北京林业大学师生一直在努力
深耕细作，喜讯频传
一起来看！
在土壤微生物领域取得研究进展
在生态清洁小流域治理区划领域取得进展
揭示杨树转录-代谢-微生物组调控抗病性通路
在月季花色花香性状研究取得新进展
在《Progress in Polymer Science》发表综述论文
揭示草地植物空间聚集规则及其对生产力的影响
在餐厨垃圾处理和微囊藻毒素降解方面取得重要进展
揭示水资源压力对内蒙古干旱区可持续发展的影响机制
林学院科研团队在土壤微生物领域取得研究进展
近日，我校林学院森林土壤学团队基于全球110个土壤剖面数据的研究揭示了微生物生物量和细菌群落随土壤深度的垂直分布特征，并阐明了微生物生物量和多样性的全球分布格局的驱动因素，研究成果发表在Science of The Total Environment（一区，IF=10.753）上，论文题为The vertical distribution and control factor of microbial biomass and bacterial community at macroecological scales，博士生何丽兵为第一作者，孙向阳教授为通讯作者，北京林业大学为文章唯一完成单位。
微生物存在于整个土壤剖面中，且土壤深层微生物在调节生物地球化学循环过程发挥着关键作用。基于全球110个土壤剖面数据(总共467个观测数据)，结果表明，土壤微生物生物量和细菌多样性随土壤深度的增加而降低。土壤pH深度变化与微生物量和细菌Shannon指数深度变化呈显著负相关，而土壤总有机碳和总氮呈显著正相关。在主要细菌门中，变形菌门和拟杆菌门的相对丰度随土壤深度的增加而降低，而绿弯菌门、芽单胞菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度则随土壤深度的增加而增加。土壤表层和底层的微生物生物量主要由土壤养分浓度驱动，细菌Shannon指数主要由土壤养分浓度和气候因子共同驱动。该研究从全球角度评估了微生物生物量和细菌群落对土壤深度变化的响应，并阐明了微生物生物量和多样性全球分布格局的控制因素，对于加强生态系统模型模拟和制定可持续的生态系统管理和保护政策具有一定的意义。本研究由科技基础资源调查专项资助（No.2021FY100802）。
水土保持学院科研团队在生态清洁小流域治理区划领域取得进展
近日，环境科学与生态学领域顶级刊物Journal of Cleaner Production在线发表了我校水土保持学院冀晓东教授研究团队学术论文“Zoning technology for the management of ecological and clean small-watersheds via k-means clustering and entropy-weighted TOPSIS: A case study in Beijing”，水土保持学院硕士研究生李翔为论文第一作者，青年教师孟鑫淼与冀晓东教授为共同通讯作者。
生态清洁小流域建设是小流域综合治理的深化与发展，对于保护涵养水源、复苏河湖生态环境、科学开展大规模国土绿化行动、建设宜居宜业和美乡村具有重要作用。日前，水利部、农业农村部、国家林业和草原局、国家乡村振兴局联合印发《关于加快推进生态清洁小流域建设的指导意见》，旨在全面推动小流域综合治理提质增效，大力推进生态清洁小流域建设，助力乡村振兴和美丽中国建设。然而，在传统的生态清洁小流域治理工作中，小流域治理区划方法的主观性较强，造成具有显著效果的治理措施难以得到科学推广。
针对上述问题，水土保持学院冀晓东教授课题组以北京市昌平区8个典型生态清洁小流域为研究对象，获取了研究区土地利用、数字高程、行政区划、叶面积指数、年降水量等基础数据，基于生态系统服务与权衡综合评估和地理信息系统等模型，评估了2个地形特征（海拔和坡度）和7个生态系统负服务指标（崩塌风险、泥石流风险、氮污染、磷污染、泥沙输移、洪峰、地表径流），并基于K-Means聚类和熵权TOPSIS等分析手段，确定了生态清洁小流域的类别及流域内分级治理区域。同时，经实地考察和遥感验证，提出了整体性的小流域治理措施布置方案，以推动生态清洁小流域高效建设。
