基于RNA-Seq挖掘桃低温应答相关基因的研究

温度是影响桃树生长发育以及地理分布的一个重要环境因子。为解析桃品种丁家坝的抗寒机制,挖掘抗寒关键基因,本研究选取低温耐受型丁家坝和敏感型加纳岩桃叶片为试验材料,对叶片在4℃条件下处理2、6和12 h的生理生化变化以及转录本进行对比分析。结果表明,低温诱导下两种桃叶片的电解质渗透率和丙二醛含量均随着冷诱导时间的延长而逐渐增加,并在6 h时出现激增。同时,可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸等重要渗透调节物质随着处理时间的延长逐渐上升,丁家坝的增长趋势高于加纳岩。转录组分析结果显示,丁家坝和加纳岩在冷处理下分别鉴定到569和505个差异基因。丁家坝鉴定到的569个差异基因显著富集在植物与病原菌互作、丝裂原活化蛋白激酶MAPK信号通路-植物和倍半萜和三萜生物合成等代谢通路。通过研究发现,植物与病原菌互作和MAPK信号通路以及MPK3/6、WRKY22和WRKY24等相关基因在丁家坝的抗寒过程中发挥重要作用。本研究结果为桃抗寒机制的深入研究奠定了理论基础,为桃抗寒新品种的培育提供了候选基因。     

基于Google Earth Engine的典型峰丛洼地石漠化时空演变与驱动因子分析——以西畴县为例

石漠化是岩溶地区阻碍经济可持续发展、影响生态环境的重大问题,随着近几十年石漠化治理的开展,石漠化扩张的趋势已经得到了极大遏制。以我国典型峰丛洼地地貌的云南省文山州西畴县为研究区,基于遥感云计算平台Google Earth Engine(GEE)以1990年、2000年、2010年、2020年四期Landsat遥感影像为数据源,利用转移矩阵分析西畴县近30年石漠化动态变化,并采用地理探测器分析了西畴县石漠化形成的驱动因子。主要结论如下:(1)30年间西畴县石漠化演变总体呈现先小幅减少,再扩张,然后大幅减少的趋势,从时间上来看1990—2000年,石漠化类型转变主要是轻度和潜在石漠化向无石漠化转移,2000—2010年石漠化类型转变主要是无石漠化向潜在和轻度石漠化转移,2010—2020年石漠化类型转变主要是潜在、轻度和中度石漠化向无石漠化转移; 从空间上来看,西畴县石漠化分布北重南轻,在石漠化治理成效上,整体都呈现好转,石漠化改善面积为850.183 km²,在莲花塘乡西北部、新马街乡的东北部、鸡街乡和西洒镇的交界处也存在零星恶化,恶化面积为51.715 km²。(2)1990—2020年30年间,西畴县石漠化治理取得了巨大成效,到2020年西畴县无石漠化土地面积已经达到940.854 km²,共有648.476 km²的石漠化土地转化成无石漠化土地;(3)地理探测器分析结果表明西畴县石漠化形成的主要驱动因子为坡度和GDP交互作用(q=0.645),人口密度和GDP交互作用(q=0.639)这两对组合。(4)通过编程在遥感计算云平台Google Earth Engine(GEE)上在线获取和处理遥感数据,可以较大限度地提高工作效率。利用云计算实现石漠化表征因子的提取,解决相关地学问题,可为后续相关研究提供强有力的技术支撑。     

基于遥感影像与逻辑回归模型的延河流域沟壑分布概率预测

为研究黄土高原沟壑地貌空间分布特征,开展了基于遥感影像和机器学习的沟壑地貌提取,研究了延河流域沟壑地貌空间分布及其环境控制因子。以Google Earth Pro平台为支撑,在人工提取大量沟壑地貌样本的基础上,基于Landsat8 OLI影像波段信息,采用主成分分析前3个变量、缨帽变换前3个变量、NDVI、高程、坡度和坡向10个因子,使用逻辑回归模型预测整个延河流域的沟壑概率分布。结果表明:(1)在10个变量因子中,因子Brightness的R²_McF为0.158,重要性最大,因子elevation的R²_McF为3.6×10^-5,重要性最小;(2)最优逻辑回归模型由组合因子Brightness,PCA₁,Greenness,Wetness,PCA₃和slope确定,其重要性R²_McF为0.206;(3)最优逻辑回归模型的沟壑概率预测精度为73.72%,ROC曲线下面积即AUC值为0.80;(4)延河流域沟壑地貌约占整个延河流域面积的52.05%。研究表明,延河流域沟壑分布呈现从西北方向到东南方向逐渐集中的特点。     

