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基于基因组学的栎树生物学研究进展

南京林业大学学报（自然科学版） 2022年第6期46卷 64-72页

作者：方炎明朱福远李垚李璇南京林业大学南方现代林业协同创新中心国家林业和草原局亚热带森林生物多样性保护重点实验室南京林业大学生物与环境学院江苏南京210037

栎树(Quercus spp.)是北半球重要的经济与生态树种。夏栎(***)、加州白栎(***)、麻栎(***)等树种基因组的公布,对栎树生物学研究产生了深刻的影响。近5年来,栎树生物学出现了包括系统进化与物种鉴定、基因渐渗与适应进化、景观基因组学... 详细信息

栎树(Quercus spp.)是北半球重要的经济与生态树种。夏栎(***)、加州白栎(***)、麻栎(***)等树种基因组的公布,对栎树生物学研究产生了深刻的影响。近5年来,栎树生物学出现了包括系统进化与物种鉴定、基因渐渗与适应进化、景观基因组学与生态保育、生物共存与互作机制、次生代谢与生长发育、DNA甲基化与表观遗传调控及基因与长寿机制等方面的研究热点。虽然基于基因组学的栎树生物学若干研究前沿已经形成,但尚处于起步阶段,笔者预期未来会向4个方面深入:①强调栎树基因组资源的深度应用。应用景观基因组学途径,探究栎树的杂交渐渗与适应进化;联合基因组、转录组、蛋白组等多组学技术,探究栎树生长发育与胁迫响应过程中的基因调控网络与信号通路;优化体细胞发生和遗传转化体系,攻克栎树遗传改良和基因资源开发技术瓶颈。②促进栎树研究体系的广度拓展。随着壳斗科其他树种全基因组序列的公布,基于从分子到群落的不同生物层次的模式系统,将对欧亚大陆和北美不同区域的栎树,包括白栎组、红栎组、冬青栎组、麻栎组等不同栎树类群,以及壳斗科其他属树种基因组生物学研究产生深远影响。③关注栎树资源利用的遗传与发育主题。用栎树基因组资源对其结构的、代谢的和农艺性状的差异及其优化加以解析,全基因组关联研究(GWAS)也将应用于栎树,从而为阐释木材发育和木栓形成的机制奠定基础。④聚焦栎林保育的生态与进化主题。在全球气候变化背景下,通过增加耐受胁迫的基因型,以缓解气候变化对森林生态系统的影响。同时维持和保护栎树在自然生态系统中的生态与进化过程,阐明栎树多样性、迁移与适应、趋异与趋同生态适应等方面进化成功的机制。

关键词：栎树基因组基因渐渗景观基因组学资源保育

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尾叶樱桃天然种群叶表型性状变异研究

植物生态学报 2018年第12期42卷 1168-1178页

作者：朱弘朱淑霞李涌福伊贤贵段一凡王贤荣南京林业大学南方现代林业协同创新中心生物与环境学院亚热带森林生物多样性保护国家林草局重点实验室南京210037

为揭示中国特有植物尾叶樱桃(Cerasusdielsiana)在现代核心分布区天然种群的叶表型地理变异规律及其生态适应性特征,该研究通过多重比较、巢氏方差分析、相关性分析、主成分分析(PCA)、主坐标分析(PCoA)、非加权配对算术平均法(UPGMA)... 详细信息

为揭示中国特有植物尾叶樱桃(Cerasusdielsiana)在现代核心分布区天然种群的叶表型地理变异规律及其生态适应性特征,该研究通过多重比较、巢氏方差分析、相关性分析、主成分分析(PCA)、主坐标分析(PCoA)、非加权配对算术平均法(UPGMA)聚类分析等数理方法,对来自四川、湖北、湖南、江西、台湾5省8个尾叶樱桃天然种群的11个叶表型性状进行了比较分析,研究其不同地理单元间叶表型多样性和地理变异规律及对地理气候的响应。结果显示:1)尾叶樱桃主要叶表型性状变异在种群内和种群间均存在显著差异,平均变异系数为22.44%,其中变异系数最大和最小的分别为叶面积(50.83%)与一级侧脉数(7.96%);平均叶表型性状的分化系数为30.78%,种群内的变异(51.55%)大于种群间的变异(22.55%)。2)PCA表明对尾叶樱桃叶表型性状变异起主要贡献作用的前三大主成分累计贡献率达到92.400%,可以综合概括和排序为"大小性状"(73.242%)与"形状性状"(19.158%)。3)叶宽(r=–0.641)、叶面积(r=–0.658)和一级侧脉数(r=0.659)性状均与经度呈显著负相关或正相关关系,气温季节变化和最湿季降水量对叶表型性状变异影响较大。4)基于PCoA和UPGMA聚类分析可将8个天然种群划分为4类。尾叶樱桃天然种群叶表型性状变异丰富,在数量上表现出一定的连续性,"大小性状"是性状间变异的主要来源,平均表型分化处于中等程度水平,种群内是叶表型性状变异的主要来源;各种群间表型分化划分结果与地理位置基本一致,在地理空间上呈现以经度为主的梯度变异模式,"气候变异性"与"展叶期降水量"是驱动叶表型性状变异的主要气候因子,推测这是尾叶樱桃在长期进化中与亚热带季风气候环境相适应的结果。

