广义可加模型在R中的快捷实现及蓝藻水华预测分析中的应用

广义可加模型(generalized additive models,GAM)适用于响应变量与解释变量之间的关系是非线性或非单调的数据分析,近年来在生态学中受到越来越多的关注。本文利用太湖湖泊生态系统研究站的监测数据,在RStudio集成编程环境下通过R对数据进行预处理、确定连接函数、对模型进行筛选以及评估等步骤,运用GAM分析了环境因子对微囊藻生物量的影响。结果表明,水温、总磷、化学需氧量以及电导率是影响太湖微囊藻生物量的4个关键环境因子。分析过程中,通过自编函数能有效地减少编程过程中的代码输入工作;R+RStudio是高效、快捷的编程环境。     

鄱阳湖通长江水道鲢的生物学参数估算

利用2012年3月—2013年2月在鄱阳湖通长江水道进行的定置网渔获物调查的数据,运用软件Fi SATⅡ对鲢的生长参数以及种群补充模式进行了估算。结果表明:鄱阳湖通长江水道鲢体长范围为81~835 mm;体长(L/mm)和体质量(W/g)的关系式为W=3.987×10-5L2.850(R2=0.964,n=893),von Bertalanffy生长方程的各参数为:渐近体长L∞=879.38 mm,生长系数K=0.100,理论生长起点年龄t0=-1.141。总死亡系数Z=0.520a-1,自然死亡系数M=0.245a-1,捕捞死亡系数F=0.275a-1。鄱阳湖通长江水道鲢开发率E=0.529,存在资源过度利用的趋势。种群补充模式表明,鄱阳湖通长江水道鲢种群补充期出现在6—10月份,因此,建议适当调整禁渔期,以利于其资源的恢复与保护。     

水位变化对高原湿地湖滨带优势植物水葱的生长胁迫

干旱等引起的水位变化使大面积湖泊湿地湖滨带退化消失,其对湿地植物及其群落的影响是近年来的研究热点,对生长于零地面水位环境水葱(实验组)的生长特性(相对生长速率、基茎、分枝数)和抗性相关物质(茎丙二醛、脯氨酸含量)进行研究,与正常水环境(淹水约20 cm)下生长的水葱(对照组)进行对比,以揭示地面水位变为零(干旱)对水葱生长产生的影响。结果表明:不同实验时间段,水葱的相对生长速率不同,5月,实验组和对照组分别为2.00 cm·d-1和3.18 cm·d-1;6月中上旬,分别为2.35 cm·d-1和2.44 cm·d-1;6月中下旬,分别为0.95 cm·d-1和0.99 cm·d-1;7月之后,分别为0.02 cm·d-1和0.05 cm·d-1。实验组水葱平均分枝数为2.94枝/丛,对照组为4.86枝/丛;实验组水葱基径为5.15 mm,对照组为7.33 mm;实验组水葱茎的相对含水量为73.28%,对照组为75.28%;实验组水葱平均丙二醛、脯氨酸含量分别为10.27μg·kg-1和9.44μmol·kg-1,对照组分别为6.46μg·kg-1和6.40μmol·kg-1。实验组和对照组水葱除了茎相对含水量差异不显著,其余指标均差异显著(对照组优于实验组),这表明地面水位变为零相对不利于生葱生长,会降低主要植物为水葱的湿地生态系统的生产力,最终加速该种湿地生态系统退化演替。研究结果可为揭示气候变化(干旱)对湿地挺水植物的生长以及对高原湿地生态系统的影响提供科学依据。     

思茅松HDR基因全长cDNA克隆与序列分析

1-羟基-2-甲基-2-E-丁烯基-4-焦磷酸还原酶(HDR)是甲基-D-赤藓醇-4-磷酸(MEP)途径中的最后一个酶,在植物萜类生物合成中起主控作用。该研究根据思茅松(Pinus kesiya var.langbianensis)树皮转录组数据分析结果,首先获得了思茅松HDR基因片段,然后根据所获得的基因片段设计特异引物,提取受伤后的思茅松树皮的RNA,并运用RT-PCR和RACE技术从思茅松树皮中克隆得到完整的HDR基因(Pk HDR)。生物信息学分析表明:克隆获得的Pk HDR1基因c DNA全长序列为1 876 bp,含有1个1 464 bp的开放阅读框(ORF),编码487个氨基酸。同源性分析结果表明:思茅松HDR蛋白与赤松(Pinus densiflora)HDR蛋白的相似性高达99%。亚细胞定位及结构域分析结果表明:思茅松Pk HDR氨基酸序列中包含转运肽序列(A1-A61)及植物HDR蛋白多个保守的功能位点(A143,A234,A288,A371)。系统进化分析结果表明:Pk HDR蛋白与赤松HDR蛋白的亲缘关系最为接近。半定量PCR检测结果表明:树皮的创伤促进思茅松HDR基因的表达。该研究成功克隆获得HDR基因,并确定其与松脂代谢密切相关,为阐明思茅松松脂生物合成机制和分子育种提供了参考。     