澜沧江中下游流域土壤侵蚀时空演变特征

为了探究土壤侵蚀演变机制,以澜沧江中下游流域为研究区域,利用改进的土壤流失方程(RUSLE)模型,开展流域内土壤侵蚀时空演变特征研究,引入随机森林算法探讨了流域内土壤侵蚀因子的相对重要程度。结果表明:澜沧江中下游流域2005—2015年土壤侵蚀量为0～1.89万t/(km²·a),平均土壤侵蚀模数为0.252万t/(km²·a),中下游子流域平均土壤侵蚀模数处于较低风险以上和中风险侵蚀以下级别。自2005年以后,澜沧江中下游流域土壤侵蚀空间分布特征呈现中度侵蚀风险区域扩张,高度和低度侵蚀风险收缩的趋势。随机森林算法结果发现植被覆盖管理因子和地形因子是影响澜沧江中下游流域土壤侵蚀的主要因素,土壤可蚀性因子、降雨侵蚀因子和水土保持措施因子的相对重要程度偏低,均未超过20%。可见,土壤侵蚀的时空异质性主要是由于植被覆盖和地形影响改变了局部气候而导致的。     

黄土和红壤丘陵区输变电线路工程水土流失影响因素及特征

为顺应国家电网公司高质量绿色发展的内在需求,防治输电线工程施工过程中造成的严重水土流失。以黄土丘陵区和红壤丘陵区为研究对象,通过野外调查和文献查阅,选取区域内两条典型线路,就气候、地形、土壤和植被等自然因素对输电线路工程水土流失特征的影响进行研究。结果表明:(1)黄土丘陵区相较于红壤丘陵区侵蚀营力除水力之外还有风力。(2)黄土丘陵区土壤渗透性强、土层深厚,而红壤丘陵区质地粘重、遇水易板结、入渗能力差。(3)黄土丘陵区植被自我恢复能力较差,施工过程中需要随时进行补植,而红壤区植被遭受破坏后恢复能力强,即使施工中植被遭受破坏,在短期内也可自然恢复。(4)黄土丘陵区输电线路工程在施工期土壤侵蚀模数是自然恢复期的1～10倍。黄土丘陵区输电线路各区域的土壤侵蚀模数是红壤丘陵区的2.5～31.25倍。(5)黄土丘陵区侵蚀模数在换流站站区、电机电缆区和榆林市线路工程塔基区的侵蚀模数取最大值,换流站站区和线路工程塔基区新增水土流失量最大; 而红壤丘陵区输电线路工程侵蚀模数在宜昌市线路工程塔基区取最大值,塔基区的新增水土流失量亦为最大。塔基区是水土流失防治和监测的重点区域。因此,根据当地自然因素差异,分区域设计工程措施,有利于减少水土流失。     

