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。     

格网尺度下青海玛多县土地利用及生态系统服务价值空间自相关分析

开展黄河源区土地利用和生态系统服务价值空间量化评估,对于保障黄河流域生态安全具有重要意义。以黄河源区玛多县为例,基于3 km×3 km网格单元,应用空间自相关方法构建生态系统服务价值评价模型,定量评价了2015年玛多县土地利用/覆被空间自相关格局特征,可视化表达了玛多县生态系统服务价值空间信息。结果表明: 在3 km×3 km格网尺度下,不同覆盖度草地覆盖范围广阔;水域网格占总网格数的42.9%,在玛多县西北部分布密集;建设用地呈东北-西南走向的“线条式”分布;未利用土地体现为西南多、东北少的分布格局。在空间上,玛多县土地利用类型网格之间相互影响,表现为正相关性和聚集分布。水域的全局Moran I和局部Moran I值均最大,空间聚集性最强,局部连片度较高。建设用地的全局Moran I和局部Moran I值分别为0.293和0.127,空间自相关性最弱,在小范围内呈聚集特点。2015年,玛多县生态系统服务价值(ESV)为938.87亿元,网格的ESV平均值为3.20×10⁷元,最大值为19.96×10⁷元,水域分布网格是ESV的高值区。玛多县ESV分布格局整体上呈显著的空间正向自相关,ESV在网格之间为聚集分布。不同土地利用类型ESV网格总体呈高高、低低聚集,在局部零星为高低、低高聚集。可采取的国土空间规划与用途管制策略包括:水域、未利用土地采用强调生态溢出价值的“集中连片式”保护模式,高、中、低覆盖度草地采取主次分明、划区管理的“组团式”生态治理模式,建设用地在“廊道式”分布格局中采取小范围集约化开发利用模式。     

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。     

圈养林麝麝香分泌时间节律及影响因素

在2016年和2017年的5—8月,我们对川西马尔康麝场圈养林麝（Moschus berezovskii）的麝香分泌进行了行为与生理监测,对麝香分泌的各阶段进行了准确判定,记录了泌香启动、泌香盛期开始、泌香盛期终止及泌香结束的时间阶段及持续时间长,分析了林麝麝香分泌的时间阶段与体重和年龄等因素的关系。结果表明,马尔康麝场的雄性林麝平均泌香启动日在6月16日[（167.06±7.75）d,n=141],于6月17日进入泌香盛期[（168.52±7.67）d,n=141],6月21日[（172.17±7.26）d, n=138]泌香活动减弱,至6月25日[（176.27±8.11）d, n=131]泌香结束;雄麝体重与其泌香启动、泌香盛期停止及泌香结束时间呈显著负相关（r_PS = -0.234,P_PS =0.028;r _VSF = -0.215,P_VSF = 0.047;r _SE = -0.229,P_SE = 0.043）,即雄麝的体重越大,其泌香越早;各年龄组间的平均泌香时长差异显著（F _{17, 113} = 3.482, P = 0.003）,其中2岁雄麝平均泌香时长最长[（13.07±2.08）d, n=20],显著高于3岁[（9.38±0.76）d, n=12, P = 0.042]和4岁[（7.80±1.60）d, n=5, P = 0.013]个体;马尔康林麝平均泌香量为（11.85g±0.96）g, （n=114）,随泌香时长延长有增加趋势,但不显著（P = 0.854）。基于上述林麝雄体的泌香时间、泌香量与年龄和体重等因素间的关联,可对圈养的林麝个体间的泌香力、泌香量等进行区分和预判,作为圈养林麝驯养生产力优化的依据,并可为圈养林麝优质品系的选育提供参考。     

刺梨GL2同源基因的克隆、系谱树和表达分析

为了观察刺梨果实的果刺细胞学发育过程,该研究以刺梨‘贵农5号''的cDNA为模板,通过RACE克隆获得刺梨中与拟南芥表皮毛形成GL2的同源基因RrGL2,并对该基因进行生物信息学分析和表达分析。结果表明:(1)刺结构在花芽形成早期基部内的细胞首先不断分裂,向外继续发育,中部的细胞变细、变长形成“针”状结构,顶部的细胞逐渐木质化使刺变硬,形成果刺。(2)通过RACE扩增得到RrGL2的cDNA全长2 292 bp,编码763 aa氨基酸。(3)RrGL2具有Homeodomain同源结构域和StAR磷脂酰胆碱转移蛋白的结构域,RrGL2与其他物种编码的GL2氨基酸同源性高度相似,并且系谱树分析揭示刺梨RrGL2和野草莓的GL2密切相关。(4)qRT-PCR分析表明,RrGL2在茎和果实中的表达水平高于其他组织,在花后7周果刺中的表达最高,是3周和5周果刺中的7.87倍和2.10倍。综上结果发现RrGL2的功能与果刺的形成发育密切相关,该研究为刺梨中刺形成的分子机制和育种提供了理论基础。     

蒙农红豆草不同花色表型及色素成分特征分析

蒙农红豆草不仅是良好的饲草作物,还可以用作庭院观赏及蜜源植物。该研究以蒙农红豆草浅色花瓣突变体与对照群体中的粉红色、紫红色花瓣为试验材料,通过对花瓣颜色的表型和色素种类及含量的综合分析,明确影响花色形成的主要物质。结果表明:(1)蒙农红豆草浅色花突变体与对照的粉红色花和紫红色花为3种不同的色系,根据黄度(b*)和色相角(h°)将浅色花突变体的花色定义为黄白色花。(2)在3种花色中共检测到10种类黄酮和5种花青素,其中6种山奈酚衍生物、2种矮牵牛素衍生物、2种飞燕草素衍生物和1种锦葵素衍生物为首次在蒙农红豆草中报道;同时还发现山奈酚-3-芸香苷、山奈酚-3-葡萄糖苷和飞燕草素-3-羧基修饰芸香苷在3种花色中含量(36%~50%、21%~35%和27%~65%)最多。研究推测:芦丁、山奈酚-3-芸香苷-5-鼠李糖苷和山奈酚-3-p-香豆酰葡萄糖苷为影响蒙农红豆草花色变化的主要成分。     

