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相似文献
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1.
宋明华  陈锦  蒋婧  王枫  于飞海 《生态学报》2020,40(11):3688-3697
外源氮素(N)输入陆地生态系统后会引起植物和土壤各碳库的变化,但是对不同化学形态氮素的长期输入如何影响光合碳在植物组织、土壤、土壤呼吸中的分配及转运知之甚少,尤其是对于氮输入引起光合碳分配变化进而作用于植物和土壤碳库的机制的认识还非常匮乏。基于在青藏高原矮嵩草草甸开展的不同化学形态氮素添加的长期实验,利用~(13)C示踪方法揭示了光合碳在植物地上、地下组织的分配,及其随时间在土壤中的滞留和随土壤呼吸的释放。研究结果表明,外源氮素添加10年后,与对照未添加氮素处理相比,氨态氮处理下的地上生物量增加了49.5%,氨态氮处理下的地下生物量增加了111.3%。土壤中滞留的~(13)C整体呈下降趋势,氨态氮处理下的土壤碳库显著高于硝态氮处理下的值。不同处理下的土壤呼吸中~(13)C的滞留量随时间呈指数衰减的变化趋势,其中,硝态氮处理下的~(13)C衰减最快。~(13)C同位素标记后第1天测定植物茎和叶内的~(13)C约占刚刚标定完茎和叶内~(13)C的80%,不同处理之间没有显著性差异。直至标记后的第30天,茎和叶内~(13)C的滞留量约占初始量的30%。硝态氮处理下的值在第21天和第30天显著低于对照和氨态氮处理下的值,表明硝态氮处理下,植物光合固定的碳在短期内迅速输入地下组织和土壤中。这些结果从机理上阐明了植物光合碳分配对不同化学形态氮素长期输入的响应,进而影响到土壤呼吸CO_2的释放,以及对土壤碳库动态的贡献。加深了对高寒草甸土壤有机碳库稳定性维持机制的认识,能够为高寒草地的科学管理以及资源的可持续利用提供理论指导。  相似文献   

2.
采用13C-CO2进行连续标记,研究水稻分蘖期和孕穗期光合碳在植株-土壤系统中的分配及其对大气CO2浓度升高(800 μL·L-1)和施氮(100 mg·kg-1)的响应.结果表明: CO2浓度升高显著提高分蘖期根系生物量和孕穗期地上部生物量,并使生物量根冠比在分蘖期增加,而在孕穗期减小.CO2浓度升高条件下,施氮使水稻地上部分生物量增加,却显著降低了孕穗期水稻根系生物量.CO2浓度升高使光合13C在孕穗期向土壤的输入显著增加,然而施肥并没有促进由CO2浓度升高驱动的光合13C在土壤中的积累,而且还降低了土壤中的光合13C的分配比例.综上,CO2浓度升高显著提高了稻田土壤光合碳输入,促进稻田有机碳周转;施氮促进了水稻地上部的生长,却降低了光合碳向地下的分配比例.  相似文献   

3.
水生植物是维持湖泊生态系统健康发展的重要基础与支撑。与陆地植物相比,水生植物稳定碳同位素(δ~(13)C)的分馏过程较复杂,为系统的了解水生植物δ~(13)C的分馏过程及其在湖泊现代生态系统和古环境研究中的应用,调研了国内外相关研究进展。总结已有研究表明,水生植物的δ~(13)C主要与其吸收利用的碳源和水体环境要素等密切相关,影响因素较复杂,而且目前在利用水生植物的δ~(13)C研究不同时间尺度上湖泊环境变化时所选用的载体存在差异。植物不同组分样品的选择对解释水生植物δ~(13)C与环境之间的关系至关重要。因此,以太湖典型水生植物为研究实例,探讨了水生植物不同组分稳定碳同位素的分布特征及其对环境因子的响应差异,结果显示水生植物不同组分的δ~(13)C存在一定的差异,而且对环境的响应也不同,未来在利用水生植物δ~(13)C研究湖泊环境变化时对于水生植物样品组分的选择应谨慎考虑。  相似文献   

