增温和降雨减少对杉木幼林土壤酶活性的影响

土壤酶在土壤过程中扮演着一个重要的角色,其通过参与凋落物和土壤有机质的分解过程从而驱动着土壤养分循环和碳循环,而影响这个过程的因素很多,主要包括温度和土壤含水量。本研究在中亚热带杉木人工幼林进行对照、增温、隔离降雨以及增温+隔离降雨联合处理实验,探究温度和水分变化对土壤胞外酶活性的影响,包括参与碳循环的β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、酚氧化酶(PHO)、过氧化物酶(PEO),和参与氮循环的β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)以及参与磷循环的酸性磷酸酶(AP)。结果表明:增温和隔离降雨以及两者的交互作用使土壤含水量、微生物生物量氮、可溶性有机氮和可溶性有机碳(DOC)显著下降(P0.05)。此外,增温显著增加了铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮含量(P0.05),以及βG、CBH和NAG酶活性(P0.05);隔离降雨在一定程度上对βG、CBH和NAG(P 0. 05)酶活性起到促进作用;而增温+隔离降雨处理下,βG、CBH、NAG、PHO、PEO酶活性都略微上升(P 0.05); AP酶活性在各个处理后均剧烈下降(P 0.05)。冗余分析结果显示,全氮、NH_4~+-N和DOC是驱动土壤酶活性变化的主要影响因子。研究表明,参与碳、氮循环的土壤酶在温度升高和降水减少下响应较为积极,酶活性有所上升,从而加速了土壤碳分解,但参与磷循环的土壤酶活性却显著下降,未来该地区的磷限制情况将进一步加剧。本研究将为未来气候变暖和降水减少下对预测养分循环和碳循环提供一定的科学依据。     

不同肥料对稻田红壤碳、氮、磷循环相关酶活性的影响

采用中国科学院千烟洲生态站1998年开始的定位试验数据,研究不同肥料(猪粪、秸秆、化肥)对稻田红壤碳、氮、磷养分及相关酶活性[3-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)]的影响.结果表明:施用猪粪(OM)土壤中的βG、NAG和LAP活性显著高于其他处理,比对照(不施任何肥料)分别高1.4、2.6和1.9倍;土壤C/N提高、βG/(NAG+LAP)降低,说明施用猪粪有利于土壤中纤维素的降解和有机碳的积累.施用化肥提高了土壤中βG、NAG和LAP活性,而AP活性比对照低34％;土壤βG/AP和(NAG+LAP)/AP较高,而C/P和N/P较低,说明施用化肥导致稻田红壤无机磷的积累,抑制了土壤中分解磷酸多糖和磷脂的微生物功能.     

川西亚高山不同演替阶段天然次生林土壤碳氮含量及酶活性特征

为了解次生林自然更新演替过程中土壤碳氮含量及酶活性的变化规律, 采用空间代替时间的方法, 在川西亚高山米亚罗林区选取环境条件基本一致的20世纪60、70和80年代采伐迹地自然更新演替的次生林(60-NSF、70-NSF和80-NSF)和岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林(对照, CK)为对象, 研究了表层(0-20 cm)土壤碳氮含量和土壤酶活性的关系。结果表明: 表层土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)含量均随森林植被更新演替呈显著降低趋势, 而全氮(TN)和可溶性有机氮(DON)含量则表现为60-NSF < 80-NSF < 70-NSF, 但70-NSF和80-NSF间差异不显著; 次生林表层土壤有机碳氮及其活性组分含量均低于CK, 其中80-NSF的DOC和DON含量与CK差异不显著。次生林的β-葡萄糖苷酶(βG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和多酚氧化酶(PHO)活性均显著低于CK, 纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO)活性与CK无显著差异; 天然次生林中, 60-NSF的βG和CBH活性显著低于70-NSF和80-NSF; 80-NSF的NAG活性显著高于60-NSF和70-NSF; 4种林型之间的PEO活性无显著性差异。Pearson相关分析和冗余分析显示, 土壤TN、LFOC和DOC含量与土壤酶活性显著相关, 其中TN含量解释了酶活性变化的65.4%, 说明土壤氮含量变化可能会影响到土壤碳的水解酶活性, 同时也表明土壤微生物优先利用易分解碳和氮。因此, 次生林近60年的天然更新演替引起了TN、LFOC及DOC含量的显著下降, 导致表层土壤某些胞外酶(如βG、CBH和NAG)活性降低。从土壤酶活性角度看, 岷江冷杉原始林比早期演替阶段的次生林(<60 a)更有利于川西亚高山高海拔森林生态系统的碳氮循环。     

