养分浓度和光照强度对泥炭藓有性更新的影响

作为优势植物, 泥炭藓(Sphagnum)在泥炭沼泽中缺乏有性更新的原因尚不清楚。针对影响孢子萌发的光强和养分条件, 以泥炭藓(S. palustre)为材料, 通过室内孢子萌发实验, 研究不同光强和养分浓度对孢子萌发率、萌发势及萌发指数的影响。4 种培养基中, 养分浓度高的营养液培养基中孢子萌发率最高, 达到60%, 其次为养分浓度与营养液相近的琼脂+营养液培养基, 萌发率为48%, 再次为养分水平很低的沼泽水培养基, 萌发率约为30%, 几乎无养分的蒸馏水培养基中萌发率最低, 约为5%。萌发势和萌发指数亦呈现相同的规律。琼脂+营养液和营养液培养基较沼泽水和蒸馏水培养基孢子萌发时间提前约3 天时间。增加光强使孢子萌发率仅提高10%。研究表明, 低养分浓度和弱光照均不利于孢子萌发, 相对而言, 泥炭沼泽的贫营养特征应是限制泥炭藓有性更新的更重要因素。     

烟气对泥炭藓孢子萌发影响的模拟研究

适量烟气能促进种子萌发,但对苔藓植物孢子的作用尚不清楚.选取采自长白山区泥炭地的粗叶泥炭藓和中位泥炭藓的孢蒴为试验材料,通过燃烧泥炭地植物产生烟气,制备烟溶液,分别与不同大小(大:直径为2.10～2.50 mm;小:直径为1.50～1.90 mm)以及不同保存时长(旧:4.3和6.3年;新:0.3年)的孢蒴进行两组双因素试验,经不同时长的烟溶液浸泡和萌发试验,模拟研究烟气、孢蒴大小和保存时长对苔藓植物孢子萌发的影响.结果表明: 烟溶液浸泡影响孢子萌发,培养10 d时,不同时长的烟溶液浸泡均可使孢子的萌发率提高5倍以上,小孢蒴孢子的萌发率高;培养21 d时,仅适度浸泡(3 d)表现出促进萌发的作用,孢蒴大小对孢子萌发率无影响;烟溶液浸泡对长时间保存(4.3和6.3年)的孢蒴孢子萌发无促进作用.研究表明,适量烟气可加速新泥炭藓孢子以及小孢蒴孢子的萌发.在存在不定期火烧干扰的泥炭地中,与对种子植物的作用类似,烟气可能在苔藓植物种群的有性更新和种群维持中发挥重要作用.     

泥炭地苔藓植物孢子生活力的快速检测

适量的烟气能够促进有性繁殖体萌发,但迄今尚无辅助烟气处理探究孢子生活力快速检测方法的研究报道。该文选择毛缘泥炭藓（Sphagnum fimbriatum）、中位泥炭藓（S.magellanicum）和粗叶泥炭藓（S.squarrosum）作为材料,分别使用亚甲基蓝染色法、四唑（TTC）染色法、碘-碘化钾（I₂-KI）染色法和红墨水染色法对泥炭藓孢子进行染色,并比照营养液、烟溶液+营养液培养的孢子萌发试验,对比研究泥炭地苔藓植物孢子生活力快速检测的最佳方法。结果表明：亚甲基蓝染色法的染色效果最为明显,TTC和I₂-KI均未能使泥炭藓孢子着色,孢子对红墨水虽有着色反应但不清晰;与营养液培养相比,添加烟溶液使毛缘泥炭藓、中位泥炭藓和粗叶泥炭藓孢子萌发率分别提高5%、5%和18%;使用亚甲基蓝染色的孢子染色率与经烟溶液处理过的孢子萌发率最为接近。综上认为,亚甲基蓝染色法能快速检测泥炭藓孢子的生活力。     

长白山哈泥泥炭地丘间生境泥炭藓孢子的寿命

长寿有性繁殖体对于植物种群的长存具有重要意义,迄今,泥炭地苔藓植物孢子长寿性研究还很少。在长白山哈泥泥炭地钻取丘间表层泥炭样品,测定泥炭腐殖化度和烧失量,逐层提取和培养泥炭藓孢子,研究埋藏时间对孢子萌发的影响。结果表明,丘间泥炭藓孢子埋藏环境中,随着埋深的增加即埋藏年限的增加,泥炭腐殖化度和烧失量总体上分别呈现增加和递减的趋势,而地层泥炭藓孢子萌发率呈现直线递减的规律,但在埋藏近150余年后孢子萌发率仍可达40%。研究进一步证明泥炭藓具有长期持久孢子库,根据推算,泥炭地丘间埋藏环境中,泥炭藓孢子最大寿命可超过400a。     

