北京奥林匹克森林公园绿地碳交换动态及其环境控制因子

随着城市化进程的推进,城市公园绿地的面积也在不断地增加。在碳循环与气候变化研究中,以人工植被为主要存在形态的城市绿地生态系统,其潜在的碳汇功能亦不容忽视。基于涡度相关技术,于2011年12月1日至2012年11月30日对北京奥林匹克森林公园城市绿地生态系统进行了碳通量观测,以探讨城市绿地生态系统碳交换及其与环境因子的关系及其源/汇属性和强度。研究发现：奥林匹克森林公园绿地年总生态系统生产力（Gross ecosystem production, GEP）、生态系统呼吸（Ecosystem respiration, Re）、生态系统净生产力（Net ecosystem production, NEP）具有明显的季节变化,生长季（4月—11月）以吸收二氧化碳（CO2）为主,非生长季以释放CO2为主。Re随空气温度（Air temperature, Ta）呈指数增加,温度敏感性系数（Q10）为2.5;GEP也随Ta的升高而增加;GEP与Re对Ta的响应差异决定着NEP与Ta的关系：当Ta < 10.0 ℃时,NEP随Ta升高而下降;当Ta > 10.0 ℃时, NEP随Ta升高而增加。在生长季各月,日总GEP随日光合有效辐射（Photosynthetically active radiation, PAR）的升高而增加,生态系统光合作用表观光量子效率（α）和平均最大光合速率（Amax）也表现出明显的季节变化,最大值出现在7月,分别为0.083 μmol CO2/μmol PAR 和29.46 μmol/m2?s,最小值出现在11月,分别为0.017 μmol CO2/μmol PAR和4.16 μmol/m2?s。奥林匹克森林公园绿地全年GEP 、Re、NEP的年总量分别为1192、1028、164 g C/m2。该研究结果可用于估算、模拟预测相似城市生态系统在气候变化背景下生态系统净碳交换,可作为城市绿地生态系统管理与应对气候变化的重要理论基础。     

西双版纳热带季节雨林晴天CO2交换的日变化和季节变化特征

应用2003年11月-2004年10月晴好天气涡度相关通量观测资料,对西双版纳热带季节雨林CO2交换的日变化和季节变化进行分析。结果表明：雾凉季、干热季和雨季的净生态系统CO2交换（NEE）均呈现出单峰型曲线的日变化趋势,昼间其变化规律较强,夜间呈波动状态。昼间NEE（取绝对值）雾凉季和雨季均显著大于干热季;夜间NEE雨季显著大于干热季,而干热季显著大于雾凉季。光合有效辐射是影响NEE日变化的主要因素,但不是造成季节差异的主要因素;饱和水汽压差和气温对NEE的季节差异有较大贡献。另外,应用Michaelis-Menten模型对昼间不同饱和水汽压差和气温下NEE对光合有效辐射的响应进行分析,结果表明：各季节较高饱和水汽压差下的表观最大光合速率（Pmax）、表观暗呼吸速率（Re）比较低饱和水汽压差下的Pmax、Re大,而表观光量子产额（α）则相反。各季节较高气温下的Re比较低气温下的Re大;雾凉季气温的差异对Pmax和α的影响较小;干热季和雨季较高气温下的α较小。     

黄河三角洲芦苇湿地生态系统碳、水热通量特征

利用涡度相关法对黄河三角洲芦苇湿地生态系统进行了连续两年的通量观测,对2009—2010年生长季芦苇湿地的净生态系统碳交换量(NEE),感热通量(Hs)和潜热通量(LE)数据进行了分析。结果表明,在日尺度上,芦苇湿地NEE日变化特征表现为两个CO2吸收高峰,分别出现在11:00和16:00左右,其特点是在午间出现了碳交换通量的降低。CO2吸收的日最大值在两个生长季出现的时间有所不同,分别出现在2009年7月(-0.30 mg CO2m-2s-1)和2010年6月(-0.37 mg CO2m-2s-1)。CO2排放的日最大值两个生长季均出现在9月,分别为0.19和0.25 mg CO2m-2s-1。Hs和LE的日动态均为单峰型,极值都出现在中午前后,生长季生态系统的能量消耗主要以潜热为主,且在日尺度上,热通量和NEE有显著的负相关关系。在季节尺度上,芦苇湿地生长季具有明显的碳汇功能,2009年生长季生态系统白天固定354.63 g CO2/m2,同时期夜间释放159.24 g CO2/m2,净CO2吸收量为-195.39 g CO2/m2。2009年整个生长季生态系统总初级生产力(GPP)为-651.13 g CO2/m2,生态系统呼吸(Re)为455.74 g CO2/m2,系统表现为碳汇。路径分析表明:光合有效辐射(PAR)显著影响NEE的日动态(R2=0.46—0.84),而NEE的季节动态主要受土壤温度的影响,降水和PAR的影响次之。     

