基于转录组测序的半滑舌鳎长链非编码RNA的初步鉴定与分析

以抗病家系与易感家系半滑舌鳎为材料,进行哈维弧菌感染实验,并对易感家系感染前(CsSU)、易感家系感染后(CsSC)、抗病家系感染前(CsRU)、抗病家系感染后(CsRC)4组进行转录组测序,根据RNA-seq数据挖掘半滑舌鳎长链非编码RNA信息;通过生物信息学分析,筛选出与抗哈维弧菌病相关的差异长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)。结果显示,共识别出4 584个lncRNA座位,包含5 714个转录本;其基本特征与编码基因的比较分析,lncRNA的GC含量低于编码基因,单外显子基因数多于编码基因,转录本的平均长度长于编码基因,基因表达量低于编码基因。对4组样品进行两两比较(CsRU vs CsSU、CsRC vs CsSC、CsRC vs CsRU、CsSC vs CsSU)分别筛选出818、813、261、140个差异表达lncRNA,其中CsRU与CsSU之间、CsRC与CsSC之间lncRNA数目差异最多,通过聚类分析确定了各实验组的表达模式之间的联系,CsRU与CsSU之间的表达模式最为相近。通过共表达分析,预测出lncRNA和274个编码基因可能存在14 539种相互关系,并进行了功能注释,进而筛选出7个关键lncRNA。qRT-PCR结果显示,差异表达lncRNAs的表达模式和转录组数据得到的基本一致。研究结果为揭示lncRNA在半滑舌鳎抗哈维弧菌免疫调控反应中的作用提供重要的参考数据。     

放牧强度对无芒隐子草空间分布的多重分形结构影响

以内蒙古高原短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原为研究对象,设置不放牧(对照区, CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG) 4个放牧强度处理,分析丛生类禾草空间分布状态及其对放牧强度的响应。结果表明,随着放牧强度增加,无芒隐子草(Cleistogenes songorica)空间分布的多重分形度逐渐增大。无芒隐子草空间分布多重分形特征在CK处理下最为复杂,随放牧强度增加,空间分布的多重分形特征复杂程度增加,但均小于CK处理。无芒隐子草空间分布的均匀度在LG和MG处理下较大。CK处理下无芒隐子草空间分布的复杂性主要由母株株丛繁殖能力、扩散能力和群落中种群竞争决定,HG处理下无芒隐子草空间分布的复杂性由放牧家畜选择性采食、随机游走践踏和种群本身的耐受能力决定。     

鹤壁市城镇体系空间结构优化

优化城镇体系空间结构对于调整城镇布局、促进区域经济协调可持续发展具有重要意义。基于分形理论和场强模型,以鹤壁市为研究区,对比分析了5个县(区)城镇的空间聚集维数,计算了鹤壁市整体关联维数,并识别了5个县(区)城镇的辐射影响范围。结果表明:(1)鹤山区、山城区、淇县城镇体系聚集程度较高,且明显高于淇滨区和浚县城镇体系;(2)鹤壁市城镇体系主要沿交通干线分布,并呈现"一轴两翼"的空间结构特征;(3)淇滨区和浚县辐射范围明显大于鹤山区、山城区和淇县,由于地形地貌原因影响,对周围小城镇辐射影响力还有待提升。基于现状分析提出以下优化建议:(1)增强城市发展主轴周围城镇集聚功能;(2)准确定位断裂点处和辐射交汇处城镇职能;(3)加快鹤壁市内综合交通网络建设。     

氮循环过程的微生物驱动机制研究进展

氮循环在生物地球化学中具有重要地位，与人类生活密切相关。氮循环在很大程度上依赖微生物驱动的氮素转化，而在转化过程中必然会造成不同形式氮的同位素效应。为更好地了解和溯源氮循环过程，本文从氮循环的物质通量、微生物作用及氮同位素效应等角度进行系统地论述，并对氧化亚氮 (N₂O) 分子内的特异同位素值区分微生物过程做了详细介绍。结果表明，人为固氮是环境中活性氮增加的主要原因，也进一步促进了氮素转化的各个环节。通过解析氮素循环中微生物过程的形成机理和评估每个过程的同位素效应，为进一步探索微生物的功能基因和氮素同位素效应的内在联系提供依据，对阐明氮循环过程中微生物驱动的分子机制具有重要意义，而两者的结合也为解决自然条件下氮素转化各过程的溯源难题指明了方向，也将成为今后研究的热点，并在揭示氮素转化机制中发挥越来越大的作用。     