4.
为探讨会仙喀斯特湿地不同生长环境下植物叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)、稳定碳同位素(δ~(13)C)特征及其生态学指示意义,该文以挺水植物芦苇、浮水植物水葫芦和沉水植物金鱼藻为研究对象,分析了三种典型不同生活型植物叶片的δ~(13)C特征及种间和微生境的差异,并基于植物碳同位素与碳酸酐酶显著正相关的二端元模型,估算了植物利用光合作用固定的碳酸氢根离子(HCO3-)的碳量。结果表明:(1)三种植物叶片δ~(13)C的变化范围为-28.47‰~-21.69‰,平均值为-24.83‰,不同生活型植物间δ~(13)C存在差异,金鱼藻水葫芦芦苇。(2)植物δ~(13)C值与叶片C、N和P元素含量间呈显著正相关,与C/N、C/P和N/P呈显著负相关关系,与底泥的有机质、速效氮、总氮、速效磷和总磷含量呈显著正相关。(3)会仙喀斯特湿地三种不同生活型植物叶片N/P平均值为10.34,表现出植物受N、P共同影响的特征。(4)δ~(13)C的变化特征,揭示了三种水生植物可能通过增加磷利用效率来促进低水分利用率环境下的碳的合成,通过提高植物水分利用效率的策略来代偿较低的氮素利用效率。(5)芦苇光合作用固定HCO3-碳量为159.60 t·a~(-1)·km~(-2),水葫芦为10.80 t·a~(-1)·km~(-2),金鱼藻为9.24 t·a~(-1)·km~(-2),平均值为59.88 t·a~(-1)·km~(-2)。会仙喀斯特湿地植物的不同生活型、光合作用途径和生长微环境,是影响叶片δ~(13)C变化的主要因素。  相似文献   

5.
刘琦  李鹏  刘莹  肖列  黄鹏  汤珊珊 《生态学报》2018,38(9):3035-3045
植物根呼吸是土壤呼吸的主要组成,研究根呼吸对生态系统碳收支及碳平衡有重要意义。采用~(13)C脉冲标记技术,在3种供水条件下,对比不同根离体时间(标记后0,6,24,48,216,360 h)的白羊草离体根呼吸速率和根呼吸释放的δ~(13)C同位素比值变化,分析根参数与离体根呼吸相关性。结果表明:1)不同离体时间的离体根呼吸速率变化趋势一致,3种供水条件下无显著差异,均在0—20 min急剧下降,下降范围为32%—39%。2)测定离体根呼吸释放的δ~(13)C在不同离体时间的变化,为实时监测转移到白羊草根系的~(13)CO_2在根部释放的过程提供了新思路;不同离体时间,3种供水条件下根呼吸释放的δ~(13)C在2 h内均值大小呈:供水充分轻度胁迫重度胁迫。随离体时间(0—360 h)推移根呼吸释放的δ~(13)C均值先增大后减小,在216 h达到峰值31.46‰;3)离体根呼吸速率和根呼吸释放的δ~(13)C受根系根面积、比根面积、N含量、C/N及根组织δ~(13)C的影响显著。4)轻度水分胁迫可促使根系生长(C固定)和根呼吸(C代谢)同时增加。  相似文献   

6.
稳定性碳同位素自然丰度(δ~(13)C)记录着生态系统碳循环过程的关键信息,常被用于评价全球变化情景下陆地生态系统碳的动态。以长白山北坡垂直带4种典型森林生态系统为研究对象,测定乔木建群种叶片、凋落物以及不同深度土壤有机碳(SOC)含量和δ~(13)C值,探讨植物叶片-凋落物-土壤连续体碳含量、δ~(13)C丰度的分布格局及其生态学暗示。研究结果表明:植物叶片碳含量随海拔高度的增加呈现抛物线型变化,且阔叶树叶片碳含量显著低于针叶树,体现气候要素和植被功能型的支配作用,并且暗示针叶树种潜在的碳蓄积能力更强。此外,植物叶片δ~(13)C随海拔高度升高而降低,表明高海拔植物叶片水分利用效率较低,即固碳耗水成本更高。凋落物碳含量随海拔增加逐渐下降,而矿质表层土壤则表现为阔叶红松林、岳桦林显著高于暗针叶林,体现了植被类型和土壤质地的共同支配作用。总体上,岳桦林SOC周转最快,其次是暗针叶林,位于基带的阔叶红松林最慢。可见,小尺度上气候因子并不是温带森林地下碳循环的主导因素,植被功能型和土壤属性对SOC周转与稳定的影响更大。在探讨环境因子对陆地生态系统碳循环和碳平衡的影响时需要考虑研究尺度,不同的研究尺度影响SOC周转的驱动因子并不相同。研究方法方面,基于log SOC和δ~(13)C的SOM周转模型能够很好地概括不同生态系统类型下SOM周转的相对快慢,可用来评价SOC动态对全球变化的响应。  相似文献   

