菰的分子谱系地理研究及茭白的起源

近几十年来，栽培作物及其野生近缘（祖先）种的群体遗传结构和进化历史的研究日益受到关注，因为此类研究不仅能加深人们对作物起源和驯化的认识，而且有助于作物野生资源的开发以及作物的遗传改良。分子谱系地理分析（Molecular phylogeography）是此类研究中的重要手段之一，能够有效地了解近缘群体的进化历程以及重建作物的驯化历史。菰（Zizania latifolia Turcz.）是东亚广泛分布、具有重要价值的水生草本植物，其栽培型—茭白是中国第二大水生蔬菜。尽管已有不少涉及此类群的研究，但迄今我们对菰的群体遗传结构和进化历史以及茭白的起源几乎一无所知。本研究从29个基因片段中筛选了2个在菰种内水平上具有显著变异量的核基因片段，进行了分子谱系地理研究，揭示了菰的遗传多样性水平及其地理分布格局，探讨了菰的群体演化历史，并初步探讨了茭白的起源和驯化历史。主要结果如下： 1）基因片段筛选 开展分子谱系地理学研究，需要采用具有显著种内变异的分子标记，为此我们通过预实验对一批备选基因片段进行了筛选。在18个叶绿体和2个线粒体片段中，测序的总长度达17100 bp，但没有发现任何变异位点。在9个核基因片段中，7个片段具有变异位点，但只有2个片段的变异量在1%以上，分别是Adh1a（2.70%）和GPATb（1.25%）基因。所以，本研究最后确定了采用这2个核基因片段来进行菰的分子谱系地理的研究。 2）Adh1a基因谱系地理分析 对来自21个天然群体126个个体，通过Adh1a基因的直接PCR和克隆测序共得到了252条序列，中性检测表明，Adh1a基因符合中性进化模型、没有重组并且有足够的变异量，适合用于进行菰的谱系地理研究和进化历史的推断。在物种水平上，菰的核苷酸多态性水平为θsil = 0.0089，跟一些作物近缘类群相比处于中等偏低的水平;不同群体的核苷酸多态性水平相差明显，多态性最高的群体出现在东北地区，并有从北向南递减的趋势。群体间存在着显著的遗传分化（FST = 0.481）表明群体之间的基因流有限。群体间的遗传距离与地理距离没有相关性，地理邻近的群体并没有共享关系相近的单倍型，整个群体缺乏明显的谱系地理结构。目前的遗传多样性分布格局可能是由于近几十年来的生境退化和丧失造成过去群体的片段化所致。根据群体遗传多样性水平的差异和基因谱系的地理分布格局以及分子钟估算的与北美近缘种的分化时间，我们推断菰的群体经历了从东北向华南逐步扩散的过程。 3）GPATb基因谱系地理分析 为更可靠地推断菰的谱系地理格局，我们选择了GPATb基因作为标记开展了进一步的分析。对相同的采样群体和个体共252条序列的分析表明，在物种水平上，GPATb的核苷酸多态性只相当于Adh1a基因的1/4。综合2个基因的结果，可以认为菰的核苷酸多态性水平是维持在较低的水平上。该位点体现的群体遗传分化也没有Adh1a基因明显。群体之间相近的遗传多样性水平和较低分化程度可能意味着该基因位点受到平衡选择作用的影响，这一推论也得到了中性检测结果的支持。因此，GPATb基因可能受到选择作用的影响，不能用来支持或推翻Adh1a基因的结果。 4）茭白的起源和驯化 对来自13个省份的65个茭白品种的Adh1a和GPATb基因片段进行测序，结果发现，所有的品种在这2个基因上都具有相同的基因型，Adh1a位点上表现为杂合体，而GPATb位点上则是纯合体。这说明在茭白的起源过程中发生了严重的驯化瓶颈效应，也即茭白是单次起源的，是从菰的少数几个甚至单个个体驯化而来。虽然文献考据表明，茭白最早的栽培地区为太湖流域，但我们的分子证据却并不支持其为茭白的驯化起源地点，而可能是在太湖流域以北地区起源的。鉴于采样的局限性，这一结论还有待于进一步的验证。同时2个基因的数据表明来自陕西、四川、云南、湖南和福建的6个菰群体可能是从人为引种的茭白逃逸成为野生的。因此，在以后野生菰群体的采集中，特别是在茭白种植地区，要在详细调查的基础上设计采集方案。

