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。     

基于综合评价法的洞庭湖区绿地生态网络构建

绿地生态网络对于改善区域生态空间破碎化、生物多样性降低、生态系统服务供需不平衡及保障区域生态安全具有重要意义。本研究以洞庭湖区为例,在3S技术支持下,从生态系统服务功能、潜在生物多样性、形态空间格局的角度综合评价和识别生态源地及计算栅格单元的基本生态阻力;利用夜间灯光指数修正基本生态阻力;运用最小累积阻力模型识别生态廊道;构建加权评价模型,对源地的聚合度、离散度及廊道的生态连接贡献度进行评价;利用结构特征指数对综合网络、“源-汇”潜在网络及规划网络进行对比分析和评价。结果表明: 源地空间分布不均衡,林地、灌丛与水域三者面积之和占源地总面积的95.9%,位于研究区中部的洞庭湖湿地生态风险较高;源地离生态网络系统中心位置越近及到其他源地的平均最小累积阻力越小,聚合及离散的优势越强;高生态质量源地周围的中、高生态质量源地分布越密集,其聚合度、离散度越高;廊道离高生态质量的源地越近,表现为生态连接贡献度越大;林地、灌丛,尤其是河道在自然生态系统与人类社会系统之间起着非常重要的生态连接作用;“源-汇”规划绿道对“源-汇”潜在生态廊道形成了良好补充,与“源-汇”潜在网络相比,综合网络的α、β、γ、ρ指数分别提高123.1%、25.8%、26.2%、74.6%;与“源-汇”规划网络相比,α、β、γ、ρ指数分别提高了190.0%、31.1%、32.5%、114.6%。本研究结果能为洞庭湖区绿地生态网络构建、国土空间规划提供参考。     

沙漠腹地天然绿洲胡杨和柽柳叶片δ13C值对不同地下水埋深的响应

干旱区植物的水分利用效率对植物的分布及水分利用状况具有重要意义。基于不同地下水埋深条件下沙漠腹地绿洲优势种胡杨和柽柳叶片δ¹³C值,分析了胡杨和柽柳的水分利用效率对不同地下水埋深的响应。结果表明: 随着地下水埋深由2.1 m增加到4.3 m,柽柳叶片的δ¹³C值先略有增加后处于较为稳定状态,柽柳采取较为稳定的水分利用效率适应干旱环境;胡杨叶片的δ¹³C值呈现先略有减小后增加的趋势,胡杨通过提高水分利用效率的策略适应干旱胁迫。同一地下水埋深条件下柽柳叶片的δ¹³C值高于胡杨叶片,表明柽柳的水分利用效率高于胡杨。     

西南旱地油菜田土壤水分和作物光合特征对覆盖材料和垄沟比的响应

为了应对西南地区频发的季节性干旱,提高旱作农田水分利用效率和作物光能利用效率,设置大田试验,研究不同覆盖材料(普通白膜、普通黑膜、生物降解膜和不覆膜)和不同垄沟比(40 cm∶40 cm和40 cm∶80 cm)对土壤贮水量和油菜光合特性、荧光参数、叶绿素相对含量(SPAD)的影响。结果表明: 油菜生育期不同覆盖材料下的土壤贮水量为:普通黑膜垄作(BR)≈普通白膜垄作(WR)≈生物降解膜垄作(BDR)＞不覆膜垄作(NR)＞平作(FP);在同一覆盖材料下,垄沟比对土壤贮水量无显著影响。与平作相比,垄沟集雨处理的净光合速率、气孔导度、最大荧光、可变荧光、PSⅡ最大光化学量子产量、PSⅡ潜在活性、光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数均有所提高;与平作相比,WR、BR、BDR和NR处理的SPAD值分别提高6.1%、8.6%、8.5%和3.6%,瞬时水分利用效率分别提高18.3%、11.4%、16.3%和10.4%。相比于平作,BR、WR和BDR处理可显著增加油菜产量,NR处理增产不显著,普通黑膜垄作+垄沟比40 cm∶40 cm处理的经济效益最高。可见,垄沟集雨种植可以改善西南旱地油菜田土壤水分,增强油菜叶片光合能力,提高油菜产量,增加农民收入。     