7.
采用13C-CO2进行连续标记,研究水稻分蘖期和孕穗期光合碳在植株-土壤系统中的分配及其对大气CO2浓度升高(800 μL·L-1)和施氮(100 mg·kg-1)的响应.结果表明: CO2浓度升高显著提高分蘖期根系生物量和孕穗期地上部生物量,并使生物量根冠比在分蘖期增加,而在孕穗期减小.CO2浓度升高条件下,施氮使水稻地上部分生物量增加,却显著降低了孕穗期水稻根系生物量.CO2浓度升高使光合13C在孕穗期向土壤的输入显著增加,然而施肥并没有促进由CO2浓度升高驱动的光合13C在土壤中的积累,而且还降低了土壤中的光合13C的分配比例.综上,CO2浓度升高显著提高了稻田土壤光合碳输入,促进稻田有机碳周转;施氮促进了水稻地上部的生长,却降低了光合碳向地下的分配比例.  相似文献   

8.
植物呼吸释放CO2碳同位素变化研究进展   总被引:1,自引:0,他引:1  
柴华  钟尚志  崔海莹  李杰  孙伟 《生态学报》2018,38(8):2616-2624
稳定性碳同位素是研究碳循环的有效手段。植物呼吸释放CO_2的碳同位素(δ~(13)C_R)变化是研究植物或生态系统与大气碳交换的重要方法,并可以揭示植物的生理过程、碳分配方式及其对环境变化的响应。介绍了目前国内外关于植物δ~(13)C_R变化的研究概况,植物不同器官δ~(13)C_R值及其日变化幅度趋势一致:叶片根系树干/茎,不同功能群植物其呼吸释放CO_2碳同位素组成存在差异。但植物δ~(13)C_R值日变化与呼吸底物的相关性在不同的研究中结果并不一致。导致植物呼吸δ~(13)C_R发生变化的主要原因为光合同位素效应、呼吸底物的供给及呼吸代谢中间产物利用、碳代谢相关酶的活性、LEDR(light enhanced dark respiration)、植物的遗传特性及外部环境改变。目前国际上已有较多关于导致植物呼吸δ~(13)C_R发生变化原因的研究,但内在机制的研究尚未完善。该领域研究在国内鲜有报道,因此,亟需加强我国关于植物δ~(13)C_R短期变化及其潜在呼吸代谢机制的研究。  相似文献   

9.
六道沟流域不同冠层小叶杨光合特性及水分利用效率研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
魏特  王力  杨国敏 《西北植物学报》2017,37(11):2247-2255
小叶杨作为六道沟流域植被恢复的优势乔木速生树种,对该区的生态恢复与建设有着至关重要的作用。通过测定六道沟流域生长旺期(8和9月)不同冠层高度下小叶杨叶片的水势、光合气体交换参数、稳定性碳同位素比率(δ~(13)C)和叶片全N全P含量,分析了冠层叶片的δ~(13)C、光合特性指标、叶水势等在不同月份及冠层高度下的变化特征。结果表明:(1)小叶杨8、9月份间叶片光合特性指标净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)均随着冠层高度增加而减小。(2)小叶杨叶片δ~(13)C和瞬时水分利用效率(WUEi)均随冠层高度增加而增加,δ~(13)C沿冠层高度的变化范围为-29.81‰~-27.43‰。(3)叶片δ~(13)C与植物的水分利用效率呈正相关关系,8月份和9月份δ~(13)C沿树高的变化幅度分别为2.22‰和2.12‰。研究发现,六道沟流域小叶杨叶片确实受到来自树高所引起的水分胁迫,叶片δ~(13)C能真实反映其长期的水分利用状况,且叶片δ~(13)C的变化是自身遗传特性与环境因子共同作用的结果。  相似文献   

