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    2010年, 第5期
    刊出日期:2010-09-20

    生物多样性信息学是一门新兴并快速发展的交叉学科, 用信息学理论和手段帮助我们加深对世界生物多样性的认识。全球生物多样性信息网络(GBIF)、网络生命大百科(EOL)、全球生物物种名录(COL)等是这一领域的典型代表。本期生物多样性信息学专题集中刊登了几篇介绍这一领域最新进展的文章, 力争向读者介绍生物多样性信息学的内涵、进展和应用。

      
    生物多样性信息学专题
    生物多样性信息学研究进展
    王利松, 陈彬, 纪力强, 马克平
    生物多样性. 2010, 18(5):  429-443.  doi:10.3724/SP.J.1003.2010.429
    摘要 ( 3425 )   PDF (401KB) ( 5325 )   收藏
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    生物多样性信息学是一门蓬勃发展的新学科。它将现代的信息技术带入生物多样性及其相关学科的研究领域。它在生物多样性基础数据的数字化、模型工具和各种工具软件的开发、数据整合, 以及全球、地区和国家尺度生物多样性信息网络等多个方面的发展, 向我们展示了未来在全球范围内自由、免费共享生物多样性数据和信息, 以及人们行动起来共同关注、调查与监测野外生物多样性的前景。目前, 已有大量数字化的物种编目、标本馆标本、多媒体影像、研究文献等生物多样性基础信息可以通过互联网检索和利用。其中, 最值得关注的是一些成功的国际性研究项目, 如物种2000、全球生物多样性信息网络、生命条形码以及网络生命大百科全书。这些项目的成功不仅体现在对大量基础信息和数据的发布, 而且它们通过与生物多样性信息标准TDWG(Biodiversity Information Standards: TDWG)的合作, 推动了达尔文核心标准(Darwin Core)等一些重要的生物多样性信息标准的应用, 以及地区和国家性生物多样性信息节点的建立, 这些都为将来全球范围生物多样性信息的共享和数据交换奠定了重要基础。在数字化信息的基础上, 研究人员也开发了一些在特定研究领域应用的数据挖掘和模型工具, 例如基于数字化标本的地理分布预测工具MAXENT, 分类学专家知识管理的LifeDesk。公民科学理念的发展则向我们展示了公众和科学爱好者广泛参与以互联网为基础的生物多样性信息学研究活动。因此, 生物多样性信息学的发展前景广阔, 它将为我们实现全球保护战略目标, 应对生物多样性危机, 解决全球气候变化条件下生物多样性资源管理和利用建立坚实的信息基础。

    台湾生物多样性资料整合之经验与策略
    邵广昭, 赖昆祺, 林永昌, 柯智仁, 李瀚, 洪铃雅, 陈岳智, 陈丽西
    生物多样性. 2010, 18(5):  444-453.  doi:10.3724/SP.J.1003.2010.444
    摘要 ( 4204 )   PDF (702KB) ( 2937 )   收藏
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    台湾生物多样性数据库之整合从2001年开始, 是因为数位典藏计划、生物多样性推动方案, 及台湾加入全球生物多样性信息网络(Global Biodiversity Information Facility, GBIF), 均在这一年启动。2002年“中研院”开始建置台湾物种名录数据库(TaiBNET), GBIF之台湾入口网TaiBIF则是在2004年时建置, 用来整合台湾生物多样性的资料并与国际接轨。所采用之方法及格式均依循GBIF所发展的交换标准, 一来可以整合台湾的数据, 二来可及时与国际交换数据。虽然TaiBNET及TaiBIF已突破智慧财产权(知识产权)的障碍, 可搜集整合数位典藏各子计划逐年累积的资料, 但跨部门间及非数位典藏计划所产生的数据, 仍因各单位及个人的本位主义而难以整合分享, 特别是生态分布原始数据。因此2008年在“中研院”成立了跨主管部门的委员会, 制订可行之资料搜集、整合与公开的政策, 并要求各主管部门在委办合约中纳入。无人否认数据库整合的重要, 但在现行对研究人员考评制度下, 研究人员大多不愿投入数据库建置的学术服务工作, 所获得的人力与经费亦日益短缺而难以永续经营。亟需相关部门 的重视与支持。TaiBIF在过去6年来的推动成果虽未臻理想, 但所获的经验和心得仍有可供外界参考与借镜之处。