L,D-转肽酶LdtMt2-厄他培南加合物的新状态Ⅰ-plus结构

具有多重耐药性和广泛耐药性的结核分枝杆菌菌株正在全球范围内传播,因此,迫切需要新的抗结核药物。结核分枝杆菌的L,D-转肽酶LdtMt2直接参与肽聚糖的形成,细菌毒性和β-内酰胺抗性。该酶是潜在的抗结核靶标,可以被碳青霉烯类抗生素抑制,碳青霉烯类抗生素是FDA批准的用于治疗肺结核的药物。据报道,LdtMt2与碳青霉烯类抗生素（如厄他培南,亚胺培南和美洛培南）相互作用时,存在两种不同的中间状态,即状态I和II。状态I被认为是初始加合物形成状态,而状态II被认为是稳定的蛋白质-配体相互作用状态,并伴有碳青霉烯类抗生素和蛋白质的局部构象排列。本文中,我们报告了一个LdMt2-ertapenem新中间状态I-plus,具有与状态II相同的碳青霉烯类抗生素构象和与状态I相似的局部蛋白质构象。该新状态是从状态I转变为状态II的中间状态,构象变化发生在厄他培南分子而不是蛋白质。我们的工作有助于阐明碳青霉烯类抗生素对LdtMt2的作用后发生的变化,并与其他报道的中间状态一起揭示L,D-转肽酶如何与碳青霉烯类抗生素相互作用。     

2种调查方法对四川黑竹沟国家级自然保护区3种雉类种群密度调查的比较

种群数量是物种的重要生态学基础资料,合适的密度调查方法是数量估算的基础。2016年4-5月,采用广泛应用于鸡形目Galliformes鸟类种群密度调查的样线法和样点法,调查了四川黑竹沟国家级自然保护区3种鸡形目鸟类(白腹锦鸡Chrysolophus amherstiae、红腹角雉Tragopan temminckii和血雉Ithaginis cruentus)的种群密度。样线法和样点法估算的雄体密度分别是:白腹锦鸡1.20只/km^2和(6.31±0.98)只/km^2,红腹角雉5.41只/km^2和(0.39±0.17)只/km^2,血雉3.01只/km^2和(5.97±2.70)只/km^2。除红腹角雉外,样点法估算的白腹锦鸡、血雉种群密度均大于样线法。建议针对不同鸡形目鸟类采用不同的调查方法,并尽量扩大样本数量,从而提高调查结果的准确性。     

资源型地区工业集聚对生态效率的影响——基于我国9个典型资源型省份的实证研究

资源型地区生态环境与工业经济发展之间的矛盾异常突出。本研究以2006—2015年山西、内蒙古、黑龙江、贵州、云南、陕西、青海、宁夏和新疆9个典型资源型省份为样本,深入研究专业化、相关多样化和无关多样化等不同类型工业集聚对资源型地区生态效率的影响及作用机制。结果表明: 专业化集聚对生态效率具有显著的负向影响,除宁夏以外,多数资源型省份的工业专业化程度呈下降趋势,有利于生态效率的提高。相关多样化集聚对生态效率的影响呈“U”型曲线,山西、青海和宁夏的工业相关多样化程度小于临界值1.49,抑制了生态效率的提高;其他省份已跨越拐点,对生态效率的提升作用已经显现。无关多样化对生态效率具有负向影响,山西、贵州、陕西和黑龙江等省的工业无关多样化程度略有下降,有利于生态效率的提高;其他省份则明显上升,不利于生态效率的改善。研究结论可为资源型地区工业绿色转型路径选择和相关政策制定提供理论依据。     

利用宏基因组学方法分析健康人群肠道微生物与其生理指标的关系

目的探究亚洲健康人群的肠道菌群组成特征及其与血压和年龄相关生理指标的关系。方法应用WGCNA分析,对22个健康个体肠道微生物细菌基因组进行解析。结果亚洲健康人肠道微生物相对丰度最高的细菌门水平分别是Firmicutes(厚壁菌门)、 Bacteroidetes(拟杆菌门)以及Proteobacteria(变形菌门),并且在Proteobacteria中显示高差异性。WGCNA分析结果表明两个模块(yellow,green)中微生物物种丰富度分别与收缩压和舒张压以及年龄呈正相关(t=3.098 1,P=0.005 6;t=3.015 9,P=0.006 8;t=2.390 8,P=0.026 7)。其中Ruminococcus sp.(瘤胃球菌)、Oscillospiraceae sp.(颤螺菌)、Clostridium hathewayi(哈氏梭菌)与血压呈现显著正相关;Intestinibacter(肠杆菌)、Clostridium(梭菌)、Blautia(劳特菌)以及Veillonella(韦荣球菌)属下的Aypic、Tobetsuensis rogosae与年龄呈现正相关。抗性基因注释结果表明,年龄和血压相关核心菌群均富集有较多的大环内酯-林可酰胺-链霉素类、杆菌肽类以及四环素类抗生素抗性基因。其中多黏菌素类抗性基因仅存在于年龄相关核心菌群而氯霉素抗性基因仅存在于血压相关核心菌群。结论健康人肠道微生物物种丰度与血压以及年龄相关,肠道菌群可能在心血管疾病以及衰老过程中发挥重要影响。