10.
基于国际冻原计划(ITEX)模拟增温效应对植物影响的研究方法,以高寒矮嵩草草甸4种植物(矮嵩草、垂穗披碱草、棘豆、麻花艽)为实验材料,设置大(OTC1)和小(OTC2)两类增温小室,测定了其叶片碳氮及其稳定性碳同位素(δ~(13)C、δ~(15)N)等指标在增温3年后的变化。结果表明:除矮嵩草在较小增温小室(OTC2)中C/N比值比对照降低了14.1%,其它物种C/N在两个增温处理下都有所增加,但差异均不显著(P0.05)。4种植物叶片δ~(13)C值在-24.12‰~-28.34‰之间,矮嵩草叶片δ~(13)C值随增温而升高,棘豆、麻花艽随增温而降低,且矮嵩草在OTC2的δ~(13)C值变化达到显著水平(P0.05)。矮嵩草和麻花艽的叶片δ~(15)N值在OTC1和OTC2中均比对照增加,且麻花艽增加较显著(P0.05)。垂穗披碱草在OTC1和OTC2的叶片δ~(15)N值比对照分别减少18.7%和26.9%,差异都不显著(P0.05);棘豆叶片δ~(15)N值在OTC2内比对照低11.0%(P0.05),在OTC1的内比对照高2.8%(P0.05)。可见,高寒矮嵩草草甸不同功能群植物物种碳氮含量及稳定性碳氮同位素含量对短期增温有不同的响应模式和规律。  相似文献   

11.
通过气溶胶发生系统模拟PM2.5颗粒的发生,运用15N示踪技术研究了欧美杨107(Populus euramericana Neva.)对PM2.5中水溶性无机成分NH+4和NO-3的吸收与分配规律。结果表明,欧美杨能够有效吸收PM2.5中的NH+4和NO-3。轻度和重度污染下,欧美杨叶片对NH+4和NO-3的吸收速率均于处理后第1天达到峰值,之后,轻度污染下对NH+4和NO-3的吸收速率迅速降低以后趋于稳定,而重度污染下对NH+4和NO-3的吸收速率缓慢下降至趋于稳定。轻度污染下的欧美杨叶片的15N含量在处理后第1天达到峰值,15N(NH+4)的含量为0.11 mg/g,干重,15N(NO-3)的为0.14 mg/g,干重,之后15N含量迅速下降至趋于稳定。重度污染下的叶片15N含量在处理第1天迅速增长,之后缓慢增长至处理后第7天达到最高值,15N(NH+4)的含量为0.11 mg/g,干重,15N(NO-3)的为0.13 mg/g,干重。处理7 d后,欧美杨不同组织器官吸收或通过再分配获取的15N含量存在差异。轻度污染下,细根对NH+4和NO-3的吸收量最高,树皮、叶柄、叶片次之,髓最低。而重度污染下,叶片对NH+4和NO-3的吸收量最高,细根、叶柄、树皮次之,髓最低。欧美杨各组织器官中NH+4和NO-3的含量均表现为重度污染大于轻度污染,且两种污染程度下的欧美杨各组织器官对NO-3的吸收均大于对NH+4的吸收。重度污染下,欧美杨茎木质部对15N(NH+4和NO-3)的吸收征调能力(Ndff,Nitrogen derived from fertilizer)最大,其次为髓,叶片最小;欧美杨各组织器官中的15N分配率表现为叶片细根叶柄树皮粗根茎木质部髓。研究结果对进一步揭示植物吸收PM2.5的机制及有效利用植物降低颗粒物污染、净化环境提供了重要的科学理论依据。  相似文献   

