Pemodelan Entropi Maksimum Kawasan Taburan Morchella Dill. Ex Pers. Spesies di China Di Bawah Perubahan Iklim Bahagian 1

Ringkasan ringkas:Perubahan iklim sentiasa menjadi faktor yang ketara dalam penyelidikan pengedaran spesies. Dalam beberapa dekad kebelakangan ini, habitat spesies telah dimusnahkan secara beransur-ansur akibat perubahan iklim. Oleh itu, untuk meramalkan bagaimana perubahan iklim akan mempengaruhi kemandirian dan habitat sesuai Morchella Dill liar. bekas Pers. spesies di China, kami menggunakan model entropi maksimum untuk mensimulasikan perubahan dalam kawasan pengedarannya daripada tempoh sejarah kepada tempoh masa hadapan. Keputusan kami menggambarkan bahawa hujan, ketinggian dan suhu adalah faktor yang sangat diperlukan yang mempengaruhi kehadiran dan habitat yang sesuai bagi spesies Morchella liar. Tambahan pula, penyelidikan ini menunjukkan kepada kami trend yang menjanjikan bahawa, tanpa mengira senario mana, kawasan yang sesuai bagi spesies akan meningkat kepada skala tertentu tidak lama lagi. Berdasarkan penemuan ini, kami boleh meneroka dan mereka bentuk skim optimum untuk pemuliharaan sumber Morchella liar.

Glikosida cistanche juga boleh meningkatkan aktiviti SOD dalam tisu jantung dan hati, dan dengan ketara mengurangkan kandungan lipofuscin dan MDA dalam setiap tisu, dengan berkesan menghilangkan pelbagai radikal oksigen reaktif (OH-, H₂O₂, dll.) dan melindungi daripada kerosakan DNA yang disebabkan oleh OH-radikal. Glikosida phenylethanoid cistanche mempunyai keupayaan penghapusan radikal bebas yang kuat, keupayaan pengurangan yang lebih tinggi daripada vitamin C, meningkatkan aktiviti SOD dalam penggantungan sperma, mengurangkan kandungan MDA, dan mempunyai kesan perlindungan tertentu pada fungsi membran sperma. Polisakarida cistanche boleh meningkatkan aktiviti SOD dan GSH-Px dalam eritrosit dan tisu paru-paru tikus senescent eksperimen yang disebabkan oleh D-galaktosa, serta mengurangkan kandungan MDA dan kolagen dalam paru-paru dan plasma, dan meningkatkan kandungan elastin, mempunyai kesan penghapusan yang baik pada DPPH, memanjangkan masa hipoksia pada tikus senescent, meningkatkan aktiviti SOD dalam serum, dan melambatkan degenerasi fisiologi paru-paru dalam tikus senescent secara eksperimen Dengan degenerasi morfologi selular, eksperimen telah menunjukkan bahawa Cistanche mempunyai keupayaan antioksidan yang baik. dan berpotensi menjadi ubat untuk mencegah dan merawat penyakit penuaan kulit. Pada masa yang sama, echinacoside dalam Cistanche mempunyai keupayaan yang ketara untuk menghilangkan radikal bebas DPPH dan mempunyai keupayaan untuk mengais spesies oksigen reaktif dan menghalang degradasi kolagen yang disebabkan oleh radikal bebas, dan juga mempunyai kesan pembaikan yang baik pada kerosakan anion radikal bebas timin.