研究区内八条典型生态清洁小流域的治理措施布局
本研究得到了国家自然科学基金项目（51908038）和国家水体污染控制与治理科技重大专项（2017ZX07102-001和2017ZX07101002-02）的资助。
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生物科学与技术学院林木分子育种团队揭示杨树转录-代谢-微生物组调控抗病性通路
多年生植物寿命可达上百年，需要一直应对病原菌的侵害，但多年生植物代时较长，很难在有性繁殖过程快速产生变异，其寿命与病原菌的侵害有很大关系。很多长寿树种之所以寿命较长也是因为其强大的抗性和广泛的适应性。植物根际微生物组被称为“植物的第二基因组”，根系微生物对于植物抗逆能力的提高具有重要的推动作用。多年生木本植物是否存在较稳定的地下微生物群落，通过何种方式调控特定微生物群落从而提高自身抗病性等科学问题，至今仍全然未知。
近日，国际综合学术期刊《New Phytologist》（植物学一区）发表了北京林业大学生物科学与技术学院张德强教授/谢剑波教授团队和法国洛林大学Francis Martin团队的研究成果《年龄相关微生物组结构影响杨树的防御机制》（Multifeature analysis of age-related microbiome structures reveals defense mechanisms of Populus tomentosa trees）。该研究工作得到了国家重点研发计划(No.2022YFD2201600; 2022YFD2200602; 2021YFD2201203),国家自然科学基金优秀青年基金(32022057)和国家林草局青年拔尖人才(No. 2020132607)等项目的资助。
该研究发现，放线菌的丰度随树龄的增加与黄酮类化合物的生物合成密切相关，并通过分子遗传学方法揭示了类黄酮类生物合成调节基因Transparent Testa 8（TT8）与类黄酮相关放线菌的募集有关。放线菌分离株的接种实验表明，其定殖可以显著改善宿主的表型。定点诱变表明，链霉菌分离株bj1中参与氨基环醇潮霉素B类似物的生物合成的hyBl基因簇与疾病抑制有关。在此基础上，科研人员认为多年生植物和土壤微生物之间的相互作用导致了特定微生物群落的富集，这些微生物可能含有大量目前未知的功能特征。
为了研究树龄变化下的微生物组成的变化以及杨树发育对植物相关微生物群落的影响，作者对大田土、根际和根内均进行了采样。分析表明，细菌群落从大田土向根内层的发展停滞。优势类群放线菌门和变形菌门占整体土壤中总细菌的49.9–66.1%，而占根内圈的72.6–96.5%。值得注意的是，在根内样品中，放线菌的丰度随着树的年龄的增加而逐渐增加。
图1. 样品的微生物多样性
为了全面评估和表征调节细菌组成的调控网络，作者收集了5个年龄段杨树的根样本，构成了一个包含基因表达、代谢谱和细菌丰度数据的数据集。作者特别关注了同向且显著的关联子集，其包含了几个共表达模块，揭示了基因表达、微生物群落和苯丙素、萜类和玉米素以及类黄酮的生物合成途径之间的联系。在这些模块中，有212个共表达基因和314个代谢物的积累与微生物的丰度相协调。作者在该模块中发现了16个共表达的TPS基因。该模块中的基因与几种代谢物的积累相关，如黄酮类、苯丙类和聚酮类。38.2%（76个中的29个）的黄酮类代谢物与这些转录本的表达模式呈正相关。
图2. 综合植物-代谢物-微生物关联的多组学网络
为了进一步研究基因表达和黄酮类物质积累对放线菌丰度的影响，作者对类黄酮生物合成途径的共表达模块进行了详细的分析。在这一共调控网络中发现了多个转录因子，包括WRKY26和WRKY33，它们可能导致一些植物防御相关基因的激活。在构建的协同调节网络中， Transparent Testa 8（TT8）编码一个螺旋-环-螺旋结构域蛋白，与胁迫响应、黄素内醇和茉莉酸生物合成以及类黄酮生物合成有关。TT8的表达量在杨树发育过程中持续增加，并在35年的树中达到峰值。TT8与类黄酮生物合成途径基因的表达模式高度相关。进一步的研究表明，与类黄酮途径相关的几个关键酶和代谢物被聚集在一起。这些数据表明，TT8可能是参与类黄酮途径的关键调控因子，有可能调节放线菌的丰度。为了研究TT8在杨树根系放线菌招募中的作用，作者进行了16S rRNA基因扩增测序，对野生型和过表达TT8的转基因株系的根系微生物区系进行了分析。研究发现，过表达TT8的转基因株系与富含黄酮类化合物的asv的相对丰度相关，表明TT8有助于杨树放线菌的招募和选择。
