科研动态 | 北林大近期科研进展扫描

近日，北京林业大学林草生态碳中和智慧感知研究院江西武夷山西坡研究基地，在江西省马头山国家级自然保护区挂牌成立。

“北京林业大学林草生态碳中和智慧感知研究院——江西武夷山西坡研究基地”位于江西马头山国家级自然保护区，是江西迄今为止唯一以保护珍稀野生植物及其群落为主要保护对象的国家级自然保护区，地处武夷山脉中段，总面积13866.53公顷。具备较好的教学实习条件，建立了气象、水文、负氧离子、坡面径流场、树干径流等森林生态野外观测站基本要素条件和“智慧马头山”全智能管理。建设有生态展览馆、自然教育研学、师生实习、科研合作场所，是全国自然教育学校、江西省级生态文明示范基地、江西省科普教育基地。

据悉，北京林业大学林草生态碳中和智慧感知研究院由北京林业大学工学院、中国森林生态系统定位观测研究网络、江西马头山国家级自然保护区等单位构成，将集中开展林草碳中和监测核心智能传感装备、林草生态系统碳中和智慧感知计量方法、林草生态碳中和智慧感知标准化与人工智能应用示范的研究。解决林草生态碳中和智慧感知的“卡脖子”问题，制定一批林草生态碳中和智慧感知的国家与行业标准，服务国家“碳达峰、碳中和”重大战略目标。

在挂牌仪式上，北京林业大学工学院与江西马头山国家级自然保护区签署了产学研合作框架协议，双方将充分利用高校的科研和人才教育优势以及先进成熟的技术成果，结合保护区的自然资源和科研教学实践场地优势，通过人才联合培养、技术协作攻关、重大课题联合申报、成果应用示范等形式开展长期产学研全面合作。

近日，生物学院计算生物学中心研究人员发展了一系列计算模型研究万古霉素抗药性的遗传机理，相关成果发表在国际学术期刊《Frontires in Microbiology》和《Nature Communications》上。

金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus) 是人类的一种重要病原菌，可引起多种严重感染，万古霉素(vancomycin)作为治疗该菌引起疾病的最后一道防线，随着长时间的使用，也逐步产生了万古霉素耐药型菌株，探究其对不同万古霉素浓度的耐药性极为重要。

微生物对不同药物浓度的反应，在进化上是属于表型可塑性概念。表型可塑性是指生物体随环境改变而改变其表型的能力，在生物适应性进化中起着关键作用。但是生物对环境变化的响应机制是高度复杂的，表型可塑性如何受基因控制是学术界的一项悬而未决的重要课题。

研究人员设计了不同万古霉素浓度下的金黄色葡萄球菌生长实验，运用功能作图（functional mapping）等动态全基因组关联分析方法揭示了与金黄色葡萄球菌表型生长和可塑性相关的基因位点和机制。为后续的金黄色葡萄球菌感染和治疗提供了指导，为微生物表型可塑性研究提供了新方法，新策略。相关论文以题目为“Functional mapping of phenotypic plasticity of Staphylococcus aureus under vancomycin pressure”发表在知名期刊《Frontiers in Microbiology》（二区，IF：5.64）上。

在功能作图的基础上， 研究人员发明功能图论(functional graph theory)，以此来推断表型可塑性的全基因组互作组网络（omnigenic interactome network）。这一成果题为“Inferring multilayer interactome networks shaping phenotypic plasticity and evolution”发表在顶级期刊《Nature Communications》（一区，IF：14.91）上。

在这项研究中，研究人员整合了功能作图，进化博弈论，捕食者-猎物理论等多学科的知识，开发了一个统一的框架，构建出基因相互作用的微分方程。通过功能聚类和变量选择，运用龙格－库塔法对微分方程求解，实现了从任何维度的遗传数据中推断具有稳定性，稀疏性和因果关系的多层次全基因网络方法。

研究人员在使用金黄葡萄球菌设计了两个表型可塑性实验，一个是有无抗生素环境的表型可塑性实验，一个是金黄葡萄球菌和大肠杆菌共培的表型可塑性实验。通过复合功能作图对影响表型可塑性的关键QTL进行定位，运用上述模型重建了对应的遗传网络，来探究该物种的表型可塑性遗传机制。在全基因网络中对SNP的净遗传效应分解为该SNP自身效应和其他SNP对其的影响，揭示了影响表型可塑性的关键QTL的基因调控机制，并构建了蛋白质网络对其进行了验证。

