מודל אנטרופיה מרבית את אזור התפוצה של Morchella Dill. אקס פרס. מינים בסין תחת אקלים משתנה חלק 1

סיכום פשוט:שינויי האקלים תמיד היו גורם בולט בחקר תפוצת המינים. בעשורים האחרונים, בתי הגידול של מינים נהרסו בהדרגה עקב האקלים המשתנה. לפיכך, לחזות כיצד שינוי האקלים ישפיע על ההישרדות ובתי הגידול המתאימים של שמיר מורצ'לה הבר. לשעבר פרס. מינים בסין, השתמשנו במודל אנטרופיה מקסימלית כדי לדמות את השינויים באזור התפוצה שלו מתקופות היסטוריות לתקופות עתידיות. התוצאות שלנו ממחישות כי משקעים, גובה וטמפרטורה הם גורמים הכרחיים המשפיעים על נוכחותם ובתי הגידול המתאימים של מיני מורצ'לה בר. יתר על כן, מחקר זה הראה לנו מגמה מבטיחה שלפיה, ללא קשר לאיזה תרחיש, השטח המתאים של המין יגדל בקרוב לקנה מידה מסוים. בהתבסס על ממצאים אלה, נוכל לחקור ולתכנן תוכנית אופטימלית לשימור משאבי מורצ'לה בר.

גליקוזיד של cistanche יכול גם להגביר את הפעילות של SOD ברקמות הלב והכבד, ולהפחית באופן משמעותי את תכולת הליפופוסצין וה-MDA בכל רקמה, תוך ניקוי יעיל של רדיקלי חמצן תגובתיים שונים (OH-, H₂O₂ וכו') ומגן מפני נזקי DNA הנגרמים על ידי OH-רדיקלים. לגליקוזידים פנילתנואידים של Cistanche יש יכולת ניקוי חזקה של רדיקלים חופשיים, יכולת צמצום גבוהה יותר מאשר ויטמין C, משפרים את פעילות ה-SOD בתרחיף זרע, מפחיתים את תכולת ה-MDA ובעלי השפעה הגנה מסוימת על תפקוד קרום הזרע. פוליסכרידים של Cistanche יכולים להגביר את הפעילות של SOD ו-GSH-Px באריתרוציטים וברקמות ריאה של עכברים מתבגרים שנגרמו על ידי D-galactose, כמו גם להפחית את תכולת ה-MDA והקולגן בריאה ובפלזמה, ולהגדיל את תכולת האלסטין. אפקט ניקוי טוב על DPPH, הארכת זמן ההיפוקסיה בעכברים מזדקנים, שיפור הפעילות של SOD בנסיוב, ועיכוב ניוון פיזיולוגי של ריאות בעכברים מזדקנים בניסוי. עם ניוון מורפולוגי תאי, ניסויים הראו כי ל-Cistanche יש יכולת נוגדת חמצון טובה ובעלת פוטנציאל להיות תרופה למניעה וטיפול במחלות הזדקנות העור. יחד עם זאת, לאכינאקוסיד ב-Cistanche יש יכולת משמעותית לנטרל רדיקלים חופשיים של DPPH ובעל יכולת לנקות מיני חמצן תגובתיים ולמנוע פירוק קולגן הנגרמת על ידי רדיקלים חופשיים, וכן יש לו אפקט תיקון טוב על נזקי אניון רדיקלים חופשיים של תימין.