热激对大兴安岭三种松科树种种子萌发的影响

研究了热激对大兴安岭地区兴安落叶松、樟子松、红皮云杉种子萌发的影响,热激温度分别为80℃、100℃、120℃、150℃,每个温度下热激时间分别为1min、3min、5min、10min。研究结果表明:兴安落叶松种子在100℃热激10min,120℃热激5min,10min,150℃热激5min处理下萌发率较对照显著下降(P%0.05),除80℃热激1min、3min、5min、120℃热激1min、150℃热激1min外,其他处理萌发速率指数较对照均显著下降(P%0.05);樟子松种子在高于80℃的所有热激处理萌发率较对照均显著下降(P%0.05),甚至没有萌发,除80℃热激1min外,所有处理下萌发速率指数较对照均显著下降;红皮云杉种子萌发率在80℃热激5min和100℃热激1min处理下较对照显著提高(P%0.05),萌发速率指数在80℃热激1min、3min、5min,100℃热激1min处理下较对照显著提高(P%0.05)。兴安落叶松种子可以在短时间高强度(150℃)热激下维持萌发率,但不能承受长时间热激;樟子松种子对高于80℃的热激反应敏感,热激降低了樟子松种子的萌发能力;热激可以提高红皮云杉种子的萌发能力,短时间(1min、3min、5min)低强度(80℃)热激(包括100℃热激1min)提高红皮云杉种子萌发率和萌发速率指数,红皮云杉种子也可以承受高强度(150℃)瞬时(1min)热激。     

长白山哈泥泥炭地持久孢子库的实验证据

有性繁殖体库对于植物种群的长存具有重要意义,迄今为止,泥炭地尚无苔藓植物长期的持久孢子库的直接实验证据。在长白山哈泥泥炭地,钻取50 cm表层泥炭样品,运用落叶松测年法推算泥炭地地层泥炭藓孢子的埋藏时间,经逐层提取和培养尖叶泥炭藓孢子,研究埋藏时间对孢子萌发率的影响。结果表明,随着埋藏时间的增加,尖叶泥炭藓孢子萌发率呈现对数函数递减的趋势。研究获得泥炭地苔藓植物具有长期的持久孢子库的实验证据,即埋藏112年的尖叶泥炭藓孢子仍具萌发潜力。据推算,泥炭藓孢子最大寿命可达396.4年。     

白江河泥炭地泥炭藓孢子萌发力对排水的响应

排水严重改变泥炭地的环境和生态过程,但对泥炭藓孢子萌发力的影响尚不清楚。在长白山地区白江河泥炭地,分别在优势植物为苔藓的近原始地段和优势植物为小灌木的排水地段,钻取泥炭柱芯为试验材料,逐层测试泥炭理化指标,提取泥炭藓孢子并进行萌发试验,统计孢子数量和萌发力;经过泥炭样品年代测定,建立深度年代关系曲线,研究泥炭藓孢子萌发力对排水的响应和机制。结果表明: 整个柱芯对比,近原始地段平均孢子数略高于排水地段,两地段的平均孢子萌发力无差异,排水地段的泥炭容重、总碳和总氮都显著高于近原始地段。柱芯上部对比,排水(1987年)以后两地段孢子累积速率无显著差异,但近原始地段的平均孢子萌发力(34%)远低于排水地段(72%)。近原始地段的碳氮比与孢子萌发力呈显著正相关;排水地段的总碳、pH和埋藏时间与孢子萌发力呈显著负相关。30年前的泥炭地排水虽对孢子累积影响不大,但通过加速分解而改变了泥炭的理化性质,提升了表层泥炭中孢子萌发力,因此降低孢子库的持久性,可能导致泥炭藓在灾变性干扰后的种群持续更新潜力下降。     

