甘草抗动脉粥样硬化机制的网络药理学研究

利用网络药理学方法探讨甘草在抗动脉粥样硬化中的分子机制。本研究利用中医药系统药理学数据库和分析平台(traditional Chinese medicine systems pharmacology database and analysis platform,TCMSP)分析甘草中的有效活性成分,并获得有效成分的作用靶点。通过Cytoscape软件构建可视化靶点互相作用网络,对网络中的关键靶点进行基因本体(GO)富集分析和KEGG通路富集分析。结果显示甘草中40种有效活性成分的预测靶点共97个,47个靶点与动脉粥样硬化(AS)相关,其中18个是血管保护药物和脂质修饰药物的作用靶点,表明甘草可作为调控AS发展的药物。基于97个预测靶点的GO富集分析,发现甘草可参与多种生物学过程,尤其是应对外源性刺激,以及参与细胞凋亡等过程。通过构建甘草靶点与AS疾病靶点相互作用网络(PPI),确定了AKT1、MAPK3、MAPK1、JUN和CASP3等关键靶点,并对关键靶点进行KEGG富集分析,结果表明甘草主要影响调控细胞增殖、生存以及凋亡的细胞信号转导相关通路,并激活先天免疫相关信号通路,调节炎性细胞因子释放,从而发挥抗动脉粥样硬化作用。甘草具有多成分、多靶点、多途径的作用特点,主要通过PI3K-AKT信号途径、MAPK信号途径、NOD样受体信号通路调控细胞增殖和凋亡,同时发挥免疫调控作用,从而影响动脉粥样硬化的发展,由此可见,甘草可作为动脉粥样硬化疾病治疗的候选中草药。     

珠江口城市段近岸表层水体浮游细菌分离方法比较

为了更好地分离珠江口未/难培养的浮游细菌,本研究以珠江河口三个样点的水体为研究对象,同时采用了纯培养和免培养的方法,对不同培养基的分离效果进行了探索。在纯培养实验中,本研究选择了7种不同的分离培养基,共分离获得153株菌;同时,将扩增子分析结果作为分离效果的参考,所有环境样品中共包含3 553个操作分类单元（operational taxonomic units,OTUs）。对三个样点微生物类群的多样性进行比较,纯培养结果显示珠江口下游珠海样点多样性最高,其次为中大和虎门样点;免培养则显示虎门样点多样性最高;对比7种不同的分离培养基,Z7（R₂A）培养基的分离效果最好,分离菌株数和分离类群的α多样性最高,Z1（改良ISP 2）次之;主坐标分析结合韦恩图的结果表明相比其余的培养基,Z1和Z7培养基分离获得的菌群兼具普遍性和特异性,进一步证明了这两种培养基的分离效果较佳;冗余分析结果表明K₂HPO₄、酵母粉、可溶性淀粉、MgSO₄·7H₂O、麦芽膏和葡萄糖与特定类群的分离有相关关系,其中K₂HPO₄的影响最为显著（P<0.05）。本文通过7种不同培养基对河口微生物分离效果的探究,有助于我们在研究未知微生物的营养特性时,选择成分和组成更合理的培养基来提升河口微生物纯培养的分离效率。     

不同身体质量指数人群肠道菌群结构及共存网络解析

[背景] 人体能量稳态失衡表现为体重过轻、超重和肥胖,肠道菌群与人体能量稳态的维持有关,但不同身体质量指数（Body Mass Index,BMI）人群的肠道菌群特征仍需进一步探究。[目的] 基于美国肠道计划公开数据库,解析4类BMI人群肠道菌群的特征,并探究4类BMI人群肠道菌群共存网络特征及差异,为基于肠道菌群来干预肥胖及体重过轻等不健康状态提供新的理论依据。[方法] 从美国肠道计划数据集中筛选具有BMI信息的肠道菌群样本,并根据世界卫生组织规定的BMI划分标准将筛选后的样本分为4类：体重过轻（BMI<18.5 kg/m²）,正常体重（18.5 kg/m²2）,超重（25 kg/m²2）,肥胖（BMI>30 kg/m²）;通过计算和比较肠道菌群的α多样性和β多样性探究4类BMI人群肠道菌群的整体结构特征及差异;通过多元线性回归模型对不同BMI分类与肠道菌群进行相关性分析,并且将地域、年龄、性别因素作为混杂因素加入到模型中进行校正;采用SparCC分别计算4类BMI人群肠道菌群中菌属相关性,并分别构建肠道菌群共存网络。[结果] 经过Wilcoxon秩和检验,发现体重过轻、超重、肥胖人群的肠道菌群α多样性都显著低于正常体重人群;β多样性分析结果表明4类BMI人群肠道菌群的整体结构存在显著差异;4类BMI人群肠道中厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）的相对含量无显著差异;通过MaAsLin分析,并且将地域、年龄、性别因素作为混杂因素加入到模型中进行校正,共得到49个与BMI类型显著相关的物种;4类BMI人群肠道菌群共存网络的拓扑结构具有一定差异,体重过轻和正常体重人群肠道菌群共存网络的复杂度较高,超重和肥胖人群肠道菌群共存网络的复杂度较低。[结论] 4类BMI人群肠道菌群的多样性、整体结构和共存网络间均存在差异。     