לחץ על האם Cistanche Work for Antioxidant

【למידע נוסף:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

תַקצִיר: 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), המציין שהתוצאות של מודל האנטרופיה המקסימלית טובות. מודלים של התפלגות מינים הראו כי הגורמים העיקריים המשפיעים על התפוצה הגיאוגרפית של מיני Morchella היו המשקעים של הרבע היבש ביותר (Bio17), גובה, הטמפרטורה הממוצעת של הרבע הקר ביותר (Bio11), והטמפרטורה הממוצעת השנתית (Bio1). הדמיית התפוצה הגיאוגרפית העלתה כי בית הגידול המתאים הנוכחי של מרצ'לה ממוקם בעיקר ביונאן, סצ'ואן, גנסו, שאאנשי, האזור האוטונומי של שינג'יאנג אויגור (XUAR) ובמחוזות אחרים בסין. בהשוואה לזמנים הנוכחיים, השטח המתאים בצפון-מערב ובצפון-מזרח סין ירד בתקופות LGM ו-MH. באשר לתקופות העתידיות, בתי הגידול המתאימים כולם גדלו תחת התרחישים השונים בהשוואה לאלו בתקופות העכשוויות, מה שמציג מגמה של התרחבות לצפון מזרח וצפון מערב סין. תוצאות אלו עשויות לספק בסיס תיאורטי להגנה, ניצול רציונלי וניצול של משאבי מורצ'לה פראי תחת תרחישים של שינויי אקלים.

1. הקדמה

שינויי אקלים הם גורם סביבתי שכל האורגניזמים על פני כדור הארץ צריכים להתמודד איתו כל הזמן. עם האקלים המשתנה, גם ההפצות הגיאוגרפיות המרחביות ואזורי התפוצה של המינים משתנים. בשנים האחרונות, שינויי האקלים העולמיים הביאו לשינויים בבתי הגידול של מינים שונים ואף להכחדה של מינים מסוימים [1,2]. מחקרים הראו שמינים מסוימים יעברו לאזורי קו רוחב וגובה פי שניים עד שלושה מהר יותר בעתיד [3]. לפיכך, הערכה מדעית וחיזוי ההשפעה של שינויי האקלים על תפוצת המינים והמגוון הביולוגי משכו תשומת לב רבה [4]. כדי להבין את המאפיינים המשתנים של מינים שונים בתנאי אקלים עתידיים, מחקר על הקשר בין מינים לאקלים הוא דחוף מאוד.

פתרון אפשרי הוא שימוש במודל חלוקת המינים (SDM). SDM היא שיטה חשובה לניתוח שינויים בטווחי תפוצת המינים, והיא נמצאת בשימוש נרחב במחקרי ביוגיאוגרפיה. בשנים האחרונות, שימוש במודלים של תפוצת מינים כדי לחזות את התפוצה האמיתית והפוטנציאלית של מינים בסכנת הכחדה [5], מינים נדירים [6] ומינים פולשים [7] הפך למוקד חם בתחום האקולוגיה. במחקר של תפוצת מינים, אקלים, קרקע וגורמים אחרים (כגון יכולת הנדידה של מינים) יכולים להשפיע במידה מסוימת על התפוצה הגיאוגרפית של המינים [8]. בשילוב עם נתוני תפוצת מינים וגורמים סביבתיים, SDM מקרין נתונים אלה לטווח מרחבי גיאוגרפי מסוים, והוא גם מעריך את האזורים המתאימים של המינים להישרדות ואת העדפות סביבת החיים שלהם [9-11]. ה-SDMs הזמינים כעת כוללים את BIOCLIM, ניתוח גורמי הנישה האקולוגי (ENFA), המודל הליניארי הכללי (GLM), הגישה הבייזיאנית (BA), אלגוריתמים גנטיים (GAs) ו-MaxEnt [12]. בין אלה, MaxEnt משתמש בנתוני הנוכחות בפועל של מינים ובמשתנים הסביבתיים המתאימים כדי לחשב את המצב האידיאלי של תפוצת המינים תחת אילוצי נישה מסוימים, כלומר, התפלגות אפשרית של מינים באזור החזוי כאשר האנטרופיה היא מקסימלית. מודל זה נבדל ממודלים אחרים בדרישת הנתונים של אתרי תפוצת המינים, קביעת פרמטרי מודל וטיפול במשתנים סביבתיים [13,14]. רוב המודלים זקוקים לנתוני נוכחות והעדר של תפוצת מינים; עם זאת, MaxEnt מסתמכת רק על אתרים קיימים אמיתיים [15]. להתפלגות ההסתברות של MaxEnt יש הגדרה מתמטית תמציתית, שקל לנתח אותה. לדוגמה, כמו ב-GLM ו-GAM, התוספת של המודל מאפשרת לפרש כיצד כל משתנה מתייחס להתאמה בהיעדר אינטראקציות בין משתנים [16]. יחד עם זאת, דיוק החיזוי של מודל MaxEnt הוא כל כך גבוה שהוא יכול לשקף את ההסתברות להתרחשות של מינים בצורה נכונה במידה מסוימת בנסיבות של גודל מדגם קטן [17].