长期有机与无机肥配施的黄壤稻田土壤细菌群落结构特征

  【目的】  比较长期施用不同肥料黄壤稻田土壤细菌群落结构的差异,剖析不同肥料维持土壤细菌群落多样性的作用及其机理,为农田施肥管理提供理论依据。  【方法】  以农业农村部贵州耕地保育与农业环境科学观测试验站为依托,采用高通量测序技术,分析连续24年不施肥(CK)、全量化肥(NPK)、1/4牛厩肥+3/4化肥(1/4M+3/4NP)、1/2牛厩肥+1/2化肥(1/2M+1/2NP)和全量牛厩肥(M)处理黄壤稻田土壤细菌群落组成及多样性,并揭示其主要环境影响因子。  【结果】  不同施肥处理土壤细菌α多样性指数分析结果显示,长期施用有机肥提高了土壤细菌多样性指数(Shannon)、优势度指数(Simpson)和均匀度指数(Pielou),对丰富度指数(Chao1)影响较小。与CK相比,长期施肥不同程度地提高了变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度,化肥的作用更明显。与CK和NPK相比,施用有机肥处理降低了棒状杆菌门(Rokubacteria)和亚硝酸盐氧化菌门(Nitrospinae)相对丰度,提高了拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度,其他菌门变化不明显(P<0.05)。土壤细菌群落结构主成分分析结果表明,施用有机肥1/4M+3/4NP和1/2M+1/2NP处理土壤环境较为相似,细菌群落组成相似度较高,而CK和NPK处理土壤环境相似,细菌群落组成相似度高。土壤细菌群落结构组成与土壤环境因子冗余分析显示,土壤理化性质对细菌群落结构的影响重要性由大到小依次为全氮、碱解氮、速效钾、pH、有效磷、全磷,其中全氮、碱解氮和速效钾是关键因素。  【结论】  长期施用有机肥能够提高黄壤稻田土壤肥力,改变细菌生长环境,进而改变细菌群落结构组成,提高细菌群落多样性,促进土壤生态系统稳定和健康。     

黄土丘陵沟壑区坡体稳定性影响因素分析

选取黄土丘陵沟壑区纸坊沟小流域为研究区,利用高精度遥感影像(分辨率0.068 m)和DEM (分辨率0.34 m)数据,结合野外调查,对崩塌、滑塌、滑坡、脱落和陷穴等失稳体进行识别,通过统计学、敏感系数方法,利用识别失稳体数据,分析不同类型失稳体空间分布状况,定量研究不同类型失稳体的影响因子敏感程度,揭示不同类型失稳体的主控因子,进一步阐明流域坡体失稳体的空间分布规律和影响坡体稳定性的主控因子。结果表明:(1)利用高精度遥感影像,获取流域失稳体,主要是以小规模和浅层的脱落、崩塌和滑塌为主,三者面积合计为0.417 km²,占流域总面积的5.04%。(2)评价因子内部中,土壤母质的红黏土、土地利用的天然灌木林地和草地、地貌部位的沟坡、坡度＞35°、地形起伏度为0.74~3.34 m是坡体失稳发生的高敏感区域,也是崩塌、滑塌、脱落和陷穴发育共有的敏感区域。(3)影响坡体稳定性主控因子权重由大到小为土壤母质、地形起伏度、坡度、土地利用和坡向。崩塌、滑塌和脱落的主控因子与整体坡体稳定性的主控因子相同,但因子内部权重存在差异。崩塌与整体坡体稳定性影响因子顺序分布一致。滑塌主控因子权重由大到小为土壤母质＞地形起伏度＝坡度＞土地利用＞坡向＞地貌部位。脱落主控因子权重由大到小为土壤母质＞土地利用＞地形起伏度＞坡度＝坡向＞地貌部位。滑坡的主控因子为坡度和地形起伏度。陷穴的主控因子权重由大到小为土壤母质＞地形起伏度＞坡度＞坡向。     