香蕉类甜蛋白基因MaTLP1的克隆与表达分析

在香蕉EST文库中,通过RACE技术克隆到1个香蕉类甜蛋白基因的全长序列。该序列最大开放阅读框942 bp,编码313个氨基酸。Blast分析发现,它与其他类甜蛋白相似度为56.10%,含有类甜蛋白（TLPs）特有的保守结构域,命名为MaTLP1。系统进化树表明,MaTLP1基因编码蛋白与海枣的亲缘关系较近,与香蕉的进化模式相似。组织特异性分析表明,MaTLP1在根、球茎、假茎中的表达量高,叶中较弱,花和果实中微量表达。实时荧光定量PCR分析显示,在抗病香蕉品种中,接种尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cubense,Foc)枯萎病菌后MaTLP1基因上调表达,在感病香蕉品种接菌2 d后MaTLP1基因受到抑制,虽然在接菌4 d 后上调表达,但是相对于抗病品种上调较小。研究表明,MaTLP1基因可能在香蕉抗枯萎病的过程中起作用。     

不同光质对甘蓝型油菜幼苗的生长和生理特性的影响

以甘蓝型油菜品种‘宁油12’为试材,采用单因素随机区组设计的盆栽试验,将直播后长至子叶展平时的油菜幼苗转入荧光灯(FL,对照)、蓝光(B)、蓝红组合1∶1(BR1∶1)、蓝红组合1∶8(BR1∶8)和红光(R)下进行照射,考察不同光质对甘蓝型油菜生长指标、根系活力、叶绿素含量和光合产物等的光效应,筛选适合甘蓝型油菜工厂化育苗的人工光源,为油菜的工厂化育苗的光源合理利用提供理论指导和技术支持。结果表明:(1)油菜幼苗的鲜质量、干质量、根长、株高、茎粗和叶面积在BR1∶8处理下最大,并显著高于对照FL;(2)BR1∶8处理下的幼苗根系活力最强,其次为B处理,二者都显著高于对照FL;(3)幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素的含量在各光质处理下变化趋势一致,即B处理最大,其次是BR1∶8处理,二者均显著高于BR1∶1、R和FL处理,但BR1∶1、R和FL处理间均无显著差异;(4)BR1∶8处理幼苗叶片的可溶性糖、淀粉和游离氨基酸含量最高,且都显著高于BR1∶1、R和FL处理;B处理幼苗叶片的蔗糖、可溶性蛋白和抗坏血酸含量最高,且显著高于BR1∶1、R和FL处理;BR1∶8处理叶片的可溶性碳和氮含量最高,其次为B处理,并显著高于BR1∶1、R和FL处理;而对照FL处理的碳氮比最大,显著高于其他处理。研究认为,蓝红组合光(1∶8)能显著提高甘蓝型油菜叶片可溶性糖、可溶性淀粉、游离氨基酸、可溶糖总碳和总氮的含量,而蓝光则能显著促进叶片光合色素、蔗糖、可溶性蛋白和抗坏血酸的积累,有效促使幼苗快速、健壮生长,生产中可采用蓝红组合光(1∶8)和蓝光作为甘蓝型油菜育苗的人工光源。     

遮荫对短梗大参苗木光合作用及生长的影响

以盆栽短梗大参为试验材料,探讨不同遮荫处理(全光日照、70%光日照及40%光日照)对短梗大参苗木叶绿素含量、光合作用和生长的影响,为耐阴植物引种栽培及在园林上的应用提供理论依据。结果表明:在遮荫处理下短梗大参生长良好,叶色浓绿,植株的冠幅和复叶数显著高于全光日照(P0.05);遮荫处理下叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素的含量显著高于全光日照(P0.05),且随着遮荫程度增强而增加,而叶绿素a/b则呈下降趋势。与全光日照相比,遮荫处理提高了短梗大参表观量子效率(AQY)和最大净光合速率(Pmax),同时明显降低了光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)。遮荫处理提高了PSⅡ原初光能转换效率(Fv/Fm)和潜在活性(F0/Fm),尤其是40%光日照下Fv/Fm和F0/Fm均显著高于全光日照(P0.05)。遮荫处理下非光化学猝灭系数(NPQ)显著低于全光日照(P0.05),并随着遮荫程度的增加而进一步降低,以减少热耗散等途径来提高PSⅡ光能转化效率,但光化学猝灭系数(q P)受遮荫处理影响不大。因此,作为喜阴植物,短梗大参具有较强的弱光利用能力,适宜生长于适度荫蔽的环境。     