泥炭地特征性环境因子促进泥炭藓持久孢子库的形成

研究泥炭地特征性环境因子——淹水、少氧和化感物质对泥炭藓孢子持久性的影响, 可深入理解泥炭地泥炭藓持久孢子库的形成机制, 为退化泥炭地泥炭藓地被恢复研究提供参考。该研究以藓丘种和丘间种两种泥炭藓的孢子为试验材料, 通过室内模拟控制实验的方法, 研究泥炭藓孢子在空气、超纯水、泥炭地地表水和泥炭藓沥出液中, 及3种速率充气下, 孢子萌发力持久性的变化。经充气处理后, 泥炭藓孢子持久性显著低于不充气处理。不充气时, 泥炭藓孢子在含有化感物质的泥炭地地表水和泥炭藓沥出液中保存, 持久性显著高于在超纯水中保存。通径分析结果显示, 溶解氧是影响泥炭地泥炭藓孢子持久性的主要因子和限制因子, 养分元素氮(TN)和磷(TP)的浓度为孢子持久性的负作用因子。研究结果表明, 泥炭藓孢子散布于苔藓地被基质或淹水的丘间生境中, 比暴露于空气或在无化感物质的水中, 能更好地维持萌发力。泥炭地中, 泥炭藓孢子和其他植物的繁殖体的超长寿命可能归因于少氧、养分贫乏和丰富的化感物质等泥炭地特征性环境因子。     

泥炭地特征性环境因子促进泥炭藓持久孢子库的形成

研究泥炭地特征性环境因子——淹水、少氧和化感物质对泥炭藓孢子持久性的影响,可深入理解泥炭地泥炭藓持久孢子库的形成机制,为退化泥炭地泥炭藓地被恢复研究提供参考。该研究以藓丘种和丘间种两种泥炭藓的孢子为试验材料,通过室内模拟控制实验的方法,研究泥炭藓孢子在空气、超纯水、泥炭地地表水和泥炭藓沥出液中,及3种速率充气下,孢子萌发力持久性的变化。经充气处理后,泥炭藓孢子持久性显著低于不充气处理。不充气时,泥炭藓孢子在含有化感物质的泥炭地地表水和泥炭藓沥出液中保存,持久性显著高于在超纯水中保存。通径分析结果显示,溶解氧是影响泥炭地泥炭藓孢子持久性的主要因子和限制因子,养分元素氮(TN)和磷(TP)的浓度为孢子持久性的负作用因子。研究结果表明,泥炭藓孢子散布于苔藓地被基质或淹水的丘间生境中,比暴露于空气或在无化感物质的水中,能更好地维持萌发力。泥炭地中,泥炭藓孢子和其他植物的繁殖体的超长寿命可能归因于少氧、养分贫乏和丰富的化感物质等泥炭地特征性环境因子。     

热激和烟熏对大兴安岭三种灌木种子萌发的影响

研究了大兴安岭地区珍珠梅(Sorbaria sorbifolia)、绣线菊(Spiraea salicifolia)、金露梅(Potentilla fruticosa)种子对热激和烟熏的萌发响应。热激分为干热激和湿热激。干热激处理水平分别为:60℃5 min、60℃15 min、90℃5 min、110℃5 min、150℃5 min;湿热激处理水平分别为:60℃5 min、60℃15 min、95℃5 min;烟熏处理水平分别为:5 min、10 min、20 min。结果表明:(1)在对干热激的响应上,珍珠梅种子的萌发率在60℃干热激处理15 min后显著提高(P0.05),在110℃、150℃干热激处理5 min后显著下降(P0.05);绣线菊种子的萌发率在干热激处理后显著提高(P0.05),平均萌发时间显著缩短(P0.05);金露梅种子的萌发率在150℃干热激处理5 min后显著下降(P0.05);(2)在对湿热激的响应上,珍珠梅和绣线菊种子在湿热激处理后停止萌发;金露梅种子在60℃湿热激处理15 min后停止萌发,在95℃湿热激处理5 min后几乎停止萌发,种子萌发率在60℃湿热激处理15 min后显著下降(P0.05),平均萌发时间显著延长(P0.05);(3)在对烟熏的响应上,珍珠梅和金露梅种子的平均萌发时间在烟熏处理后显著延长(P0.05);绣线菊种子的萌发率在烟熏处理后显著提高(P0.05),平均萌发时间显著缩短(P0.05)。     

