地质体中主要生物分子的研究方法及应用

现代分子生物学,生物化学及有机地球化学等领域的发展,为古生物研究者在发子水平上探索地质生物世界提供了新的概念和技术手段,本文着重讨论了可用于分子古生物学研究的生物分子,例如,维管植物的木质素等稳定生物聚合物,古生物细胞内的类脂化合物,碳水化合物,蛋白质及氨基酸和含遗传信息的核酸,分子古生物资料可用于探讨化石埋藏学,古生物分子系统学,生物演化模式与机制,分子演化速率,古生态环境再造等问题,本文较详细     

进化序列系统学——以二叠纪瓦岗珊瑚类为例

进化序列系统学是古生物学中研究物种间和类别间的系统发育关系为目的的学科, 包括研究物种或类别间的亲缘关系, 并确定它们形成的先后序列.表型-分支系统学是该系统学的基础.分支系统学的许多重要概念在该系统学中加入了时间的含义, 例如, 认为最亲近的姐妹种之间的时间间隔不会超过它们母种的生存期.姐妹群和性状镶嵌分析是进化序列研究的主要方法, 而理解性状镶嵌分布是关键.这些分析可由计算机程序实现.以二叠纪瓦岗珊瑚类作为研究进化序列系统学的实例, 该类在特提斯地区广泛分布.通过对瓦岗珊瑚类的特征分析确定了17个性状用于研究, 并且每一性状确定了几个变化状态.根据最广布的性状状态、化石记录和个体发生等原则分辨出近祖性状状态, 并根据性状在系统发育中的重要性确定性状分级.然后, 确定了姐妹群间的关系和物种间的进化序列.在姐妹群与进化序列分析相互检验中可发现性状退化、平行演化和多向分支等古生物学重要现象, 并分辨出物种的异常顺序.在检验生物地层学首次出现事件讨论中推测了一些化石首次出现的可能层位.      

陆地植物有机分子化合物氢同位素组成及其古环境意义

近年来，随着高温裂解－色谱－同位素质谱技术的发展，使有机分子化合物氢同位素的生物地球化学研究成为可能，并已被应用到湖泊沉积物、泥炭等地质记录的古环境研究中。然而，由于目前对陆地植物有机分子化合物氢同位素组成变化与气候变化之间关系很好的认识，造成了地质纪录中的有机分子化合物氢同位素组成变化解释的不确定性。笔者利用 GC/TE/IRMS 方法初步测定了中国西北地区干旱－半干旱地区现代植物和黄土/古土壤序列中正构烷烃组分（主要来自植物叶蜡）的氢同位素组成。来自34个现代植物（包括21个C3 植物和 13个 C4 植物）的δD值变化为 C27 为－10‰～－200‰、C29 为－115‰～－205‰、C31为－113‰～－226‰。结果表明：与目前人们的认识不同，植物叶蜡的氢同位素组成与植物光和作用方式（C3 或 C4 植物）相关性较弱，而与植物的类型（木本和草本）相关；尽管降雨、温度、光合作用方式等因素可能影响植物氢同位素分馏效应，但植物氢同位素组成更大程度的受控于植物生长来源水中的氢同位素组成。黄土高原西峰黄土/古土壤剖面过云130 kyr正构烷烃组分的平均氢同位素组成变化为－140‰～－190‰。偏正δD峰值对应于相对干旱的黄土沉积阶段（海洋氧同位素阶段2和4），而偏负的 δD 峰值对应于相对湿润的古土壤发育阶段（海洋氧同位素阶段 1、3 和 5）。笔者认为黄土/古土壤序列的有机分子化合物的氢同位素组成记录了东亚季风气候控制下中国北方干旱、半干旱地区植被的演化及相应的气候干/湿变化。     

