基于随机森林模型的旺业甸实验林场土壤全氮数字制图

为探究林场土壤全氮含量的空间分布特征及对环境因素的响应,以旺业甸实验林场为研究区,采用随机森林模型和Cubist模型建立了不同土层深度(0~10、10~30、30~50cm)土壤全氮含量与环境协变量(海拔、归一化植被指数、年平均降水量、年平均气温、y坐标和坡向)之间的定量关系模型,对该区土壤全氮含量进行预测并制图,并分析了影响土壤全氮空间变异的控制性因素。研究结果显示:0~10、10~30、30~50cm土层实测全氮含量的均值分别为3.20、2.02、1.47g/kg,土壤全氮的平均含量随土层深度的增加而降低;3个土层深度土壤全氮预测随机森林模型的决定系数R2分别为0.59、0.42和0.39,均优于决定系数R2分别为0.56、0.38和0.34的Cubist模型,2种模型预测精度都随土层深度的增加而降低,各环境因素对土壤全氮空间分布的影响作用随土层深度的增加而减小;从随机森林模型土壤全氮预测图来看,不同土层深度土壤全氮含量均呈现西部、北部和中部低,西南、东南和东部高的空间格局,不确定性图显示随机森林模型预测土壤全氮含量分布具有较低的标准差;海拔对土壤全氮含量的影响最大,其他依次为:归一化植被指数>年平均降水量>年平均气温>y坐标>坡向。结果表明,随机森林模型可以作为有效预测该林场不同土层深度土壤全氮含量的方法。

宁夏枸杞2种瘿蚊科害虫形态差异比较

【目的】明确宁夏枸杞2种瘿蚊科害虫(枸杞红瘿蚊Gephyraulus lycantha和枸杞白瘿蚊Contarinia sp.)的形态特征差异。【方法】采用显微镜和扫描电镜对2种瘿蚊不同虫态的形态特征进行观察对比,尤其是对体色,幼虫胸骨片,蛹背棘刺,成虫触角和生殖器等进行比较。【结果】2种瘿蚊的形态特征存在明显差别,枸杞红瘿蚊虫体橙红色,幼虫胸骨片“Y”形,蛹背具不规则短棘刺,雄成虫抱握器呈方形,无刚毛,雌成虫产卵针粗壮;枸杞白瘿蚊虫体白色,幼虫胸骨片“T”形,蛹背具规则长棘刺,雄成虫抱握器呈三角状、具长刚毛,雌成虫产卵针细长。【结论】宁夏枸杞2种瘿蚊科害虫在幼虫胸骨片、蛹背棘刺、成虫生殖器均具有明显的非同种形态特征差异,建议做进一步分类学研究。研究结果可为宁夏枸杞上两种瘿蚊的鉴定、监测、防治及其进一步研究提供参考。

雌雄同株黄连木嫁接技术和嫁接树开花结实特性

【目的】本研究旨在探究不同嫁接方法和不同接穗类型对黄连木嫁接成活率的影响,以及雌雄同株嫁接树的性别表现和结实特性。【方法】以自然散生6年生黄连木幼树和2年生黄连木实生幼苗为砧木,分别选取8株雌雄同株采穗母树和25份不同种源的黄连木枝条作为接穗,采用枝接和芽接进行嫁接,统计分析黄连木嫁接成活率、嫁接前后接穗的性别表现和嫁接树果实性状等指标。【结果】(1)嫁接方法和接穗材料的类型对黄连木嫁接成活率有显著影响,枝接平均嫁接成活率显著高于芽接;且浙江西湖接穗的平均嫁接成活率最高,显著高于河北邢台、云南观音山、山东泰山等13个种源,云南观音山接穗的平均嫁接成活率最低,显著低于其他种源;除Pcb3-19、Pcb1-2外,Pcb3-18和Pcb1-3显著高于其他嫁接类型的平均嫁接成活率。(2)雌雄同株嫁接树当年生枝的性别类型与其嫁接前的接穗类型不完全相同,表明雌雄同株嫁接树性别存在不稳定性。(3)在单株水平上,雌雄同株嫁接树的果实性状优于雌雄同株实生树,雌雄同株嫁接树优株的雌花果实性状优于两性花果实。【结论】在单株水平上,雌雄同株嫁接树的雌花果实性状最优。嫁接时采用枝接,接穗选择雌雄同株的雌花枝,可提高雌雄同株黄连木的嫁接成活率和提升果实性状。本研究为快速繁育雌雄同株黄连木并提升其果实性状的嫁接技术提供了理论依据。