    国家农作物种质资源平台的建立和应用
    曹永生, 方沩
    生物多样性. 2010, 18(5):  454-460.  doi:10.3724/SP.J.1003.2010.454
    摘要 ( 2918 )   PDF (917KB) ( 3204 )   收藏
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    农作物种质资源是生物多样性的重要组成部分, 是作物育种和农业生产的物质基础。长期以来, 我国农作物种质资源标准不统一、资源保存相对分散、信息网络设施薄弱, 制约了农作物种质资源的共享利用。本文提出了国家农作物种质资源平台的概念和架构, 它是一个虚拟式的农作物种质资源机构, 由国家长期种质库、国家复份种质库、国家中期种质库、国家种质圃和国家种质信息中心组成。阐述了农作物种质资源技术规范体系构建的原则和方法, 建立了由110种作物的描述规范、数据规范和数据质量控制规范组成的技术规范体系。提出了以信息共享带动实物共享的思路、方法和途径, 建成了拥有39万份种质信息的国家农作物种质资源数据库和中国作物种质资源信息网(http://www.cgris.net/)。创建了日常性服务、展示性服务、针对性服务、需求性服务和引导性服务等5种农作物种质资源服务模式, 有效解决了农作物种质资源共享利用的难题。

    PSDS 2.0: 一个基于GIS和多个模型的生物潜在分布地预测系统
    林聪田, 纪力强
    生物多样性. 2010, 18(5):  461-472.  doi:10.3724/SP.J.1003.2010.461
    摘要 ( 2892 )   PDF (623KB) ( 3956 )   收藏
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    根据对生物分布地预测模型和软件发展现状的分析和总结, 本研究在PSDS 1.0的基础上提出并实现一个基于GIS且具有多个代表性模型的生物分布地预测系统(PSDS 2.0)。PSDS 2.0系统继承了1.0的环境包络和聚类包络模型, 进一步引入了限制因子包络、马氏距离、支持向量机等新模型, 并针对本领域中模型比较与选择的难点增加了迭代交叉验证的多模型选择功能。系统还实现了灵活定制和评估伪负样本的功能, 通过用只需要正样本的I类模型预测的结果对随机产生的伪负样本进行评估, 减小其落入适宜地区的概率, 进一步提高需要正负样本的II类模型的准确率。GIS功能在PSDS 2.0中也得到加强, 被应用于数据准备及结果分析等重要环节。文章最后以白冠长尾雉(Syrmaticus reevesii)为例, 运用PSDS 2.0系统预测其在中国范围内的潜在分布地, 并对各种模型的预测结果进行评估和比较。

    生物多样性数字图书馆系统的架构和实现
    许哲平, 崔金钟, 刘凤红, 王赵改, 李巧玲
    生物多样性. 2010, 18(5):  473-479.  doi:10.3724/SP.J.1003.2010.473
    摘要 ( 2077 )   PDF (989KB) ( 2694 )   收藏
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    生物多样性研究工作急切需要一个建立在多源数据基础上的数字图书馆。基于虚拟用户社区的生物多样性数字图书馆除了在数据类型、存储需求、共享方式等方面具有一般数字图书馆的特点之外, 在数据挖掘和应用方面也有自己的一些特点。本文在对国内外数字图书馆调研和与生物多样性遗产图书馆(Biodiversity Heritage Library)及互联网档案(Internet Archive)项目的合作的基础上, 总结了各类数字图书馆中的数据类型, 对构建生物多样性数字图书馆相关的数据标准——Dublin Core和TaxonX作了简单介绍。然后设计了具有数据汇总、数据整理、转换和翻译以及数据对外服务三个模块的系统框架,提出了生物多样性数字图书馆的系统架构和功能,展示了已经实现的部分系统运行效果, 最后对今后在版权、全文识别、海量和扩展等方面的问题进行了讨论。

    中国生物多样性e-Science平台建设构想
    许哲平, 崔金钟, 覃海宁, 马克平
    生物多样性. 2010, 18(5):  480-488.  doi:10.3724/SP.J.1003.2010.480
    摘要 ( 2776 )   PDF (279KB) ( 4428 )   收藏
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    本文结合国际生物多样性信息学发展趋势和生物多样性e-Science相关平台, 在分析我国前期工作成果和相关问题的基础上, 提出了基于服务架构(Service-Oriented Architecture, 简称SOA)和国际空间标准服务ISO 19119的中国生物多样性e-Science平台的三层结构(资源层、服务层和应用层), 并对e-Science平台建设的几个重要方向进行阐述: 组建强有力的协调组织、数据规范化和扩展、海量数据存储和计算、本体构建和语义分析、专题分析和领域建模、服务标准和服务内容以及科学社区的建设, 为我国进行生物多样性e-Science平台建设提供理论依据。