图3. TT8与黄酮类化合物的生物合成及根际微生物群落
结果表明，根内放线菌的相对丰度随着树龄的增加而增加，这种增加可能有助于植物的健康。作者认为放线菌丰度的增加可能是由于特定的优势谱系的增加，如链霉菌。为了进一步研究放线菌改变宿主表型的潜力，作者对来自组织培养的杨树植株进行了链霉菌接种实验。结果表明，与对照植株相比，接种的植株具有更大的叶面积、更高的株高。选取链霉菌bj1进一步对基因组序列进行功能分析，基因组注释显示了28个次级代谢产物基因簇，与非核糖体肽、多酮、萜烯、铁载体、核糖体合成肽和翻译后修饰肽的生物合成相关。
图4. 敲除hyBl基因降低对病原体的抗病能力
生物科学与技术学院张德强教授和法国洛林大学Francis Martin教授为该研究论文的共同通讯作者，谢剑波教授、马玉超副教授为论文的共同第一作者。
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园林学院科研团队在月季花色花香性状研究取得新进展
近日，Plant Physiology and Biochemistry（中科院二区，IF=5.437）在线发表了北京林业大学国家花卉工程技术研究中心张启翔教授团队学术论文“Multiomics analysis reveals the mechanisms underlying the different floral colors and fragrances of Rosa hybrida cultivars”，硕士研究生刘笑雨为第一作者，韩瑜副教授为通讯作者。
月季是蔷薇科蔷薇属多年生木本花卉，具有独特的观赏价值和重要的经济价值。众多的月季栽培品种提供了丰富多彩的花色及令人愉悦的香气，因此成为育种和栽培应用的重要材料。观赏性状是月季育种的重点，不同的花色与花香能够赋予人们以感官上的愉悦。在现代月季的长期人工选择过程中，花色变得更加丰富艳丽，而花香因其定性定量分析难度大，容易被育种者忽略，仅20%的月季品种被认为是“香”的。有研究表明，某些花色和花香物质具有部分相同的上游代谢路径。在月季中，花色花香是否存在“此消彼长”的关系这一问题有待进一步深入探索。
该研究对月季品种‘金银岛’及其芽变品种‘往日情怀’开展全基因组重测序，鉴定了候选的基因变异位点。此外，通过高效液相色谱-质谱联用技术（HPLC-MS）、液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）和气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）检测月季‘往日情怀’和‘金银岛’花瓣中的差异代谢物。同时通过比较转录组技术筛选了参与特定代谢通路的差异表达基因，并预测了与花色花香性状相关的差异表达转录因子。通过以上多组学的联合分析，揭示了月季芽变品种之间花色花香性状变异的分子基础，为月季花色花香性状的调控研究以及优良色香性状的聚合育种提供了数据参考。
本研究得到国家重点研发计划项目(2019YFD1001001)、中央高校基本科研业务费专项资金(2021ZY43)和国家自然科学基金(31800594)的资助。
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材料科学与技术学院科研团队在《Progress in Polymer Science》发表综述论文
近日，材料科学与技术学院彭锋教授课题组在高分子领域顶级综述期刊《Progress in Polymer Science》（IF=31.28）发表了题目为“Hemicellulose:“Structure, Chemical Modification, and Application”的综述文章。