Klik Pada Adakah Cistanche Berfungsi untuk Antioksidan

【Untuk maklumat lanjut:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

Abstrak: Morchella is a kind of precious edible, medicinal fungi with a series of important effects,  including anti-tumor and anti-oxidation effects. Based on the data of 18 environmental variables and the distribution sites of wild Morchella species, this study used a maximum entropy (MaxEnt) model to predict the changes in the geographic distribution of Morchella species in different historical periods (the Last Glacial Maximum (LGM), Mid Holocene (MH), current, 2050s and 2070s). The results revealed that the area under the curve (AUC) values of the receiver operating characteristic curves of different periods were all relatively high (>0.83), menunjukkan bahawa keputusan model entropi maksimum adalah baik. Pemodelan taburan spesies menunjukkan bahawa faktor utama yang mempengaruhi taburan geografi spesies Morchella ialah kerpasan suku paling kering (Bio17), ketinggian, suhu purata suku paling sejuk (Bio11), dan suhu purata tahunan (Bio1). Simulasi taburan geografi mencadangkan bahawa habitat semasa Morchella yang sesuai kebanyakannya terletak di Yunnan, Sichuan, Gansu, Shaanxi, Wilayah Autonomi Uygur Xinjiang (XUAR) dan wilayah lain di China. Berbanding dengan zaman semasa, kawasan yang sesuai di Barat Laut dan Timur Laut China berkurangan dalam tempoh LGM dan MH. Bagi tempoh masa hadapan, habitat yang sesuai semuanya meningkat di bawah senario yang berbeza berbanding dengan pada zaman kontemporari, menunjukkan trend pengembangan ke Timur Laut dan Barat Laut China. Keputusan ini boleh memberikan asas teori untuk perlindungan, eksploitasi rasional, dan penggunaan sumber Morchella liar di bawah senario perubahan iklim.

1. Pengenalan

Perubahan iklim adalah faktor persekitaran yang perlu dihadapi oleh semua organisma di Bumi sepanjang masa. Dengan perubahan iklim, taburan geografi spatial dan kawasan pengedaran spesies juga berubah. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, perubahan iklim global telah mengakibatkan perubahan dalam habitat pelbagai spesies dan juga kepupusan beberapa spesies [1,2]. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa sesetengah spesies akan bergerak ke kawasan latitud tinggi dan -altitud dua hingga tiga kali lebih pantas pada masa hadapan [3]. Oleh itu, menilai secara saintifik dan meramalkan kesan perubahan iklim terhadap taburan spesies dan biodiversiti telah menarik perhatian yang besar [4]. Untuk memahami perubahan ciri spesies yang berbeza di bawah keadaan iklim masa hadapan, penyelidikan tentang hubungan antara spesies dan iklim adalah amat mendesak.

Penyelesaian yang mungkin adalah menggunakan model pengedaran spesies (SDM). SDM ialah kaedah penting untuk analisis perubahan dalam julat taburan spesies, dan ia digunakan secara meluas dalam kajian biogeografi. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, menggunakan model pengedaran spesies untuk meramalkan taburan sebenar dan potensi spesies terancam [5], spesies nadir [6], dan spesies invasif [7] telah menjadi kawasan hangat dalam bidang ekologi. Dalam penyelidikan taburan spesies, iklim, tanah dan faktor lain (seperti keupayaan penghijrahan spesies) boleh mempengaruhi taburan geografi spesies sedikit sebanyak [8]. Digabungkan dengan data pengedaran spesies dan faktor persekitaran, SDM menayangkan data ini kepada julat spatial geografi tertentu, dan ia juga menganggarkan kawasan yang sesuai spesies untuk kemandirian dan keutamaan persekitaran hidup mereka [9-11]. SDM yang kini tersedia termasuk BIOCLIM, Analisis Faktor Niche Ekologi (ENFA), Model Linear Umum (GLM), Pendekatan Bayesian (BA), Algoritma Genetik (GA), dan MaxEnt [12]. Antaranya, MaxEnt menggunakan data kehadiran sebenar spesies dan pembolehubah persekitaran yang sepadan untuk mengira keadaan taburan spesies yang ideal di bawah kekangan khusus tertentu, iaitu kemungkinan pengedaran spesies di kawasan yang diramalkan apabila entropi adalah maksimum. Model ini berbeza daripada model lain dalam keperluan data tapak pengedaran spesies, penetapan parameter model, dan pengendalian pembolehubah persekitaran [13,14]. Kebanyakan model memerlukan data kehadiran dan ketiadaan taburan spesies; walau bagaimanapun, MaxEnt hanya bergantung pada tapak sedia ada yang sebenar [15]. Taburan kebarangkalian MaxEnt mempunyai definisi matematik yang ringkas, yang mudah dianalisis. Sebagai contoh, seperti GLM dan GAM, ketambahan model memungkinkan untuk mentafsir bagaimana setiap pembolehubah berkaitan dengan kesesuaian tanpa adanya interaksi antara pembolehubah [16]. Pada masa yang sama, ketepatan ramalan model MaxEnt adalah sangat tinggi sehingga ia boleh mencerminkan kebarangkalian kejadian spesies dengan betul pada tahap tertentu di bawah keadaan saiz sampel yang kecil [17].

