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2021年  43卷  第9期

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综合述评
摘要:
近年来,随着气候变化和人类活动的加剧,全球森林面积持续减少、质量下降,生态环境事件频发,森林健康的问题受到前所未有的关注,已经成为生态文明战略的重要组成部分。我国森林资源持续增长,但同时也面临一些问题,如:造林结构单一、林分质量不高、生态稳定性弱等,如何系统准确评价其森林健康状况仍然是当前难点。相对于传统地面调查方法,遥感技术具有实时获取、重复监测以及多时空尺度等优势,并且随着高分遥感和人工智能等技术的飞速发展,大幅提高了解决森林健康评价难题的能力。为系统评估新型遥感技术应用于评价森林健康的潜力,本文在文献分析基础上,指出了现有路径和方法,具体包括:(1)通过文献计量学方法分析并明确了森林健康评价的4大核心内容(活力、组织结构、抵抗力和恢复力)和4大关键问题(树种分类、林木活力、林业有害生物、干旱胁迫)。(2)从不同尺度(单木−林分−生态系统−景观)、不同平台(近地面遥感−航空遥感−卫星遥感)和不同传感器(包括RGB相机、多/高光谱相机、激光雷达、热红外相机、微波雷达和叶绿素荧光扫描仪)3个角度,系统梳理现有遥感技术的优缺点。(3)围绕4个关键问题,阐述近年来应用遥感技术评价森林健康的路径和方法。进一步,本文指出了包括多数据源融合分析、森林健康监测网络与近地面遥感、森林健康大数据应用在内的挑战与机遇,以期为我国森林资源智慧管理提供参考。
摘要:
潜伏侵染指病原物侵入植物组织后,由于寄主或环境条件的限制,暂时停止生长活动,但仍保持其生命,寄主植物不表现症状的现象。松材线虫病是世界范围内重要的松树流行性病害,也是我国目前危害最为严重的森林病害。潜伏侵染在松材线虫病的发生地广泛存在,目前因为其发生发展机制不明确,给松材线虫病的防控带来了一定的难度。此外,由于潜伏侵染的无症状携带者识别难度大,导致疫木清除过程中容易被忽视,最终会吸引媒介昆虫取食和产卵,作为侵染源引起松材线虫病扩散蔓延。因此,建议对松材线虫病潜伏侵染的发生机制、发展规律及快速识别等加强研究,推动更为有效的防控技术产出。
林学
摘要:
  目的  植物病害生防菌在植物根际土壤中的定殖情况是影响其发挥生防作用的重要因素之一。近年来,由核桃炭疽病菌引起的核桃炭疽病对云南省核桃产业的发展产生了较为严重的危害,已成为该省核桃产业发展的重要制约因素。前期,通过对大理州漾濞县光明村核桃根际土壤生防菌的筛选工作,获得了具有重要生防潜力的钩状木霉YB-4-15和枯草芽孢杆菌yb33。为了推广上述生防菌株,需首先明确上述菌株在核桃根际土中的定殖情况。  方法  本研究利用不同浓度钩状木霉孢子悬浮液对无菌的核桃根际土壤进行处理,采用定期测定根际土壤中上述生防菌的定殖量。  结果  通过长达一个月的定殖试验,发现钩状木霉在土壤中定殖后的最大量为5 × 104 cfu/g,最小为2 × 104 cfu/g;同时,利用抗利福平枯草芽孢杆菌yb33-Rif在无菌土壤中定殖的最大量为1.08 × 108 cfu/g,最小为7.07 × 106 cfu/g,而在核桃根际土壤中的定殖能力明显低于无菌土,其最大量为7.53 × 106 cfu/g,最小为1.03 × 106 cfu/g。利用上述生防菌钩状木霉YB-4-15孢子和枯草芽孢杆菌yb33菌体浇灌在核桃、桂花、香樟以及石楠等不同根际土壤试验,发现二者在核桃根际土壤中定殖良好。  结论  该研究为这两株生防菌的田间应用提供了理论基础。
