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DL-MAML:一种新的蝴蝶物种自动识别模型

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计算机研究与发展 2024年第3期61卷 674-684页

作者：赵戈伟许升全谢娟英陕西师范大学计算机科学学院西安710119 陕西师范大学生命科学学院西安710119

蝴蝶种类成千上万,每种蝴蝶都与一定植物密切相关,研究蝴蝶种类自动识别有重要意义.野外环境下的蝴蝶物种识别研究受制于现有数据集蝴蝶种类较少,每类样本(图像)数量较少,使基于机器学习的蝴蝶种类识别面临泛化推广难的挑战.另外,野外... 详细信息

蝴蝶种类成千上万,每种蝴蝶都与一定植物密切相关,研究蝴蝶种类自动识别有重要意义.野外环境下的蝴蝶物种识别研究受制于现有数据集蝴蝶种类较少,每类样本(图像)数量较少,使基于机器学习的蝴蝶种类识别面临泛化推广难的挑战.另外,野外环境下的蝴蝶翅膀遮挡使分类特征学习面临挑战.因此,提出基于元学习的蝴蝶物种自动识别新模型DL-MAML(deep learning advanced model-agnostic meta-learning),实现野外环境下的任意蝴蝶种类识别.首先,DL-MAML模型采用L2正则改进经典元学习算法MAML(model-agnostic meta-learning)的目标函数和模型参数更新方法,并对MAML增加了2层特征学习模块,避免模型陷入过拟合风险,解决现有野外环境下蝴蝶物种识别面临的泛化推广困难;其次,采用ResNet34深度学习模型提取蝴蝶分类特征,对图像进行表征预处理,作为DL-MAML模型元学习模块的输入,克服其特征提取不足的缺陷,以及野外环境下蝴蝶翅膀遮挡带来的分类特征学习困难.大量消融实验以及与同类模型的实验比较表明,DL-MAML算法学习获得的初始模型参数对蝴蝶新类识别具有很好的效果,优于MAML和其他同类模型,对野外环境下的蝴蝶种类识别很有效,使利用现有野外环境下的蝴蝶数据集构造通用且完全的蝴蝶物种识别系统成为可能.

关键词：蝴蝶分类深度学习特征提取元学习 MAML算法

基于功能性状的中亚热带岩溶常绿落叶阔叶混交林物种多样性维持研究

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生态学报 2024年第10期44卷 4400-4411页

作者：李玉玲梁素周丽珠梁士楚宁钧莹莫君容李东蓉广西师范大学生命科学学院桂林541006

理解植物功能性状和功能实体在森林群落的分布,有助于探讨物种丧失对森林生态系统功能、冗余和恢复力的影响。为了解脆弱的岩溶石山森林在应对生物多样性丧失的生态系统反馈,对桂林岩溶石山两块1hm~2的常绿落叶阔叶混交林的木本植物数... 详细信息

理解植物功能性状和功能实体在森林群落的分布,有助于探讨物种丧失对森林生态系统功能、冗余和恢复力的影响。为了解脆弱的岩溶石山森林在应对生物多样性丧失的生态系统反馈,对桂林岩溶石山两块1hm~2的常绿落叶阔叶混交林的木本植物数据进行了分析。包括基于功能性状计算功能多样性、构建功能实体计算功能冗余以及采用Pearson相关分析和Mantel检验评估物种多样性指标在生态系统的维持机制。结果显示:(1)青冈+大叶榉树群落的功能多样性指标均低于鱼骨木+青冈+圆叶乌桕群落,且两个群落间功能均匀度不相关(P>0.05),功能丰富度、功能离散度和Rao′s二次熵呈现极显著相关性(P<0.001),功能分散度呈现显著相关性(P<0.05)。(2)两个群落的物种丰富度与功能冗余指标表现出相似的线性关系,即物种丰富度与功能实体等级、功能冗余、功能超冗余呈正相关,与功能脆弱性呈负相关关系。(3)不同植物功能性状间、不同功能多样性指标间和不同功能冗余指标间的相关性较强,功能多样性指标和功能冗余指标间无显著相关性,但功能性状与功能多样性指标、功能性状与功能冗余指标均存在不同程度的相关性。而在功能实体与物种多样性指标的相关性方面,呈现出同物种丰富度与物种多样性指标相似的显著度。另外,物种多度与物种丰富度、功能分散度、功能离散度、Rao′s二次熵及功能脆弱性均显著相关。总之,在岩溶石山常绿落叶阔叶混交林中,高功能多样性的群落存在高功能冗余的现象,但功能多样性和功能冗余是相互独立的因素;物种丰富度高的群落所提供的保险效应无法抵消其生态系统的脆弱性。因此,不能仅通过保护物种丰富度来维持生态系统的特有功能,还应充分考虑多度对生态系统功能的贡献,以更有效地实现对岩溶石山森林生态系统的保护。