לאור עליונותה של MaxEnt, חוקרים רבים פרסמו סדרה של הישגי מחקר משמעותיים באמצעות MaxEnt, המספקים בסיס תיאורטי בעל ערך רב לתחומים שונים, כגון ניהול מינים פולשים, הגנה על המגוון הביולוגי ובחירת מינים החיים בתנאי סביבה. . לא רק ניתן להשתמש ב-MaxEnt עבור צמחים ובעלי חיים, אלא ניתן להשתמש בו גם עבור פטריות. Sun et al. השתמש ב-MaxEnt כדי לדמות את בית הגידול המתאים של פנדות ענק והסביר את התגובות של המינים למשתנים סביבתיים בקנה מידה שונה [18]. Liu et al. הדמיית את התפוצה של Houttuynia cordata Thunb (Ceercao) בתנאי האקלים הנוכחיים וחיזה את שינויי התפוצה הגיאוגרפיים הפוטנציאליים שלו והתוצאות חשפו ששטח בית הגידול המתאים של Cercao ירד תחת שלושה תרחישים של פליטת גזי חממה בשנות ה-2050 וה-2070 [19]. יואן וחב'. חזה את התפוצה הפוטנציאלית של Phellinus בוקסיט Pilát, Phellinus Ignatius (L.) Quél. ו-Phellinus vaninii Ljub. ומצא שדיוק התוצאות היה גבוה [20].

Morchella היא קבוצה של פטריות חשובות השייכות ל-Morohellaceae של Ascomycotina, אשר תפוצה נרחבת בחצי הכדור הצפוני. בגלל הערכים התזונתיים והרפואיים העשירים שלה, מיני מורצ'לה תופסים מקום בפטריות המאכל היקרות ביותר ומושכים את תשומת לבם של מיקולוגים רבים [21]. הרכיבים הביו-אקטיביים הטבעיים [22], כגון פוליסכרידים, חלבונים ושומנים, המופקים ממורצ'לה ממלאים תפקיד משמעותי במניעת מחלות, כולל ויסות חיסוני [23], פעילות אנטי-גידולית [24] ופעילויות נוגדות חמצון [25] ]. מחקרים פילוגנטיים מולקולריים הראו שניתן לחלק את מורצ'לה לשלושה קלידים אבולוציוניים עיקריים, כלומר, מורצ'לה צהובה, מורצ'לה שחורה ומורצ'לה אדומה [26]. מזרח אסיה וסין הם מרכזי הבידול והגיוון האפשריים של מיני Morchella. נכון להיום, יותר משלושים מינים של מורצ'לה תועדו בסין [27], שהיא אחת המדינות עם משאבי מורצ'לה בר השופעים ביותר.

עם זאת, ניצול יתר והרס בתי גידול מהווים איום חמור על מגוון המינים של מורצ'לה הבר [28]; בינתיים, הדרישות הספציפיות והאיכויות הסביבתיות של גידול מורצ'לה זכו להנחה מזמן בתחום המיקולוגיה [29]. בנוסף, Taheri et al. [2] הראה כי היו מעט מחקרים על הטווח הגיאוגרפי של פטריות הקשורות לשינויי אקלים בהשוואה לאלו של צמחים ובעלי חיים. נכון לעכשיו, עדיין לא ברור כיצד שינוי האקלים ישפיע על התפוצה הגיאוגרפית של מיני Morchella בתקופות שונות. מחקר זה נועד לחזות את התפוצה הפוטנציאלית של מיני Morchella תחת תרחישים שונים של אקלים היסטורי ועתידי בהתבסס על מודל MaxEnt. מטרת מחקר זה היא לנתח את ההשפעה של גורמים סביבתיים על היווצרות גופי פרי מורצ'לה ולדמות את השינויים באזורי התפוצה הפוטנציאליים של מורצ'לה בתקופות השונות. צפוי כי התוצאות יהוו בסיס מדעי למגוון הביולוגי ושימור משאבי הבר של מורצ'לה בעתיד.