研究发现，一些QTL的遗传效应大并不是因为其自身效应大，而是一些其他SNP对其有一个促进作用。而一些并不显著的位点并非其自身效应小，而是其他位点对其有负的调控效应将其抵消掉了，假如将这些负的调控效应来源给断掉，这些不显著位点可能表现出极强的影响力。在过去的几十年中，GWAS方法因为只能识别一小部分遗传力，更多的遗传力丢失掉而饱受诟病。论文中提的全基因网络构建方法很好的解释了这些丢失的遗传力。　

据悉，功能作图技术是复杂性状遗传分析的重要方法，是国外大学多年前研发出来的。在北京林业大学，计算生物学科研人员借助与国外合作特有的优势，开展与我校微生物学团队的紧密合作，终于在国际上开发出突破功能作图的功能图论，并将之应用到金黄色葡萄球菌万古霉素耐药性的形成机理研究，取得成功。

两篇论文均是年轻博士生杨登程为第一作者，其他多个博士生董昂、王静等参与。其中第一篇论文以青年教师金一为通讯作者，直接指导博士生具体研究工作；第二篇以资深教授邬荣领为通讯作者，顶层设计科研攻关路线图。青年教师何晓青、叶梅霞等参与了两项研究，形成了跨学科、多层次、极富竞争力的科研队伍。

近日，我校工学院徐道春教授带领的林果采收处理团队成功研制了“第三代电动林用单轨车”，于9月中旬开始在延安市崾崄国家级核桃产业基地示范应用。

林业运输是经济林发展的重要环节，林业单轨车是一种解放劳动力、提高运输效率的低成本山地运输方式。第三代电动林用单轨车是由我校林果采收处理研究团队研制而成，具有爬坡能力强、载货能力强的特点，使用电机驱动，节能环保，且安装简单容易操作。第三代电动林用单轨车主要应用于山地林果运输，尤其适用于交通不便的山地地形，如山地核桃、苹果、油茶果运输等，目前已申请两项发明专利。

目前，第三代电动林用单轨车在崾崄国家级核桃产业基地（隶属黄龙县干果公司）示范应用。经过应用测试，该电动单轨车可实现150kg载重、30km/h速度下稳定通行，并可实现在弯道、坡道等复杂路线行驶。

电动林用单轨车投入使用后，可在复杂地形载重行驶，大大节省了人力成本，促进乡村振兴的国家目标，也为实现林果运输机械化及智能化打下良好基础。据团队主创成员介绍，目前团队正在对实际应用过程中遇到的问题不断改进，此后还将加入变轨系统，实现在纵横交错的轨道网络上自巡航运输。

本研究团队整合行为生态学与基因作图理论，利用数学模型将微生物的竞争与合作系统分解为共生、拮抗、攻击和利他网络，将网络嵌入到基因定位的框架，构建了网络作图模型（network mapping）。并利用network mapping挖掘了植物影响微生物组网络结构的关键基因，探究了植物-微生物组互作在植物优良性状形成中的潜在机制，为阐明微生物-植物互作遗传机制奠定了理论基础，并为植物-微生物组互作促进植物优良性状形成的生物学基础研究提供了新的思路，从而为人工设计或合成“理想微生物组”提供了科学依据。

微生物组是一个异常庞大的生物系统（ecosystem），其组成复杂多变，形成了一个结构上错综复杂但组织上严密有序的生物互联网（biointernet）。构建如此庞大的生物互联网，即使在高度发达的人工智能领域也没有成功的案例。我校研究人员借鉴多学科的知识，大胆地加以融合，形成了一套新理论、新方法，终于突破高维互作生物互联网构建的技术难关，在国际上首次提出解析微生物组的网络作图概念，并成功发现拟南芥与其微生物组对话的关键路线图，为植物生长、发育提供了一种崭新的研究方法与思路。

生物学院教师何晓青为论文的第一作者，研究生张琦、李贝贝，以及生物学院教师金一、姜立波共同参与了这项研究，邬荣领教授任论文的通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金的资助。　　