基于茎流-蒸渗仪法的荒漠草原带人工灌丛群落蒸散特征

中国西北地区通过大量种植中间锦鸡儿(Caragana liouana)进行生态治理, 在荒漠草原带上形成人工灌丛景观, 改变了生态系统的结构和功能, 影响到地-气水汽循环过程, 研究该人工灌丛群落的蒸散特征, 对揭示其生态水文效应和指导地方生态治理实践具有重要意义。该文以宁夏盐池荒漠草原带上的人工灌丛群落为例, 利用茎流-蒸渗仪法测定了2018年5-8月的灌木蒸腾和丛下蒸散, 并分析了环境因子对人工灌丛群落蒸散的影响。结果表明: (1)茎流-蒸渗仪法所测的群落蒸散与水量平衡法、涡度相关法得到的群落蒸散有较好的一致性, 茎流-蒸渗仪法能适用于荒漠草原带人工灌丛群落蒸散及其组分结构的测定; (2)观测期内晴天的灌木蒸腾速率和丛下蒸散速率日变化趋势相近, 均为单峰曲线, 群落蒸散主要发生在日间, 但灌丛最大蒸腾速率的出现时间比丛下蒸散最大速率的出现时间晚1 h; (3) 5-8月间灌木累积蒸腾为83.6 mm, 日平均蒸腾量为0.7 mm·d^-1, 季节变化呈抛物线状; 同期丛下累积蒸散为182.5 mm, 日平均蒸散量为1.5 mm·d^-1; 丛下蒸散明显大于灌木蒸腾; (4)观测期间人工灌丛群落累积蒸散266.1 mm, 而同期的降水量为222.6 mm, 陆面水分收支处于亏缺状态; (5)净辐射是影响蒸散最主要、最直接的驱动因素, 且能够影响其他因子进而对人工灌丛群落蒸散产生作用。综上, 人工灌丛引发荒漠草原地带陆面水分收支亏缺的现象, 在生态恢复与重建中须引起注意。     

Water isotope analysis for tracing ecosystem processes: measurement techniques,ecological applications,and future challenges

水分是生态系统的重要因子, 水同位素自然示踪和人工标记是研究生态系统水循环过程的重要方法, 利用水同位素所具有的示踪、整合和指示等功能特征, 通过测量和分析生态系统中不同组分所含水分的氢氧同位素比值的变化情况, 可实现生态系统蒸散发的拆分、植物水分来源判定和叶片水同位素富集机理研究, 是研究生态系统水循环过程机理和生态学效应不可或缺的技术手段。该文首先简要回顾了生态系统水同位素发展和应用的历史, 在此基础上阐述了水同位素技术和方法在生态学研究热点领域应用的基本原理, 概述了水同位素在植物水分来源判定、蒸散发拆分、露水来源拆分、降水的水汽来源拆分以及 ¹⁷O-excess的研究进展, 并介绍了植物叶片水富集机理及基于稳定同位素的碳水耦合研究。最后, 指出了水同位素研究亟待解决的问题, 展望了水同位素应用的前沿方向, 旨在利用水同位素分析加深对生态系统的水分动态、植被格局和生理过程的理解。     

Positive selection and convergent evolution shape molecular phenotypic traits of innate immunity receptors in tits (Paridae)

Despite widespread variability and redundancy abounding animal immunity, little is currently known about the rate of evolutionary convergence (functionally analogous traits not inherited from a common ancestor) in host molecular adaptations to parasite selective pressures. Toll‐like receptors (TLRs) provide the molecular interface allowing hosts to recognize pathogenic structures and trigger early danger signals initiating an immune response. Using a novel combination of bioinformatic approaches, here we explore genetic variation in ligand‐binding regions of bacteria‐sensing TLR4 and TLR5 in 29 species belonging to the tit family of passerine birds (Aves: Paridae). Three out of the four consensual positively selected sites in TLR4 and six out of 14 positively selected positions in TLR5 were located on the receptor surface near the functionally important sites, and based on the phylogenetic pattern evolved in a convergent (parallel) manner. This type of evolution was also seen at one N‐glycosylation site and two positively selected phosphorylation sites, providing the first evidence of convergence in post‐translational modifications in evolutionary immunology. Finally, the overall mismatch between phylogeny and the clustering of surface charge distribution demonstrates that convergence is common in overall TLR4 and TLR5 molecular phenotypes involved in ligand binding. Our analysis did not reveal any broad ecological traits explaining the convergence observed in electrostatic potentials, suggesting that information on microbial symbionts may be needed to explain TLR evolution. Adopting state‐of‐the‐art predictive structural bionformatics, we have outlined a new broadly applicable methodological approach to estimate the functional significance of positively selected variation and test for the adaptive molecular convergence in protein‐coding polymorphisms.     

