模型假设对基于模型的森林蓄积量估算的影响

【目的】1)评估模型的线性和非线性形式、模型残差假设对推断不确定性的效应;2)比较2种总体均值的方差估计方法(自助法和解析法);3)评估多种因素对推断不确定性的效应,构建基于遥感模型的统计推断经验法则用于指导实践。【方法】应用基于模型的统计推断方法,以森林蓄积量估算为例,基于非洲稀树草原的薪材材积实测样地数据和Landsat 8遥感辅助数据,使用二阶抽样从总体中选择160块样地形成样本,在不同模型假设下进行总体参数推断,量化分析参数模型假设对估计量不确定性的效应,并辅以置信椭圆等诊断方法确保分析的有效性。【结果】1)不同模型假设下的总体均值估计值μ_(mb)为7.159~7.331 m^(3)·hm^(-2),解析方差估计值Var(μ_(mb))为0.147~0.221,抽样精度为93.59%~96.64%,总体均值的经验方差估计值Var(μ_(mb))为0.143~0.237。模型假设会影响模型参数估计,进而影响推断精度Var(μ_(mb))。自助法是检验总体参数解析估计量无偏性的有效方法。2)基于设计的统计推断方法得出的总体均值估计值μ_(db)为6.774 m^(3)·hm^(-2),其方差估计值Var(μ_(db))为0.965,抽样精度为85.50%。既定条件下,相比基于设计的统计推断,基于模型的统计推断能够有效将推断精度提升77.10%~84.77%,对抽样精度的提升为9.46%~13.03%。【结论】基于模型的统计推断在小样本推断中具有更高的推断精度和抽样精度,有助于实现高精度、低样本量、短周期的森林资源调查目标,但建模过程中的不确定性会影响推断精度,其中残差变异性对推断不确定性的影响最大。忽略方差异性和空间自相关效应在同方差假设下进行总体参数推断,会低估Var(μ_(mb)),在考虑方差异性的同时应进一步检验空间自相关性并使用相应的权函数和自相关函数模拟残差变异性。

利用空间信息学应对“以竹代塑”资源供给挑战

塑料污染是当今世界最受关注的环境问题之一,严重影响人类健康与发展。"以竹代塑"是我国结合自身资源优势提出的抗击塑料污染的重要解决方案。然而,制约"以竹代塑"产业高质量发展的最大瓶颈是竹资源供给能力难以满足代塑产品消费市场日益增长的需求。竹资源供给面临着资源监测精度不高、质量不均、采收成本高等3大挑战,因此综合提升竹资源供给能力刻不容缓。竹子空间信息科学是融合遥感科学、地理信息科学、统计学和运筹学等多学科技术的交叉学科,在解决竹资源供给的3大挑战方面具有广阔的应用前景。文章针对当前竹资源供给存在的问题,阐述了竹子空间信息科学技术在精准监测竹资源数量、提升竹资源质量以及降低采伐运输成本等方面的创新应用,以充分发挥交叉学科在应对竹资源供给挑战中的科技创新与引领作用,更好地服务"以竹代塑"产业高质量发展。

竹类植物遗传育种研究进展

作为森林植物的重要组成部分,竹类植物在维持生态平衡、保持物种多样性、减缓气候变化、防止水土流失等多方面发挥着积极作用,国际社会对竹资源开发利用的高度关注促进了竹产业的持续快速发展。良种是产业发展的基石,竹子专用品种的缺乏是限制其工业化利用的重要因素,因此竹类植物的遗传育种已成为竹学领域研究的焦点。文章对竹类植物遗传育种中的变异来源、种类识别、育种现状进行了系统总结,尤其是对选择育种、杂交育种、分子育种、智能化育种和新品种审定进行重点概述。针对竹类植物遗传学理论基础薄弱、内在固有遗传障碍和育种技术瓶颈问题,提出了构建遗传学理论、加强种质资源保护与评价和突破育种技术瓶颈的应对策略,以期为竹类植物的新品种选育提供参考。

叶黄素循环和D1蛋白周转在毛竹叶片光保护中的作用

利用叶绿素荧光技术,对强光胁迫下以及叶黄素循环抑制剂-二硫苏糖醇(DTT)和D1蛋白合成抑制剂-硫酸链霉素(SM)处理后毛竹(Phyllostachys edulis(Carr.)Lehaie)的光抑制特征进行研究。结果显示:在夏季中午强光或人为强光胁迫下,毛竹叶片最大光化学效率Fv/Fm均显著降低;在下午光强减弱或黑暗、弱光条件下,Fv/Fm可有效恢复。DTT和SM均可抑制毛竹叶片非光化学淬灭(NPQ),且DTT效果明显优于SM。另外,在强光下,DTT和SM处理均能使毛竹叶片Fv/Fm、实际光化学效率Y(Ⅱ)和光化学淬灭qP等荧光参数下降幅度增大。研究结果表明毛竹叶片具有完善的光破坏防御机制,NPQ与叶黄素循环和D1蛋白周转紧密关联,在叶片光保护机制中具有重要作用。