关键词：功能多样性功能冗余岩溶石山常绿落叶阔叶混交林物种多样性

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辽西北荒漠化区植物群落分异

应用生态学报 2024年第1期35卷 41-48页

作者：陈晴王佳啸王一凡王杨王艳沈阳师范大学生命科学学院沈阳110034

荒漠化区植物群落研究是评价区域生态环境质量和开展荒漠化防治的科学基础,本研究按经度将辽西北荒漠化区划分为东部(122°50'37″—123°49'40″E)、中部(121°16'41″—122°35'00″E)和西部(119°20'03″—120°02'41″E)3个区域,对... 详细信息

荒漠化区植物群落研究是评价区域生态环境质量和开展荒漠化防治的科学基础,本研究按经度将辽西北荒漠化区划分为东部(122°50'37″—123°49'40″E)、中部(121°16'41″—122°35'00″E)和西部(119°20'03″—120°02'41″E)3个区域,对植物群落进行调查。结果表明:乔木林所占比例及郁闭度自西向东增加;东部区域多为樟子松林和杨树林,中部区域多为油松林和杨树林,西部区域则多为油松林和西伯利亚杏林。灌丛在东部、中部和西部区域占比分别为0、22.2%和28.0%。东部和中部区域的草地多由人为扰动后形成。物种数量为中部区域(110种)>西部区域(88种)>东部区域(75种)。东部和中部区域都以一年生植物占比最高,分别为68.2%和66.7%,西部区域则以地面芽植物最占优势(36.3%);小高位芽植物、矮高位芽植物、地上芽植物和地下芽植物的比例从东向西逐渐升高。物种数量、Shannon指数和Simpson指数均以中部区域最高,Pielou均匀度指数则从东向西逐渐升高。β多样性指数显示,东部与西部区域之间的群落相似性最小,中部与西部区域的群落相似性较高。中部区域的群落类型、物种数量、物种构成特征及物种多样性均呈现出了生态过渡带的特征。总体上,辽西北荒漠化区植被状况良好,但存在乔木林垂直结构简单、树种组成单一、人为干扰较为严重等问题。

关键词：荒漠化植物群落物种多样性

添加蔗糖对苜蓿青贮中古生菌和甲烷产生菌群的影响

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中国草地学报 2024年第5期46卷 142-148页

作者：李荣荣胡明魏睿渭南师范学院环境与生命科学学院陕西渭南714000

采用宏基因组测序技术研究了不添加蔗糖(对照)和添加2%蔗糖对高水分紫花苜蓿青贮中古生菌和甲烷产生菌群的影响。结果表明:对照发酵品质较差,添加蔗糖显著增加了乳酸含量(P<0.05),改善青贮品质。氨氧化古菌是苜蓿原料上最丰富的古生菌种... 详细信息