珠三角城市绿地CO2通量的季节特征

城市绿地是城市碳循环的重要组成部分,利用长期定位观测资料估算珠三角典型城市绿地的CO2通量,可以为应对气候变化、评价区域碳源汇提供参考。应用2009、2010年,东莞市植物园内的涡度相关法CO2通量定位观测资料,分析了净生态系统交换量(NEE)的年变化及其与气象要素的关系,结果表明:(1)年平均NEE总量为-104.2 gC.m-.2a-1,表明城市绿地生态系统具有固碳能力。(2)NEE随光温条件变化呈现明显的季节动态,12至3月表现为碳源,其他月份表现为碳汇。(3)根据白天NEE与光合有效辐射(PAR)逐月拟合Michaelis-Menten方程,得到年平均表观初始光能利用率(α)为(0.00134±0.00035)mgCO.2μmol-1光子,年平均光饱和生态系统生产力(Pmax)为(1.006±0.283)mgCO.2m-.2s-1。(4)利用夜间呼吸(Reco)与5 cm土壤温度(Ts)拟合指数方程,得到年平均Reco总量为1378.1 gC.m-.2a-1。(5)NEE与PAR、气温(Ta)和饱和水压差(VPD)的相关性分析显示,NEE与PAR偏相关系数的绝对值大于Ta和VPD,表明PAR对NEE的影响最大。     

珠三角城市绿地CO2通量的环境响应特征

城市绿地的净生态系统CO2交换量(NEE)受多种环境因素控制,定量分析NEE的环境响应机制对评估绿地生态系统固碳效益、优化城市绿地布局有重要意义。本文应用2009、2010年位于东莞市植物园内的涡度相关CO2通量定位观测资料,分析了光合有效辐射(PAR)、土壤温度(Ts)、饱和水汽压差(VPD)、降水及周边不同下垫面类型对NEE的影响。结果表明:NEE绝对值随PAR的升高而增加,PAR超过光饱和点(约为1500μmol photons·m-2·s-1)后,NEE绝对值呈回落趋势;生态系统呼吸(Reco)随Ts升高而增加,在温度较低时,Reco对Ts的敏感性较强(10℃时,Lloyd-Taylor方程的Q10=1.8),随着温度升高,敏感性下降(30℃时,Q10=1.43);VPD通过影响植物气孔导度对CO2交换产生作用,相同温度下,随着VPD升高,气孔导度增大,呼吸释放与光合固定的CO2量均增加;降水能增加土壤湿度进而使Reco增大,25℃时,降水后的Reco比降水前增加15.8%;测站东北和西南方的绿地范围较大,当东北和西南部是主要贡献区时,NEE绝对值较大,表明增加城市绿地能有效提高城市固碳效益。     

环境和生物因子对黄河三角洲滨海湿地净生态系统CO2交换的影响

通过涡度相关和微气象观测技术,对黄河三角洲滨海湿地净生态系统CO₂交换(NEE)以及环境、生物因子进行了观测,探究湿地NEE变化规律及环境和生物因子对NEE的影响. 结果表明: 在日尺度上,生长季NEE呈明显“U”型曲线,非生长季变幅较小;在季节尺度上,NEE生长季波动较大,表现为碳汇,非生长季波动较小,表现为碳源;在年尺度上,滨海湿地生态系统表现为碳汇,总净固碳量为-247 g C·m^-2. 白天NEE主要受控于光合有效辐射(PAR),且生态系统表观量子产量(α)与白天生态系统呼吸(R_eco,d)均于8月达到最大值,最大光合速率(A_max)于7月达到最大值;夜间NEE随气温(T_a)呈指数增加趋势,生态系统的温度敏感系数(Q₁₀)为2.5,且土壤含水量(SWC)越高,Q₁₀值越大.非生长季NEE只与净辐射(R_n)呈显著的线性负相关,与其他环境因子无显著相关关系.生长季NEE与R_n、T_a、土壤10 cm温度(T_{s 10})等环境因子以及叶面积指数(LAI)呈显著的线性负相关,但与地上生物量(AGB)无显著相关关系.多元回归分析表明,R_n和LAI对生长季NEE的协同影响达到52%.     