摘要:
  目的  欧美杨细菌性溃疡病是革兰氏阴性细菌Lonsdalea populi引起的杨树枝干病害,其危害严重,已造成欧美杨人工林的重要经济损失。双组分系统是细菌致病过程的关键调控途径之一。目前,欧美杨细菌性溃疡病菌的双组分系统如何调控致病过程仍缺乏系统研究。因此,本研究开展欧美杨细菌性溃疡病菌的双组分编码基因的缺失突变及突变体表型分析,为深入解析其致病机制提供遗传材料。  方法  本研究以欧美杨溃疡病菌菌株N-5-1为研究对象,利用双亲结合方法获得了28个双组分系统基因的缺失突变体,并通过表型测定方法分析了这些基因突变体的致病性、生长、游动性、生物膜形成和抗逆性等表型特征,研究不同双组分系统编码基因对该病菌致病过程的调控。  结果  构建了36个欧美杨溃疡病菌的双组分编码基因的敲除重组载体,获得了28个基因的缺失突变体。致病性测定表明18个双组分基因的敲除降低了病原菌的毒性,其中8个突变体毒性丧失。此外,还获得了调控游动性和生物膜形成能力的突变体以及在逆境胁迫反应(金属离子、盐离子、抗生素等胁迫)有缺陷的突变体。  结论  本研究获得了5个显著影响欧美杨细菌性溃疡病菌毒性及其他生物表型的双组分基因,为后续双组分信号调控致病机制研究提供了遗传材料。
摘要:
  目的   类毒素过敏原蛋白(VAPs)是松材线虫侵染松树过程中分泌的一类蛋白。此类蛋白可通过抑制松树的防卫反应,从而利于松材线虫在松树内的定殖与扩散。本研究对4种类毒素过敏原蛋白进行原核表达、多抗制备和基因的表达模式分析,明确松材线虫Bx-VAPs蛋白的结构与功能,为阐明该类蛋白在松材线虫与寄主松树互作中的作用机理提供基础支撑。   方法   本研究利用聚合酶链式反应(PCR)扩增松材线虫4个Bx-VAPs基因,通过实时荧光定量(RT-qPCR)方法检测不同龄期松材线虫4个Bx-VAPs基因的表达量。同时,将扩增的4个基因全长产物分别转化至pET32b原核表达载体,构建重组质粒pET-32b-VAPs,经鉴定正确后的重组质粒转化至大肠杆菌BL21DE3进行诱导表达。利用纯化的Bx-VAPs蛋白分别免疫Balb/c鼠,4次免疫后获得多克隆抗体;采用间接酶联免疫吸附法ELISA测定抗体血清效价;利用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和免疫印迹法(Western-blot)进行蛋白鉴定。最后,应用生物信息学方法分析这四个蛋白的理化性质、二级结构和表面特性,预测B细胞抗原表位。   结果   松材线虫4个Bx-VAPs基因在不同龄期的表达量存在显著差异,其中Bx-VAP1Bx-VAP2基因在成虫期表达量较高,Bx-VAP3Bx-VAP4基因在繁殖型L3时期表达量较高。构建获得的重组质粒pET-32b-VAPn诱导表达的蛋白分子量介于21 ~ 31 kDa之间,纯化后的多克隆抗体anti-VAP1、anti-VAP2和anti-VAP3均对松材线虫蛋白液具有较高的特异性,但anti-VAP4抗体未能与松材线虫蛋白液结合反应。4个Bx-VAP蛋白的二级结构均以α螺旋和无规则卷曲为主,存在信号肽,具有SCP结构域,无跨膜结构域,Bx-VAP1潜在的优势B细胞抗原表位较多。   结论   重组质粒pET-32b-VAPn诱导表达的蛋白大小与预测的蛋白大小一致,均为包涵体表达,制备的多克隆抗体anti-VAP1、anti-VAP2和anti-VAP3效价高,特异性良好,Bx-VAP1具有潜在的B细胞抗原表位优势,为进一步研究松材线虫VAPs蛋白的功能及其相关致病机制研究提供了实验材料和基础。