采用宏基因组测序技术研究了不添加蔗糖(对照)和添加2%蔗糖对高水分紫花苜蓿青贮中古生菌和甲烷产生菌群的影响。结果表明:对照发酵品质较差,添加蔗糖显著增加了乳酸含量(P<0.05),改善青贮品质。氨氧化古菌是苜蓿原料上最丰富的古生菌种,马氏甲烷八叠球菌和氨氧化古菌分别是对照和蔗糖处理的优势种。基因phnJ是苜蓿青贮中甲烷合成的功能基因。大肠杆菌和肺炎杆菌是对照和蔗糖处理中的优势产甲烷菌,蔗糖添加显著降低肺炎杆菌的相对丰度。马氏甲烷八叠球菌相对丰度与丁酸和氨态氮的含量呈正相关。综上所述,马氏甲烷八叠球菌主导青贮中古生菌群,肠杆菌科细菌是苜蓿青贮中潜在的优势甲烷产生菌,蔗糖处理在一定程度上抑制马氏甲烷八叠球菌和肠杆菌科细菌的繁殖,显著改善高水分苜蓿青贮发酵品质。

关键词：苜蓿青贮蔗糖古生菌群甲烷产生菌宏基因组

马齿苋提取物的生物学功能及在动物养殖中的应用研究进展

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饲料研究 2024年

作者：张亚楠曹梦杰王君沧州师范学院生命科学学院

马齿苋（Portulaca oleracea ），属于马齿苋科一年生的肉质草本植物，有较强的环境适应能力，在我国分布广泛。随着现代科学的发展，发现马齿苋中含有丰富的活性物质，如多糖类、生物碱类、黄酮类、萜类、有机酸类等，具抗菌抗炎、抗... 详细信息

马齿苋（Portulaca oleracea ），属于马齿苋科一年生的肉质草本植物，有较强的环境适应能力，在我国分布广泛。随着现代科学的发展，发现马齿苋中含有丰富的活性物质，如多糖类、生物碱类、黄酮类、萜类、有机酸类等，具抗菌抗炎、抗氧化、抗衰老、降血糖血脂、增强免疫力等多种生物学功能。如今农产品的质量安全是消费者关注焦点，随着无抗养殖业的发展，马齿苋的提取物被应用于动物养殖和生产上，可以调控牲畜机体代谢，提高饲料利用率，也改善了牲畜产品的品质，减少和预防了畜禽疫病，具较高的开发利用价值。本研究通过对马齿苋提取物的活性成分、生物学功能以及在动物生产养殖中的应用进展进行综述，以期为马齿苋提取物在畜牧养殖领域的科学利用提供参考依据。

关键词：马齿苋生物学功能动物养殖

灵宝杜鹃SBP基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的表达分析

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西北植物学报 2024年第4期44卷 582-592页

作者：于相丽陈燕赵若航李勇慧周晓君洛阳师范学院生命科学学院河南洛阳471934

【目的】SQUAMOSA启动子结合蛋白(SBP)家族在植物发育和非生物胁迫等方面起重要作用,该研究可为灵宝杜鹃SBP基因家族成员的生物学功能和在非生物胁迫响应的调控功能提供参考,并为灵宝杜鹃物种保护奠定基础。【方法】用生物信息学方法对... 详细信息