环境和生物因子对黄河三角洲滨海湿地净生态系统CO2交换的影响

通过涡度相关和微气象观测技术,对黄河三角洲滨海湿地净生态系统CO₂交换(NEE)以及环境、生物因子进行了观测,探究湿地NEE变化规律及环境和生物因子对NEE的影响. 结果表明: 在日尺度上,生长季NEE呈明显“U”型曲线,非生长季变幅较小;在季节尺度上,NEE生长季波动较大,表现为碳汇,非生长季波动较小,表现为碳源;在年尺度上,滨海湿地生态系统表现为碳汇,总净固碳量为-247 g C·m^-2. 白天NEE主要受控于光合有效辐射(PAR),且生态系统表观量子产量(α)与白天生态系统呼吸(R_eco,d)均于8月达到最大值,最大光合速率(A_max)于7月达到最大值;夜间NEE随气温(T_a)呈指数增加趋势,生态系统的温度敏感系数(Q₁₀)为2.5,且土壤含水量(SWC)越高,Q₁₀值越大.非生长季NEE只与净辐射(R_n)呈显著的线性负相关,与其他环境因子无显著相关关系.生长季NEE与R_n、T_a、土壤10 cm温度(T_{s 10})等环境因子以及叶面积指数(LAI)呈显著的线性负相关,但与地上生物量(AGB)无显著相关关系.多元回归分析表明,R_n和LAI对生长季NEE的协同影响达到52%.     

黄河口潮间盐沼湿地生长季净生态系统CO2交换特征及其影响因素

潮间盐沼湿地生物地球化学过程独特,生态系统CO2交换存在着极大的复杂性和不确定性。利用2012年黄河口潮间盐沼湿地生态系统生长季(4—10月)连续的涡度相关观测数据,分析了潮间盐沼湿地的净生态系统CO2交换(NEE)、总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Reco)的变化特征及其影响因素。结果表明:生长季,生态系统NEE具有明显的日变化和季节变化。日尺度上,表现为白天CO2净吸收,夜间CO2净释放,NEE日平均值为-0.38 g CO2m-2d-1;月尺度上,平均气温最高的7月生态系统释放CO2最多(15.16 g C/m2),6月生态系统吸收CO2最多(25.07 g C/m2)。潮间盐沼湿地生态系统的CO2交换受到光合有效辐射(PAR)、土壤温度(Ts)、土壤含水量(SWC)和潮汐淹水的共同影响。白天NEE主要受控于PAR,且生态系统表观初始光能利用率(α)和最大光合速率(NEEsat)分别在6月和5月达到最大值,分别为(0.0086±0.0019)μmol CO2μmol-1光子和(4.79±1.52)μmol CO2m-2s-1。夜间NEE随Ts呈指数增加趋势,生态系统呼吸的温度敏感性(Q10)为1.33,且SWC越高,Q10值越大。研究典型晴天(6月19日—6月25日)表明,潮汐淹水增强了生态系统白天对CO2的吸收,同时也增强了夜间CO2释放,研究时段内,潮汐淹水使生态系统净CO2吸收增加了0.76 g CO2m-2d-1。整个生长季,黄河口潮间盐沼湿地生态系统表现为CO2的汇,NEE为-22.28 g C/m2(其中,吸收118.34 g C/m2,释放96.28 g C/m2)。研究结果利于对潮间盐沼湿地源汇功能和影响机制的进一步认识与研究。     

温度和水分对科尔沁草甸湿地净生态系统碳交换量的影响

基于涡度相关和波文比气象土壤监测系统,研究了2016年科尔沁草甸湿地生态系统生长季5—9月CO₂通量的动态变化特征,分析了温度、水分等环境因子与其的响应关系.结果表明:生长季累计净生态系统碳交换量(NEE)为-766.18 g CO₂·m^-2,总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸量(R_e)分别为3379.89和2613.71 g CO₂·m^-2,R_e/GPP为77.3%,表现为明显的碳汇.NEE各月平均日变化呈单峰“U”型曲线,其中5—7月和8月中旬表现为吸收CO₂,8月后半月和9月表现为释放CO₂.日间NEE与光合有效辐射(PAR)呈显著的直角双曲线关系,同时受饱和水汽压差(VPD)、土壤含水量(SWC)和气温(T_a)等环境要素调控.回归关系表明,日间NEE达到最大时,VPD和SWC值分别为1.75 kPa和35.5%,而NEE随T_a增加逐渐增大,当T_a达到最大时,并未对NEE产生抑制作用;夜间NEE随土壤温度(T_s)呈指数趋势上升.在整个生长季,生态系统呼吸的温度敏感性指数(Q₁₀)为2.4,且SWC越高,Q₁₀越小,夜间NEE受T_s和SWC共同调控.     

