植物介导的昆虫内共生菌水平传播及其对宿主生物学特性的影响

内共生菌(Endosymbionts)与其昆虫宿主的生物学特性联系非常密切。近年来,昆虫内共生菌水平传播的途径及机制已经成为昆虫学研究的热点之一。越来越多的研究表明,亲缘关系相距甚远的昆虫可以感染有相同或相似的内共生菌,说明昆虫内共生菌的水平传播在自然界中普遍存在。植物介导的昆虫内共生菌水平传播便是其中的一条途径,即同种或不同种类的昆虫可以通过取食,获得供体昆虫传入植物组织中的内共生菌,形成内共生菌从供体昆虫-寄主植物-受体昆虫传播的路径。本文主要以植物介导的昆虫内共生菌水平传播途径为对象,介绍了昆虫内共生菌的水平传播途径,以及内共生菌传入后对新宿主生物学、生态学特性的影响,以期为昆虫内共生菌水平领域的研究提供更多有价值的参考。     

西双版纳入侵长足捷蚁与土著黄猄蚁的种间竞争

【目的】入侵物种能够通过竞争影响本地物种的种群,从而影响入侵地的生物多样性。长足光捷蚁Anoplolepis gracilipes是全球最具破坏力的入侵蚂蚁之一。本研究旨在明确西双版纳地区入侵长足捷蚁与土著优势种蚂蚁黄猄蚁Oecophylla smaragdina之间的竞争关系。【方法】通过野外调查和室内控制试验相结合的方法,观察和对比分析长足捷蚁和黄猄蚁的体型大小,雾凉季和雨季的巢穴外觅食活动规律,觅食能力(搜寻食物的时间、在觅食时间内召集的最大工蚁数),打斗行为(不同打斗组合的攻击强度和死亡率)以及对饥渴的耐受性(无食物和水分供应时平均存活时间和存活率随时间的变化)。【结果】长足捷蚁工蚁体长(3.66±0.06 mm)显著小于黄猄蚁工蚁(8.27±0.16 mm)。在雾凉季时,长足捷蚁具有比黄猄蚁更长的觅食活动时间;而在雨季时,两种蚂蚁均在下午温度较高时段觅食活动的个体数量减少。苹果、蜂蜜和火腿肠3种食物作为诱饵时,长足捷蚁具有更快搜寻食物的能力,4~8 min便能找寻到食物,而黄猄蚁需要8~21 min才能找寻到食物,此外在寻找到食物后,长足捷蚁也有更快召集同伴的能力。在人工控制试验中,1头长足捷蚁和1头黄猄蚁同时存在时主要以不攻击和低强度攻击为主,而当两种蚂蚁中的任意其中一种的个体数量增加到5头时,攻击强度会显著增加,两种蚂蚁均存在种间协作行为。在饥渴状态下,两种蚂蚁工蚁的平均存活时间差异不显著,但长足捷蚁最长存活120 h,黄猄蚁最长存活96 h。【结论】在西双版纳地区,长足捷蚁相较于土著黄猄蚁具有更强的觅食的能力,雾凉季觅食活动时间更长,暗示长足捷蚁可能具有较强的温度适应能力。有必要加强对这一入侵蚂蚁的研究,并密切关注其种群在该地区的发展。     

不同时期北部湾日本带鱼营养生态位差异

基于2008—2009年和2018年对北部湾日本带鱼的采样,通过测定碳氮稳定同位素,计算其营养级、营养生态位等指标,对比分析10年前后日本带鱼营养生态位的差异,探究其生态适应能力的变动。结果表明: 2个时期北部湾日本带鱼碳稳定同位素(δ¹³C)值差异明显,2018年δ¹³C值范围变窄,平均值变小,推测日本带鱼食物来源由偏中上层向偏中下层水域转变;氮稳定同位素(δ¹⁵N)值的范围和平均值基本保持不变,营养级范围和平均值(3.38和3.43)变化不明显,说明近10年来北部湾日本带鱼在生态系统中的营养层次比较稳定。日本带鱼δ¹³C值与肛长相关性不显著,δ¹⁵N则为极显著正相关性。在营养生态位方面,2018年的生态位指标均出现不同程度的下降,下降幅度的范围为1.1%~32.1%;生态位总面积和核心生态位面积分别由20.20和4.68缩小至14.20和3.18,说明北部湾日本带鱼的营养生态位发生了显著变化,对资源利用能力和环境适应能力下降。推测,10年来北部湾日本带鱼的营养级变化不明显,但由于食物来源发生变化,营养来源多样性下降,营养生态位变小。     