【目的】SQUAMOSA启动子结合蛋白(SBP)家族在植物发育和非生物胁迫等方面起重要作用,该研究可为灵宝杜鹃SBP基因家族成员的生物学功能和在非生物胁迫响应的调控功能提供参考,并为灵宝杜鹃物种保护奠定基础。【方法】用生物信息学方法对灵宝杜鹃(Rhododendron henanense subsp.lingbaoense)SBP基因家族成员进行全基因组鉴定和分析,基于转录组数据分析组织特异性,并用qRT-PCR方法检测SBP在非生物胁迫下的表达。【结果】(1)从灵宝杜鹃基因组中共鉴定出19个含SBP保守结构域SBP成员,依次命名为RhlSBP1-RhlSBP19,基因不均匀分布在8条染色体上,编码的氨基酸长度为179~1072 aa,分子质量为20.26~118.73 kD;蛋白定位于细胞核;(2)系统发育分析将19个RhlSBP分为5个亚族,大部分RhlSBP与拟南芥AtSPL家族成员聚类;(3)所有的RhlSBP共有motif 1、motif 2和motif 4,基因结构显示Ⅳ、Ⅴ亚族内含子数量远多于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ亚族;(4)RhlSBP启动子中含有大量光响应元件、激素响应元件和环境胁迫响应元件,推测RhlSBP可能在灵宝杜鹃响应光调控、环境胁迫中发挥重要作用;(5)灵宝杜鹃与其同科植物羊踟蹰、圆叶杜鹃的SBP基因有更高的共线性;(6)RhlSBP基因亚家族成员具有相似的组织表达模式;(7)RhlSBP基因对非生物胁迫具有响应作用,但不同成员在不同胁迫下的响应程度存在差异。茉莉酸甲酯和低温处理后,基因表达总体呈上调趋势,高盐会抑制RhlSBP基因表达,干旱条件下,RhlSBP基因表达呈先上调再下调趋势。【结论】RhlSBP1、RhlSBP8可能是干旱、低温和MeJA诱导关键基因。

关键词：灵宝杜鹃 SBP基因家族生物信息学非生物胁迫

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不同种植年限银柴胡根际微生物群落结构变化

微生物学通报 2024年

作者：冯璐李振凯王红李海姗李彦青彭励宁夏大学生命科学学院宁夏师范学院资源环境与生命科学学院华南农业大学生命科学学院宁夏大学动物科技学院

【背景】银柴胡(Stellaria dichotoma L. var. lanceolata Bge.)为石竹科繁缕属多年生草本植物，以干燥根入药。【目的】探究道地产区不同种植年限银柴胡根际微生物群落结构变化，以及微生物群落与土壤理化因子、药材有效成分的相关性... 详细信息

【背景】银柴胡(Stellaria dichotoma L. var. lanceolata Bge.)为石竹科繁缕属多年生草本植物，以干燥根入药。【目的】探究道地产区不同种植年限银柴胡根际微生物群落结构变化，以及微生物群落与土壤理化因子、药材有效成分的相关性。【方法】利用Illumina高通量测序技术对1、2、3、7年生银柴胡根际土壤细菌16S rRNA基因和真菌ITS序列进行测序分析，采用常规分析方法测定土壤性质和药材总黄酮和总甾醇含量。【结果】随银柴胡种植年限延长，细菌丰富度变化较小，多样性升高，而真菌的丰富度和多样性均升高。细菌中主要优势菌群均为放线菌门(Actinobacteriota)、变形菌门 (Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)，在根际土壤真菌中门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)为优势菌群；不同种植年限银柴胡优势菌属差别较大。3年生银柴胡药材中总甾醇和总黄酮含量显著高于其他年限。相关性分析表明，pH、碱解氮(Alkali-hydrolyzable nitrogen， AN)与银柴胡根际土壤微生物群落具有很大相关性。拟无枝酸菌属 (Amycolatopsis)、被孢霉属 (Mortierella)、光黑壳属 (Preussia)、青霉属 (Penicillium) 等类群与银柴胡主要活性成分呈显著正相关。【结论】该研究初步揭示了与银柴胡有效成分有关的标志根际土壤微生物，为实现银柴胡的优质生产提供了理论依据。

关键词：银柴胡种植年限根际微生物土壤性质有效成分

气候变化情境下入侵植物紫茉莉在中国的适生分布格局及早期预警

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生态学杂志 2024年第3期43卷 833-841页

作者：苏启陶邹峥嵘杜志喧周兵江西师范大学生命科学学院南昌330022 井冈山大学生命科学学院江西吉安343009

阐明全球气候变化背景下入侵植物的分布格局变迁,对入侵植物的治理与防控具有重要的理论和实践意义。本研究以紫茉莉(Mirabilis japala)为对象,运用最大熵(MaxEnt)模型,基于全国范围内228个分布点和13个主要环境气候因子(来源于WorldCli... 详细信息