毛竹扩展蛋白基因的鉴定及其表达分析

为全面了解毛竹中扩展蛋白的分子特征和表达模式,本研究利用生物信息学方法在毛竹基因组中共鉴定出43个扩展蛋白基因家族成员,属于4个亚家族(EXPA、EXPB、EXLA和EXLB),分别包含18、17、7和1个成员,分布在37个Scaffold上。除PeEXPA1没有内含子和PeEXLB1含有11个内含子外,其它毛竹扩展蛋白基因的内含子为1~5个。毛竹扩展蛋白基因编码蛋白长度为91~508个氨基酸,所有的氨基酸都具有高频密码子,大部分蛋白为碱性亲水性蛋白。大部分毛竹扩展蛋白二级结构中β转角占比例最少,而β折叠占比例最大,各亚家族多数成员具有类似的三级结构。qRT-PCR结果表明,18个EXPA亚家族成员在不同组织表达存在明显差异,除PeEXPA2、PeEXPA6外其它基因表达的最高值均出现在叶片中,表明它们可能在叶片生长过程中发挥着重要作用。

毛竹微管蛋白的分子特征及PeTUA3的功能

【目的】微管蛋白是植物细胞骨架的重要组成部分,在植物细胞分裂与生长、细胞形态维持、细胞内物质运输和细胞壁的生物合成等过程中均发挥着重要作用。为全面了解毛竹微管蛋白的分子特征,开展了毛竹微管蛋白全基因组鉴定与分析,并初步研究了PeTUA3基因的功能,以期为揭示微管蛋白在毛竹生长发育过程的作用提供参考依据。【方法】采用生物信息学的方法开展毛竹中微管蛋白基因的全基因组分析,利用转录组数据和实时荧光定量PCR技术分别分析微管蛋白基因的组织表达模式及其随笋高度增加的表达变化,通过在拟南芥中异位表达及表型观察初步研究PeTUA3基因的功能。【结果】在毛竹基因组中共获得18条微管蛋白基因序列,编码蛋白具有完整的保守结构域,蛋白长度为430~634 aa,分子量为48.31~69.89 kDa。在与水稻、拟南芥微管蛋白构建的系统进化树中,被聚类到2个亚家族(TUA和TUB),且毛竹各微管蛋白成员与水稻的亲缘关系更近,这些基因分别命名为PeTUA1-PeTUA6和PeTUB1-PeTUB12。亚细胞定位预测显示PeTUAs均定位在细胞质中,而PeTUBs均定位于细胞核中。基于转录组数据的基因组织特异性表达分析表明,不同微管蛋白基因在毛竹7个不同组织中的表达量存在着一定的差异,如PeTUA3、PeTUA6、PeTUB2和PeTUB3在各个组织中均有较高的表达,而PeTUA2和PeTUB12在各组织中表达量均较低。实时荧光定量PCR结果显示,随着毛竹笋高度的增加,6个TUA亚家族成员基因的表达均呈现上调趋势,而TUB亚家族成员基因中有8个呈现上调趋势,4个表现为波动变化,表明它们在笋的不同发育阶段可能发挥着不同的作用。在拟南芥中正义表达PeTUA3促进了转基因植株的生长,尤其是对主根的伸长有明显促进作用,而转反义PeTUA3则抑制转基因植株的生长,主根生长明显受到抑制。【结论】从毛竹中鉴定了6个TUA基因和12个TUB基因,各基因的分子特征存在着一定的差异,并且各基因在毛竹不同组织以及不同发育阶段笋中呈现出不同的模式,说明它们在不同组织以及同一组织的不同生长发育阶段可能发挥着不同的功能;过量表达PeTUA3能够影响转基因拟南芥的生长,说明PeTUA3对毛竹的快速生长可能具有重要的作用。

不同浓度氮处理毛竹水通道蛋白基因表达模式及其调控网络

氮和水分平衡对植物生长发育具有重要作用,在长期进化过程中植物体内形成了氮运输和水分平衡的复杂调控网络。为揭示竹子速生的内在调控机制,研究了不同浓度氮处理下毛竹根中水通道蛋白(AQP)基因的表达模式,并预测了其表达调控网络。结果表明,在不同浓度氮处理下,在毛竹根的转录本中共鉴定到30个差异表达的PeAQP s,包括14个PePIP s、8个PeTIP s、7个PeNIP s和PeSIP 2-1;随着氮浓度的提高,PeAQP s的表达模式主要分为2类:一类呈上调表达,另一类呈下调表达。在这些差异表达AQP基因的启动子中鉴定到了许多转录因子(TF)的结合元件,同时通过筛选差异表达TFs,构建了差异表达TFs和PeAQP s的共表达网络。代表性差异表达TFs和PeAQP s表达的相关性分析和共表达结果表明,这些TF可能参与调控毛竹中水分和氮的协调运输。研究结果可为深入解析毛竹快速生长的分子机制提供参考。