Memandangkan kelebihan MaxEnt, ramai sarjana telah menerbitkan satu siri pencapaian penyelidikan yang signifikan menggunakan MaxEnt, menyediakan asas teori yang sangat berharga untuk pelbagai bidang, seperti pengurusan spesies invasif, perlindungan biodiversiti, dan pemilihan spesies yang hidup dalam keadaan persekitaran. . MaxEnt bukan sahaja boleh digunakan untuk tumbuhan dan haiwan, tetapi ia juga boleh digunakan untuk kulat. Sun et al. menggunakan MaxEnt untuk mensimulasikan habitat panda gergasi yang sesuai dan menerangkan tindak balas spesies terhadap pembolehubah persekitaran pada skala yang berbeza [18]. Liu et al. mensimulasikan pengedaran Houttuynia cordata Thunb (Ceercao) di bawah keadaan iklim semasa dan meramalkan potensi perubahan taburan geografi dan hasilnya mendedahkan bahawa kawasan habitat yang sesuai bagi Ceercao menurun di bawah tiga senario pelepasan gas rumah hijau pada tahun 2050-an dan 2070-an [19]. Yuan et al. meramalkan potensi taburan Phellinus bauksit Pilát, Phellinus Ignatius (L.) Quél. dan Phellinus vaninii Ljub. dan mendapati bahawa ketepatan keputusan adalah tinggi [20].

Morchella ialah sekumpulan kulat penting kepunyaan Morohellaceae Ascomycotina, yang diedarkan secara meluas di hemisfera utara. Kerana nutrisi dan nilai perubatannya yang kaya, spesies Morchella menduduki tempat dalam kulat yang boleh dimakan yang paling berharga dan menarik perhatian ramai ahli mikologi [21]. Komponen bioaktif semulajadi [22], seperti polisakarida, protein, dan lipid, yang diekstrak daripada Morchella memainkan peranan penting dalam pencegahan penyakit, termasuk peraturan imun [23], aktiviti anti-tumor [24], dan aktiviti anti-pengoksidaan [25]. ]. Kajian filogenetik molekul telah menunjukkan bahawa Morchella boleh dibahagikan kepada tiga klad evolusi utama, iaitu, Yellow Morchella, Black Morchella, dan Red Morchella [26]. Asia Timur dan China adalah kemungkinan pusat pembezaan dan kepelbagaian spesies Morchella. Pada masa ini, lebih daripada tiga puluh spesies Morchella telah direkodkan di China [27], yang merupakan salah satu negara yang mempunyai sumber Morchella liar yang paling banyak.