阐明全球气候变化背景下入侵植物的分布格局变迁,对入侵植物的治理与防控具有重要的理论和实践意义。本研究以紫茉莉(Mirabilis japala)为对象,运用最大熵(MaxEnt)模型,基于全国范围内228个分布点和13个主要环境气候因子(来源于WorldClim的19个环境气候数据),模拟分析影响紫茉莉分布的主要环境因子,结合ArcMap软件分析当前和未来(2050s、2070s)3种气候情景下(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)紫茉莉的适生区分布格局及变化规律。结果表明:MaxEnt模型预测结果准确度极高,训练集和测试集AUC值分别为0.983和0.980,影响紫茉莉分布的主要环境因子为最暖季度降水量;当前气候条件下,紫茉莉的适生面积429.06万km^(2),占我国国土的44.52%,除新疆外其余省份均有分布;未来3种气候情境下,紫茉莉潜在分布区整体呈现“南缩北扩”现象,适生区总面积增加,吉林南部、黑龙江南部以及内蒙古东南区域为主要扩张区域,分布质心向东北方向的高纬度地区迁移。因此,在全球气候变化情景下,紫茉莉在我国的适生区域增加并向北扩张。黑龙江和内蒙古以及吉林南部、西藏南部、四川北部、甘肃南部等部分区域应注意防范,防止紫茉莉扩张。

关键词：紫茉莉 MaxEnt模型适生区分布格局气候变化

黄土坡面种植柠条对土壤团聚体稳定性和可蚀性的影响

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水土保持通报 2024年

作者：杨璐刘小芳巨佳敏张秀敏常富强赵勇钢山西师范大学生命科学学院

[目的]探究黄土丘陵区坡面长期种植柠条对土壤团聚体稳定性和可蚀性的影响,为黄土高原人工植被建设和生态环境恢复提供理论依据。[方法]以荒草坡地为对照,选取坡面沿等高线种植的不同年限(15,25,35年)柠条地为研究对象,分析长期种植柠... 详细信息

[目的]探究黄土丘陵区坡面长期种植柠条对土壤团聚体稳定性和可蚀性的影响,为黄土高原人工植被建设和生态环境恢复提供理论依据。[方法]以荒草坡地为对照,选取坡面沿等高线种植的不同年限(15,25,35年)柠条地为研究对象,分析长期种植柠条对坡面土壤团聚体稳定性和可蚀性的变化特征及其主要影响因素。[结果](1)样地土壤团聚体稳定性指标平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和>0.25 mm团聚体含量(WR0.25)总体表现为:15年柠条地>荒草地>25年柠条地>35年柠条地,在坡面位置上表现为坡下>坡顶>坡中>坡上,土壤可蚀性因子K值则有相反的趋势。(2)随着柠条种植年限的增加,相较于荒草地,各坡位柠条带土壤团聚体稳定性指标均呈先增后降的趋势,间隔荒草带则持续降低,两者的差值在柠条种植年限大于15 a后逐渐扩大,且在坡下位置最为明显。(3)土壤有机碳和坡位是影响坡面土壤团聚体稳定性与可蚀性的主要因素,分别解释了38.0%和4.1%的变异,其次是种植年限和海拔。[结论]黄土丘陵区坡面带状柠条种植通过影响土壤有机碳分布,进而影响土壤团聚体稳定性和可蚀性。柠条种植小于15a有助于土壤团聚体稳定性的提升和可蚀性的下降,但大于15a后逐渐有相反趋势,尤其在坡下位置。

关键词：柠条种植年限土壤团聚体稳定性土壤可蚀性