生态与自然保护学院崔国发教授团队研编的《中国森林认证  森林生态环境服务  自然保护区》（LY/T 2239-2013）和《中国森林认证  森林公园生态环境服务》（LY/T 2277-2014），被列入中国人民银行、发展改革委和证监会印发的《绿色债券支持项目目录（2021年版）》。参见《中国人民银行 发展改革委 证监会关于印发<绿色债券支持项目目录（2021年版）>的通知》（银发〔2021〕96号）。

绿色债券是指将募集资金专门用于支持符合规定条件的绿色产业、绿色项目或绿色经济活动，依照法定程序发行并按约定还本付息的有价证券，包括但不限于绿色金融债券、绿色企业债券、绿色公司债券、绿色债务融资工具和绿色资产支持证券。绿色债券是重要的绿色金融工具。对绿色债券支持领域和范围进行科学统一界定，有助于提升我国绿色债券的绿色程度和市场认可度。

《中国森林认证  森林生态环境服务  自然保护区》（LY/T 2239-2013）由国家林业和草原局（原国家林业局）于2013年10月17日正式发布，自2014年1月1日起实施。本标准规定了森林类自然保护区森林生态环境服务认证应遵循的指标体系，包括7个一级指标、35个二级指标、108个三级指标。其中“保护管理依法开展”、“管理能力建设到位”、“生物多样性保护有效”、“生态环境维护有力”、“科研宣教功能健全”5个一级指标及下属各级指标是所有自然保护区必须审核的指标；“生态旅游规范有序”包含的指标仅对开展旅游活动的自然保护区进行审核；“社区关系健康和谐”包括的指标仅对具有周边社区的自然保护区进行审核。标准是用于具有资质的森林认证机构对全国范围内森林类自然保护区进行森林生态环境服务认证审核，其他类型自然保护区可参考执行。该标准的发布与实施不仅有利于自然保护区管理机构充分认识自身保护和管理水平，而且有助于行业管理部门及时掌握自然保护区的管理有效性，提升自然保护区的森林生态环境服务功能。

《中国森林认证  森林公园生态环境服务》（LY/T 2277-2014）由国家林业和草原局（原国家林业局）于2014年8月21日正式发布，自2014年12月1日起实施。本标准规定了森林公园生态环境服务认证应遵循的指标体系，包含6个一级指标、32个二级指标、101个三级指标。指标体系主要包括森林风景资源和生物多样性保护有效、生态文化传播有力、生态旅游产品优质且旅游服务到位、生态环境维护有力、区域经济发展健康和谐、管理制度和保障措施完善等6个方面。标准适用于具有资质的森林认证机构对全国范围内森林公园的生态环境服务进行审核和评估。该标准的发布与实施不仅有利于森林公园管理机构认识自身管理和经营水平，而且有助于促进森林公园的可持续经营，充分发挥森林公园在保护森林风景资源和生物多样性、传播生态文化和开展森林生态旅游三大功能上的作用。

据悉，自标准发布以来，自然保护区和森林公园的森林生态环境服务认证工作稳妥有序推进。全国已有黑龙江丰林国家级自然保护区、甘肃连城国家级自然保护区、重庆缙云山国家级自然保护区和张家界国家森林公园等地通过第三方审核,获得“中国森林认证证书”。

近日，中国农村技术开发中心在东北林业大学召开了“经济动物高效安全养殖技术应用与示范”项目的课题验收会，我校共同承担的“麝类和鹿类种质资源培育及其关键技术的研究与示范”课题顺利通过了专家验收。该课题承担单位为北京林业大学、中国农业科学院特产研究所、新疆农业大学、漳州片仔癀药业股份有限公司、吉林四平种鹿有限公司。

验收专家组对课题完成情况及取得的成果给予了很高的评价，建议加大科技成果的转化力度及推广力度。专家组评审意见为，该课题开展了麝类和鹿类优质种质资源评定及核心群选育、精细化饲养模式与环境控制技术集成与示范、精准疾病监测及防控技术体系等研究，取得种质资源多参数评价技术、食源植被遴选及饲料营养成分组配技术、应激减缓和免疫力提升的集成技术、消化道疾病诊断及防控技术、人工活体取香标准化技术成果，鹿类保定及人工受精技术的优化、营养平衡及饲养技术研究、均为麝类和鹿类饲养繁育业亟待解决的关键技术领域，将提升麝类和鹿类饲养繁育的科学化、规范化及高效安全的水平，为该产业的健康及快速发展奠定科学依据。