亚热带-温带气候过渡区落叶阔叶林物种-生境关联分析

物种-生境关联分析有利于更好地理解物种共存理论和群落构建机制。根据秦岭落叶阔叶林25 hm²固定监测样地的调查数据,将树种分为幼苗、幼树和成树3个生活阶段,利用Torus-translation检验方法分析物种与不同生境类型之间的关联性。结果表明: 生境对各物种的影响不同。与高坡显著关联的物种数最多,其中95.7%为负关联;与低坡呈负相关的物种占89.5%;与山脊呈显著负关联的物种占90.9%;物种与高谷生境多存在显著正关联,呈负相关的只有1种,占0.03%。物种在幼苗、幼树和成树阶段与生境分别存在80、44和23个关联,表明幼苗阶段对生境的依赖程度更大。幼苗阶段的物种中有38个(占总物种数的90.5%)至少与一类生境存在显著的关联性;幼树阶段有25个(占总物种数的58.1%)至少与一类生境存在显著关联;成树阶段只有17个(占总物种数的39.5%)至少与一类生境存在显著关联。同一生境对不同生活史阶段物种的影响存在差异,到生活史阶段后期,生境的影响逐渐减弱。由于特定的环境需求,多数物种在不同生活史阶段表现出不同的生境偏好。     

不同磷水平下玉米-大豆间作系统根系形态变化

本研究通过盆栽试验,探讨不同磷水平(0、50、100 mg P₂O₅·kg^-1,分别用P₀、P₅₀、P₁₀₀表示)下玉米与大豆间作系统根系形态的变化及其与磷吸收的关系,以明确玉米-大豆间作系统促进磷吸收的作用机制。结果表明: 不同磷水平下,间作显著改变了玉米和大豆的根系形态参数,提高了大豆根冠比。与单作模式相比,间作使玉米和大豆的根长、根表面积、根体积、根系干重分别显著增加25.6%、22.0%、39.2%、34.3%和28.1%、29.7%、37.3%、62.3%,而平均根直径分别显著降低15.2%和11.7%。不同磷水平下,磷素吸收当量比(LER_P)>1,玉米-大豆间作具有明显的磷吸收优势,且LER_P不受磷水平调控。间作诱导根系形态改变与磷吸收增加密切相关,其中玉米根系表面积增大、大豆根系长度增加是驱动玉米-大豆间作系统磷高效吸收的主要机制。根据回归方程,玉米根表面积和大豆根系长度增大10%,磷吸收量提高5%～10%。因此,与中等施磷水平(P₁₀₀)下的单作相比,玉米-大豆间作条件下磷肥减施1/2(P₅₀)并未降低玉米的磷吸收量。综上,玉米-大豆间作体系在减施磷肥条件下具有维持作物磷吸收的潜力。     

不同坡位水曲柳木质部解剖特征及其与气候关系

随着气候变暖,东北地区暖干化加剧。为了解干旱胁迫对小兴安岭地区不同坡位水曲柳径向生长的影响,采用木材解剖学方法,分析了水曲柳木质部解剖特征对不同坡位水分变化的响应。结果表明: 上、下坡位水曲柳木质部解剖参数整体上变化趋势一致,导管数量呈线性分布,最大导管面积和总导管面积总体上呈对数分布,平均导管面积总体上呈偏正态分布。不同坡位多个解剖参数均存在显著差异,下坡位导管数量、导管面积总体上大于上坡位。大部分解剖参数与日积温呈显著正相关,但存在一定差异,上坡位水曲柳总导管面积与日均温呈正相关,导管数量、总导管面积与相对湿度呈正相关,相关性均大于下坡位。上坡位最小导管面积与日积温和相对湿度呈显著负相关;而下坡位,总导管面积与相对湿度呈显著正相关。气候暖干化会导致水曲柳导管面积和导管数量相对减少,但基本上不影响导管分布状况,上、下坡位导管分布基本一致。目前,气候暖干化未限制而是促进了水曲柳的径向生长。     

海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响

海拔变化会引起气压、温度、降水、土壤湿度和风速等环境因子发生急剧变化, 植物功能性状-海拔的相互关系对于预测全球变化背景下山地植物的适应方式具有重要意义。该研究在青海湖流域海拔3 400-4 200 m范围内布设了5个样地(海拔间隔约200 m), 通过植物群落调查, 测定植物功能性状和土壤理化性质, 结合气象数据, 探讨了海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响。结果如下: (1)群落加权平均植株高度(H)、叶片干物质含量(LDMC)、叶片碳氮比(C:N)和叶片氮磷比(N:P)随海拔升高显著降低, 比根表面积(SRA)随海拔升高波动下降, 比叶面积(SLA)、叶片氮含量(LNC)和叶片磷含量(LPC)随海拔升高显著升高, 叶片碳含量(LCC)、比根长(SRL)和根组织密度(RTD)随海拔未发生显著变化。(2)所有性状的变异来源以物种组成变化为主, N:P和LPC的种内性状变异与物种组成变化呈现正的协变效应, 其余性状为负的协变效应。(3)降水和0- 10 cm土层土壤养分含量对SLA变化的解释率较高, 温度和10-20 cm土层土壤养分含量对其余性状随海拔变化的解释率较高。以上结果表明青海湖流域植物群落主要通过物种更替来适应随海拔升高而剧烈变化的环境, 且各群落中的非优势种倾向于占据与优势种相反的性状空间来提高资源利用率, 随海拔变化的热量和深层土壤养分含量是群落水平植物功能性状变化的主要影响因子。     