凋落物添加和移除对杉木人工林土壤水解酶活性及其化学计量比的影响

土壤生态酶化学计量比可用于评估微生物碳(C)、氮(N)和磷(P)养分的需求状况。以往从凋落物输入量变化对生态酶化学计量比的角度来探讨杉木人工林土壤养分状况的研究较少。以亚热带杉木人工林为研究对象,采用随机区组实验设计,对12块杉木人工林样地进行3种凋落物处理(凋落物添加(LA);凋落物移除(LR);对照(CK)),通过测定土壤C、N和P水解酶(β-葡糖苷酶(BG)、半纤维素酶(CB)、β-乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AP))的活性及土壤理化性质,探讨凋落物添加和移除对杉木人工林土壤养分状况的影响。结果表明:LR显著抑制了AP、BG、CB、NAG和LAP活性,同时降低了土壤含水量(SMC)、有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)和有效氮含量;而LA对以上指标均存在显著的正效应,表明凋落物输入量变化主要是通过改变土壤水分和养分状况来影响水解酶的活性。LR和CK处理下土壤酶活性比ln(BG+CB):ln(AP)和ln(NAG+LAP):ln(AP)均低于全球尺度上土壤酶活性比ln(BG+CB):ln(AP)(0.62)和ln(NAG+LAP):ln(AP)(0.44),表明亚热带地区杉木人工林土壤微生物生长受磷限制;LA处理的土壤的ln(BG+CB):ln(AP)和ln(NAG+LAP):ln(AP)均高于全球尺度,表明LA在一定程度上缓解了土壤磷限制,生态酶化学计量比响应的差异表明磷可能是驱动亚热带杉木人工林土壤生态酶化学计量比内在联系的关键因子。相关分析表明SMC、SOC和有效氮含量与土壤酶活性及其化学计量比呈极显著正相关关系,因此,生态酶化学计量比可作为表征土壤当前养分有效性状况的重要指标,该研究可为亚热带杉木人工林土壤养分管理和可持续性经营提供科学的基础理论。     

凋落物输入改变对亚热带两种米槠次生林土壤酶活性的影响

酶在土壤有机质分解中起重要作用。为深入了解全球变化背景下森林凋落物产量的改变对森林生态系统过程的影响, 以亚热带米槠(Castanopsis carlesii)人促更新次生林(米槠人促林)和米槠次生林为研究对象, 设置凋落物加倍(DL)、凋落物去除(NL)和对照(CT) 3种处理, 探讨土壤6种胞外酶活性的变化。研究结果表明: 米槠次生林中土壤纤维素水解酶(CBH)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酚氧化酶(PhOx)和过氧化酶(PerOx)活性高于米槠人促林, 而酸性磷酸酶(AP)和β-葡萄糖苷酶(βG)活性没有差异; NL和DL处理均降低了两种不同更新方式森林土壤的AP、βG和NAG活性, CBH和PerOx活性均无显著变化, 而PhOx活性仅在DL处理后降低; 除NAG活性外, 米槠人促林的AP、βG、PhOx活性在凋落物处理后下降的幅度均高于次生林; Pearson相关分析和冗余分析表明, 土壤酶活性与土壤含水量、碳(C)、氮(N)含量和微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量显著相关。因此, 凋落物输入的改变(无论增加和减少), 引起了土壤含水量、C、N以及MBC和MBN含量的下降, 进而可能会导致亚热带米槠次生林和米槠人促林土壤某些胞外酶(如AP、βG和NAG)活性降低。从土壤酶活性角度看, 米槠次生林比米槠人促林更有利于亚热带森林生态系统C、N养分循环。     

Response of soil enzyme activities to litter input changes in two secondary Castanopsis carlessii forests in subtropical China