Walau bagaimanapun, eksploitasi berlebihan dan pemusnahan habitat menimbulkan ancaman teruk kepada kepelbagaian spesies Morchella liar [28]; Sementara itu, keperluan khusus dan kualiti persekitaran pertumbuhan Morchella telah lama didiskaunkan dalam bidang mikologi [29]. Selain itu, Taheri et al. [2] menunjukkan bahawa terdapat sedikit kajian tentang julat geografi kulat yang berkaitan dengan perubahan iklim berbanding dengan tumbuhan dan haiwan. Pada masa ini, masih tidak jelas bagaimana perubahan iklim akan memberi kesan kepada taburan geografi spesies Morchella dalam tempoh yang berbeza. Kajian ini bertujuan untuk meramalkan potensi taburan spesies Morchella di bawah senario berbeza iklim sejarah dan masa hadapan berdasarkan model MaxEnt. Tujuan kajian ini adalah untuk menganalisis kesan faktor persekitaran terhadap pembentukan badan berbuah Morchella dan untuk mensimulasikan perubahan kawasan taburan potensi Morchella dalam tempoh yang berbeza. Dijangka bahawa hasilnya akan menyediakan asas saintifik untuk kepelbagaian biologi dan pemuliharaan sumber liar Morchella pada masa hadapan.

2. Bahan-bahan dan cara-cara

2.1. Sumber Data Taburan Spesies

Data kejadian spesies Morchella diperoleh daripada tinjauan lapangan dan kertas kerja yang diterbitkan; kami memperoleh sejumlah 288 tapak. Pertama, lokasi berulang telah dibuang, dan kemudian kaedah penimbal digunakan. Resolusi spatial faktor persekitaran ialah 2.5 arcminutes dan titik data yang bertepatan secara spasial dalam jarak 5 km antara satu sama lain telah dibuang, membolehkan model overfitting yang disebabkan oleh tapak pengedaran pendua untuk dielakkan. Akhirnya, sejumlah 180 tapak Morchella telah dikekalkan (Rajah S1 dan Jadual S1).

2.2. Pemerolehan Faktor Persekitaran dan Prarawatan

Sebanyak 19 faktor persekitaran (Bio1–Bio19, Jadual 1) telah dimuat turun daripada Pangkalan Data Iklim Dunia, dan kadar taburan ruang ialah 2.5 arcminutes. Sebanyak 2 pembolehubah rupa bumi dan 7 pembolehubah tanah (Jadual 1) diperoleh daripada Pangkalan Data Tanah Dunia Harmonisasi. Pembolehubah rupa bumi dan tanah ditentukan bersama oleh Pertubuhan Makanan dan Pertanian Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu, Institut Antarabangsa untuk Analisis Sistem Gunaan, Institut Sains Tanah, Akademi Sains China dan pusat penyelidikan bersama Suruhanjaya Eropah. Peleraian spatial data ini disatukan menjadi 2.5 arcminutes dan semua data telah diubah menjadi format ASCII menggunakan ArcGIS 10.2. Taburan potensi Morchella dinilai dalam lima tempoh, iaitu, Maksimum Glasial Terakhir (LGM), Holosen Pertengahan (MH), semasa, 2050-an dan 2070-an. Kedua-dua data iklim masa lalu dan masa hadapan menggunakan model CCSM4.0 yang diterbitkan dalam Laporan Kelima IPCC; kami memilih tiga senario berbeza bagi pelepasan gas rumah hijau untuk tempoh masa hadapan (Jadual S2), dan senario ini ditakrifkan mengikut jumlah pemaksaan radiasi yang terhasil pada 2100 [30].

Untuk mengelakkan overfitting keputusan disebabkan oleh kolineariti tinggi pembolehubah persekitaran [31], sumbangan pembolehubah persekitaran dan analisis korelasi dilakukan berdasarkan program MaxEnt dan SPSS. Kami menggunakan program MaxEnt 3.4.1 untuk menganalisis sumbangan pembolehubah berdasarkan pembolehubah persekitaran dan tapak pengedaran Morchella, dan kami menetapkan ulangan kepada 10 kali. Seterusnya, maklumat tentang faktor persekitaran Morchella telah diekstrak menggunakan ArcGIS 10.2, dan analisis korelasi Pearson telah dilakukan antara pembolehubah persekitaran dalam SPSS 25 (Rajah 1). Digabungkan dengan sumbangan faktor persekitaran, kami mengekalkan faktor dengan pekali korelasi di bawah 0.8 mengenai enam faktor teratas. Beberapa faktor persekitaran mempunyai nilai pekali korelasi lebih besar daripada |0.8|, dan hanya satu pembolehubah dengan sumbangan yang lebih tinggi dikekalkan dan digunakan dalam model MaxEnt [32,33]. Akhirnya, 18 faktor persekitaran digunakan dalam pemodelan (Jadual 1).