土壤有机碳和氮的分布及其对气候变化的响应

碳、氮不仅是生物体必需的营养元素，也是重要的生态元素。大气中温室气体C02、N2O等浓度的增加使得碳、氮的生物地球化学循环及其温室气体的减缓排放措施研究成为全球变化研究中的热点问题。 土壤是陆地生态系统的核心，是连接大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的纽带;它是陆生生物赖以生存的物质基础，是陆地生态系统中物质与能量交换的重要场所，其在全球碳、氮循环中起着十分重要的作用。一方面，土壤有机碳和氮的含量与分布直接关系到生态系统的生产力和生态系统的规模，同时土壤有机碳和氮的转化与迁移又直接影响到温室气体的组成与含量。而土壤本身又是生态系统中生物与环境相互作用的产物。因此，研究土壤有机碳和氮的分布、转化及其对全球变化的响应对于正确理解碳、氮的生物地球化学循环及其对全球变化的响应制定应对策略具有重要意义。 全球变化的陆地样带是从机理上理解陆地生态系统对全球变化的响应，预测全球变化对陆地生态系统的可能影响，实现预警、调节和减少全球变化不良影响，科学地规划和管理陆地生态系统的有效平台。目前，国际地圈一生物圈计划(IGBP)基于不同地区全球变化驱动因素的不同以及全球变化的潜在反馈作用强度的不同，在全球4个关键地区共启动了15条IG8P陆地样带。以水分为主要驱动力的中国东北样带(NECT：Northeast China Transect)即为IGBP的陆地样带之一。 本文以中国东北样带为平台，基于2001年对中国东北样带科学考察所采土壤样品的实测结果和气候资料分析了土壤有机碳和氮的梯度分布及其与土壤、气候等因子之间的关系;借助C02浓度升高和不同土壤湿度的模拟试验探讨了土壤有机碳和氮对气候变化的响应;根据作物残体还田的长期定位试验和盆栽试验研究了作物残体还田对土壤有机碳和氮转化的影响，讨论了农田生态系统通过作物残体还田对减缓温室气体排放的效应。主要结果和结论如下： (1).样带表层土壤有机碳平均为22.3土4.93 g．kg-1，下层土壤有机碳平均为8.9±1.20 g．kg-1。样带表层土壤活性有机碳平均为3.52±0.881 g.kg-1，占表层土壤有机碳的13.1±0.78%;下层土壤活性有机碳平均为1.14±0.250g.kg-l，占下层土壤有机碳的10.9±0.79%。样带土壤活性有机碳与土壤有机碳之间呈极显著正相关关系(相关系数r=0.993，P<0.001)。 (2).不同生态类型土壤有机碳和活性有机碳含量不同。中国东北样带东部(经度126°～131°)为温带针阔混交林山地，植被种类极其丰富，地带性土壤为暗棕壤，并且多为自然土壤，土壤有机碳和活性有机碳含量较高。但由于采样区局部地理环境、植被结构及人类干扰程度的不同，土壤有机碳和活性有机碳含量变异较大，平均为61.9±13.84 g．kg-1和10. 88±2.236g. kg-1。样带中部（经度119°～126°）为松辽平原栎林草原、农田区和大兴安岭山地草甸草原区，属半湿润向半干旱过渡的气候。该区域主要土壤类型为黑土、黑钙土、盐化或碱化草甸土及风沙土，土壤沙化、碱化严重，土壤有机碳和活性有机碳含量明显降低，平均为10.5±1.97 g．kg-l和1. 35±0.327 g．kg-1。样带中西部（经度113°～119°）为内蒙古高原草甸草原和典型草原区域，具有典型的半干旱气候特征。该区地带性土壤为栗钙土，局部丘陵区分布黑钙土，土壤有机碳和活性有机碳含量为14.6±1.65 g．kg-1和2.07±0.342g.kg-1。样带西部（经度111°～113°）为内蒙古高原荒漠草原区域，地带性土壤为棕钙土，土壤较为贫瘠，其有机碳和活性有机碳含量最低，平均为7.99±1.51 g．