常见肠道菌群代谢产物作为疾病诊断的指针的研究进展

人类肠道菌群能够产生多种代谢产物或与人体相互作用产生肠道菌群-宿主共代谢物,显著影响人体各大系统的生理功能。当人体健康状态以及肠道菌群发生变化时,肠道代谢物的种类和含量也会相应受到影响,因此肠道菌群代谢产物具有作为疾病诊断指针的巨大潜力。本文总结了常见的几类肠道微生物代谢产物,包括糖类、胆碱代谢物、脂质、氨基酸与肽类、维生素、胆汁酸、短链脂肪酸、酚、苯甲酰基和苯基衍生物等,及其在不同疾病状态下的作用机理,以期更好地理解肠道菌群、代谢产物和疾病之间的相关性,为疾病的预防、诊断和治疗提供新的靶点。     

中国天然林资源保护工程综合评价指标体系与评估方法

天然林资源是国家重要的战略资源与生态资源,在维护国土生态安全、应对气候变化、保护生物多样性等方面发挥着不可替代的重要作用。作为覆盖范围最广、投资规模最大的天然林资源保护工程（简称天保工程）自2000年正式启动以来,对长江上游、黄河上中游地区以及东北、内蒙古、新疆、海南等重点国有林区的森林资源保护修复、区域生态环境改善及经济社会可持续发展等多方面都产生了巨大、深远影响。天保工程二期于2020年结束,全面定量评估天保工程的生态、经济和社会综合效益和国内外的巨大影响,可为全面推进我国天然林资源保护修复提供科技支撑,为后续政策修订提供决策依据。本文基于空间信息技术、样地调查、生态站观测、比较分析等手段,构建了适用于天保工程的综合评价指标体系与评估方法,涵盖森林资源、生态效益、社会经济效益、生态修复措施和政策设计5个方面,对全面贯彻落实国家生态文明战略和《天然林保护修复制度方案》具有重要的现实意义和深远历史意义,为开展全国性的重大生态工程评估提供借鉴和参考。     

北京城市蝴蝶蜜源植物网络特征及重要蜜源植物识别

物种间相互作用网络研究能为物种多样性的保护、城市生态系统稳定性的维持提供指导。基于群落水平的城市蝴蝶蜜源植物互作网络的研究较少,对城市蝴蝶蜜源网络结构缺乏深入认识。研究在国内城市生态系统中构建蝴蝶蜜源网络,并探讨不同类型植物对网络特征的影响。2020年6-9月,在北京26个城市公园中记录访花蝴蝶和蜜源植物物种及互作频次,采用交互多样性（ID）、交互均匀性（IE）、专业化程度（H2''）定量化生态网络结构特征,采用Kruskal-Wallis秩和检验和变差分解分析不同生长型、起源、栽培方式的植物类型对网络结构的影响差异。采用物种的伙伴多样性（PD）和专业化程度（d''）识别重要蜜源植物。研究结果表明：（1）北京城市公园中22种蝴蝶与81种开花植物的交互作用,形成趋于泛化的生态网络结构;（2）不同生长型及不同起源的植物-蝴蝶网络的交互多样性及专业化程度有显著差异,草本及乡土植物对丰富网络中交互多样性和支持专业性更高的蝴蝶物种具重要作用,而植物的栽培方式对蜜源网络结构影响较小;（3）伙伴多样性高且专业化程度高的植物可被视为重要蜜源植物。基于蝴蝶多样性保护的目标,在城市生态系统中,绿色空间应注重构建乡土草本植物群落,优先选择重要蜜源植物。我们的发现印证了蝴蝶-蜜源植物生态网络方法作为联结生态研究和城市绿地实践管理的有效工具,能为城市生态系统中生物多样性保护提供科学策略,具有重要意义。     