辽宁北票早白垩世具真正两性花的始花古果（新种）

被子植物起源问题被达尔文称为一个厌恶之谜，至今尚未解决。根据现代和化石植物的形态学研究，最早的被子植物被认为像尼藤类那样在两性生殖枝上有苞片和次生生殖枝(假花说／花序说)或像本内苏铁那样在两性生殖枝上有苞片和生殖孢片(真花说)。最近基因分子学研究结果认为尼藤类与松柏类最接近，从而间接地反对假花说。基因分子学研究结果还假定睡莲、八角等四科为基底被子植物，而这些植物的花和真花说所期盼的一致。孙革等人(1998，200l，2002)发现于辽西的辽宁古果和中华古果的两性生殖枝上具有簇生的雄蕊和心皮，其簇生小柄上因没有孢片被解释成花件，而整个两性枝条则被解释成具多重花件的两性花(相当于真花)。然后孙革等人(2002)将古果的17个形态特征并入具有108植物形态特征和1628植     

四川珙县石碑恐龙化石埋藏地红层分子化石特征及其古环境意义

利用气相色谱-质谱仪(GC/MS)从四川珙县石碑恐龙化石埋藏地早侏罗世红层中检出了包括正构烷烃、类异戊二烯烃、长链三环萜、藿烷和甾烷等系列分子化石,这些分子化石来源于低等菌藻类生物和水生、陆生高等植物。利用这些分子化石的特征讨论了恐龙生活时代的古环境特征。姥鲛烷与植烷的比值(Pr/Ph)表明该恐龙化石埋藏地的沉积环境应为淡水、弱氧化的湖泊环境。所研究样品高碳数的正构烷烃均以与水生大型植物有关的C25为主峰,并具有来自陆生高等植物的C27～C31正构烷烃,反映出研究区湖盆水体中发育水生高等植物,周围陆地上发育木本和草本植物的古植物特征,体现了分子化石在恢复古环境研究方面的潜力。     

辽宁北票早白垩世具真正两性花的始花古果(新种)Archaefructus eoflora(sp.nov.)

被子植物起源问题被达尔文称为一个厌恶之谜 ,至今尚未解决。根据现代和化石植物的形态学研究 ,最早的被子植物被认为像尼藤类那样在两性生殖枝上有苞片和次生生殖枝 (假花说 /花序说 )或像本内苏铁那样在两性生殖枝上有苞片和生殖孢片 (真花说 )。最近基因分子学研究结果认为尼藤类与松柏类最接近 ,从而间接地反对假花说。基因分子学研究结果还假定睡莲、八角等四科为基底被子植物 ,而这些植物的花和真花说所期盼的一致。孙革等人 ( 1998,2 0 0 1,2 0 0 2 )发现于辽西的辽宁古果和中华古果的两性生殖枝上具有簇生的雄蕊和心皮 ,其簇生小柄…     

18S rRNA基因在节肢动物系统进行研究中的意义

采用多种分析方法对４０种节肢动物的１８ＳｒＲＮＡ基因全序列进行了分子系统学研究,结果表明,现生４个类群的系统发生关系为（多足类＋鳌肢类）（昆虫类＋甲壳类））,且表现为辐射状（爆发式）分支形式;甲壳类的各个类群间也呈爆发式进化;介形类的速足介和丽足介两个类群是非单系的起源的,它们的分化发生在甲纲各类群的分化之前;所有分析均显示速足介类支系中的金星介科的文科维异壳介（Ｈｅｔｅｒｏｃｙｐｒｉｓ ｖａｎｄ     

18S rRNA基因在节肢动物系统进化研究中的意义

采用多种分析方法对 4 0种节肢动物的 1 8Sr RNA基因全序列进行了分子系统学研究 ,结果表明 ,现生 4个类群的系统发生关系为 ( (多足类 +鳌肢类 ) (昆虫类 +甲壳类 ) ) ,且表现为辐射状 (爆发式 )分支形式 ;甲壳类的各个类群间也呈爆发式进化 ;介形类的速足介和丽足介两个类群是非单系起源的 ,它们的分化发生在甲壳纲各类群的分化之前 ;所有分析均显示速足介类支系中的金星介科的文杜维异壳介 ( H eterocypris vandouwei)、中华薄壳介 ( Dolerocyprissinensis)、Stenocyprismajor和 H eterocyprissp.组成一个单系类群。     