极端温度对海刺猬(Glyptocidaris crenularis)存活、摄食、生长和性腺的影响

在实验室条件下研究了极端温度对海刺猬的存活率、摄食率、生长以及组织器官等方面的影响。实验设置两个处理组温度为30°C和-2℃,对照组为自然水温(19~23℃),每组设置3个重复,每个重复60枚海刺猬,实验周期为56 d。结果表明:高温组海刺猬实验温度升到30℃后2 d内全部死亡,其平均摄食量(5.19±1.31 g·ind-1)极显著小于对照组(15.15±1.58 g·ind-1)(P0.01);低温组和对照组之间海刺猬存活率差异不显著(P0.05);但低温组海刺猬平均摄食量(0.18±0.04 g·ind-1)极显著小于对照组(10.90±0.33 g·ind-1)(P0.01);56 d内低温组海刺猬个体湿重极显著小于对照组(P0.01);低温组海刺猬口器湿重、壳湿重、性腺湿重、壳干重、口器指数、壳指数极显著小于对照组(P0.01),性腺干重、口器干重显著小于对照组(P0.05);但性腺指数与对照组无显著差别(P0.05);低温组海刺猬最大承受压力极显著小于对照组(P0.01);在实验室条件下,海刺猬(2~3 g·ind-1)无法长时间在高温环境(30℃)下存活,而能在低温环境(-2℃)下存活但其摄食、生长和性腺性状影响极显著。     

基于冠层温湿度模型的日光温室黄瓜霜霉病预警方法

利用温室环境参数构建室内微环境模拟模型,并结合温室病害模型进行预警,便于开展病害生态防治,以减少农药使用,从而保护温室生态环境和保证农产品质量安全.本文利用温室内能量守恒原理和水分平衡原理,构建了日光温室冠层叶片温度和空气相对湿度模拟模型.叶片温度模拟模型考虑了温室内植物与墙体、土壤、覆盖物之间的辐射热交换,以及室内净辐射、叶片蒸腾作用引起的能量变化;相对湿度模拟模型综合了温室内叶片蒸腾、土壤蒸发、覆盖物与叶面的水汽凝结引起的水分变化.将温湿度估计模型输出值作为参数,输入黄瓜霜霉病初侵染和潜育期预警模型中,估计黄瓜霜霉病发病日期,并与田间观测的实际发病日期比较.试验选取2014年9月和10月的温湿度监测数据进行模型验证,冠层叶片温度实际值与模拟值的均方根偏差（RMSD)分别为0.016和0.024 ℃,空气相对湿度实际值与模拟值的RMSD分别为0.15%和0.13%.结合温湿度估计模型结果表明,黄瓜病害预警系统预测黄瓜霜霉病发病日期与田间调查发病日期相吻合.本研究可为黄瓜日光温室病害预警模型及系统构建提供微环境数据支持.     

调亏灌水和分蘖干扰对冬小麦生长的补偿效应

为探索抑制个体功能的生长冗余以实现群体性能优化并挖掘作物高产潜力的途径,通过桶栽试验,选择分蘖能力中等的小偃22号和分蘖能力较强的郑麦7698,对比研究2种灌水模式（全生育期充分灌水和分生育期调亏灌水）和3种分蘖干扰（从拔节期开始去除所有小分蘖,仅保留主茎和1个大分蘖;抽穗期去除所有无效分蘖;以不作任何干扰为对照）,来模拟不同水分供应和不可预测干扰对冬小麦生理生长、产量和水分利用效率的补偿机制.结果表明： 2个冬小麦品种均存在生长冗余.与小偃22号相比,郑麦7698有效分蘖数较高,但穗部性状较差.调亏灌水和抽穗期去除无效分蘖均可减少生长冗余,弱化竞争能力,改变源 库关系,提高资源分配.但冗余消除过度（拔节期干扰）则会破坏植株固有的根冠平衡和功能结构,导致生长的不足补偿.与对照相比,调亏灌水联合抽穗期去除无效分蘖可在时空尺度上充分开发和利用作物自身调控潜力实现补偿生长,在不显著影响籽粒产量的同时可提高水分利用效率20.4%～25.4%,是适宜的减冗增效措施.