关键词：尾叶樱桃天然种群地理-气候因子叶表型分化

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多藓种监测大气重金属污染方法改进

环境科学学报 2019年第5期39卷 1464-1473页

作者：王亚南胡荣周晓丽方炎明南京林业大学南方现代林业协同创新中心/亚热带森林生物多样性保护国家林业局重点实验室/生物与环境学院南京210037

为弥补单藓种监测途径的弊端,克服因藓种分布区局限或不均匀带来的欠缺,本文通过引入多藓种监测和参考苔藓标样技术途径,采用ICP-AES和ICP-MS技术对洪泽湖区域的18种地面藓类植物体内重金属含量进行测定和分析,以研究多藓种监测途径和... 详细信息

为弥补单藓种监测途径的弊端,克服因藓种分布区局限或不均匀带来的欠缺,本文通过引入多藓种监测和参考苔藓标样技术途径,采用ICP-AES和ICP-MS技术对洪泽湖区域的18种地面藓类植物体内重金属含量进行测定和分析,以研究多藓种监测途径和藓类种间校正方法.同时,测定了欧洲标准藓样M2和M3中的重金属含量,对实验仪器误差进行评估.结果表明,藓类植物中重金属含量差异显著.根据藓类对元素富集能力的不同将藓类分为4类:一般型、富集型、富集/排斥型和排斥型,本研究推荐一般型和富集型藓类应用于江苏省大气重金属沉降监测.对M2和M3中金属含量的推荐值和实测值进行对比,发现M2和M3中金属含量的实测值与推荐值的差异在15%以内,显示本实验采用的ICP-AES和ICP-MS设备精密度良好.根据洪泽湖区细叶小羽藓Haplocladium microphyllum的重金属含量建立了适宜本地重金属监测的种间校准因子,并建议不同地区采用多种藓类监测大气时,应根据当地的苔藓物种建立单独的种间校准方法.

关键词：苔藓重金属多藓种监测校准因子

中国东部地区马尾松与黄山松群落分类及群落结构和物种多样性特征

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南京林业大学学报（自然科学版） 2024年第1期48卷 47-58页

作者：范明阳胡萌杨园方炎明南京林业大学生命科学学院南方现代林业协同创新中心亚热带森林生物多样性保护国家林业和草原局重点实验室江苏南京210037

【目的】马尾松(Pinus massoniana)是中国亚热带地区主要的针叶树种,黄山松(***)是中国东部亚热带中山地区的主要建群种,两个物种在水平区域内分布基本重合,但垂直分布差异明显。深入了解马尾松林与黄山松林的分布格局,可以为科学管理... 详细信息

【目的】马尾松(Pinus massoniana)是中国亚热带地区主要的针叶树种,黄山松(***)是中国东部亚热带中山地区的主要建群种,两个物种在水平区域内分布基本重合,但垂直分布差异明显。深入了解马尾松林与黄山松林的分布格局,可以为科学管理保护马尾松和黄山松森林资源提供理论依据。【方法】基于中国亚热带东部地区8个典型马尾松林与黄山松林分布地域开展植被调查,采用非度量多维标度分析(NMDS)和多元回归树(nultivariate regression trees,MRT)探讨两种松林群落结构的差异及主要影响因子,采用线性混合效应模型定量分析各物种多样性指标对非生物因子的响应;在遵从《中国植被志》研编规范的基础上,对马尾松林与黄山松林进行初步的数量分类。【结果】马尾松群落与黄山松群落结构存在明显差异,主要影响因子为海拔;年均气温对两种群落物种丰富度影响显著,对两种群落总体物种丰富度影响最显著的因子是年均降水量,海拔对两种群落总体的均匀度产生显著的影响;对马尾松林与黄山松林进行初步植被分类,马尾松林被划分为6个群丛,黄山松林被划分为5个群丛。【结论】海拔变化塑造了中国东部地区马尾松林与黄山松林群落结构的差异,并直接或间接地影响两种群落的物种多样性。通过植被分类可以了解两种松林植被类型的多样化,并为后续两种松林分类后续工作提供参考。