摘要:
  目的  研究毛果杨丝氨酸蛋白酶抑制子PtrSPI的抗虫功能,为开发新型林木抗虫生物农药奠定基础。  方法  本研究通过研究毛果杨丝氨酸蛋白酶抑制子基因PtrSPI的启动子及其在舞毒蛾幼虫取食胁迫下的表达模式,分析PtrSPI基因功能;利用真核重组蛋白PtrSPI饲喂舞毒蛾幼虫,观察记录幼虫的取食量、体质量和死亡率,并测定取食后的幼虫体内丝氨酸蛋白酶活性,探讨PtrSPI蛋白的抗虫能力。  结果  结果表明毛果杨丝氨酸蛋白酶抑制子基因PtrSPI的启动子区域共包含5个与植物抗病虫相关的元件;经舞毒蛾幼虫取食后,毛果杨叶片的PtrSPI基因呈先降后升的表达模式,且在取食30 h达到峰值,为空白对照的2.03倍;高质量浓度重组蛋白PtrSPI(300和500 mg/mL)对舞毒蛾幼虫的取食量和体质量有显著的抑制作用,而且分别在取食4和6 d后舞毒蛾幼虫死亡率均达到60%以上,而幼虫体内丝氨酸蛋白酶的活性在取食初期显著上升。  结论  本研究验证了毛果杨丝氨酸蛋白酶抑制子PtrSPI的抗虫能力,可为进一步研发新型无公害抗虫生物农药提供理论基础和研究材料。
摘要:
  目的  舞毒蛾是一种食叶性的国际性检疫害虫,给世界上许多国家和地区造成了严重的经济损失。该研究筛选出限制舞毒蛾分布的环境变量,利用MaxEnt软件预测舞毒蛾当前及未来气候条件下的全球适生区范围,明确舞毒蛾在不同气候条件下的适生区变化。  方法  利用ArcGIS软件设置缓冲区筛选舞毒蛾在全球的分布点数据;利用MaxEnt、SPSS和ArcGIS软件根据环境变量贡献率、刀切法和变量相关性分析对生物气候变量、月总降水量、月平均最高温度和月平均最低温度4种环境变量进行筛选;利用R软件计算调控倍频和特征组合等因子调整MaxEnt模型参数;利用MaxEnt模型预测当前和未来不同情境条件下舞毒蛾全球适生区的分布范围。  结果  经过缓冲区筛选得到734个舞毒蛾的分布点数据;MaxEnt模型结果中,测试遗漏率与理论遗漏率吻合度高,而且模型AUC值为0.940;MaxEnt模型预测当前条件下舞毒蛾在全球的高、中度适生区主要集中在欧洲的大部分地区,北美洲中东部,亚洲的东西部,而非洲、大洋洲和南美洲分布较少。此外,舞毒蛾在未来气候条件下北半球适生区的边界向北偏移,北美洲以及欧亚大陆的高、中度适生区的面积扩增明显。  结论  舞毒蛾的分布受多种环境变量影响,并且温度和降水与舞毒蛾的特定发育阶段相吻合。MaxEnt模型的预测结果能够反映舞毒蛾在全球的分布特征。该研究可为防治舞毒蛾和制定相关检疫措施提供理论依据。
摘要:
  目的  炭疽病是油茶的主要病害,导致巨大的经济损失。果生炭疽菌是油茶炭疽病优势致病菌。对果生炭疽菌的转录因子CfHac1的结构域进行分析,为进一步解析转录因子CfHac1调控病菌致病的分子机制奠定基础,对挖掘油茶炭疽病防控新途径具有重要的理论意义。  方法  采用点突变技术构建转录因子CfHac1结构域缺失载体,通过PEG介导法将该回补载体转化至CfHAC1基因完全缺失突变体的原生质体中,通过博来霉素抗性和荧光筛选获得结构域缺失回补菌株,进一步研究BRLZ结构域在果生炭疽菌中的生物学功能。  结果  结果发现转录因子CfHac1含有一个碱性亮氨酸拉链结构域(BRLZ),该结构域包含58个氨基酸残基;与野生型菌株和完全互补菌株相比,BRLZ结构域缺失突变株ΔCfhac1ΔBRLZ生长速率显著降低,分生孢子产量显著减少,不能形成附着胞,对内质网压力胁迫更敏感,丧失对油茶叶的致病力,其表型与ΔCfhac1突变体一致。  结论  上述结果表明,BRLZ是转录因子CfHac1重要的结构域,对CfHac1在果生炭疽菌中行使正常的生物学功能具有重要的调控作用。