kg-1和0.51±0.216 g．kg-1。从总的趋势看，样带表层土壤有机碳和活性有机碳的梯度分布趋势一致，都呈现出随经度降低而下降的趋势，局部因土壤退化而出现波动。 (3).样带土壤有机碳和活性有机碳与土壤全量氮、磷、硫、锌及有效氮、磷、钾、锰、锌等均呈显著或极显著相关关系，与土壤PH、容重、持水量及孔隙度也呈显著或极显著相关关系。土壤表层有机碳和活性有机碳与降水量之间具有正的相关关系，其相关系数为r=0.677（P<0.001）和r=0.712（P<0.001）。但下层土壤有机碳和活性有机碳与降水量之间没有显著的相关关系。 (4).样带下层土壤有机碳和活性有机碳与经度之间仍具有显著的相关关系（r=0.454，P=0.026; r=0.473，P=0.020）。样带下层土壤有机碳和活性有机碳的变异小于表层。不同的生态系统，下层土壤有机碳和活性有机碳与表层土壤有机碳和活性有机碳的比率不同。总的来看，土壤活性有机碳含量随深度的增加而下降的幅度大于土壤有机碳。 (5).短期培养条件下，CO2浓度升高及干旱胁迫下，土壤有机碳的变化不大，其变异系数为1.28%;相比较之下，土壤活性有机碳对气候变化比较敏感，其变异系数为29.67%。不同土壤湿度，土壤活性有机碳含量发生变异的幅度因CO2浓度升高而降低。 (6).样带土壤全氮和有效氮与经度呈极显著正相关，其相关系数分别是r=0.695 (P<0.001)和0.636(P<0.001)。土壤表层全氮和有效氮的梯度分布与土壤有机碳的分布基本一致：沿经度呈现东高西低的趋势，局部由于土壤退化而出现低谷。样带除东部山区外，其它各部分土壤有效氮都很低，成为其植被生长的限制因子之一。样带下层土壤全氮和有效氮的含量低于表层，但样带不同部位下层土壤全氮和有效氮下降的幅度不同。总的来看，土壤全氮的剖面分布和土壤有机碳相似，而土壤有效氮则有所不同。 (7).土壤全氮和有效氮是土壤生化环境中两个重要的因子。样带土壤全氮和有效氮和土壤有机碳、全磷、全硫、全锌、土壤活性碳、有效磷、有效钾、有效锰、有效锌、土壤容重、田间持水量土壤总孔度等因子均呈显著或极显著的相关关系。 (8).样带表层土壤全氮和有效氮与降雨量之间呈极显著的正相关关系，相关系数分别是0.682(P<0.001)和0.688(P<0.001)。而下层土壤全氮和有效氮与降雨量之间的没有显著的相关关系（r=0.241，P=0.256; r=0.366，P=0.079）。土壤有效氮占全氮的比例与年均温呈显著正相关关系（相关系数r=0.390，p=0.044）。 (9).短期培养试验中，CO2浓度加倍和不同土壤湿度对土壤全氮和有效氮的影响没有达到显著水平。整个试验中土壤全氮和有效氮的变异较小（变异系数分别是5.55%和3.84%），但仍能反映一定的变化趋势。 (10)．玉米残体还田能够增加土壤氮素含量，减轻因其作为燃烧材料而造成的氮素损失和对大气的污染;玉米残体施入土壤，增加了土壤微生物氮含量，提高土壤氮活性，有利于土壤氮素养分的协调供应;玉米残体还田能够促进氮素从营养器官向籽粒中转移，提高氮素养分的利用效率。同时，玉米残体还田可以降低土壤NO3--N的累 积，减少肥料氮的损失4.7～5.6%。 (ll)．根据国内外文献和我们连续10年作物残体还田的肥料长期定位试验及盆栽试验结果，从减缓CO2排放、增加土壤碳固存、提高土壤生产力入手，分析了农业生态系统作物残体还田的必要性与可行性，讨论了农田作物残体还田，增加土壤碳固存对于减缓CO2排放、提高土壤生产力的作用与意义。提倡作物残体因地制宜地归还土壤，但作物残体还田后土壤固存与减缓温室气体排放的潜力还需要进一步进行研究。