关键词：马尾松林黄山松林群落结构物种多样性植被分类中国东部地区

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银缕梅SSR-PCR反应体系的优化及引物筛选

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分子植物育种 2018年第16期16卷 5340-5346页

作者：张丽芳方炎明南京林业大学生物与环境学院南方现代林业协同创新中心亚热带森林生物多样性保护国家林业局重点实验室南京210037

为有效利用SSR-PCR技术分析国家一级重点保护植物银缕梅的遗传多样性,采用正交试验设计L16(43),即3因素4水平,对影响SSR-PCR扩增结果的因素(引物,模板DNA浓度和循环数)进行优化筛选,并在此基础上对聚丙烯酰胺凝胶上样量进行优化,建立了... 详细信息

为有效利用SSR-PCR技术分析国家一级重点保护植物银缕梅的遗传多样性,采用正交试验设计L16(43),即3因素4水平,对影响SSR-PCR扩增结果的因素(引物,模板DNA浓度和循环数)进行优化筛选,并在此基础上对聚丙烯酰胺凝胶上样量进行优化,建立了适合银缕梅的最佳SSR-PCR反应体系:10μL 2×PCR Mix、40 ng模板DNA、10μmol/L引物,其余用dd H_2O补齐至20μL。PCR扩增程序为:95℃预变性15 min,95℃变性30 s,57.5℃退火1.5 min,72℃延伸1 min,30个循环,循环结束后,60℃延伸30 min,扩增产物4℃保存。聚丙烯酰胺凝胶电泳上样量以1.5~2.0μL为最佳。利用优化后体系进行引物筛选,从18对引物中筛选出11对具有多态性引物,说明该反应体系具有良好的稳定性。该体系的建立可以为今后利用SSR标记对银缕梅遗传多样性分析、系统发育研究、遗传图谱构建、基因定位和分子标记辅助育种等研究提供基础。

关键词：银缕梅正交设计 SSR-PCR 最佳上样量引物筛选

21世纪以来蕨类植物研究论文的发表情况:基于Web of Science的数据统计

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生物多样性 2019年第11期27卷 1245-1250页

作者：张开梅沈羽周晓丽方炎明南京林业大学南方现代林业协同创新中心生物与环境学院亚热带森林生物多样性保护国家林业和草原局重点实验室南京210037 国家环境保护武夷山生态环境科学观测研究站南京210037

蕨类植物是地球上起源最为古老的维管植物,在陆生植物演化中具有重要意义。本文通过Web of Science核心数据库(Core Collection)对目前所有关于"fern"、"lycophyte"、"pteridophyte"、"pteridophyta"等的科研论文进行了分析。结果表明:(... 详细信息

蕨类植物是地球上起源最为古老的维管植物,在陆生植物演化中具有重要意义。本文通过Web of Science核心数据库(Core Collection)对目前所有关于"fern"、"lycophyte"、"pteridophyte"、"pteridophyta"等的科研论文进行了分析。结果表明:(1) 2000年后,蕨类植物论文数量增加迅速,特别是2006年以来增加显著,现在年均已突破600篇;(2)2010年以来的以蕨类植物为研究材料和对象的学科和研究领域变得越来越多元化,多学科结合和交叉的研究方向成为新趋势;(3)中国正在成为蕨类植物研究的热点国家并且成果显著;(4)中国蕨类植物研究在快速发展的同时也出现了各研究机构之间的发展不同步。期望本论文能给蕨类植物的相关研究提供新的方向,为中国蕨类植物工作者提供借鉴。

关键词：蕨类植物 Web of Science 数据分析文献计量分析

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铁冬青花挥发性化合物对中华蜜蜂访花的影响

南京林业大学学报（自然科学版） 2024年第4期48卷 254-260页

作者：匡泽宇彭冶方炎明南京林业大学南方现代林业协同创新中心生命科学学院亚热带森林生物多样性保护国家林业和草原局重点实验室江苏南京210037

【目的】检测铁冬青(Ilex rotunda)雌株和雄株开花进程中挥发性成分的种类差异和动态,观察传粉昆虫的种类及行为,明确铁冬青传粉系统特性,探究其挥发性成分的变化规律对传粉昆虫行为的潜在影响,为提高铁冬青授粉效率及其观赏利用价值提... 详细信息