摘要:
  目的  松针鞘瘿蚊是近几年新发现入侵我国的林业有害生物,已经在山东省青岛市黄岛区造成了以黑松为主的沿海防护林大面积衰弱枯死。作为新入侵种对于松针鞘瘿蚊的防控基础研究极为薄弱,为了研发有效的防控技术,尽快遏制该虫的严重危害,避免进一步扩散,本文从松针鞘瘿蚊的寄主识别机制出发,以期开发针对性的引诱剂来进行监测诱杀。  方法  本研究基于松针鞘瘿蚊触角转录组数据筛选到的气味结合蛋白TjapOBP1的序列,通过同源模建的方法,得到了蛋白三维结构模型,利用Procheck、Verify_3D和ERRAT程序评估模型的可靠性。通过AutoDock软件将TjapOBP1与黑松针叶挥发物中测得的67种气味分子进行分子对接。  结果  同源模建结果显示,模建蛋白的氨基酸有95.5%落在最佳合理区,83.3%的氨基酸评分大于0.2,模建结构的误差值在73.2%,这表明此次构建的松针鞘瘿蚊气味结合蛋白TjapOBP1三维模型有很高的可靠性。分子对接结果显示,β-月桂烯与TjapOBP1的结合效果最好,结合能为−5.26;另外,2,6-二甲基辛-1,5,7-三烯-3-醇、乙酸橙花酯、桧烯、乙酸薰衣草酯和1-异丙基-4-亚甲基二环[3.1.0]己-2-烯,这5种化合物与TjapOBP1的结合能依次升高,但均在−5.0以下。上述6种化学物质均有可能是能够被松针鞘瘿蚊TjapOBP1识别并结合的气味物质。  结论  三维结构模型的构建,为进一步研究松针鞘瘿蚊OBP的功能奠定基础。分子对接初步筛选了可能与TjapOBP1特异性结合的寄主挥发物,从而为引诱剂的开发提供支撑。
摘要:
  目的  通过对松材线虫效应因子基因的克隆和功能研究,揭示Bx-Hh-grl对松材线虫致病性的作用,为防治松材线虫提供理论依据。  方法  用松材线虫Bx1022株系接种黑松,20 d后提取线虫总RNA进行转录组测序,将该转录组设为松材线虫植食阶段转录组。提取由灰葡萄孢(Botrytis cinerea)培养的Bx1022的总RNA进行转录组测序,将该转录组设为菌食阶段转录组。比较分析两个转录组,筛选到差异表达基因Bx-Hh-grl。对Bx-Hh-grl编码蛋白质的跨膜结构域和信号肽进行预测。利用原位杂交检测Bx-Hh-grl表达部位。应用RNAi技术干扰Bx-Hh-grl表达以探究Bx-Hh-grl对松材线虫致病性的作用。通过Q-PCR验证,确定RNAi效果显著。将经RNAi处理的松材线虫接种3年生黑松枝条,以未经处理的松材线虫(CK组)和ddH2O(Mock组)处理的黑松作为对照,比较黑松发病情况进而比较不同处理后松材线虫的致病性差异。  结果  筛选出植食阶段与菌食阶段转录组差异表达基因Bx-Hh-grl,其编码蛋白质具有跨膜结构域和信号肽。原位杂交试验结果显示Bx-Hh-grl在松材线虫食道腺表达,符合效应因子基因特征。Q-PCR结果显示经RNAi处理后的松材线虫Bx-Hh-grl表达量下调,RNAi处理效果显著。接种实验表明,Bx-Hh-grl-RNAi组显症的时间明显晚于CK组,Mock组黑松一直保持健康状态。  结论  Bx-Hh-grl是与松材线虫致病相关的效应因子基因。明确Bx-Hh-grl功能有利于进一步了解松材线虫致病机理,为降低松材线虫危害,防治松材线虫奠定理论基础。