2. חומרים ושיטות

2.1. מקור נתוני תפוצת המינים

נתוני ההתרחשות של מיני Morchella נרכשו מסקרי שטח וממאמרים שפורסמו; השגנו בסך הכל 288 אתרים. ראשית, מיקומים חוזרים ונשנים הושלכו, ולאחר מכן נעשה שימוש בשיטת החיץ. הרזולוציה המרחבית של גורמים סביבתיים הייתה 2.5 דקות קשת ונקודות נתונים חופפות מרחבית בטווח של 5 ק"מ אחת מהשנייה הושלכו, מה שמאפשר להימנע מהתאמת יתר של מודלים שנגרמו על ידי אתרי הפצה משוכפלים. לבסוף, סך של 180 אתרים של Morchella נשמרו (איור S1 וטבלה S1).

2.2. רכישה וטיפול מקדים של גורמים סביבתיים

סך של 19 גורמים סביבתיים (Bio1–Bio19, טבלה 1) הורדו ממאגר האקלים העולמי, וקצב ההתפלגות המרחבי היה 2.5 דקות קשת. סך של 2 משתני שטח ו-7 משתני קרקע (טבלה 1) התקבלו ממאגר המידע העולמי ההרמוני. משתני שטח וקרקע נקבעו במשותף על ידי ארגון המזון והחקלאות של האו"ם, המכון הבינלאומי לניתוח מערכות יישומיות, המכון למדעי הקרקע, האקדמיה הסינית למדעים ומרכז המחקר המשותף של הנציבות האירופית. הרזולוציה המרחבית של נתונים אלה אוחדה ל-2.5 דקות קשת, והנתונים כולם הומרו לפורמט ASCII באמצעות ArcGIS 10.2. ההתפלגות הפוטנציאלית של Morchella הוערכה על פני חמש תקופות, כלומר, מקסימום הקרחון האחרון (LGM), אמצע הולוקן (MH), הנוכחי, שנות ה-2050 וה-2070. גם הנתונים האקלימיים בעבר וגם בעתיד מאמצים את מודל CCSM4.0 שפורסם בדוח החמישי של IPCC; בחרנו שלושה תרחישים שונים של פליטת גזי חממה לתקופות העתידיות (טבלה S2), ותרחישים אלה מוגדרים על פי הכוח הכולל של קרינה שהתקבל בשנת 2100 [30].

כדי למנוע התאמת יתר של התוצאות עקב הקולינאריות הגבוהה של משתנים סביבתיים [31], בוצעו ניתוחי תרומה של משתנים סביבתיים וניתוח מתאם על בסיס תוכניות MaxEnt ו-SPSS. השתמשנו בתוכנית MaxEnt 3.4.1 כדי לנתח את תרומות המשתנים על סמך משתנים סביבתיים ואתרי ההפצה של Morchella, והגדרנו את החזרות ל-10 פעמים. לאחר מכן, המידע על הגורמים הסביבתיים של Morchella הוצא באמצעות ArcGIS 10.2, ובוצע ניתוח מתאם של Pearson בין משתנים סביבתיים ב-SPSS 25 (איור 1). בשילוב עם התרומה של גורמים סביבתיים, שמרנו על גורמים עם מקדמי מתאם מתחת ל-0.8 לגבי ששת הגורמים המובילים. לכמה גורמים סביבתיים היו ערכי מקדם מתאם גדולים מ-|0.8|, ורק משתנה אחד עם תרומה גבוהה יותר נשמר והשתמש במודלים של MaxEnt [32,33]. לבסוף, נעשה שימוש ב-18 גורמים סביבתיים במודל (טבלה 1).

