that climate change might modulate biodiversity effects, which are stronger under wetter conditions but weaker under more arid conditions. Taken together, these results provide novel insights into the important role of plant diversity in ecosystem C storage across critical C pools, ecosystem types and environmental contexts.     

Efficient deletion of LoxP-flanked selectable marker genes from the genome of transgenic pigs by an engineered Cre recombinase

Genetically modified (GM) pigs hold great promises for pig genetic improvement, human health and life science. When GM pigs are produced, selectable marker genes (SMGs) are usually introduced into their genomes for host cell or animal recognition. However, the SMGs that remain in GM pigs might have multiple side effects. To avoid the possible side effects caused by the SMGs, they should be removed from the genome of GM pigs before their commercialization. The Cre recombinase is commonly used to delete the LoxP sites-flanked SMGs from the genome of GM animals. Although SMG-free GM pigs have been generated by Cre-mediated recombination, more efficient and cost-effective approaches are essential for the commercialization of SMG-free GM pigs. In this article we describe the production of a recombinant Cre protein containing a cell-penetrating and a nuclear localization signal peptide in one construct. This engineered Cre enzyme can efficiently excise the LoxP-flanked SMGs in cultured fibroblasts isolated from a transgenic pig, which then can be used as nuclear donor cells to generate live SMG-free GM pigs harboring a desired transgene by somatic cell nuclear transfer. This study describes an efficient and far-less costly method for production of SMG-free GM pigs.