酶在土壤有机质分解中起重要作用。为深入了解全球变化背景下森林凋落物产量的改变对森林生态系统过程的影响, 以亚热带米槠(Castanopsis carlesii)人促更新次生林(米槠人促林)和米槠次生林为研究对象, 设置凋落物加倍(DL)、凋落物去除(NL)和对照(CT) 3种处理, 探讨土壤6种胞外酶活性的变化。研究结果表明: 米槠次生林中土壤纤维素水解酶(CBH)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酚氧化酶(PhOx)和过氧化酶(PerOx)活性高于米槠人促林, 而酸性磷酸酶(AP)和β-葡萄糖苷酶(βG)活性没有差异; NL和DL处理均降低了两种不同更新方式森林土壤的AP、βG和NAG活性, CBH和PerOx活性均无显著变化, 而PhOx活性仅在DL处理后降低; 除NAG活性外, 米槠人促林的AP、βG、PhOx活性在凋落物处理后下降的幅度均高于次生林; Pearson相关分析和冗余分析表明, 土壤酶活性与土壤含水量、碳(C)、氮(N)含量和微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量显著相关。因此, 凋落物输入的改变(无论增加和减少), 引起了土壤含水量、C、N以及MBC和MBN含量的下降, 进而可能会导致亚热带米槠次生林和米槠人促林土壤某些胞外酶(如AP、βG和NAG)活性降低。从土壤酶活性角度看, 米槠次生林比米槠人促林更有利于亚热带森林生态系统C、N养分循环。     

喀斯特关键带不同干扰梯度下土壤-岩石界面对土壤有机质水解酶活性的影响

土壤酶在土壤生态系统的物质循环和能量流动中具有重要作用,受土地利用方式影响强烈。喀斯特地区具有岩石出露面积广和土层浅薄不连续的特点,且随着人为干扰强度的增加而加剧。但是目前关于土壤碳氮循环酶活性对出露岩石(土壤-岩石界面)的响应受土地利用变化的影响的研究还较为薄弱。以贵州省喀斯特地区陈旗和天龙山流域为研究区域,探讨了原生林、次生林、弃耕地和耕地4种不同干扰梯度下土壤-岩石界面的土壤有机质水解酶活性的差异以及影响机制。研究结果表明:(1)当土地利用方式从森林转化为弃耕地或耕地后,土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、硝态氮(NO~-_3-N)、铵态氮(NH~+_4-N)含量和SOC/TN随着人为干扰强度的增加呈现降低的趋势。在4种不同干扰强度的土地中,岩土界面的pH、SOC和NH~+_4-N含量较高。(2)土壤酶活性在不同干扰梯度下土壤-岩石界面和非交界处有明显的分异。与碳循环有关的β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、β-1,4-木糖苷酶(βX)、纤维素二糖水解酶(CBH)和α-1,4-葡萄糖苷酶(αG)酶活性均表现为弃耕地和耕地高于原生林和次生林。与氮循环有关的β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)在原生林和弃耕地中表现出更高的活性。所有水解酶均在弃耕地的土壤-岩石交界处活性最高。(3)RDA分析表明,可溶性有机碳(DOC)的含量对土壤水解酶活性影响最大,贡献率为33.4%(P=0.002)。土壤pH、SOC和NH~+_4-N与酶活性显著相关。综上,土地利用方式和岩石裸露显著影响土壤的理化性质和水解酶活性;同时弃耕地的土壤-岩石界面维持了较高的碳氮周转酶活性,反映出长期恢复下土壤的养分循环功能仍然存在,表明退耕还林还草对喀斯特地区生态系统恢复和土地资源可持续利用具有重要意义。     