四川剑门关侏罗—白垩系红层分子化石的古环境和古气候意义

利用气相色谱－质谱仪从四川剑门关侏罗－白垩系红层中检测出包括正构烷烃、类异戊二烯烃、长链三环萜、霍烷及甾烷等系列分子化石。分析了这些分子化石的分布特征及其来源，利用分子化石的多项参数（如w(C21^-)/w(C22^ ),w(Pr)/w(Ph),w(Pr)/w(nC17),w(Ph)/w(nC18)，伽马蜡烷指数、甾烷等）对沉积环境的盐度、氧化－还原条件、陆相标志等方面作了探讨。这些分子化石参数证实中侏罗世－早白垩世，剑门关－带的沉积环境应为低盐度淡水、弱氧化的陆相沉积环境，所研究的陆相样品高碳数正构烷烃均以本植物有关的C27，C29为主峰，未出现草本植物的C21主峰，反映了研究区总体格局是一种以木本植物占绝对优势、温暖湿润的气候环境，与红盆发育的气候条件吻合，充分体现了分子化石在恢复古环境、古植被和古气候方面有极大潜力。     

古代生物分子与分子考古学

分别论述了从古DNA，古蛋白质，类脂化合物等古代生物分子的尺度去研究人类的起源和迁移，动，植物的家养和驯化过程及早期农业的发展，考古点动植物骸的精确鉴定，新的定年技术以及古气候的变化等与考古学相关的许多重要问题，对分子考古学及其应用进行综述，并就在我国开展分子考古学研究提出了展望。     

Ancient dna from pleistocene fossils: Preservation, recovery, and utility of ancient genetic information for quaternary research

Until recently, recovery and analysis of genetic information encoded in ancient DNA sequences from Pleistocene fossils were impossible. Recent advances in molecular biology offered technical tools to obtain ancient DNA sequences from well-preserved Quaternary fossils and opened the possibilities to directly study genetic changes in fossil species to address various biological and paleontological questions. Ancient DNA studies involving Pleistocene fossil material and ancient DNA degradation and preservation in Quaternary deposits are reviewed. The molecular technology applied to isolate, amplify, and sequence ancient DNA is also presented. Authentication of ancient DNA sequences and technical problems associated with modern and ancient DNA contamination are discussed. As illustrated in recent studies on ancient DNA from proboscideans, it is apparent that fossil DNA sequence data can shed light on many aspects of Quaternary research such as systematics and phylogeny. conservation biology, evolutionary theory, molecular taphonomy, and forensic sciences. Improvement of molecular techniques and a better understanding of DNA degradation during fossilization are likely to build on current strengths and to overcome existing problems, making fossil DNA data a unique source of information for Quaternary scientists.     

天山乌源1号冰川表面冰尘及底部沉积层真菌群落结构比较及其系统发育分析

对天山乌源1号冰川表面冰尘(Fz)及底部沉积层(Dz)的理化性质及真菌的多样性、群落结构、OTU的系统发育进行了比较分析。ITS克隆文库分析显示,依据99%相似性共得到26个真菌OTU,表面冰尘和底部沉积层分别为21和22个,其中17个为共有OTU。天山1号冰川中真菌以担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)占绝对优势,子囊菌门的真菌在Fz、Dz文库中的比例分别约为27%、57%。系统发育分析显示子囊菌门的真菌有14个OUT,8个属,其中Cladosporium仅分布在冰川表面(6.25%),而Aureobasidium仅出现冰川底部沉积层(8.93%)。另外6个属Tetracladium、Pseudeurotium、Fusarium、Penicillium、Simplicillium、Aspergillus在冰川底部和表面均有分布,但丰度明显不同,尤其是Aspergillus、Simplicillium在冰川底部沉积物中占优势(分别为17.86%、12.50%)。担子菌门的克隆主要来自Rhodotorula、Leucosporidium属,前者主要在分布冰川表面(12%),底部沉积层很少,后者在冰川表面及底部均有分布,分别占文库的比例为8.69%、12.50%。冰川表面和底部沉积层生态条件迥异,对其中的微生物系统发育类群具有明显的选择性。     