2.3. ניתוח מודלים של MaxEnt

2.3.1. בחירת פרמטרים של דגם

אתרי התפוצה של מיני Morchella ו-18 גורמים סביבתיים יובאו לתוכנית MaxEnt3.4.1 לניתוח מידול. סך של 25 אחוזים מנתוני ההפצה נבחרו באופן אקראי כמערך הבדיקות לבחינת דיוק המודל, ו-75 האחוזים הנותרים שימשו כמערך ההדרכה [34]. הרצנו 10 עותקים של bootstrap, שהסוג שלהם היה Subsample. מלבד זאת, הסף שנבחר היה רגישות אימון מקסימלית פלוס ספציפיות, פורמט הפלט היה Cloglog, ושאר הפרמטרים נותרו כברירת המחדל שלהם.

2.3.2. הערכת משתנים סביבתיים ומודלים

AUC הוא קריטריון מקיף המייצג את הדיוק והמומחיות של ROC. הוא הוצג לראשונה להערכת דיוק מודל התפלגות המינים בשנת 1997 [35], ומאז הוא שימש להערכת ביצועי המודלים. הערך של AUC נע בין 0.5 ל-1. אם הערך קרוב יותר ל-1, זה אומר שהדיוק החזוי של המודל גבוה יותר. ערך AUC מתחת ל-0.7 מציין שהשפעת הסימולציה של המודל גרועה; ערך AUC בין 0.7 ל-{{10}}.8 מציין שהשפעת הסימולציה של המודל מתונה; ערך AUC בין 0.8 ל-0.9 מציין שהשפעת הסימולציה של המודל טובה; ובוודאי, כאשר ערך AUC גבוה מ-0.9, אפקט הסימולציה מצוין [36]. בנוסף, MaxEnt מספקת שיטת Jackknife לניתוח התרומה והחשיבות היחסית של משתנים סביבתיים על Morchella ולקביעת הגורמים הסביבתיים העיקריים.

2.3.3. סיווג אזור מתאים

לפי הערכת הסתברות הנוכחות בדוח החמישי של IPCC [37], סיווגנו מחדש את בית הגידול המתאים של Morchella באמצעות מודול Reclass ב-ArcGIS 10.2 בשיטת המקטע הטבעי. בית הגידול של מורצ'לה חולק לארבע דרגות בשיטת הפלחים הטבעיים: בית גידול לא מתאים (0 פחות או שווה לערך פחות או שווה ל-0.13), בית גידול מתאים נמוך ({{8 }}.13 < ערך קטן או שווה ל-{{10}}.35), בית גידול מתאים בינוני (0.35 < ערך פחות או שווה ל-0.63), ובית גידול מתאים גבוה (0.63 < ערך קטן מ-1 או שווה ל-1).

2.3.4. שינוי במרכז ההפצה של מורצ'לה

כלי SDM הוא ערכת כלים GIS המשמשת לניתוח השינוי המרכזי באזורי הפצה מתאימים [38]. במחקר זה, נעשה שימוש בכלי SDM והאזורים המתאימים הבינאריים של מורצ'לה בתקופות שונות כדי לחשב את המיקום הגיאוגרפי של מרכז ההפצה שלה, ובכך להמחיש את תוואי האבולוציה הזמנית והמרחבית של מורצ'לה.

3. תוצאות

3.1. הערכת דיוק המודל

כפי שמוצג בערך ה-AUC של עקומת ה-ROC המופעלת על ידי MaxEnt, ערך ה-AUC הממוצע של נתוני האימון של מודל ההפצה הפוטנציאלי של Morchella בתנאי אקלים עבר היה {{0}}.907 , וערך ה-AUC הממוצע של נתוני הבדיקה היה 0.847; בתקופה הנוכחית, ערך ה-AUC הממוצע של נתוני האימון היה 0.905, והערך הממוצע של נתוני הבדיקה היה 0.852; באשר לתקופות העתידיות, ערך ה-AUC הממוצע של נתוני האימון היה 0.903, והערך הממוצע של נתוני הבדיקה היה 0.848 (טבלה 2). על פי תקן ההערכה של ערך AUC, תוצאות אלו טובות ואמינות.