不同植茶年限土壤碳氮养分及胞外酶对干旱胁迫的响应

全球气候变暖导致的夏季干旱事件频发影响茶园生态系统生产力,而茶叶是我国南方主要的经济作物,因此研究干旱条件下不同植茶年限茶园土壤养分、生态酶活性及微生物生态变化具有重要意义。选取杭州市余杭区径山茶园3种不同植茶年限(10a、30a和50a)土壤和邻近的荒土为研究对象,研究不同水分(干旱组30%WFPS(water-filled pore space)和对照组55% WFPS)处理前、第7天和第14天的土壤碳氮养分(可溶性有机碳DOC,总有机碳TOC,微生物碳MBC,微生物氮MBN,铵态氮NH_4-N,硝态氮NO_3-N)和胞外酶活性(涉碳胞外酶:β-N萄糖苷酶BG,涉氮胞外酶:N-乙酰氨基葡萄糖苷酶+亮氨酸氨基肽酶NAG+LAP)变化探讨不同水分对不同植茶年限土壤生态系统的影响。结果表明,茶园土壤碳库及涉碳、涉氮胞外酶活性随着植茶年限增加先升高后降低(30a最高);土壤氮库养分随着植茶年限增加而增加。干旱处理增加了土壤TOC、NH_4-N、NO_3-N含量而降低了土壤MBC含量、BG和NAG+LAP活性。处理前后植茶年限30a土壤DOC、MBN、NO_3-N和涉碳、涉氮胞外酶含量最高且其干旱组土壤DOC、TOC、MBC、MBN含量与对照组比变幅相对较小,可推断植茶年限30a左右的土壤微生态环境丰富,对外界环境变化的抵抗力较强。     

亚热带人工林下植被根际土壤酶化学计量特征

为探讨林下植被根际土壤酶化学计量特征及其对林分类型和季节的响应,该研究以江西省泰和县千烟洲试验站典型人工杉木(Cunninghamialanceolata)、马尾松(Pinusmassoniana)和湿地松(Pinuselliottii)林林下优势灌草檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)、格药柃(Eurya muricata)、狗脊蕨(Woodwardia japonica)和暗鳞鳞毛蕨(Dryopteris atrata)为对象,在植被生长初期(4月)和旺盛期(7月)测定优势灌草根际土壤与碳(C)循环相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、与氮(N)循环相关的β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)、与磷(P)循环相关的酸性磷酸酶(AP)活性、酶化学计量比及土壤理化性质。结果发现:(1)根际土壤与C和N循环相关的酶活性以及BG:AP(酶C:P)在不同林下植被之间存在显著差异,而与P循环相关的酶活性差异不显著。林分类型和取样季节显著影响BG:(NAG+LAP)(酶C:N),且林下植被类型、林分类型和取样季节交互影响酶C:P。主成分分析表明,根际土壤酶的活性及计量比在不同林下植被(檵木不同于格药柃,且二者显著区别于其他物种)、林分类型(杉木林区别于马尾松、湿地松林)和取样季节之间均存在显著差异。土壤硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)、可溶性有机碳(DOC)含量和碳氮比(C:N)是影响林下植被根际土壤酶的活性及化学计量比的主要因素。(2)标准主轴回归分析表明,林下植被根际土壤lg(BG)、lg(NAG+LAP)和lg(AP)之间存在显著线性关系,lg BG:lg(NAG+LAP):lg AP(酶C:N:P)约为1:1:1.3,酶C:P及(NAG+LAP):AP(酶N:P)分别为0.14和0.15。AP远大于BG和NAG+LAP的活性,导致lg(BG)和lg(NAG+LAP)与lg(AP)的回归斜率极显著偏离1。说明林下植被根际土壤酶的活性及计量比受植被种类、林分类型及取样季节影响,且基质有效性在其中发挥重要作用。相较于C循环和N循环,微生物会分配更多资源用于P循环相关酶的生产,暗示亚热带人工林林下植被根际土壤微生物生长和活性更易受P限制。     