基于残差注意力网络模型的浮游植物识别

浮游植物作为水生态系统中最重要的生物组成部分之一,对水环境敏感,在水环境监测中得到了广泛的关注。然而水生环境复杂多样,准确高效地识别浮游植物是监测工作中的一大挑战。当前浮游植物识别方法可分为经典形态学分类、分子标记和人工智能图像识别三类。前两种方法已被广泛采用,但费时费力,不利于监测机构的大规模应用和推广。同样,利用图像进行自动化分类难以在高准确率与高效率上达到平衡。深度学习技术的发展为此提供了新思路。本文提出一种新的深度卷积神经网络RAN-11。该网络以残差注意力网络Attention-56和Attention-92为基础,凭借通道对齐融合主干上的底层特征与顶层特征,通过调整注意力模块和残差快个数以精简结构,并引入了Leaky ReLU激活函数代替ReLU。以太湖11个优势属共计1036张图像为数据来源进行对比验证。除星杆藻外,RAN-11对单一优势属的的查准率都在90%以上,并且有5个优势属达到100%的查准率。RAN-11的识别准确率为95.67%,推理速率为41.5帧/s,不仅比Attention-92（95.19%的准确率,23.6帧/s）更准确,而且比Attention-56（94.71%的准确率,41.2帧/s）更快,真正兼顾了准确率与效率。研究结果表明：（1）RAN-11在查准率、准确率和推理速率上优于原始残差注意力网络,更优于以词包模型为代表的传统图像识别方法;（2）融合多尺度特征、精简网络结构和优化激活函数是提高卷积神经网络性能的有力手段。建立在经典分类基础之上,本文提出新的残差注意力网络来提升浮游植物鉴定技术,并构建出浮游植物自动化识别系统,识别准确率高、易于推广,对于实现水体中浮游植物的自动化监测具有重要意义。     

草原矿区土壤环境损害基线评估判定的应用研究——以内蒙古草原矿区为例

草原生态环境损害评估鉴定中,土壤基线是重要的评价标准。如何确定土壤基线,寻找适宜的基线判定方法,进而判定草原土壤的受损害程度,已成为草原生态系统损害评估鉴定、生态系统保护及修复工作中的关键。基于科学、务实、准确的原则,对内蒙古2个草原矿区土壤的总有机质（TOM）、N、P、K含量进行采样分析,采用历史数据法、参考点位法和统计点位法来判定土壤基线。结果表明,胜利矿区土壤养分均值与参考点位法基线值差异较小,采矿对胜利矿区土壤养分含量未见直接的影响。宝日希勒矿区土壤中TOM含量均值明显低于3种方法得出的基线值,N、K均值与参考点位法基线值相似,P均值位于3种基线值之间。可见采矿对宝日希勒矿区土壤中TOM的含量造成了直接影响,对N、P、K含量未见直接的影响。最适宜该地区的方法取决于样本质量和评估尺度,建议以参考点位法为主,历史数据法和统计点位法作为验证工具,3种方法共同使用。     

桂林岩溶石山青冈群落植物功能性状的种间和种内变异研究

研究植物功能性状的种间和种内变异,有助于揭示植物对环境的适应策略及其群落构建机制研究。以桂林岩溶石山青冈群落主要木本植物为研究对象,选取叶干物质含量（LDMC）、叶厚度（LT）、比叶面积（SLA）和木材密度（WD）4个功能性状,采用混合线性模型结合方差分解方法对其在种内和种间尺度的变异程度和相对贡献进行分析,同时运用零模型方法探讨驱动岩溶石山青冈群落构建的潜在机制。结果表明：（1） LDMC,LT,SLA和WD这4个性状在种内和种间水平上均存在不同程度的变异幅度,种间变异大于种内变异,但种内变异亦不容忽略。（2）零模型检验表明,将种内变异纳入考虑的环境过滤检测得到改善,基于个体性状值的尺度考虑群落构建机制研究是必要的。（3）对于桂林岩溶石山青冈群落,环境过滤作用确实是群落构建的重要驱动机制,与相似性限制作用和随机作用共同塑造了以青冈为优势物种的群落构建。     

大比例尺土壤保持服务制图分级方法研究

科学地编制生态系统服务空间分布图,有助于识别生态系统优先保护热点及空缺,能够为国土安全规划提供基础信息。但由于缺乏统一科学的生态系统服务分级方法,生态系统服务分布图的展示效果和制图效率都受到限制。不恰当的分级制图会误导决策者对生态系统服务空间分布特征的判断,增加生态保护决策的不确定性。以构建生态服务制图分级标准为目标,对我国6个典型县区的土壤保持服务数据展开1：25万比例尺制图分级案例研究。采用分级精度、面积均衡性、极差一致性、空间自相关一致性4个分级质量评价指标评价并比较了目前地图编制中常用的自然断点法、几何间隔法、累积比例法、等差法、分位数法5种分级算法的分级制图效果。结果表明,6个县区有相似的土壤保持服务分布特征：低值区覆盖面积大,高值区覆盖面积小。各县区土壤保持服务制图最优分级方法有差异：延庆区、丰满区最优分级方法为自然断点法;永靖县、天山区、安宁市最优分级方法为累积比例法;富阳区最优分级方法为几何间隔法。各分级方法中,累积比例法在6个县区综合制图效果最优或接近最优,适用性最好,能够较好的刻画各县区的土壤保持服务空间分布特征。本文提出的分级评价方法及其结果,可为生态系统土壤保持服务制图规范化和自动化提供科学依据。