摘要:
  目的  氨肽酶N(APN)是昆虫中肠一类重要的Bt受体蛋白,Bt细菌产生的Cry毒素对昆虫的毒杀作用机理在学术界存在一定争议,但是普遍认为毒素与Bt受体蛋白的结合是产生毒力的必要环节。本研究通过基因克隆、生物信息学分析以及不同龄期组织中的表达对木毒蛾APN1基因进行研究,为后续研究APN基因家族、其他Bt受体蛋白及Cry毒素作用机制提供有益补充。  方法  以木毒蛾中肠cDNA为模板,对木毒蛾APN1基因进行克隆并进行生物学分析,利用实时定量PCR(qRT-PCR)技术分析该基因在木毒蛾发育阶段及不同组织中的表达模式。  结果  克隆获得木毒蛾APN1基因的全长DNA,命名为LxAPN1。LxAPN1序列全长为3 159 bp,ORF为3 054 bp,编码1 017个氨基酸,序列比对和进化树分析表明,LxAPN1与舞毒蛾的LdAPN1高度同源,在N-端都具有信号肽,都具有锌结合位点HEXXH(X18)E以及保守区域GAMENWG,在末端具有GPI结合位点;LxAPN1在木毒蛾卵期无表达,在所有幼虫阶段中均有表达,幼虫期过后LxAPN1表达量锐减;LxAPN1在肠道的表达量明显高于头部和表皮。  结论  LxAPN1在木毒蛾中肠被成功克隆,LxAPN1与LdAPN1高度同源,并且在进化树的分布上也极其相近,推测两者的APN1功能上近似;LxAPN1在木毒蛾2龄幼虫期表达量最高。并且在6龄幼虫肠道中表达量最高,肠道高表达与LxAPN1作为Bt受体在木毒蛾中肠发挥作用息息相关。
摘要:
  目的  本文克隆了舞毒蛾的气味受体基因LdOR2,并阐明该基因在舞毒蛾各发育期和组织中的表达特征及其对CO2浓度胁迫下的行为响应,为进一步研究气候变化下舞毒蛾的嗅觉反应机制提供理论依据。  方法  通过转录组文库筛选克隆出LdOR2基因,利用生物信息学分析其基因特性,通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术检测LdOR2基因在不同发育阶段和组织以及不同CO2浓度(397、550和750 μL/L)下的表达水平,并利用RNA干扰(RNAi)技术研究不同CO2浓度下LdOR2基因沉默后舞毒蛾的行为学反应。  结果  舞毒蛾LdOR2基因开放阅读框(ORF)为1 203 bp,编码400个氨基酸,蛋白分子量为45.76 kDa,理论等电点为8.22;进化树分析结果表明,舞毒蛾LdOR2与黏虫MsepOR24和双委夜蛾AdisOR21亲缘关系较近,并聚为一类;RT-qPCR结果显示,LdOR2在舞毒蛾各发育阶段均有表达,在雌蛹中表达量最高,雄成虫中表达量最低;在雌、雄成虫不同组织中,雌、雄触角中表达量显著高于其它组织(P < 0.05),但雌、雄虫触角间的表达量差异不明显。高CO2浓度下LdOR2基因表达量降低,其中,550 μL/L和750 μL/L条件下雌虫触角中其表达量与对照组相比分别下降21%和29%(P < 0.05),雄虫触角中其表达量与对照组相比分别下降了43%和7%(P < 0.05)。LdOR2基因沉默后,舞毒蛾雌、雄成虫对丁香酚和顺-3-己烯-1-醇的趋向性减弱,而在高浓度CO2处理条件下,舞毒蛾沉默体对7种挥发物的反应率均有所下降。  结论  舞毒蛾LdOR2在其气味识别过程中发挥重要作用,CO2浓度变化通过调节舞毒蛾LdOR2基因的表达进而影响其对气味的敏感性。