丛枝菌根真菌AMF提高植物抗逆性的组学技术研究进展

  【目的】  丛枝菌根真菌(AMF)可以显著提高植物对逆境胁迫的抵抗能力,本文综述了国内外针对代表性组学技术(转录组学、蛋白质组学和代谢组学)在AMF提高植物抗逆领域(干旱、温度、盐碱、重金属)的研究进展,分析了在逆境胁迫下,植物–菌根共生体在分子层面上的应答调控机理,为深入理解AMF提高植物耐逆的分子机理提供一定的科学依据。  主要进展  植物主要通过根系与AMF建立共生关系,进而从土壤中吸收更多的水分和营养物质,提高植物对非生物胁迫的抵抗能力。菌根植物在转录、翻译以及表观遗传层面应答非生物胁迫。AMF在不同程度上上调或下调某些与非生物胁迫相关基因的转录或蛋白的翻译及降解,从而提高植物对非生物胁迫的抵抗能力,维持植物的生长发育,提高其对水分和营养物质的吸收和利用效率。通过转录组学、蛋白质组学和代谢组学分析关键基因、蛋白及代谢物的变化,为深入挖掘AMF提高植物抗逆机理提供理论依据。  研究展望  揭示丛枝菌根共生体抗逆机理的组学技术研究仍处于起步阶段,单一组学的应用限制了信息表达的完整性和深层次网络调控机理的精确性。随着测序技术和手段在速度、精度等方面的提高以及生物信息学的更新发展,AMF提高植物抗逆性组学的研究将朝着多组学结合的方向发展,使研究者能够从多角度全面探究植物相关研究的分子机理,这有助于更全面地理解植物相关生命活动的分子调控规律。     

荔枝P型ATP酶基因家族鉴定及其在采后贮藏过程中响应拮抗菌N-1的表达模式分析

P型ATP酶是植物体内一种重要的膜转运蛋白,在果实能量代谢和酸代谢中发挥重要作用,并广泛参与植物离子运输、抗逆、细胞信号转导等各项生命活动,然而在荔枝或其他无患子科植物中尚未对P型ATP酶基因家族进行全面分析,本研究基于‘妃子笑’荔枝转录组数据,通过对这些基因进行生理生化分析、生物信息学分析和表达分析,共鉴定了28个P型ATP酶基因家族成员基因,探讨P型ATP酶在荔枝采后贮藏过程中的潜在功能。结构和系统发育分析表明该基因可以分为5个亚家族,同一亚族的基因在基因结构和motif基序方面具有很大的相似性,其蛋白二级结构主要以α-螺旋为主,亚细胞定位预测分析发现LcPAs多定位于线粒体（21/28）。通过转录组分析,在采后贮藏期间,荔枝P型ATP酶家族基因中上调表达的基因明显高于下调表达基因,暗示其可能在荔枝采后品质劣变过程中发挥着积极的抵御作用。使用拮抗菌N-1处理荔枝可以有效抑制其果实采后褐变和病害的发生,结合RT-qPCR结果,发现拮抗菌N-1处理能诱导LcPA1、LcPA7、LcPA8和LcPA19在整个贮藏过程中的上调表达,并维持了较高的ATP酶活性,进一步说明P型ATP酶家族基因在抑制荔枝病变过程中发挥着重要作用。本研究为了解荔枝P型ATP酶基因家族基因的进化和功能分析提供了参考,为深入了解拮抗菌N-1保鲜机理的分子调控机理提供新的证据。     

施用钼肥对大豆生长性状、产量和品质影响的Meta分析

为在已有研究进展的基础上整体分析施用钼肥对大豆生长性状、产量和品质的影响,系统量化分析种植地区、气候特征、土壤特性、品种和施肥播种措施等影响因子对大豆产量和品质的影响程度,从而为构建合理钼肥施用策略提供理论依据,本研究收集并整理1971—2021年发表的钼肥施用种植大豆相关文献,以Meta分析方法定量统计,整体分析施用钼肥对大豆生长性状、产量因子和品质性状的影响,系统分析不同区域、自然条件和田间管理措施下施用钼肥对大豆产量和品质的影响。结果表明：本研究共收集到98篇文献,6 612组数据。与不施钼肥相比,施用钼肥可显著增加大豆地上部干重(17.9%)、叶面积指数(15.52%)、茎粗(13.77%)、叶绿素含量(12.06%)、分枝数(8.95%)、主茎节数(1.35%)、根瘤数(26.05%)、根干重(23.37%)、根系活力(19.54%)、侧根数(9.22%)、单株荚数(16.72%)、单株粒数(13.21%)、百粒重(3.83%)、产量(16.99%)和蛋白质含量(7.25%)。华中、华北和西北地区施用钼肥对增加产量、蛋白质和脂肪含量效果最好,分别增加23.62%、10.37%...