无患子雄性不育品种‘琦蕊’不同发育时期雄花转录组分析

【目的】探究无患子(Sapindus mukorossi Gaertn.)雄性不育品种‘琦蕊’雄花不同发育时期的细胞学特征及差异表达基因,为深入解析无患子雄性不育发生的分子机制提供理论依据。【方法】在观察雄花花药不同发育过程的细胞学特点基础上,进一步利用RNA-Seq技术分别对小孢子母细胞时期(T1)、四分体时期(T2)、单核小孢子时期(T3)的雄花进行转录组比较分析,筛选关键差异表达基因。【结果】‘琦蕊’绒毡层和内层细胞的持续膨大与增殖使得药室结构混乱,药室空间不足,最终导致无可育花粉产生。内源激素测定发现,茉莉酸水平在‘琦蕊’雄花发育过程中呈下降趋势。3个时期的转录组分析共筛选到2990个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中T2_vs_T1中722个(516个上调,206个下调),T3_vs_T2中1741个(765个上调,976个下调)。GO和KEGG分析表明,这些DEGs主要富集在代谢过程、细胞分裂、花粉壁合成、激素信号转导等方面,共鉴定到32个花粉发育相关DEGs、27个激素合成及信号转导DEGs。随机选取9个DEGs进行RT-qPCR分析,结果与RNA-Seq数据趋势一致,证明转录组数据的准确性。【结论】绒毡层细胞持续增殖和内层细胞延迟退化不断挤压小孢子是导致无患子‘琦蕊’雄性不育发生的主要原因,物质代谢、细胞分裂、激素水平、花粉发育等相关基因在雄性不育发生过程中发挥重要作用。

青杄PwRhomboid基因表达特性及其抗旱作用

通过对青杄转录组测序分析,筛选出干旱响应基因PwRhomboid,分析该基因在耐旱方面的功能特性,为揭示青杄的耐旱机理提供理论基础。采用生物信息学对PwRhomboid的氨基酸序列和同源基因进行比对;利用RT-qPCR技术分析PwRhomboid对不同非生物胁迫和激素的响应情况;通过瞬时转化烟草叶片检测PwRhomboid蛋白的亚细胞定位;获得拟南芥和马铃薯的PwRhomboid转基因株系并进行干旱表型验证。研究结果显示,PwRhomboid的氨基酸序列在N端与其同源物种的氨基酸序列具有较大差异,在C端相似度较高,保守性较好;其蛋白主要定位于细胞膜。PwRhomboid的表达量经干旱、低温和脱落酸诱导后发生有显著变化,在成熟叶中表达量最高,其能够提高转基因拟南芥和马铃薯的耐旱性。经干旱处理后,与对照组拟南芥野生型和pCM1205株系相比,PwRhomboid过表达株系PwRhomboid-L1和PwRhomboid-L2的存活率更高,叶绿素荧光最大光化学效率和实际光化学效率更高;在经聚乙二醇模拟干旱处理后,与野生型相比,过表达株系PwRhomboid-L3、PwRhomboid-L4的马铃薯苗高更高。结果表明PwRhomboid的表达量会受到干旱等逆境和激素的影响,过表达PwRhomboid能够提高拟南芥和马铃薯的耐旱性。

植物响应盐碱胁迫的分子机制研究进展

土壤盐碱化是制约全球农业发展的主要环境因素之一。培育耐盐碱作物是应对土壤盐碱化的根本措施,但目前仍面临基因、种质资源匮乏等挑战。挖掘耐盐碱新基因,阐明植物耐盐碱应答的分子机制对培育耐盐碱作物至关重要。盐碱胁迫包括中性盐胁迫和碱性盐胁迫,中性盐胁迫会产生渗透胁迫,Na~+、Cl~-积累过量还会导致离子毒害,引起氧化胁迫等一系列次生胁迫。与中性盐胁迫相比,碱性盐胁迫还会引起高pH胁迫。论文综述了盐碱胁迫对植物生长发育的影响,总结了近十年植物耐盐碱应答机制的重要研究进展。包括植物对盐胁迫的感知与信号转导,以及植物响应中性盐胁迫和碱性盐胁迫引起的渗透胁迫、离子毒害、氧化胁迫、碳酸氢盐和碳酸盐胁迫、高pH胁迫的分子机制。在此基础上,还讨论了耐盐碱基因在作物育种方面的应用,并提出了提高植物耐盐碱性需要进一步研究的关键科学问题。旨在加深对植物响应盐碱胁迫分子机制的认识,为培育高产、优质的耐盐碱品种及提升盐碱地可开发利用率提供理论基础。