本课题在执行过程中紧密结合麝类和鹿类饲养企业的科技需求，采用研发、示范、推广一体化的方案，及时吸纳生产实践上的反馈意见，指导和培训技术人员运用所研发的技术成果服务麝类和鹿类养殖生产实践。通过课题研发工作，发表期刊论文12篇，申请国家发明专利7件，授权4件；培养研究生17人，其中博士6人，硕士11人；建立科研示范基地10个，开展技术培训12次，培训员工600人次，获得了良好的示范效果，完成了本课题的预定目标。

本课题的完成提升了保护学院在麝类资源保护与利用领域的学术地位，并成为该领域的重要科技支撑力量。

近日，环境学院课题组完成的研究成果在环境类Top期刊《Journal of Hazardous Materials》（影响因子：10.588）上发表。研究内容为关于外加电子供体增强地下水波动带中含氟糖皮质激素的生物还原降解作用，论文名称为“Enhanced bio-reductive defradation of fluoroglucocorticoids in the groundwater fluctuation zone by external electron donors: Performance, microbial community, and functional genes”，环境学院博士研究生向雅芸为第一作者，北京林业大学为第一完成单位。

近年来糖皮质激素（GCs）这类内分泌干扰物频繁在地下水中检出，它们以污染羽形式扩散进入地下水波动带，引发更广泛的环境风险。因此，了解地下水波动过程中GCs的时空分布，抑制污染羽的扩散，特别是曲安奈德（TA）这类检测频率高、浓度高、毒性大的合成氟糖皮质激素（FGCs）的抑制具有重要意义。马伟芳教授课题组的研究评价了外加电子供体在地下水波动环境中对含氟糖皮质激素（FGCs）生物还原降解的强化效果。结果表明，在地下水位反向波动的丰水季，外部电子供体抑制了FGCs的迁移扩散，增强了生物还原性降解。随着额外电子供体的加入，TA的时空扩散率和时间积累率降低了一个数量级。此外，在地下水位下降后的枯水期，土壤中残留的TA被有效降解，降解机制主要是微生物向着具有铁氧化还原功能的群落结构演化。

本研究得到了国家自然科学基金项目（No. 51678052）和北京市科委资助项目（No. Z201100008220013）的资助。

近日，环境学院课题组完成的关于镍修饰氮掺杂碳催化剂在电还原CO₂产CO中的真正活性位的研究论文在JCR一区top期刊《Advanced Energy Materials》（影响因子：29.368）上发表，论文第一作者为环境学院博士研究生梁书瑜，北京林业大学为文章第一完成单位，文章主要信息如下：Shuyu L, Qian J, Qiang W, Yuefeng L. Revealing the Real Role of Nickel decorated Nitrogen-doped Carbon Catalysts for Electrochemical Reduction of CO₂ to CO, Advanced Energy Materials, 202101477.

在常温常压条件下电化学还原CO₂为高附加值燃料和化学品是缓解温室效应和能源危机的有效方法。氮掺杂碳基镍单原子催化剂已被广泛地证明能够高效电还原CO₂为CO。然而对于氮掺杂碳部分包覆/包裹的Ni NPs是否对电还原CO₂具有活性仍然存在疑问。王强教授课题组设计合成了三种同时含有不同比例的Ni单原子和氮掺杂碳部分包覆/包裹的Ni NPs的Ni/氮掺杂石墨碳 (Ni-NG) 催化剂，并且采用强酸长时间酸洗处理去除了催化剂中大部分Ni NPs，对三种催化剂酸洗前后的CO₂RR性能进行了比较。并对不同氮掺杂碳层数包覆的Ni NPs的CO₂RR路径及析氢反应路径进行了DFT计算。最终通过系统的实验设计及理论计算，指出氮掺杂碳部分包覆/包裹Ni纳米颗粒对CO₂电还原没有活性，实际的催化活性来自于Ni单原子。为后续的研究电还原CO₂制CO的M-N-C催化剂提供了一个活性位辨识方向的参考。

该项工作得到国家自然科学基金的资助。