在木质纤维素生物质中，半纤维素是仅次于纤维素的第二丰富的可再生天然多糖。然而，与纤维素不同的是，半纤维素是由吡喃糖和呋喃糖单元组成的异质多糖，其糖单元包括D-木糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖基、L-阿拉伯糖、半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸。在传统的生物炼制或者制浆过程中，半纤维素的转化途径少、利用率低。近年来，研究发现半纤维素也具有一些独特的特性，在基础研究和实际应用中都引起了极大的兴趣。
半纤维素衍生功能聚合物的材料制备与应用
本文综述了不同木质纤维素生物质中半纤维素的结构特征，包括半纤维素、纤维素和木质素之间的分布、构象和相互作用的最新研究成果。首次对半纤维素的结晶结构和木聚糖类半纤维素纳米晶的制备进行了总结，尤其是半纤维素纳米晶的制备将为半纤维素的应用提供全新方向。从分子工程的角度总结了具有不同性质的半纤维素衍生物的制备方法。重点对半纤维素基功能材料的构筑与应用进行了全面而详细的归纳和总结，包括半纤维素基纳米颗粒、薄膜、涂层、凝胶和碳材料用于药物装载、生物传感、催化转化、包装和电极等领域。这将为半纤维素、纤维素和其他天然多糖的开发与利用提供新的思路和见解。
论文第一作者为材料科学与技术学院饶俊博士，通讯作者为彭锋教授，北京林业大学为论文唯一署名单位。该工作得到了国家杰出青年科学基金项目（32225034）、国家自然科学基金面上项目（31971611）、中央高校基本科研业务费北京林业大学杰出人才培育专项计划项目（2019JQ03017）、高等学校学科创新引智计划（111 project, BP0820033）的支持。
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生态与自然保护学院科研团队揭示草地植物空间聚集规则及其对生产力的影响
近日，生态与自然保护学院全球变化生态学科团队在中科院一区TOP期刊《Functional Ecology》发表研究论文，揭示了草地植物空间聚集规则及其对生产力的影响。论文第一作者为2019级博士研究生程昌锦，指导教师为何念鹏研究员和孙建新教授。
植物群落结构与生态系统功能的关系一直是生态学界关注的焦点之一。过去几十年中，有大量学者开展了关于生态系统功能关系（BEF）的研究。然而，近些年来不少学者对BEF能否为我们应对全球变化提供有价值的信息提出了质疑。质疑的一个重要基础是，BEF的观测和控制实验的结果并不一致。尽管许多研究人员认为，在物种相互作用十分强烈的局域群落，多样性参数与群落动态的薄弱联系是BEF结果不统一的重要原因，但目前人们还并未找到合适的解决方案。面对这一科学难题，我们提出，可从植株个体邻域空间结构的视角重新审视群落结构与生产力的关系。理论上，对于固着的植物而言，植物之间的相互作用主要发生在其邻域空间尺度。因此，植株个体邻居的身份（同种或异种）将与群落动态及生产力密切相关（图1C）。
图1（A.B.C.D.E） 草地群落邻域空间结构（ Ms com ）及其与生产力空间变异关联的理论框架、量化方法和科学假说
研究将每株检尺定位的方式应用于草地生态系统的野外样带调查，并采用多样带比较的方法探讨了黄土高原（LP）、蒙古高原（MP）和青藏高原（TP）草地群落的空间构建机制及其对地上净初级生产力（ANPP）的影响（图2）。在具体研究过程中，采用了物种隔离指数（ Ms com ）来量化群落尺度的种内/种间聚集状态，其值越大表明植株个体的邻居为不同物种的可能性越大（图1A）。基于ArcGIS的邻域分析工具确定每个植株个体邻近植株的身份（图1B）。
图2（a.b.c） 蒙古高原（MP）、黄土高原（LP）和青藏高原（TP）上的样带分布
研究结论验证了如下两个科学假设：（1）在海拔相对较低的温带草原（黄土和蒙古高原），更多的无性繁殖投入（RA）是种内聚集的主导因素（内源过程主导）；而在拥有极端环境条件的青藏高原，高强度的环境过滤效应导致的物种多样性差异主导了邻域空间结构的变异（外源过程主导）（图3）；（2）与物种和系统发育多样性相比，邻域空间结构（Mscom）对ANPP空间变异的影响更大（图4）。