    研究报告
    天童山森林土壤种子库的时空格局
    葛斌杰, 杨永川, 李宏庆
    生物多样性. 2010, 18(5):  489-496.  doi:10.3724/SP.J.1003.2010.489
    摘要 ( 2878 )   PDF (365KB) ( 2728 )   收藏
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    土壤种子库是植物群落的潜在物种库。在中国东部典型丘陵地区天童国家森林公园内选取8类微地形, 分别于2008年9月、12月和2009年3月、6月进行野外调查取样和室内实验, 从总计1,960份土样中挑选种子进行鉴定及分类统计, 研究其时空格局, 探讨自然森林土壤种子库的基本特征及分布规律。结果显示: (1)共检出有活力的种子5,024粒, 共鉴定出68个种, 其中定名种65个; 落叶阔叶乔木和常绿阔叶小乔木物种数量以及种子数量均占优势;土壤种子库与地上植被共有种为48种, 相似性系数为0.45。(2) 2级和3级顶坡及下部边坡、麓坡、泛滥性阶地种子库储量较大, 而高上部边坡、中上部边坡和低上部边坡种子库储量较小。雷公鹅耳枥(Carpinus viminea)和细枝柃(Eurya loquaiana)是各个微地形单元种子库的优势种。其他优势种中, 上部坡面的微地形主要为格药柃(E. muricata)、短梗冬青(Ilex buergeri)、黑山山矾(Symplocos heishanensis)、四川山矾(S. setchuensis)等常绿树种, 而下部坡面的微地形主要为南酸枣(Choerospondias axillaris)、橄榄槭(Acer olivaceum)、西川朴(Celtis vandervoetiana)等落叶树种。(3)土壤种子库储量在垂直空间上的分布是0–2 cm土层>2–5 cm土层>5–10 cm土层>枯枝落叶层。(4)土壤种子库具有明显的季节动态, 其储量在各个取样时间中的分布为12月>3月>9月>6月。

    新疆北部拟南芥自然居群表型变异与协变
    李磊, 刘彤, 刘斌, 刘忠权, 司朗明, 张荣
    生物多样性. 2010, 18(5):  497-508.  doi:10.3724/SP.J.1003.2010.497
    摘要 ( 2802 )   PDF (671KB) ( 2443 )   收藏
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    拟南芥(Arabidopsis thaliana)自然居群的表型特征代表其在自然环境下的适应状况, 不同居群间特征的对比可以为了解拟南芥表型变化规律, 进而分析其形成过程和机制提供重要线索。本研究以分布于新疆北部天山、塔尔巴哈台山和阿尔泰山的10个种群的9个表型性状为基础, 对比分析了小尺度、局域尺度和区域尺度环境下原生境拟南芥种群表型性状的变化。结果发现, 不同性状对环境变化的反应不同, 其中株高、株重、根重、根长、单个果实重、果实开裂力度在3种环境尺度下种群间的差异均达到极显著水平, 而分枝数、果实长度的种群间变化不显著, 种群间的表型分化系数较低。不同环境尺度下株重、根重、单株果数均表现出一致的协变格局, 反映了生理功能性状之间整合对拟南芥适应环境的重要性。同时, 各种群间整体的性状协变差异性明显, 根长、单个果实重、分枝数、果实长度、果实开裂力度等特征与其他特征协变具有明显的局部性, 局域尺度和区域尺度环境之间的变化较大。聚类分析发现区域尺度上的不同种群聚合在一起的现象非常突出, 进一步表明拟南芥的表型特征受微环境的强烈影响。Mantel检验表明, 小尺度上10个种群株高、株重、根重、单个果实重、果实长度、果实开裂力度6个性状变化存在显著的空间相关性, 而分枝数、根长的相关性却不显著。因此, 我们认为拟南芥表型变化受小尺度环境的影响强烈, 但在表型层面并非所有性状都与原生境气候存在遗传关联。