湖北省牛山湖13种小型鱼类的能量密度

国家科技攻关课题(2004BA526B05); 淡水生态与生物技术国家重点实验室开发课题(2005FB02)资助

S7核糖体蛋白基因序列变异与亚科鱼类的单系性研究

使用分子生物学的方法对亚科鱼类的单系性进行了探讨。通过PCR方法 ,获得了 13种鲤科鱼类S7核糖体蛋白基因第 1内含子序列 ,其中包括 6种亚科鱼类。使用MEGA软件中的Neighbor Joining法和Most Parsimony法分别构建分支系统图。研究结果显示目前所确认的亚科鱼类实际上没有形成单系类群。其中属、波鱼属和低线属位于系统树基部 ,显示出原始性。而由细鲫属、马口鱼属和属构成的类群相对于亚科中的原始种类起源较晚 ,可能和较晚起源的东亚鲤科类群之间有更为密切的关系。

硅基 1×3微机械光开关的研究

Submitted by zhangdi (zhangdi@red.semi.ac.cn) on 2009-04-13T11:45:31Z

1310 nm GaInNAs triple quantum well laser with 13 GHz modulation bandwidth

The emission wavelength of a GaInNAs quantum well (QW) laser was adjusted to 1310 nm, the zero dispersion wavelength of optical fibre, by an appropriate choice of QW composition and thickness and N concentration in the barriers. A triple QW design was employed to enable the use of a short cavity with a small photon lifetime while having sufficient differential gain for a large modulation bandwidth. High speed, ridge waveguide lasers fabricated from high quality material grown by molecular beam epitaxy exhibited a damped modulation response with a bandwidth of 13 GHz.

A density-functional study of Al-doped Ti clusters: TinAl (n=1-13)

Equilibrium geometries, stabilities, and electronic properties of TinAl (n=1-13) clusters have been studied by using density-functional theory with local spin density approximation and generalized gradient approximation. The ground-state structures of TinAl clusters have been obtained. The resulting geometries show that the aluminum atom remains on the surface of clusters for n<9, but is slowly getting trapped beyond n=9, meanwhile, the Al atom exhibits a valent transition from monovalent to trivalent. The geometric effects and electronic effects clearly demonstrate the Ti4Al cluster to be endowed with special stability. The studies on the bonds indicate the change from ionic to metalliclike. (C) 2004 American Institute of Physics.

Dynamics of quantum dissipation systems interacting with fermion and boson grand canonical bath ensembles: Hierarchical equations of motion approach

A hierarchical equations of motion formalism for a quantum dissipation system in a grand canonical bath ensemble surrounding is constructed on the basis of the calculus-on-path-integral algorithm, together with the parametrization of arbitrary non-Markovian bath that satisfies fluctuation-dissipation theorem. The influence functionals for both the fermion or boson bath interaction are found to be of the same path integral expression as the canonical bath, assuming they all satisfy the Gaussian statistics. However, the equation of motion formalism is different due to the fluctuation-dissipation theories that are distinct and used explicitly. The implications of the present work to quantum transport through molecular wires and electron transfer in complex molecular systems are discussed. (c) 2007 American Institute of Physics.