图3（a.b.c.d） 生物（物种丰富度、繁殖分配）和环境因子（年降水、土壤综合指标）对物种空间隔离指数（Mscom）的独立和交互效应。RA：繁殖分配；SoilPCA1：土壤综合指标。
图4（a.b.c.d） 物种空间隔离指数（Mscom）和多样性（物种和系统发育多样性）对ANPP的相对影响
该研究受到国家自然科学基金（32201260，31988102，42141004），第二次青藏高原综合科学考察研究（STEP，2019QZKK060602）和国家科技基础资源调查计划（2019FY101300）的支持。
环境科学与工程学院科研团队在餐厨垃圾处理和微囊藻毒素降解方面取得重要进展
环境科学与工程学院在餐厨垃圾处理方面取得重要进展，以餐厨垃圾为底物，通过酵母发酵生产乙醇，通过水解酸化生产挥发性脂肪酸（VFAs），利用分流发酵液进行链延长，提出了从餐厨垃圾中高效生产正己酸的新工艺，相关成果发表在环境科学与生态学领域一区Top期刊《Bioresource Technology》（影响因子：11.889）上。
利用光催化降解微囊藻毒素（MCs）的方法具有成本低、环境友好、效率高等优点，近年来备受关注。将Bi2WO6与还原氧化石墨烯（RGO）复合制备了Bi2WO6/RGO复合材料被证明在Bi2WO6/RGO3%（RGO与Bi2WO6的理论质量比为3%）对MC-LR的去除效率最高，该研究为构建高效去除MC-LR的钨酸铋基光催化复合材料提供了理论依据和数据参考，相关成果发表在环境类Top期刊《Chemosphere》（IF=8.943）上。
草业与草原学院青年教师揭示水资源压力对内蒙古干旱区可持续发展的影响机制
近日，草业与草原学院青年教师刘雅莉在环境科学与生态学领域Q1区TOP期刊Journal of Cleaner Production（IF=11.072）发表论文，揭示了水资源压力对内蒙古干旱区可持续发展的影响机制。
干旱区占据地球陆地面积的41%，支撑着全球超过1/3的人口，拥有全球约1/3的生物多样性保护热点区域，为28%的濒危物种提供栖息地，对气候变化和人类活动极其敏感。然而，干旱区实现可持续发展目标面临的挑战和制约因素仍不清晰。团队前期发现，水资源是影响干旱区生态-生产均衡发展的主要矛盾，本研究基于均衡-发展的创新评估方法，进一步探索了水资源对干旱区可持续发展的影响。
研究发现，一方面，不均衡发展是内蒙古可持续发展面临的主要问题，既有区域间的不均衡，也有目标间的不均衡（图1）。另一方面，围绕水资源分配的矛盾导致了SDGs间的权衡关系，是阻碍干旱区可持续发展的潜在机制。其中，经济类目标普遍依赖于工业用水，生态与生活需求类目标依赖于生态用水（图2）。这些结果表明，干旱区水资源管理不能仅聚焦单一目标，亟待以其为抓手，调控干旱区可持续发展目标间的权衡关系。据此，本研究提出了整合产业升级、区域规划、管理政策的干旱区可持续发展系统解决方案框架，其核心在于围绕水资源优化配置的区域协同发展，为干旱区可持续发展提供了理论依据。
图1 2018年内蒙古可持续发展的空间格局
上述研究成果以Progress and water stress of sustainable development in Chinese northern drylands为题发表，草业与草原学院青年教师刘雅莉为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金(42001267)，中国科学院战略性先导科技专项（A类）(Grant No. XDA20050103)和中国科学院国际大科学计划培育专项课题(121311KYSB20170004-04)等项目资助。
本期科研动态就到这里啦
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出品｜北京林业大学党委宣传部
校对｜张佳钰
责编｜张薇
审核｜朱天磊
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