2.3. Analisis Model MaxEnt

2.3.1. Pemilihan Parameter Model

Tapak pengedaran spesies Morchella dan 18 faktor persekitaran telah diimport ke dalam program MaxEnt3.4.1 untuk analisis pemodelan. Sebanyak 25 peratus daripada data pengedaran dipilih secara rawak sebagai set ujian untuk memeriksa ketepatan model, dan baki 75 peratus digunakan sebagai set latihan [34]. Kami menjalankan 10 replika bootstrap, yang jenisnya ialah Subsample. Selain itu, ambang yang dipilih ialah kepekaan latihan maksimum serta kekhususan, format output ialah Cloglog, dan parameter lain dibiarkan sebagai lalainya.

2.3.2. Model dan Penilaian Pembolehubah Persekitaran

AUC ialah kriteria komprehensif yang mewakili ketepatan dan keistimewaan ROC. Ia mula diperkenalkan ke dalam penilaian ketepatan model pengedaran spesies pada tahun 1997 [35], dan sejak itu, ia telah digunakan untuk menilai prestasi model. Nilai AUC berjulat dari 0.5 hingga 1. Jika nilai lebih hampir kepada 1, ini bermakna ketepatan ramalan model adalah lebih tinggi. Nilai AUC di bawah 0.7 menunjukkan bahawa kesan simulasi model adalah lemah; nilai AUC antara 0.7 dan {{10}}.8 menunjukkan bahawa kesan simulasi model adalah sederhana; nilai AUC antara 0.8 dan 0.9 menunjukkan bahawa kesan simulasi model adalah baik; dan pastinya, apabila nilai AUC lebih tinggi daripada 0.9, kesan simulasi adalah sangat baik [36]. Di samping itu, MaxEnt menyediakan kaedah Jackknife untuk menganalisis sumbangan relatif dan kepentingan pembolehubah persekitaran pada Morchella dan untuk menentukan faktor persekitaran utama.

2.3.3. Klasifikasi Wilayah yang Sesuai

Menurut penilaian kebarangkalian kehadiran dalam Laporan Kelima IPCC [37], kami mengklasifikasikan semula habitat Morchella yang sesuai menggunakan modul Reclass dalam ArcGIS 10.2 dengan kaedah segmen semula jadi. Habitat Morchella dibahagikan kepada empat gred menggunakan kaedah segmen semula jadi: habitat tidak sesuai (0 Kurang daripada atau sama dengan nilai Kurang daripada atau sama dengan 0.13), habitat rendah sesuai ({{8 }}.13 < nilai Kurang daripada atau sama dengan {{10}}.35), habitat sederhana sesuai (0.35 < nilai Kurang daripada atau sama dengan 0.63), dan habitat sesuai tinggi (0.63 < nilai Kurang daripada atau sama dengan 1).

2.3.4. Perubahan dalam Pusat Pengedaran Morchella

Alat SDM ialah kit alat GIS yang digunakan dalam menganalisis perubahan centroid di kawasan pengedaran yang sesuai [38]. Dalam kajian ini, alat SDM dan kawasan perduaan yang sesuai Morchella dalam tempoh yang berbeza digunakan untuk mengira lokasi geografi pusat pengedarannya, sekali gus menggambarkan laluan evolusi temporal dan spatial Morchella.