【目的】检测铁冬青(Ilex rotunda)雌株和雄株开花进程中挥发性成分的种类差异和动态,观察传粉昆虫的种类及行为,明确铁冬青传粉系统特性,探究其挥发性成分的变化规律对传粉昆虫行为的潜在影响,为提高铁冬青授粉效率及其观赏利用价值提供参考。【方法】利用顶空固相微萃取(HS-SPME)和气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术分析铁冬青大蕾期、初绽期、盛开期、末花期4个阶段花挥发性成分的变化;采用观测法,记录传粉昆虫的种类、访问频次,分析昆虫的访花行为及访花频率变化规律。【结果】(1)铁冬青花期共检测出30种挥发性物质,其中雌花检测出19种,雄花检测出21种。(2)挥发性成分中,β-石竹烯等主要成分含量的变化规律是先上升后降低,在盛花期达到峰值。末花期主成分的含量占比普遍降低,醇类、烷烃类的占比有所上升,伴随出现罗勒烯等多种新化合物。(3)铁冬青的授粉昆虫较为单一,为中华蜜蜂(Apis cerana),雌株与雄株的访问高峰期高度重叠,中华蜜蜂更倾向于访问雄花,其访花频率的变化趋势与β-石竹烯含量变化规律一致。【结论】推测β-石竹烯可能作为一种信息物质吸引中华蜜蜂进行授粉;利用中华蜜蜂“集中式”的访花模式,集中且合理搭配栽植铁冬青雌雄株,配合花期一致、雄株花量大的规律,可有效提高提冬青的授粉成功率。

关键词：铁冬青中华蜜蜂挥发性有机化合物传粉昆虫气相色谱-质谱联用技术

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郑万钧先生与树木学

南京林业大学学报（自然科学版） 2024年第3期48卷 2-13页

作者：方炎明南京林业大学南方现代林业协同创新中心国家林业和草原局亚热带森林生物多样性保护重点实验室南京林业大学生命科学学院江苏南京210037

著名树木学家、林学家和林业教育家郑万钧(1904—1983),一生追求树木学科学与教育事业。作为树木学学习者,他勤奋好学,幸遇良师,治学有方;作为树木科学家,他专攻树木分类研究,主攻裸子植物分类研究,并从树木学拓展到森林地理学;作为树... 详细信息

著名树木学家、林学家和林业教育家郑万钧(1904—1983),一生追求树木学科学与教育事业。作为树木学学习者,他勤奋好学,幸遇良师,治学有方;作为树木科学家,他专攻树木分类研究,主攻裸子植物分类研究,并从树木学拓展到森林地理学;作为树木学教育者,他主张立德树人,强调实践能力培养,注重科研反哺教学。郑万钧先生将林区看作最好的实验室,并亲临浙江西天目山、四川西部和湖北利川等林区实地考察,采集了包括模式标本在内的大量植物标本。郑万钧先生对树木学作出了许多贡献,发现并命名1个新科、5个新属和139个新种(含变种),其中最重要的贡献是发现并命名水杉(Metasequoia glyptostroboides Hu et ***)和建立裸子植物分类系统。

关键词：树木学野外考察新种水杉

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重要林木樟科植物全基因组测序研究进展

植物学报 2024年第2期59卷 302-318页

作者：杨智杨永南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037 南京林业大学生物与环境学院南京210037 南京林业大学国家林业和草原局亚热带森林生物多样性保护重点实验室南京210037

近年来,随着测序技术的革新、测序成本的降低和生物信息学软件的开发,植物全基因组研究蓬勃发展。樟科(Lauraceae)隶属被子植物木兰类,泛热带分布,物种多样性高,其中很多物种具有重要的经济和生态价值,目前已发表包括8个物种的13个基因... 详细信息

近年来,随着测序技术的革新、测序成本的降低和生物信息学软件的开发,植物全基因组研究蓬勃发展。樟科(Lauraceae)隶属被子植物木兰类,泛热带分布,物种多样性高,其中很多物种具有重要的经济和生态价值,目前已发表包括8个物种的13个基因组。该文从樟科全基因组研究现状、基因组特征、起源和进化以及功能基因和基因家族4个方面进行综述,着重介绍基于组学数据的木兰类及樟科的系统发生、樟科经历的多倍化事件以及与樟科花器官进化和代谢产物相关的基因鉴定。结合研究现状展望了樟科基因组研究的发展方向,建议通过增加测序基因组分支的代表性并关注具有特殊价值的物种,及研究物种特异性功能基因以加深对该家族基因功能和进化的理解。

关键词：樟科演化核基因组功能基因系统发生