3.2. גורמים סביבתיים דומיננטיים

טבלה 3 מציגה את התרומה היחסית של מודלים של גורמים סביבתיים. Bio17, Elevation, Bio11 ו-Bio1 היו הגורמים הסביבתיים העיקריים שהשפיעו על תפוצת Morchella. בתקופות LGM, MH, נוכחיות ועתידיות (ה-2050 ו-2070), שיעורי התרומה המצטברים הגיעו ל-75.8 אחוז, 79.9 אחוז, 70.6 אחוז, 74.6 אחוז, 77.5 אחוז, 74.6 אחוזים, 76.8 אחוזים, 74.0 אחוזים ו-80.0 אחוזים. Bio17 השפיע הכי הרבה על Morchella, וגובה ו-Bio11 היו הגורמים השני והשלישי ביעילותם, בהתאמה, שגם להם הייתה השפעה רבה על ההסתברות להתרחשות Morchella.

בהתבסס על עקומות התגובה של גורם יחיד, נותחה השפעתם של גורמים דומיננטיים על הסתברות נוכחות Morchella. התנאים הסביבתיים המתאימים ביותר להישרדותה של Morchella היו כדלקמן: Bio17 היה 11.32-77.78 מ"מ, הגובה היה 1480.78-3827.03 מ', Bio11 היה -5.98-9.32 ◦C, ו-Bio1 היה 6.16-16.98 C (איור ◦C).

3.3. תפוצה גיאוגרפית פוטנציאלית והערכה של אזורים מתאימים של מורצ'לה

3.3.1. אזורים מתאימים בעבר

בית הגידול המתאים הן ב-LGM והן ב-MH ירד בהשוואה לזה של הגיל הנוכחי. MaxEnt חזה כי סך השטח המתאים של Morchella ירד ב-12.43 אחוזים ב-LGM וכי השטח המתאים הגבוה ירד ב-5.07 אחוזים, מה שבאו לידי ביטוי בעיקר בצמצום השטח המתאים בדרום מזרח גאנסו, במרכז ובדרום שאאנשי, וצפון גויז'ו בסין; השטח המתאים המתון ירד ב-2.48 אחוזים, מה שצפוי להתרחש בעיקר ב-XUAR ובצפון סין; והשטח המתאים הנמוך ירד ב-4.88 אחוזים, בעיקר בצפון מזרח סין ובצפון מערב XUAR (איור S2, וטבלאות 4 ו-5).

באשר ל-MH, טווח ההפחתה היה קטן יותר מזה שב-LGM. היה פער קל ב-MH ובזרם, שלא הצלחנו להבחין בבירור באיורים (איורים S2 ו-S3). פרטים נוספים על אזור החלוקה מוצגים בטבלאות 4 ו-5.

3.3.2. אזורים מתאימים בזמנים נוכחיים

ניתן לראות באיור S3 כי בית הגידול המתאים של Morchella הוא נרחב יחסית בתנאי אקלים עכשוויים. שטח הגידול המתאים הכולל היה כ-405.8195 × 104 קמ"ר, המהווה 42.34 אחוז מהשטח הטריטוריאלי של סין (טבלאות 4 ו-5). הוא היה ממוקם ברובו בדרום מערב וצפון מערב סין, מכסה את צפון יונאן, דרום מזרח טיבט, סצ'ואן, מרכז ודרום שאאנשי, דרום שאנשי, צפון גויז'ו, דרום מזרח גאנסו, צפון מערב שינג'יאנג וחלקים מסוימים של פוג'יאן.

【למידע נוסף:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】