青藏高原高寒灌丛非生长季节CO2通量特征

利用2003年和2004年涡度相关系统通量观测资料,对青藏高原高寒灌丛非生长季节CO2通量特征及其主要影响因子进行了分析。(1)从净生态系统CO2交换(NEE)日变化特征看,除13:00~19:00时有较小的CO2净释放以外,其余时段NEE均很小;(2)高寒灌丛非生长季月份间NEE差异明显,4月和10月是CO2净释放量较大,1月和12月CO2净释放量较小;(3)相对温带草原(高杆草大草原)草地类型,低温抑制下的青藏高原高寒灌丛生态系统非生长季节日平均CO2释放率较低;(4)高寒灌丛非生长季NEE日变化模式与5 cm土壤温度变化呈显著正相关,土壤温度是影响非生长季节青藏高原高寒灌丛NEE变化的主导气候因子,同时NEE变化还受降水的影响。     

壳聚糖酶的克隆表达与壳寡糖的制备分析

目的:克隆壳聚糖酶基因于大肠杆菌中实现高表达,制备壳寡糖。方法:以枯草芽孢杆菌总DNA为模板扩增壳聚糖酶基因(CSN),克隆至载体pET23a(+)上,转化菌株BL21(DE3)。重组子经0.5 mmol/L IPTG诱导后,SDS-PAGE和质谱检测与鉴定重组酶。酶纯化后水解壳聚糖,薄层色谱分析其水解产物。结果:质谱证明壳聚糖酶(31.5kDa)成功表达,表达量占菌体总蛋白的45%左右。纯化后重组酶浓度为900 mg/L,纯度95%、回收率85%,酶活力为10 000 U/mg。壳聚糖降解产物为壳二糖至壳四糖。结论:原核表达载体pET23a(+)-CSN构建正确,壳聚糖酶表达量与活性高,适用于水解壳聚糖制备壳寡糖。     

国内外蝗害治理技术现状与展望

本文首先概述了国内外蝗虫发生与为害的态势,总结了现阶段我国蝗虫发生与为害的主要特点:即农田飞蝗暴发频繁而且严重,草原土蝗的发生时常造成严重的经济损失,而且侵入城市干扰市民生活,我国与周边国家之间蝗虫过境迁移频繁,使用化学农药污染环境和农产品;分析了国内外蝗虫防治对策与技术的发展现状,重点介绍了应急防治和可持续治理对策、...     

放牧对牧草光合作用、呼吸作用和氮、碳吸收与转运的影响

研究放牧对草地植物生理活动的影响,对于揭示草地放牧演替的生理机制有重要意义.大量研究表明,家畜放牧对牧草光合作用、呼吸作用以及C和N吸收与转运的影响,可以分为生理伤害和生理恢复2个阶段.放牧通过改变草地冠层结构影响牧草光合作用,净光合作用速率短期内迅速下降,随着叶面积指数增加又逐渐上升,呼吸作用有相似的变化趋势.牧草放牧后再生长所需的C和N最初主要来自根系和留茬中的贮藏物质,此后随着牧草生长恢复逐渐由同化作用供给,C代谢与土壤N水平负相关.放牧后牧草生理活动变化与牧草遗传特性、种间竞争、家畜放牧特征、非生物环境等因素密切相关.     

Kinetics and thermodynamics of peroxidase- and laccase-catalyzed oxidation of N-substituted phenothiazines and phenoxazines