12.
北京市PM2.5化学组分特征   总被引:1,自引:0,他引:1  
对2012年8月至2013年7月期间北京市定陵、车公庄、房山和榆垡4个站点的15种PM_(2.5)化学组分进行分析,探讨各组分的时空分布特征以及有机碳(OC)、元素碳(EC)的污染特征。结果表明,4个站点PM_(2.5)组分中OC、SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+的含量较高,年均浓度分别为(22.62±21.86)、(19.39±21.06)、(18.89±19.82)、(13.20±12.80)μg/m3。各组分浓度在时间分布上多为冬季最高,夏季最低;在空间分布上多为南部高,北部低;另外NH+4浓度水平明显高于早年间的监测结果。受燃煤的影响,冬季OC和EC平均浓度分别为夏季浓度的3倍和2.5倍。春、夏、秋、冬季4个站点平均OC/EC比值分别为4.9、7.0、8.1和8.4,表明北京市全年均存在较严重的SOC污染。采用OC/EC比值法估算得出全年定陵、车公庄、房山和榆垡站二次有机碳(SOC)占OC的比例分别为57.7%、60.0%、45.6%和57.6%。定陵、车公庄、房山和榆垡站年均[NO_3~-]/[SO_4~(2-)]比值分别为1.01、1.25、1.08和1.12,表明目前北京市排放源表现出固定源和移动源并重的特征。  相似文献   

13.
5-Iodoacetamidofluorescein (5-IAF) covalently labels dog kidney (Na+ + K+)-ATPase with approximately 2 moles incorporated per mole of enzyme. ATPase and K+-phosphatase activities are fully retained after reaction, and the kinetic parameters for Na+, K+, Mg2+, ATP and p-nitrophenyl phosphate are likewise not significantly affected. The fluorescence of the bound 5-IAF is increased by ATP, Na+, and Mg2+, and decreased by K+. These fluorescence changes likely reflect ligand-induced stabilization of the E1 or E2 states of the enzyme.  相似文献   

14.
The inhibition of membrane ATPase from the marine alkalotolerant bacterium Vibrio alginolyticus by DCCD, triphenyltin and venturicidin was studied. DCCD proved to be an irreversible inhibitor, while venturicidin and triphenyltin produced a reversible inhibitory effect. The DCCD-binding proteolipid was identified in the membrane preparations. The effect of the inhibitors on ATPase activity and ATP-dependent Na+-transport in V. alginolyticus subcellular vesicles is discussed.  相似文献   

15.
Quenching of the fluorescence of the (Ca2+ + Mg2+)-ATPase purified from muscle sarcoplasmic reticulum can be used to measure relative binding constants of hydrophobic compounds to the phospholipid-protein interface. We show that the binding constant for cholesterol is considerably less than that for phosphatidylcholine, so that cholesterol is effectively excluded from the phospholipid annulus around the ATPase. However, dibromocholestan-3β-ol causes quenching of the fluorescence of the ATPase, and so has access to other, non-annular sites. We suggest that these non-annular sites could be at protein/protein interfaces in ATPase oligomers. Oleic acid can bind at the phospholipid/protein interface, although its binding constant is less than that for a phosphatidylcholine, and it can also bind at the postulated non-annular sites. The effects of these compounds on the activity of the ATPase depend on the structure of the phospholipid present in the systems.  相似文献   

16.
In artificially ventilated animals we investigated the dependence of the pulmonary diffusing capacities of nitric oxide (NO) and doubly 18O-labeled carbon dioxide (DLNO, DLC18O2) on lung expansion with respect to ventilator-driven increases in intrapulmonary pressure. For this purpose we applied computerized single-breath experiments to 11 anesthetized paralyzed rabbits (weight 2.8-3.8 kg) at various alveolar volumes (45-72 ml) by studying the almost entire inspiratory limb of the respective pressure/volume curves (intrapulmonary pressure: 6-27 cmH2O). The animals were ventilated with room air, employing a computerized ventilatory servo-system that we designed to maintain mechanical ventilation and to execute the particular lung function tests automatically. Each single-breath maneuver was started from residual volume (13.5+/-2 ml, mean+/-SD) by inflating the rabbit lungs with 35-55 ml indicator gas mixture containing 0.05% NO in N2 or 0.9% C18O2 in N2. Alveolar partial pressures of NO and C18O2 were measured by respiratory mass spectrometry. Values of DLNO and DLC18O2 ranged between 1.55 and 2.49 ml/(mmHg min) and 11.7 and 16.6 ml/(mmHg min), respectively. Linear regression analyses yielded a significant increase in DLNO with simultaneous increase in alveolar volume (P<0.005) and intrapulmonary pressure (P<0.023) whereas DLC18O2 was not improved. Our results suggest that the ventilator-driven lung expansion impaired the C18O2 blood uptake conductance, finally compensating for the beneficial effect of the increase in alveolar volume on DLC18O2 values.  相似文献   