Population studies of the wild tomato species Solanum chilense reveal geographically structured major gene-mediated pathogen resistance

Natural plant populations encounter strong pathogen pressure and defence-associated genes are known to be under selection dependent on the pressure by the pathogens. Here, we use populations of the wild tomato Solanum chilense to investigate natural resistance against Cladosporium fulvum, a well-known ascomycete pathogen of domesticated tomatoes. Host populations used are from distinct geographical origins and share a defined evolutionary history. We show that distinct populations of S. chilense differ in resistance against the pathogen. Screening for major resistance gene-mediated pathogen recognition throughout the whole species showed clear geographical differences between populations and complete loss of pathogen recognition in the south of the species range. In addition, we observed high complexity in a homologues of Cladosporium resistance (Hcr) locus, underlying the recognition of C. fulvum, in central and northern populations. Our findings show that major gene-mediated recognition specificity is diverse in a natural plant-pathosystem. We place major gene resistance in a geographical context that also defined the evolutionary history of that species. Data suggest that the underlying loci are more complex than previously anticipated, with small-scale gene recombination being possibly responsible for maintaining balanced polymorphisms in the populations that experience pathogen pressure.     

生境梯度影响下的天然红松种群空间格局与种内关联

为理清生境梯度下天然红松种群空间分布规律,以黑龙江省凉水国家级自然保护区内自坡底至坡顶的四种生境(生境Ⅰ,谷地平坡潮湿生境;生境Ⅱ,坡下缓坡潮湿生境;生境Ⅲ,坡上斜坡半湿润生境;生境Ⅳ,坡顶陡坡半干旱生境)类型中建群种红松种群为研究对象。分析不同林层(主林层、亚林层、演替层、更新层)红松种群的数量特征,并基于O-ring函数,在重复采样条件下评价了红松种群空间分布格局。结果表明:(1)下坡位生境(生境Ⅰ、Ⅱ)红松更新层种群数量显著大于上坡位(生境Ⅲ、Ⅳ)(P0.05),演替层中差异不显著;自坡底至坡顶的生境梯度上,主林层和亚林层中红松株数比例增加,红松种群年龄结构结构由倒J型向J型转变。(2)下坡位原始红松林更新层和演替层中红松种群聚集规模与聚集强度均高于上坡位,坡顶(生境Ⅳ)原始红松林更新层中红松种群聚集规模与聚集强度高于坡上(生境Ⅲ)。(3)四类生境的原始红松林中主林层与更新层中红松种群总体表现为空间独立,在个别尺度上表现出微弱的空间正关联或负关联;在0—5 m尺度上,下坡位红松林原始林内演替层与主林层红松种群表现为空间负关联,而上坡位生境林分对应林层间空间关系则为空间正关联;四类生境中,亚林层与主林层中红松种群在全部研究尺度上均表现为空间独立。可以认为,造成上坡位生境的原始红松林中幼树、幼苗聚集规模与强度弱于下坡位的原因是上坡位更新与演替层中种群数量较少;而随坡位上升,更现层、演替层与主林层中红松种群间的空间关系由空间负关联向空间正关联转变是生物与非生物因子共同作用的结果。研究结果为阔叶红松林的经营管理与生态修复提供了理论依据。     

蛋白质-RNA序列结构界面偏好性及用于对接打分统计势的构建

本文对来自PDB (Protein Data Bank)数据库的蛋白质-RNA复合物结构构建了非冗余非核糖体数据库(694个结构),并对此数据库统计了蛋白质和RNA序列及二级结构的界面偏好性.结果发现,蛋白质β折叠、3_(10)-helix和RNA未配对核苷酸,尤其是未配对中空间排列不规整的核苷酸,具有显著的界面偏好性.据此,对二级结构进行归类,建立了考虑序列和二级结构信息的60×12氨基酸-核苷酸成对偏好势,并将其作为打分函数用于蛋白质-RNA对接中近天然结构的筛选.结果表明,该60×12统计势的打分成功率为65.77%,优于考虑蛋白质或RNA二级结构信息的统计势,及我们小组之前在251个结构上构建的60×8~*统计势.该工作有助于加深对蛋白质-RNA特异性识别的理解,可推动复合物结构预测的进展.