黑果枸杞在新疆的适宜分布模拟与局部环境适应性分化

黑果枸杞(Lycium ruthenicum)是重要的药食同源植物, 在干旱荒漠区发挥着防风固沙的重要生态功能, 但目前片段化分布日趋严重。该研究利用黑果枸杞在新疆的87个自然分布点和基准气候(1971-2000年)下的19个气候变量, 利用GIS空间分析和R软件Biomod2建模平台, 模拟分析黑果枸杞在新疆的适宜分布范围、空间分布特征及其关键限制因子; 并结合研究区土地利用/土地覆被现状, 评价其分布潜力; 同时对黑果枸杞的南北疆种群进行分组建模, 分析该植物的生态位分化。研究结果表明: (1)组合模型的真实技巧统计(TSS)均高于0.75、接收工作机特征曲线下的面积(AUC)均高于0.85, 模拟精度相比单个模型有明显提高; 组合模型得到的种下分组建模的模拟准确性较物种水平有显著提升, TSS均高于0.78、AUC均高于0.88; (2)根据组合模型的模拟结果, 黑果枸杞在新疆的适宜生境面积占比为36.72%, 主要分布于准噶尔盆地、天山北坡及塔里木盆地西北缘和西南缘; 其中, 高度适生区面积占比为5.19%, 集中于福海县、塔城地区东部、天山北坡博乐至阜康一线、库尔勒、柯坪县及塔里木盆地西南缘。高度与中度适生区与研究区耕地的重叠率达80.6%和50.8%; (3)南北疆黑果枸杞种群存在显著的生态位分化, 最暖季平均气温、等温性、降水季节性是驱动黑果枸杞局部环境适应性分化的主要因子。     

烟粉虱内共生菌Rickettsia在植物体内的形态及动态变化

[目的]通过研究烟粉虱Bemisia tabaci取食传入植物体内的昆虫内共生菌种类,探明其在不同植物中的分布形态及时空动态.[方法]以B型烟粉虱、棉花、番茄、豇豆为实验材料,利用常规PCR检测烟粉虱取食后传入植物体内的共生菌种类;利用透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)检测Rickettsia传入植物后的分布及形态;利用q-PCR技术检测豇豆叶片中Rickettsia含量的动态变化.[结果]B型烟粉虱体内含有原生共生菌P0rtiera、次生共生菌Ricfettsia,Hamiltonella和Hemipteriphilus,但只检测到Rickettsia可经烟粉虱传入棉花、番茄、豇豆植物体内,并可在植物体内存活、转移.在3种植物体内Rickettsia均分布于叶片韧皮部的筛管细胞中.烟粉虱、棉花、番茄组织内的Rickettsia形态基本一致,但豇豆中Rickettsia在形态上较小而钝圆.相同数量的烟粉虱取食,在豇豆体内最先检测到Rickettsia.随着烟粉虱取食时间的增加,豇豆体内的Rickettsia含量先增加后下降;而当无烟粉虱持续取食时,一定时间段内豇豆体内的Rickettsia先下降再小幅度上升,并可以在一定时间内保持不变.基于16S rDNA序列的系统发育分析表明,传入棉花、番茄、豇豆叶片中的Rickettsia与B型烟粉虱体内的Rickettsia高度同源.[结论]Rickettsia可经烟粉虱取食传入植物体内,分布并存活于韧皮部的筛管细胞中,并可在植物不同叶片之间转移;在不同植物宿主中,Rickettsia的形态会发生轻微变化;烟粉虱对Rickettsia的传播效率受到植物种类的影响.     

ATAC-seq在复杂疾病研究中的应用进展

染色质转座酶可及性测序(assay for transposase-accessible chromatin with high-throughput sequencing,ATAC-seq)是利用Tn5转座酶研究染色质可及性的高通量测序技术。ATAC-seq可以在全基因组范围内绘制染色质可及性图谱,揭示转录因子结合位点以及核小体的位置。在医学领域,ATAC-seq技术是研究重大疾病发病机制、药物作用机制、新药研发和生物标志物功能等的新一代有力工具。本文对ATAC-seq技术的优势及其在复杂疾病研究中的应用和前景进行了综述,以期为人类复杂疾病基因表达调控机制等相关研究的开展提供借鉴与参考。