17.
Different products have been observed in the reactions of C5H5Co+ and C5H5Ni+ ions with halogen-substituted pyridines (XPy) that have been studied by ion trap mass spectrometry (ITMS) techniques. In particular, an addition product C5H5M(XPy)+ and a product ion C5H4M(Py)+ corresponding to a loss of a HX molecule (X = F, Cl, Br) have been detected. The relative yield of these products is determined by the nature of the metal and by the nature and position of the halogen on the pyridine ring. A computational study at the DFT level on model-systems formed by 2-fluoro and 2-bromopyridine reacting either with the C5H5Ni+ or the C5H5Co+ ion has been carried out. This study shows the existence of a general mechanistic pattern. The rate-determining step of this mechanism is the migration of the halogen from the pyridine ring to the metal. A final hydrogen abstraction step carried out by the halogen leads to the expulsion of a HX molecule. The existence of avoided crossings between surfaces of different multiplicities (ground and first excited state) allows the system to follow lower energy reaction pathways. The barrier determined for the reactions involving 2-bromopyridine is significantly lower than that found for 2-fluoropyridine. This is mainly due to the poor migrating/leaving character and low polarizability of fluorine compared to that of bromine.  相似文献   

18.
The phospholipid requirement of the (Ca2+ + Mg2+)-ATPase present in a membrane fraction from human platelets was studied using various purified phospholipases. Only those phospholipases, which hydrolyse the negatively charged phospholipids, inhibited the (Ca2+ + Mg2+)-ATPase activity. The ATPase activity could be restored by adding mixed micelles of Triton X-100 and phosphatidylserine or phosphatidylinositol. Micelles with phosphatidic acid, phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine or sphingomyelin could not be used for reconstitution and inhibited the activity of the native enzyme.  相似文献   

19.
The efficiency of (Na+ + K+)-ATPase (i.e. the amount of K+ pumped per ATP hydrolyzed) in intact tumorigenic cells was estimated in this study. This was accomplished by simultaneously measuring the rate of ouabain-sensitive K+ uptake and oxygen consumption in tumorigenic cell suspensions during the reintroduction of K+ to K+-depleted cells. The ATP turnover was then estimated by assuming 5.6–6 ATP/O2 as the stoichiometry of NADH-linked respiration in these cells. In the three cell lines tested (hamster and chick embryo cells transformed with Rous sarcoma virus and Ehrlich ascites cells), the K+/ATP ratio was approximately 2, the same value as that found in normal tissues. Furthermore, only 20% of the total ATP production of these cells was used by (Na+ + K+)-ATPase.  相似文献   

20.
A highly sensitive fluorimetric assay using 3-O-methylfluorescein phosphate as substrate was used in the determination of K+-dependent phosphatase activity in preparations of rat skeletal muscle. The gastrocnemius muscle was chosen because of mixed fibre composition. Crude, detergent treated homogenate was used so as to avoid loss of activity during purification. K+-dependent phosphatase activities in the range 0.19–0.37 μmol · (g wet weight)−1 · min−1 were obtained, the value decreasing with age and K+-deficiency. Complete inhibition of the K+-dependent phosphatase was obtained with 10−3 M ouabain. Using a KSCN-extracted muscle enzyme the intimate relation between K+-dependent phosphatase activity and (Na+ + K+)-activated ATP hydrolysis could be demonstrated. A molecular activity of 620 min−1 was estimated from simultaneous determination of K+-dependent phosphatase activity and [3H]ouabain binding capacity using the partially purified enzyme preparation. The corresponding enzyme concentration in the crude homogenates was calculated and corresponded well with the number of [3H]ouabain binding sites measured in intact muscles or biopsies hereof.  相似文献   

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