摘要:
  目的  基于感器形态、类型、数量、分布特征,探究桉蝙蛾幼虫触角及体表感器与其蛀道生活的适应性。  方法  利用扫描电镜观察桉蝙蛾4龄幼虫触角、胸部及腹部体表感器的形态特征并分类,结合测量、统计分析和等比例绘图,分析感器数量和分布特征。  结果  桉蝙蛾幼虫触角感器主要分布在鞭节末端,共有8对感器,分别是3对刺形感器、4对锥形感器和1对栓锥形感器,推测其感器类型能满足幼虫感受化学及机械刺激的需求。胸腹部体表的感器类型是Bohm’s鬃毛及刺形感器;其中刺形感器分3个亚型,基部至中部均为螺旋状;刺形感器Ⅱ型最独特,外壁具有刺状突起,推测其在幼虫的机械伸缩及防御上起作用。  结论  桉蝙蛾幼虫触角及体表感器类型与其蛀道生活相适应,该结果为桉蝙蛾幼虫寄主选择与适应研究提供基础。
摘要:
  目的  通过比较核桃缘吉丁成虫对核桃、苹果和山楂这3种植物在取食选择和取食量上的差异,并分析植物挥发物的组成与含量,该研究为进一步开发核桃缘吉丁植物源引诱剂提供了依据。  方法  测定核桃缘吉丁成虫对核桃、苹果和山楂叶片的取食选择和取食量,采用动态顶空法收集这3种植物的枝叶挥发物组分及相对含量的测定,通过卡方检验分析比较核桃缘吉丁对植物挥发物的行为反应。  结果  核桃缘吉丁成虫对不同植物的取食选择和取食量存在显著差异,成虫对核桃的取食选择性最高且取食核桃叶片,对苹果和山楂的选择性较低,且存在不取食现象。从核桃、苹果和山楂的枝叶挥发物中,共收集到45种植物挥发性化合物,包括烷烃类5种、酯类8种、芳香烃类3种、萜类18种、醛类2种、醇类4种和酮类5种。在行为反应测定中,莰烯对核桃缘吉丁雌雄成虫均具有明显的趋向反应,而乙酸冰片酯、癸醛和桉叶油醇这3种单体化合物仅对雄虫具有一定的引诱效果。  结论  核桃可作为核桃缘吉丁成虫补充营养的寄主植物,该成虫不取食苹果和山楂。莰烯、乙酸冰片酯、癸醛和桉叶油醇对核桃缘吉丁成虫具有一定的吸引效果,需要重点关注,这些枝叶挥发物成分在核桃缘吉丁成虫寄主植物识别与选择的阶段中可能发挥着重要作用。
摘要:
  目的  由于森林病虫害频发,大量化学农药用于病害虫防治。而农药残留进入水体造成了水资源的污染,因此,拟建立一种新颖的实现现场处理的样品前处理方法,对环境水体中的农药进行检测。  方法  称量0.499 2 g柠檬酸、0.405 6 g磷酸二氢钠、0.218 4 g碳酸氢钠和0.180 0 g己酸钠,研磨混合均匀,使用压片机压制成泡腾片待用。将吸油棉裁卷为2 cm高度和60 mg/cm密度的圆柱体,填装入过滤柱,手动制成聚丙烯吸油棉过滤柱。将10 mL样品盛于注射器中,加入泡腾片,待完全反应后,经自制过滤柱过滤,200 μL乙腈洗脱,气相色谱-电子捕获检测器检测。最佳条件下,该方法在5 ~ 500 μg/L范围内,相关系数均大于0.999 0,具有良好的线性。按照3倍信噪比和10倍信噪比计算检出限和定量限,检测限为0.22 ~ 1.88 μg/L,定量限为0.75 ~ 6.25 μg/L。加标回收率在88.2% ~ 113.0%之间,相对标准偏差为4.5% ~ 11.8%,富集倍数在65 ~ 108之间。  结论  本研究建立了一种基于可转换亲水性溶剂的泡腾片辅助现场分散液液微萃取−气相色谱法,检测了环境水样中的5种拟除虫菊酯类农药。该方法不需要使用用电设备,能够实现样品现场预处理,减少了人力物力的消耗,具有广阔的应用前景。