水位和氮浓度对三江藨草幼苗生长和生物量分配的影响

以莫莫格国家级自然保护区常见植物三江藨草(Scirpus nipponicus)为研究对象,设置低(5 cm)、中(35 cm)、高(65 cm) 3个水位和低(4 mmol·L-1)、中(8 mmol·L-1)、高(12mmol·L-1) 3个氮浓度交互的室内控制实验,探究不同水位和氮浓度对湿地植物三江藨草幼苗生长及生物量分配的影响。结果表明:水位对三江藨草幼苗生长、生物量及其分配均产生显著影响(P<0.05),随着水位的升高,三江藨草株高增加,分株数、球茎数及根生物量降低,根茎、球茎、地下、地上和总生物量均呈先增加后降低的趋势;植株地上生物量分配增加,地下(包括根和球茎)生物量分配降低;氮浓度仅对植株株高、球茎数以及地下与地上部分的生物量分配有显著影响(P<0.05),对分株数及生物量的累积均无显著影响(P>0.05);综合三江藨草幼苗的生长特征和生物量累积,认为其生长的最适宜水位为35 cm;且低水位有利于植株对氮的吸收,高水位和高氮浓度限制植株的生长。     

1975—2015年南四湖自然保护区生态系统服务价值时空变化分析

南四湖自然保护区具有较高的生态保护地位和经济价值。研究以南四湖自然保护区1975—2015年8期土地利用类型数据为基础, 借助SPSS、ArcGIS等软件, 分析南四湖自然保护区近40年土地利用变化及其对生态系统服务价值时空分布的影响。结果表明: 1975—2015年水体始终是南四湖自然保护区的优势土地利用类型。40年间未利用地面积减少88.90% (8807.68 hm2), 而水田、草地、旱地、建成区、林地和水体面积分别增加4626.45 hm2、405.06 hm2、1660.67 hm2、401.54 hm2、76.76 hm2和1621.60 hm2。40年间南四湖自然保护区的生态系统服务总价值增加了0.03% (1.13×106 US$), 其中支持服务功能价值减少1.14×107 US$, 文化服务功能价值减少5.61×106 US$, 供给服务功能价值减少2.15×106 US$, 仅调节服务功能价值增加2.02×107 US$。表现在空间上则是自然保护区西侧生态系统服务价值变化较东侧更为明显。导致1975—2015年生态系统服务价值变化的主要影响因子是水体和未利用地面积的改变, 生态系统服务价值与水体面积呈现显著正相关, 与未利用地呈现显著负相关。研究结果能为南四湖自然保护区的土地利用决策提供理论支持。     

基于土地利用变化的长春市生态风险评价

基于长春市1985年、2000年和2015年的Landsat TM遥感影像, 提取3个时相的土地利用类型数据, 通过构建网格尺度下的生态风险指数, 借助空间分析、地统计分析等方法定量评价长春市土地利用变化下的生态风险时空演变特征, 并应用地理探测器对其影响因子进行探测。结果表明: (1)1985—2015年, 长春市土地利用变化明显, 建设用地持续扩张, 耕地波动式收缩; 土地利用中耕地转为建设用地、林地与耕地间的相互转换是地类转移的主要形式; (2)长春市土地利用生态风险呈小幅下降趋势, 在地域内呈现西高东低的分异特征, 生态风险热、冷点区空间分布相对稳定并具有一定程度扩张趋势; (3)生态风险快速增长时期, 经济、人口与发展活力的空间格局成为长春市生态风险的主导因子, 而海拔与三者的协同作用进一步增强了生态风险的解释力。总体来看, 建设用地扩张会加剧中心城区生态风险, 但与区域整体生态风险增高并不存在必然联系; 为防止高风险区持续扩张, 城市应设定“增长边界”、转变空间发展方式、高效集约利用建设用地, 加强城市生态系统自然保育、防止景观破碎化, 实现城市可持续发展。     

基于GIS与RS的漳江口红树林湿地生态系统健康评价

以漳江口红树林湿地为研究对象,选取2005、2011、2015及2017年Google Earth影像为基础数据源,基于土地覆盖数据构建红树林湿地生态系统健康评价指标体系,结合压力-状态-响应(PSR)模型及生态系统健康指数,探究红树林湿地生态系统健康状况的时空分异特征及影响因素.结果表明:(1) 2005-2017年漳江口红树林湿地生态系统健康状况呈恶化趋势,健康等级由亚健康转变为一般,其中压力、响应健康状况大幅下降,状态健康状况略微改善;(2) 2005-2017年研究区各子区域间健康状况存在明显差异,前阶段(2005-2011年)健康指数从大到小依次为西部>中部>东部>北部>南部,后阶段(2015-2017年)健康指数从大到小依次为东部>中部>西部>北部>南部;(3)海平面上升、互花米草入侵、水产养殖池与网箱养殖扩增及海堤建设等是研究区湿地生态系统健康恶化的主要原因,同时保护区的建设及多种保护措施的实施对湿地生态系统健康维持具有积极作用.     