N -substituted phenothiazines (PTs) and phenoxazines (POs) catalyzed by fungal Coprinus cinereus peroxidase and Polyporus pinsitus laccase were investigated at pH 4–10. In the case of peroxidase, an apparent bimolecular rate constant (expressed as k _cat/K _m) varied from 1 ×10⁷M⁻¹s⁻¹to 2.6×10⁸M⁻¹s⁻¹ at pH 7.0. The constants for PO oxidation were higher in comparison to PT. pH dependence revealed two or three ionizable groups with pK _a values of 4.9–5.7 and 7.7–9.7 that significantly affected the activity of peroxidase. Single-turnover experiments showed that the limiting step of PT oxidation was reduction of compound II and second-order rate constants were obtained which were consistent with the constants at steady-state conditions. Laccase-catalyzed PT and PO oxidation rates were lower; apparent bimolecular rate constants varied from 1.8×10⁵M⁻¹s⁻¹ to 2.0×10⁷M⁻¹s⁻¹ at pH 5.3. PO constants were higher in comparison to PT, as was the case with peroxidase. The dependence of the apparent bimolecular constants of compound II or copper type 1 reduction, in the case of peroxidase or laccase, respectively, was analyzed in the framework of the Marcus outer-sphere electron-transfer theory. Peroxidase-catalyzed reactions with PT, as well as PO, fitted the same hyperbolic dependence with a maximal oxidation rate of 1.6×10⁸M⁻¹s⁻¹ and a reorganization energy of 0.30 eV. The respective parameters for laccase were 5.0×10⁷M⁻¹s⁻¹ and 0.29 eV. Received: 20 September 1999 / Accepted: 24 February 2000     

Coiled-coil nanomechanics and uncoiling and unfolding of the superhelix and alpha-helices of myosin

The nanomechanical properties of the coiled-coils of myosin are fundamentally important in understanding muscle assembly and contraction. Force spectra of single molecules of double-headed myosin, single-headed myosin, and coiled-coil tail fragments were acquired with an atomic force microscope and displayed characteristic triphasic force-distance responses to stretch: a rise phase (R) and a plateau phase (P) and an exponential phase (E). The R and P phases arise mainly from the stretching of the coiled-coils, with the hinge region being the main contributor to the rise phase at low force. Only the E phase was analyzable by the worm-like chain model of polymer elasticity. Restrained molecular mechanics simulations on an existing x-ray structure of scallop S2 yielded force spectra with either two or three phases, depending on the mode of stretch. It revealed that coiled-coil chains separate completely near the end of the P phase and the stretching of the unfolded chains gives rise to the E phase. Extensive conformational searching yielded a P phase force near 40 pN that agreed well with the experimental value. We suggest that the flexible and elastic S2 region, particularly the hinge region, may undergo force-induced unfolding and extend reversibly during actomyosin powerstroke.     

白术同源四倍体的诱导和鉴定及其与二倍体过氧化物酶的比较

以白术（Atractylodes macrooephala Koidz.）二倍体组培苗为材料,对其四倍体诱导方法进行研究,共获得45个白术同源四倍体株系,为优良株系的选育提供了材料。此外,还分析比较了其中8个白术四倍体株系与二倍体的过氧化物酶同工酶（POD）的酶谱差异,发现四倍体各株系过氧化物酶同工酶谱比二倍体的均多了Rf0.310的谱带,且总过氧化物酶比活力也发生了很大改变,对探讨白术四倍体优良株系的生理生化机理具有一定的参考价值。     

Synthesis of hapten and conjugates of coumestrol and development of immunoassay

3-O-Carboxymethylcoumestrol was prepared as the hapten for immunoassay by a partial alkylation of coumestrol with ethyl chloroacetate in acetone alkalized with potassium carbonate. 3-O-Ethoxycarbonylmethylcoumestrol was separated by column chromatography and finally was hydrolyzed with formic acid. 1H and 13C NMR data (APT, COSY, HMQC, and HMBC) revealed that the reaction was regioselective, as 3-O-ethoxycarboxymethylcoumestrol was the only monosubstituted derivative. The hapten was then conjugated to bovine serum albumin and used for immunization of rabbits. A radioimmunoassay (RIA) system was established based on the polyclonal antiserum and a 125I-labeled hapten-tyrosine methyl ester conjugate as the radioligand. Parameters of the RIA: sensitivity: 12 pg per tube, 50% intercept: 140 pg per tube, working range: 20-4000 pg per tube. The cross-reactivity of a panel isoflavonoid and lignan phytoestrogens was either negligible (e.g. formononetin 0.07%; biochanin A 0.06%) or not detectable at all. The major immunoreactive peak in HPLC fractions from an alfalfa extract had the same retention time as coumestrol standard and represented 94.8% of the signal. The remaining 5.2% of immunoreactivity was distributed between five minor peaks. We conclude that after the validation for particular matrices, the method will be a useful tool for analysis of coumestrol, especially in low volume and low concentration samples.