一株黑曲霉对磷矿石的风化作用

以一株分离于植物根际土壤且有较强溶磷能力的真菌研究其对磷矿石的风化作用。对该菌株的ITS序列进行PCR扩增及序列测定后,再结合该菌株的形态特征对其进行鉴定,结果为黑曲霉(Aspergillus niger)。用ICP-OES测定培养液中的Ca2+浓度,磷钼比色法测定可溶性磷的含量,电子探针、透射电镜和能谱仪分析菌株作用后的残留物。培养液中的Ca2+浓度由第3天的10.02mg/L增加到第30天的217.61mg/L,可溶性磷的浓度由第3天的5.37mg/L增加到第30天的921.37mg/L;风化过程中形成了大量的次生矿物草酸钙,大分子有机物形成的生物膜以及菌丝体穿插破坏矿物颗粒促进磷矿石的风化。表明该菌株对磷矿石有较强的风化能力,黑曲霉生长产生的生物物理破坏作用和胞外分泌物的生化降解作用是引起磷矿石风化的主要因素。     

Phylogeny of transfer RNA and origins of organelles

By using nucleotide sequences of transfer RNA's, the endosymbiotic model for the origin of chloroplasts and mitochondria is examined. The endosymbiotic origin of the chloroplasts is confirmed, but concerning the origin of the mitochondria no conclusion can be drawn. Phyletic relations of euglenoids to higher plants and to animals are also discussed. Finally, phylogeny of fungi is discussed in terms of tRNA sequences and it is proposed that the classical taxonomy of fungi should be reconsidered in terms of molecular taxonomy or molecular paleontology.     

二叠纪节房虫类高阶分类现状、过去和未来

二叠纪节房虫类有孔虫形态学高阶分类现状表明,苏联和美国两个学派的高阶分类特征存在尖锐对立.追溯两个学派高阶分类特征的历史渊源后,评述了当前有孔虫的高阶形态学分类.美国学派的高阶分类特征源自19世纪中晚期的英国学者;苏联学派的高阶分类特征则是进化分类方法应用的自然结果.苏联学派将系统发育贯彻始终,较美国学派更符合逻辑,但其系统发育重建缺乏科学性.通过结合形态、分支系统和分子系统发生等方法,有望解决二叠纪节房虫类的高阶分类问题.      

石珊瑚目的早期系统发育和系统分类研究

石珊瑚目是中新生代的重要造礁生物。直到中三叠世才大量出现多种石珊瑚化石，距二叠纪末生物大灭绝、古生代皱壁珊瑚和床板珊瑚灭亡14 Ma之久。石珊瑚的起源和早期系统发育，成为生物大灭绝及复苏的一个难题。文章目的是综述多学科研究石珊瑚早期系统发育的进展，以及多家系统分类，展望前景。研究方法有骨骼构造与微细构造及软体的对比，时空分布分析，寻找早期珊瑚化石及分子生物学等。研究结果主要有石珊瑚可能起源于只有软体的海葵类，发现早期石珊瑚化石，以及石珊瑚在300 Ma之前已演化为两支，但还有不少空白和争议。结论是为了查明石珊瑚的早期系统演化和分类，需要加强古生物与今生物学者多学科交叉的综合研究，努力寻找中间环节，填补研究空白。     

Evolutionary biogeography on Ophiocordyceps sinensis:An indicator of molecular phylogeny to geochronological and ecological exchanges