三种组成型启动子调控的鼠李糖脂基因在防御假单胞菌中的异源表达及活性研究

本研究利用Red/ETDNA重组技术对实验室已有的含鼠李糖基转移酶基因RhlAB的分泌表达载体pBBR1-genta-RhlAB进行修饰,将3种不同强度组成型启动子(Papra、Ptac和PrhaB)成功替换了RhlAB基因在铜绿假单胞菌中的原始启动子,成功获得了表达载体pBBR1-genta-Papra-RhlAB,pBBR1-kan-Ptac-RhlAB和pBBR1-kan-PrhaB-RhlAB,并将这些表达载体分别在防御假单胞菌Pf-5中异源表达,通过LB培养基发酵42h后,Pf-5/pBBR1-genta-RhlAB的鼠李糖脂产量为17.56mg/L,而Pf-5/pBBR1-genta-Papra-RhlAB,Pf-5/pBBR1-kan-Ptac-RhlAB和Pf-5/pBBR1-kan-PrhaB-RhlAB分别是11.135mg/L,441.135mg/L,557.764mg/L,启动子优化后产量分别是原始启动子的0.63,25.12和31.76倍。对发酵产物进行高效液相色谱-质谱联用技术分析,共检出相对含量变化的4类质核比不同的鼠李糖脂同系物。并通过实时荧光定量PCR检测RhlAB基因的表达量,发现启动子替换为Ptac和PrhaB后RhlAB基因表达量分别是原始启动子的2.16和2.77倍。本研究初步实现了RhlAB基因在Pf-5中的表达,发现组成型启动子Ptac和PrhaB比RhlAB的原始启动子表达效率更高,可为异源合成鼠李糖脂提供重要参考。     

转录因子ZnF-706在鳞翅目昆虫中的进化格局及在家蚕中的功能

【目的】探讨家蚕Bombyx mori的潜在驯化基因——转录因子ZnF-706在鳞翅目(Lepidoptera)昆虫进化过程及家蚕驯化过程中的分子进化格局;并基于CRISPR/Cas9家蚕基因组编辑平台,探讨ZnF-706基因在家蚕中的功能。【方法】首先分析了家蚕ZnF-706序列特征,并利用已发表芯片数据调研该基因在家蚕幼虫组织中的表达格局;利用Phylogenetic Analysis byMaximum Likelihood (PAML)分支检验方法,分析该基因在鳞翅目不同类群中的分子进化格局。基于已发表的家蚕-野桑蚕Bombyx mandarina群体基因组多态性数据,对ZnF-706进行基因区域人工选择信号分析;对ZnF-706基因上游2 kb的调控区域进行单核苷酸多态性位点频率检测,发掘在家蚕群体中固定下来的突变位点;针对突变位点所在区域进行转录因子结合活性预测。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除ZnF-706基因,获得纯和突变体;以野生型家蚕为对照,检测突变体的茧重及蛹重变化。【结果】家蚕ZnF-706的编码蛋白具有典型的锌指蛋白结构域。ZnF-706在家蚕5龄第3天幼虫各组织中广泛表达,尤其表皮、脂肪体和生殖腺中有很高的表达量;该基因在鳞翅目、蚕蛾总科(Bombycoidea)及天蚕Antherea yamamai 3个分支中均呈现快速进化信号,在家蚕中有强烈的人工选择信号。该基因所在基因组区域的家蚕-野桑蚕种群分歧度参数Fst明显升高,家蚕群体中的群体多样性π明显降低,表明它位于一个选择扫荡区域内;该基因在家蚕-野桑蚕中的9个SNP位点存在于上游调控区,并位于转录因子结合活性区域内。该基因的纯合家蚕突变体ΔZn F-706生存力减弱,并且茧重以及蛹重与野生型家蚕相比都显著降低。但与黑腹果蝇Drosophila melanogaster中不同的是,家蚕中该基因的突变并不致死。【结论】ZnF-706可能在鳞翅目尤其是泌丝昆虫中进化,并在家蚕驯化过程中受到选择压力,提示其对于特征性状茧丝的变异可能发挥作用。该基因可能通过对丝蛋白基因的直接调控,或通过影响家蚕的生长发育而间接地影响茧丝性状。本研究不仅为探究家养动物人工选择机制提供了来自昆虫类材料的独有证据,也为后续深入开展家蚕重要经济性状的转录调控研究提供线索。