亚热带人工林下植被根际土壤酶化学计量特征

为探讨林下植被根际土壤酶化学计量特征及其对林分类型和季节的响应, 该研究以江西省泰和县千烟洲试验站典型人工杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliottii)林林下优势灌草檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)、格药柃(Eurya muricata)、狗脊蕨(Woodwardia japonica)和暗鳞鳞毛蕨(Dryopteris atrata)为对象, 在植被生长初期(4月)和旺盛期(7月)测定优势灌草根际土壤与碳(C)循环相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、与氮(N)循环相关的β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)、与磷(P)循环相关的酸性磷酸酶(AP)活性、酶化学计量比及土壤理化性质。结果发现: (1)根际土壤与C和N循环相关的酶活性以及BG:AP (酶C:P)在不同林下植被之间存在显著差异, 而与P循环相关的酶活性差异不显著。林分类型和取样季节显著影响BG:(NAG+LAP)(酶C:N), 且林下植被类型、林分类型和取样季节交互影响酶C:P。主成分分析表明, 根际土壤酶的活性及计量比在不同林下植被(檵木不同于格药柃, 且二者显著区别于其他物种)、林分类型(杉木林区别于马尾松、湿地松林)和取样季节之间均存在显著差异。土壤硝态氮(NO₃ ^--N)、铵态氮(NH₄ ⁺-N)、可溶性有机碳(DOC)含量和碳氮比(C:N)是影响林下植被根际土壤酶的活性及化学计量比的主要因素。(2)标准主轴回归分析表明, 林下植被根际土壤lg(BG)、lg(NAG+LAP)和lg(AP)之间存在显著线性关系, lgBG:lg(NAG+LAP):lgAP (酶C:N:P)约为1:1:1.3, 酶C:P及(NAG+LAP):AP (酶N:P)分别为0.14和0.15。AP远大于BG和NAG+LAP的活性, 导致lg(BG)和lg(NAG+LAP)与lg(AP)的回归斜率极显著偏离1。说明林下植被根际土壤酶的活性及计量比受植被种类、林分类型及取样季节影响, 且基质有效性在其中发挥重要作用。相较于C循环和N循环, 微生物会分配更多资源用于P循环相关酶的生产, 暗示亚热带人工林林下植被根际土壤微生物生长和活性更易受P限制。     

Embryo and Endosperm Function and Failure inSolanumSpecies and Hybrids

Although the importance of the endosperm as a food store inmany angiosperm seeds is well known, its significance duringearly embryogenesis has been neglected. In many interspecifichybrids, and in some other situations, embryos do not developfully and abort. It has often been stated that this is causedby the endosperm failing to conduct sufficient nutrients tothe embryo, but seldom has it been suggested that the endospermactively controls most of the early stages of morphogenesisof the embryo. Information gleaned from a broad survey of theliterature, combined with additional evidence presented here,obtained fromSolanum incanumand interspecific hybrids, indicatethat the endosperm is dynamic and very active in regulatingearly embryo development. This requires highly integrated geneticcontrol of rapidly changing metabolism in the endosperm. Ininterspecific hybrids, lack of coordination may cause unbalancedproduction of growth regulating substances by the endospermand hence abortion of the embryo, or even unregulated productionof nucleases and proteases resulting firstly in autolysis ofthe endosperm and then digestion of the embryo. The endospermmay thus serve to detect inappropriate hybridization of speciesor ploidy levels and so prevent waste of resources by producingseeds that would result in sterile hybrids or unthrifty subsequentgenerations. This discriminatory function of the endosperm hasdiminished during evolution and domestication of the crop plantSolanummelongenaL.Copyright 1998 Annals of Botany Company Solanum, embryo morphogenesis, endosperm, hybrid, seed development.     

环腺苷酸应答元件结合蛋白与学习记忆

环腺苷酸(cAMP)应答元件结合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)是一种核转录因子,可与cAMP反应元件结合,调节基因转录,具有调节精子生成,昼夜节律,学习记忆等功能.近年来关于其在学习记忆中的作用成为医学研究热点.CREB是神经元内多条信息传递途径的汇聚点,参与长时记忆形成和突触可塑性.长时记忆(long-term memory)形成需依赖CREB介导的基因转录,干扰或抑制CREB活性可破坏长时记忆.长时程增强(long-term potentiation,LTP)是研究学习记忆的理想模型,在LTP诱导和维持过程中均可观察到CREB活性持续升高.但增龄过程中,海马CREB活性下降,影响学习记忆功能,与许多神经退行性疾病发生有关.     

HIFs and tumors--causes and consequences

For most organisms oxygen is essential fo life. When oxygen levels drop below those required to maintain the minimum physiological oxygen requirement of an organism or tissue it is termed hypoxia. To counter act possible deleterious effects of such a state, an immediate molecular response is initiated causing adaptation responses aimed at cell survival. This response is mediated by the hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1), which is a heterodimer consisting of an alpha- and a beta-subunit. HIF-1 alpha protein is stabilized under hypoxic conditions and therefore confers selectivity to this response. Hypoxia is characteristic of tumors, mainly because of impaired blood supply resulting from abnormal growth. Over the past few years enormous progress has been made in the attempt to understand how the activation of the physiological response to hypoxia influences neoplastic growth. In this review some aspects of HIF-1 pathway activation in tumors and the consequences for pathophysiology and treatment of neoplasia are discussed.