刺梨叶中三萜类化合物的分离纯化与鉴定

该研究选用多种分离方法对刺梨(Rosa roxburghii)叶中的多种三萜类化合物成分进行分离纯化,并鉴定化学结构,以期从刺梨叶中分离出新的化合物。该研究以刺梨叶为研究对象,采用硅胶柱色谱、Sephadex LH-20柱色谱、半制备液相等方法系统性地对其叶中的三萜类化学成分进行了分离纯化,通过理化性质和核磁共振波谱数据鉴定化合物结构,共分离鉴定出13个化合物。其中四环三萜类化合物2个,五环三萜糖苷类化合物3个,五环三萜羧酸类化合物8个,包括一个全新的化合物单体。13个化合物分别为(1)β-谷甾醇、(2)胡萝卜苷、(3)2α,3α,19α-三羟基齐墩果烷-12-烯-28-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、(4)刺梨苷、(5)野蔷薇苷、(6)野蔷薇酸、(7)新化合物、(8)山香二烯酸、(9)野鸦椿酸、(10)委陵菜酸、(11)克罗索酸、(12)白桦脂酸和(13)山楂酸,其中化合物2、6、7、8首次从该植物中分离得到。该研究明晰了刺梨叶中三萜类成分,为刺梨叶资源开发利用提供了科学依据。

暖温带森林外生菌根树种优势和植物多样性对土壤氮素周转的影响

外生菌根(ectomycorrhizal,EcM)树种是温带森林植物群落的优势树种,是驱动包括土壤氮素周转在内的生态系统功能的主要植物类群;EcM树种在群落中的占比往往会影响植物多样性与生态系统功能的关系,但其生物学驱动机制尚不清楚。本项研究依托东灵山暖温带落叶阔叶林动态监测样地,通过分析土壤无机氮(NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N)含量、净氮矿化速率(R_(m))和硝化速率(R_(n)),以及氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的绝对生物量,探索树种多样性和EcM树种比例以及其他生物、非生物因素对不同海拔和土层深度氮素周转及其有效性的影响。结果表明:(1)相比于树种多样性,EcM树种比例对土壤氮素周转及其有效性的影响更为强烈且表现出生境依赖性,即在低海拔缓坡、中海拔陡坡,尤其是中海拔陡坡,土壤R_(m)、R_(n)以及NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N的含量随着EcM树种比例增加而显著降低。此外,在低海拔缓坡土壤NH_(4)^(+)-N含量随着树种多样性的增加而显著降低,而R_(n)则显著增加;(2)相对于表土层,EcM树种比例更强烈地限制亚表土层和深层土壤的无机氮含量,即NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N含量均随着EcM树种比例增加而显著降低;(3)土壤R_(m)、R_(n)以及NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N含量与EcM树种、树种多样性、土壤含水量、AOA及AOB表现出较强的相关性。多元线性回归结果表明,土壤含水量、AOA和AOB对土壤R_(m)、R_(n)以及NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N含量的变差具有较高的解释量。综上所述,暖温带森林生态系统EcM树种和树种多样性对土壤氮素周转及其有效性的影响表现出较强的生境和土层差异,这些结果有助于提升暖温带森林树种多样性、菌根树种类群与生态系统功能关系的理论认知,对于温带森林生物多样性保护、可持续管理方面具有重要的科学意义。

宁夏回族自治区和浙江省光肩星天牛对柳属植物的寄主适应性

为解析光肩星天牛Anoplophora glabripennis在宁夏回族自治区和浙江省对金丝垂柳Salix babylonica×S.alba-vitellina和旱柳S.matsudana的为害差异,通过代谢组学分析2种柳树木质部次生代谢产物的差异,利用16S r DNA测序技术检测来自2个地区的光肩星天牛幼虫在取食原生地寄主后肠道细菌群落的组成,测定其肠道消化酶、解毒酶和保护酶的活性,并将2种柳树的次生代谢产物分别与光肩星天牛肠道细菌及肠道酶进行Spearman相关性分析。结果表明,在金丝垂柳和旱柳木质部中共筛选出26种抗虫性差异代谢产物,其中苯甲酸及其衍生物、肉桂醛、吲哚及其衍生物和有机氮化合物在旱柳样本中含量更高;而黄酮类化合物、芪类化合物、咪唑并嘧啶和二嗪则在金丝垂柳样本中含量更高。以旱柳为食的幼虫肠道优势菌属为肠球菌属Enterococcus、拉乌尔菌属Raoultella、肠杆菌科未确定属、假单胞菌属Pseudomonas、肠杆菌属Enterobacter和纤维单胞菌属Cellulomonas;以金丝垂柳为食的幼虫肠道优势菌属则为拉乌尔菌属和Gibbsiella。取食旱柳的幼虫肠道中外切β-1,4-葡聚糖酶、羧酸酯酶、谷胱甘肽S转移酶和细胞色素P450酶的活性均显著高于取食金丝垂柳幼虫。金丝垂柳中黄酮类化合物含量高且变量投影重要性分析值较大,推测能被肠道内优势菌属拉乌尔菌属和Gibbsiella有效代谢,因此解毒酶活性处于较低水平,且拉乌尔菌属和Gibbsiella大量增殖;在取食旱柳的幼虫肠道中没有能有效代谢苯甲酸及其衍生物和肉桂醛等化学物质的细菌群落存在,从而引起解毒酶活性显著提升以减少受到的毒害作用。表明在光肩星天牛适应寄主植物的过程中,其肠道细菌在对寄主次生代谢产物的代谢过程中发挥着重要作用。