不同温度下TMV侵染枯斑三生烟的LncRNA差异表达

【目的】 筛选不同温度下烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus,TMV）侵染后枯斑三生烟（Nicotiana tabacum var. Samsun NN）差异表达的长链非编码RNA（long non-coding RNA,lncRNA）,研究lncRNA在枯斑三生烟抗性反应中的作用。【方法】 N基因的温度敏感性使枯斑三生烟在25℃时具备对TMV的抗性、在31℃抗性丧失,在这两个温度条件下对枯斑三生烟接种TMV和磷酸盐缓冲盐水（phosphate buffered saline,PBS）,48 h后提取系统叶总RNA,构建链特异性文库后进行深度测序。对测序结果进行过滤后利用HTSeq将有效数据与近缘品种TN90（N. tabacum var. TN90）基因组比对,筛选得到lncRNA后利用FPKM法估计lncRNA的表达水平。通过edgeR筛选差异表达lncRNA（differentially expressed lncRNA,DElncRNA）,并利用qRT-PCR技术对这一结果进行验证。通过共定位及共表达分析预测DElncRNA的靶基因,通过参考基因组注释、GO和KEGG富集分析研究靶基因的功能。【结果】 4个处理共12个样本经lncRNA-seq各测得约8 000万条clean reads,共获得4 737条已知lncRNA、40 169条新lncRNA。其中64个lncRNA在不同温度条件下TMV侵染后存在差异表达,qRT-PCR测定结果显示这些lncRNA的测序正确率在80%左右,表明本研究所得测序数据具备较高的可信度。对DElncRNA进行靶基因预测,发现一些基因同时被25℃下调和31℃上调的DElncRNA靶向。靶基因注释功能丰富,主要参与植物抗病、激素和代谢等生理过程。部分可能与激素通路相关的lncRNA,在25℃下TMV侵染时呈现下调趋势,而在31℃下TMV侵染则呈现上调趋势。GO富集分析显示靶基因主要参与构成膜、囊泡等组分,具备钙、钾离子通道抑制剂活性等分子功能,使相应离子得以转运引发随后的反应,同时也参与发病、抗原加工和呈现、细胞分裂素代谢等生理过程。KEGG分析发现靶基因显著富集在植物激素信号转导通路,25℃下调和31℃上调的DElncRNA靶基因同时富集在激素信号传导、ABC运输蛋白、苯丙烷类生物合成等通路。【结论】 不同温度（25℃和31℃）条件下TMV侵染枯斑三生烟后,长链非编码RNA差异表达,DElncRNA通过作用于激素信号传导、物质转运等过程参与寄主系统获得性抗性反应。研究结果可为揭示植物系统获得性抗性中lncRNA的调控功能以及新型抗病毒技术开发提供依据。     

基于模拟退火与布谷鸟混合算法的树状灌溉管网优化设计

为实现树状灌溉管网低能耗、投资节约以及灌水均匀度高等目的,构建了树状灌溉管网非线性数学模型,设定压力、管径、流速为约束条件,设计了模拟退火与布谷鸟(SACS)混合算法,结合文献[14]资料数据分别采用遗传(GA)算法、模拟退火遗传(SAGA)混合算法、布谷鸟搜索(CS)算法、SACS混合算法4种优化算法对模型进行了求解.优化结果表明,采用SACS混合算法比GA算法灌溉管长减少了16.27％、投资节约了2.13％,比SAGA混合算法、CS算法,虽灌溉管长相等,但管径得到较大的优化,投资分别节约了3.76％、17.28％,验证了SACS混合算法的有效性.最后,以贵州省石阡县龙塘大屯茶叶园区216 hm2现代水利试点区喷灌工程为例,采用SACS混合算法对喷灌工程管网进行了优化,比传统设计方法灌溉管长减少了12.08 m,投资节约了17.93％,优化效果明显,为树状灌溉工程管网优化设计提供了新的思路.     

不同复垦措施下铁尾矿的土壤颗粒多重分形特征

在铁尾矿复垦区,运用多重分形理论研究不同复垦措施的土壤多重分形特征,有助于表征重构土壤特征,并进而为分析重构土壤的性质奠定基础。以山西省运城市垣曲县国泰矿业有限公司泉子沟的铁尾矿为研究对象,对坡面5种复垦措施样地的表土层土壤粒径分布进行多重分形参数分析,并探讨了其与土壤性质和土壤抗蚀性的关系。结果表明:(1)铁尾矿复垦样地重构土壤粒径分布均具有明显的多重分形特征,且不同复垦措施间多重分形参数特征差异明显。与砂土基质相比,砂菌基质和裸尾矿基质的粒径分布集中程度D(1)和D(1)/D(0)较低,谱宽△ɑ琢较大,其质地非均匀性程度较高;与油松紫穗槐模式相比,刺槐连翘模式的集中程度D(1)和D(1)/D(0)在砂土基质中较高,在砂菌基质中没有明显差异;但在质地非均匀程度方面,油松紫穗槐模式高于刺槐连翘模式;裸尾矿基质与其余样地相比,粒径分布的集中程度D(1)和D(1)/D(0)较低,质地非均匀程度较高,但对称度△f与砂土基质差异不大;砂菌基质的粒径分布对称度△f最高,砂土基质和裸尾矿次之。(2)铁尾矿复垦样地粒径分布对称度△f与抗蚀性、饱和持水率、有机碳和全氮含量呈显著正相关;D(1)、D(1)/D(0)和△ɑ琢与抗蚀性和土壤性质的关系不显著。该研究结果可为铁尾矿复垦土壤重构和水土保持提供科学依据。     

灯光遥感数据在监测建设范围扩张及其影响因素相关性研究中的应用

准确了解区域人类建设扩张动态对于评估生态环境和社会影响不可或缺。基于DMSP/OLS、Landsat等多源遥感数据,采用阈值分割法提取2000—2013年攀西矿区的人类建设活动范围,并结合分形理论研究其动态变化特征,最后采用回归分析法研究其影响因素。结果表明,灯光遥感数据能够较好地提取人类建设活动范围,且分形维数总体呈现出先增加后稳定的变化趋势;灯光遥感数据的像元亮度与人口数量、矿山开采面积及经济等影响因素具有不同程度的相关性。研究结果将为优化土地利用模式,制定人口、经济等政策提供科学依据。