3. Keputusan

3.1. Penilaian Ketepatan Model

Seperti yang ditunjukkan dalam nilai AUC bagi lengkung ROC yang dikendalikan oleh MaxEnt, purata nilai AUC bagi data latihan model pengedaran potensi Morchella di bawah keadaan iklim lalu ialah {{0}}.907 , dan nilai purata AUC bagi data ujian ialah 0.847; dalam tempoh semasa, purata nilai AUC bagi data latihan ialah 0.905, dan nilai min data ujian ialah 0.852; bagi tempoh masa hadapan, nilai purata AUC bagi data latihan ialah 0.903, dan nilai min data ujian ialah 0.848 (Jadual 2). Mengikut piawaian penilaian nilai AUC, keputusan ini adalah baik dan boleh dipercayai.

3.2. Faktor Persekitaran yang Dominan

Jadual 3 menunjukkan sumbangan relatif faktor persekitaran pemodelan. Bio17, ketinggian, Bio11, dan Bio1 adalah faktor persekitaran utama yang mempengaruhi taburan Morchella. Dalam tempoh LGM, MH, semasa dan akan datang (2050s dan 2070s), kadar sumbangan terkumpul mencapai 75.8 peratus , 79.9 peratus , 70.6 peratus , 74.6 peratus , 77.5 peratus , 74.6 peratus , 76.8 peratus , 74.0 peratus dan 80.0 peratus . Bio17 paling banyak mempengaruhi Morchella, dan ketinggian dan Bio11 masing-masing merupakan faktor kedua dan ketiga paling berkesan, yang juga mempunyai kesan yang besar terhadap kebarangkalian kejadian Morchella.

Berdasarkan keluk tindak balas faktor tunggal, pengaruh faktor dominan terhadap kebarangkalian kehadiran Morchella telah dianalisis. Keadaan persekitaran yang sangat sesuai untuk kemandirian Morchella adalah seperti berikut: Bio17 ialah 11.32–77.78 mm, ketinggian ialah 1480.78–3827.03 m, Bio11 ialah −5.98–9.32 ◦C, dan Bio1 ialah 6.16–16.98 .

3.3. Taburan Geografi Berpotensi dan Penilaian Kawasan Sesuai Morchella

3.3.1. Kawasan yang Sesuai pada Masa Lalu

Habitat yang sesuai dalam kedua-dua LGM dan MH berkurangan berbanding dengan zaman sekarang. MaxEnt meramalkan bahawa jumlah kawasan sesuai Morchella menurun sebanyak 12.43 peratus di LGM dan kawasan sesuai yang tinggi menurun sebanyak 5.07 peratus , yang ditunjukkan terutamanya dalam pengurangan kawasan yang sesuai di tenggara Gansu, tengah dan selatan Shaanxi, dan utara Guizhou di China; kawasan sederhana yang sesuai menurun sebanyak 2.48 peratus, yang diramalkan kebanyakannya berlaku di XUAR dan China Utara; dan kawasan rendah yang sesuai menurun sebanyak 4.88 peratus, terutamanya di Timur Laut China dan barat laut XUAR (Rajah S2, dan Jadual 4 dan 5).

Bagi MH, julat pengurangan adalah lebih kecil daripada LGM. Terdapat sedikit perbezaan dalam MH dan semasa, yang tidak dapat kami bezakan dengan jelas dalam angka (Rajah S2 dan S3). Butiran lanjut mengenai kawasan pengedaran ditunjukkan dalam Jadual 4 dan 5.

3.3.2. Kawasan yang Sesuai pada Zaman Semasa

Dapat dilihat dalam Rajah S3 bahawa habitat Morchella yang sesuai adalah agak luas di bawah keadaan iklim kontemporari. Jumlah kawasan habitat yang sesuai adalah kira-kira 405.8195 × 104 km2, menyumbang 42.34 peratus daripada kawasan wilayah China (Jadual 4 dan 5). Ia sebahagian besarnya terletak di Barat Daya dan Barat Laut China, meliputi utara Yunnan, tenggara Tibet, Sichuan, tengah dan selatan Shaanxi, selatan Shanxi, utara Guizhou, tenggara Gansu, barat laut Xinjiang dan beberapa bahagian Fujian.

【Untuk maklumat lanjut:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】