五种寄主植物挥发物的主要成分及华星天牛对其电生理和行为反应

为开发华星天牛Anoplophora chinensis引诱剂,采用动态顶空吸附法收集浙江省慈溪市沿海防护林中华星天牛5种寄主植物(柑橘Citrus reticulata、苦楝Melia azedarach、黄山栾树Koelreuteria bipinnata、木麻黄Casuarina equisetifolia、金丝垂柳Salix×aureo-pendula)的挥发物,采用气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)联用技术对其进行鉴定和分析,采用气相色谱-触角电位(gas chromatography-electroantennogram detection,GC-EAD)联用技术解析各植物中引起触角电生理反应的活性物质,通过Y型嗅觉仪测定华星天牛对5种寄主植物和7种活性物质的行为反应。结果显示,在5种寄主植物挥发物中共鉴定出75种化合物,分为8个化学型;5种寄主植物可被分成3组,不同组间挥发物的组成不同,同组内不同植物种间有共有组分和特异组分;在较为吸引华星天牛的柑橘和苦楝挥发物中,萜烯类占比高。(±)-柠檬烯、γ-松油烯、壬醛、β-石竹烯和α-法呢烯能引起华星天牛触角发生电位反应,(±)-柠檬烯为柑橘挥发物独有成分;金丝垂柳挥发物不能引起华星天牛触角电位反应。苦楝和柑橘对华星天牛的引诱作用较强,显著高于黄山栾树和木麻黄;金丝垂柳对华星天牛无引诱作用;β-石竹烯和γ-松油烯对华星天牛有显著的引诱作用,按照寄主植物挥发物比例混配的化合物对华星天牛的引诱作用强于单体化合物。

山茱萸蛀果蛾幼虫入土结茧习性及其影响因素研究

【目的】研究山茱萸蛀果蛾Carposina coreana老熟幼虫的入土结茧习性,探讨不同土壤湿度和环境温度对其入土、结茧的影响,以期为全面了解山茱萸蛀果蛾老熟幼虫的越冬习性和种群预测,为其有效防控提供指导。【方法】在室内条件下,设置不同土壤湿度(0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%)和环境温度(5、10、15、20、25、30、35和40℃),观察并分析山茱萸蛀果蛾老熟幼虫的入土行为、入土时长、入土率、结茧率和结茧深度情况。【结果】山茱萸蛀果蛾老熟幼虫自成熟果实中钻出后,会立即进入土中结茧室,并在茧室中以老熟幼虫的虫态越冬。幼虫进入土壤的虫道有扁“U”型、“V”型、“Y”型、倒“Y”型和竖直型5种类型。不同土壤含水量和环境温度对山茱萸蛀果蛾老熟幼虫的入土时长、入土率、结茧率和结茧深度的影响均具有显著差异(P<0.05)。幼虫在土壤湿度为0%和30%条件下均不入土,在10%条件下的入土时间最短,在10%、15%和20%条件下的入土率、结茧率均达100%。在环境温度为10-25℃条件下,幼虫的入土时长以10℃条件时最短,入土率和结茧率均接近于100%;当温度超过30℃时,幼虫入土变得极为迅速,但入土率和结茧率逐渐降低。幼虫在土壤中的结茧深度均随着土壤湿度和环境温度的升高而变浅,但均不超过10 cm深度土层。【结论】在室内模拟条件下,山茱萸蛀果蛾老熟幼虫入土结茧的适宜土壤湿度和环境温度分别为10%-20%和10-25℃,过高或过低的土壤湿度和环境温度均会导致幼虫入土率和结茧率降低,甚至死亡。