The fungus Ophiocordyceps sinensis is endemic to the vast region of the Qinghai-Tibetan plateau(QTP).The unique and complex geographical environmental conditions have led to the "sky island" distribution structure of O.sinensis.Due to limited and unbalanced sample collections,the previous data on O.sinensis regarding its genetic diversity and spatial structure have been deemed insufficient.In this study,we analyzed the diversity and phylogeographic structures of O.sinensis using internally transcribed spacer region(ITS) and 5-locus datasets by a large-scale sampling.A total of 111 haplotypes of ITS sequences were identified from 948 samples data of the fungus O.sinensis,with representing high genetic diversity,and 8 phylogenetic clades were recognized in O.sinensis.Both the southeastern Tibet and the northwestern Yunnan were the centers of genetic diversity and genetic differentiation of the fungus,and they were inferred as the glacial refugia in the Quaternary.Three distribution patterns were identified to correspond to the 8 clades,including but not limited to the coexistence of widely and specific local distributive structures.It also revealed that the differentiation pattern of O.sinensis did not fit for the isolation-by-distance model.The differentiation into the 8 clades occurred between 1.56 Myr and6.62 Myr.The ancestor of O.sinensis most likely originated in the late Miocene(6.62 Myr) in the northwestern Yunnan,and the Scene A-C of the Qinghai-Tibetan movements may have played an important role in the differentiation of O.sinensis during the late Miocene-Pliocene periods.Our current results provide a much clearer and detailed understanding of the genetic diversity and geographical spatial distribution of the endemic alpine fungus O.sinensis.It also revealed that the geochronology resulting from paleogeology could be cross-examined with biomolecular clock at a finer scale.     

砾间接触氧化反应器中填料表面细菌多样性及其主要功能

采用分子生物学手段,通过构建16S rDNA基因文库,对新型剩余污泥减量化处理系统—生物砾间接触氧化反应器 (GCOR) 中载体表面附着细菌多样性进行了系统发育分析,并讨论了多种细菌共存对剩余污泥减量化的贡献。结果表明,附着细菌可分为好氧呼吸菌群、兼性厌氧菌群、厌氧水解发酵菌群和生长缓慢菌群等4大类。其中,优势菌群分别是以兼具呼吸/发酵代谢方式的β变形菌、嗜水气单胞菌及以发酵为主要代谢方式的拟杆菌属。此外,好氧菌群中还发育有假单胞菌属、硝化螺菌属细菌和黄杆菌属细菌等。慢速生长菌群包括Caldimonas taiwanensis strain On 1和Ideonella sp.。填料表面生物膜微生态环境复杂,微生物多样性较高,好氧、厌氧菌群以及慢速生长菌群等多种细菌共同作用,为在降解污水有机物的同时,达到剩余污泥减量化做出巨大贡献。结果分析表明,细菌的主要功能可归纳为：能量解偶联、共代谢作用、生物溶胞作用和慢性生长种群的影响。     

A comparative study of shallow groundwater level simulation with WA–ANN and ITS model in a coastal island of south China

Accurate and reliable prediction of shallow groundwater level is a critical component in water resources management. Two nonlinear models, WA–ANN method based on discrete wavelet transform (WA) and artificial neural network (ANN) and integrated time series (ITS) model, were developed to predict groundwater level fluctuations of a shallow coastal aquifer (Fujian Province, China). The two models were testified with the monitored groundwater level from 2000 to 2011. Two representative wells are selected with different locations within the study area. The error criteria were estimated using the coefficient of determination (R ²), Nash–Sutcliffe model efficiency coefficient (E), and root-mean-square error (RMSE). The best model was determined based on the RMSE of prediction using independent test data set. The WA–ANN models were found to provide more accurate monthly average groundwater level forecasts compared to the ITS models. The results of the study indicate the potential of WA–ANN models in forecasting groundwater levels. It is recommended that additional studies explore this proposed method, which can be used in turn to facilitate the development and implementation of more effective and sustainable groundwater management strategies.     

广西地区晚更新世野猪对家猪的遗传贡献

家猪是由居住在世界不同地区的人类对野猪的长期驯化而来,考古学研究表明近东和中国可能是家猪的驯养中心.为了寻找野猪对家猪驯化遗传贡献的分子证据,对采集于广西壮族自治区3个不同地点的30个晚更新世野猪化石样品开展了古DNA研究,从化石样品中获得了线粒体基因组的D-loop部分序列,结合现代家猪、野猪DNA同源序列信息,构建了Network网络结构图和系统发育树.结果表明广西古代野猪与欧洲猪科动物之间存在历史基因流,与亚洲家猪之间具有遗传的连续性,在家猪的驯化过程中有遗传贡献.研究结果从新的地域角度为家猪的多地区驯化起源提供了分子证据.