    利用SRAP分析核盘菌遗传多样性
    陈碧云, 胡琼, Christina Dixelius, 李国庆, 伍晓明
    生物多样性. 2010, 18(5):  509-515.  doi:10.3724/SP.J.1003.2010.509
    摘要 ( 2495 )   PDF (403KB) ( 2722 )   收藏
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    核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)是危害油菜等多种经济作物的重要病原真菌。研究不同地区、相同或不同寄主核盘菌的遗传多样性对了解核盘菌的遗传演化过程和指导病害防控具有重要意义。我们采用序列相关扩增多态性(sequence-related amplified polymorphism, SRAP)标记对不同地理来源、不同寄主来源的76个核盘菌菌株的遗传多样性进行了分析。7对SRAP引物共获得260个位点, 其中114个为多态位点, 占43.85%。UPGMA聚类结果显示,在相似性系数为0.64时, 76个核盘菌菌株分为4个组, 每组包含的菌株数分别为54、18、2和2。聚类及主成分分析结果显示, 来源于春油菜生态区和冬油菜生态区油菜上的核盘菌菌株可以明显分为两簇, 而油菜、大豆、莴苣等不同寄主植物上的核盘菌菌株没有明显的遗传分化。分子变异分析(AMOVA)结果显示, 不同地理来源、不同油菜生态区和不同寄主来源的核盘菌群体内的变异率分别为75.2%、81.2%和97.6%, 均达到极显著水平(P<0.001); 不同地理来源和不同油菜生态区的核盘菌群体间的变异率分别为24.8%和18.8%, 也达到极显著水平(P<0.001); 不同寄主来源的核盘菌群体间的变异率仅为2.4%, 变异不显著(P = 0.8673)。研究结果表明, 来源于春油菜生态区的核盘菌的遗传多样性高于冬油菜生态区。

    公众对植物园功能定位和形象认知的初步调查
    严海, 陈进, 贺赫
    生物多样性. 2010, 18(5):  516-522.  doi:10.3724/SP.J.1003.2010.516
    摘要 ( 2861 )   PDF (234KB) ( 3190 )   收藏
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    作为生物多样性保护的专业机构, 植物园可以通过开展公众教育来发挥作用, 而公众对植物园的功能定位和形象认知将会影响其作用的发挥。作者分别选择1个研究型植物园(中国科学院西双版纳热带植物园, 简称版纳植物园)和1个城市植物园(杭州植物园)为研究对象, 同时以版纳植物园同域分布的西双版纳野象谷森林公园(简称野象谷)为对照, 调查公众对上述3个机构的功能定位和形象认知。研究结果表明: (1)在功能定位方面, 参观两个植物园的游客对植物园是“物种收集和保存的机构”、“开展公众教育, 提高环境意识的机构”和“促进生物多样性保护的专业机构”三个方面有显著的认同度; 对版纳植物园是“科学研究的机构”、“培养训练专业人才的机构”和“提供相关专业资讯和咨询的机构”三个方面也有显著的认同度; (2)同域分布的版纳植物园和野象谷相比, 公众对二者的大多数功能定位认知存在显著差异; (3)在形象认知方面, 公众对3个机构“空气新鲜, 环境宜人”、“具有外面看不到的动植物”、“景色优美, 赏心悦目”以及“是回归自然的地方”认可度显著; 对版纳植物园“是增长科学知识的地方”的认可度最高, 而野象谷的公众对此认可度最低。调查结果可为植物园更好地开展生物多样性保护教育、改善形象以及提高公众服务水平提供有益的借鉴。

    研究简报
    海南长臂猿线粒体D-loop区序列分析及种群复壮
    李志刚, 魏辅文, 周江
    生物多样性. 2010, 18(5):  523-527.  doi:10.3724/SP.J.1003.2010.523
    摘要 ( 2708 )   PDF (405KB) ( 2946 )   收藏
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    海南长臂猿(Nomascus hainanus)是世界上最濒危的灵长类动物之一, 但目前有关海南长臂猿的种群遗传学方面的信息以及种群复壮所面临的困难未见报道。为更好地保护该极危物种, 作者以粪便为研究材料, 首次在分子生物学水平上测定了海南长臂猿1个群体(B群)共6个个体的线粒体D-loop区基因序列。结果显示: 202 bp的D-loop区基因共检测到5个变异位点, 4个单倍型, 单倍型多样性(h)为0.6000, 核苷酸多样性(π)为0.00829, 表明海南长臂猿B群的遗传多样性较低; 与此同时, 海南长臂猿还面临着种群数量过小, 性比失衡, 以及栖息地质量低下等严峻的问题。


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