社会水文学研究进展

社会水文学是水文学和自然、社会、人文的交叉学科,主要探究人-水耦合系统的双向互馈方式及其协同进化的动态机理,并着力解决当今人类所面临的水资源可持续利用等问题.本文从社会水文学的产生背景与形成过程入手,介绍了社会水文学的基本概念,总结了其学科特点;从人-水耦合系统中的权衡、水资源管理中的利益关系、人-水耦合系统中的虚拟水研究三方面论述了社会水文学的主要研究内容,并辨析了其与传统水文学、生态水文学和水文社会学的区别与联系;最后从完善学科内容、深化定量研究、注重社会水文学中的尺度研究、社会水文学与生态水文学的融合等方面对社会水文学的发展前景进行了展望,以期推动我国社会水文学研究的发展.     

基于物质流分析方法的唐山市经济与环境关系的协整检验和分解

利用物质流分析方法(MFA)建立物质流账户,分析唐山市在经济 环境系统运行中物质投入量与产出量的阶段特征及物质投入和产出强度对经济发展的影响程度;使用计量经济学模型,分别对国内生产总值(GDP)、直接物质投入(DMI)和直接废弃物排放(DPO)进行单位根检验、Johansen协整检验、向量误差修正分析、脉冲响应和方差分解分析,探索了各指标之间的双向作用机制和长期关系.结果表明: 1992—2011年,唐山市DMI和DPO 均呈增长趋势,DMI的增幅高于DPO.DMI投入强度呈增长趋势,DPO产出强度呈波动下降趋势.GDP与DMI、DPO之间存在着长期稳定协整关系,指标间的作用关系经历了由波动到逐步平稳的过程.DMI与DPO在短期内会对经济发展起到较强的正向冲击作用,但是经济-环境系统会逐步消化这些影响,并对系统内外指标进行短期的动态调整,最终使系统表现出一种长期的均衡关系;经济发展受到经济规模效应的影响逐步增加.将各指标对GDP的贡献度予以分解,其中,DMI的贡献度上升,GDP的贡献度下降,DPO的贡献度变化不大.总体上,唐山市的经济发展遵循了资源型城市的传统生产轨迹,较大程度上依赖于物质投入,高能源消耗又加剧了环境污染.     

茉莉酸甲酯诱导大戟三萜类代谢的研究

京大戟是多年生草本药用植物,入药部分是其干燥根,但可入药的京大戟资源由于生长缓慢以及环境污染的加剧而越发匮乏,因此解决大戟资源日益紧张的问题是当今药用植物资源开发与利用方向的重要课题。京大戟含有三萜类、二萜类、黄酮类等丰富的活性成分,一些常见药用植物的有效成分是三萜类化合物,其在抗病毒、抗肿瘤、免疫调节等方面具有很好的活性。对植物萜类物质代谢起重要作用的关键酶,如3-羟基,3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(hmgr)、鲨烯合酶(sqs)、法尼基焦磷酸合酶(fps)的基因克隆及活性研究取得了进展和突破,但通过调控萜类物质代谢途径中关键酶基因的表达来诱导终产物合成的研究鲜有报道。通过研究大戟萜类物质代谢途径进而利用基因工程手段提升目的物质的产量来解决京大戟药源短缺问题具有重要意义。该研究以大戟愈伤组织为材料,使用茉莉酸甲酯分别按时间梯度和浓度梯度进行诱导,将诱导后的愈伤组织分为两部分:一部分提取其总RNA,以actin为内参基因进行反转录,实时定量RT-PCR分析大戟三萜类代谢途径中hmgr、sqs与fps基因的相对表达差异;另一部分用于提取其总三萜并使用分光光度法进行含量测定。实时定量RT-PCR分析结果表明,茉莉酸甲酯可诱导3个基因的表达,但其表达模式不一样。相应的京大戟愈伤组织中总三萜的含量明显提高,最高可较未处理样品增加27%。研究结果可为茉莉酸甲酯促进药用植物大戟三萜类物质积累的分子机制研究提供参考。     

石菖蒲醇提物对番茄幼苗防御酶影响

为了探讨石菖蒲醇提物作为一种中药杀菌剂对病菌寄主植物本身防御酶体系的影响,该研究以番茄欧粉贝幼苗和川产道地中药石菖蒲为材料,采用冷浸法制备石菖蒲醇提物,经不同浓度石菖蒲醇提物对番茄幼苗进行处理,用比色法测定多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)和过氧化物酶(POD)的活性,并利用GC-MS联用技术,对石菖蒲醇提物的主要化学成分进行定性分析。结果表明:第1天,醇提物浓度在0.04~0.08 g·mL~(-1)时,PAL活性显著高于对照;随后PAL活性随浓度升高降低;当浓度在0.04~0.16 g·mL~(-1)时,POD活性与对照无显著差异;浓度为0.32 g·mL~(-1)时,POD活性显著高于对照;浓度为0.64 g·mL~(-1)时,POD活性显著低于对照;当浓度在0.04~0.32 g·mL~(-1)时,PPO活性显著高于对照;浓度为0.64 g·mL~(-1)时,PPO活性与对照无显著差异;随着时间的延长,三种酶各处理组之间的差异逐步减少。第4天时,各处理组之间PAI,的活性无显著差异;当浓度为0.04 g·mL~(-1)和0.64 g·mL~(-1)时,PPO活性与对照无显著差异,其余范围均显著高于对照;当浓度在0.08~0.32 g·mL~(-1)时,POD活性数值上均高于对照。以上表明在一定浓度范围内醇提物可以增强防御酶活性,未破坏植物的防御酶体系。因此,该醇提物作为一种新型的中药杀菌剂有巨大的开发和利用潜力。利用GC-MS联用技术,可从醇提物中鉴定出30种化学成分,这些物质中多为苯丙素类物质,如β-细辛醚、α-(细辛醚和顺式甲基异丁香油酚等,其中含量最高的物质为β-细辛醚(42.48%)。这提示在后续的研究中,可针对β-细辛醚等醇提物的主要化学成分进行。     

枸杞L-半乳糖酸内酯脱氢酶基因的克隆及表达分析

以青海枸杞(Lycium barbarum L.)为模板,采用RT-PCR和RACE技术,克隆枸杞L-半乳糖酸-1,4-内酯脱氢酶(GLDH)基因序列,命名为LbGLDH。LbGLDH基因全长为2 114bp,包含一个开放读码框1 767bp(编码588个氨基酸)、5′末端序列57bp、3′末端序列290bp。LbGLDH基因核苷酸序列与番茄、马铃薯、烟草GLDH基因具有88%~90%的一致性。LbGLDH编码氨基酸序列包含GLDH蛋白酶具备的FAD-binding-4和ALO结构域。qRT-PCR分析结果显示,在枸杞不同组织中LbGLDH基因的表达、抗坏血酸含量和GLDH活性变化趋势相同,表现为在枸杞的花和果实中表达量最高,成熟叶中表达量最少。推测LbGLDH基因表达促进枸杞果实中抗环血酸含量的积累。     

草莓β-半乳糖苷酶基因FaTβgal的克隆与表达分析

利用SSH和RACE技术,从‘丰香’草莓果实中分离了1个草莓β-半乳糖苷酶(β-Gal)基因,命名为FaTβgal。FaTβgal基因cDNA序列全长2 891bp,ORF区2 448bp,编码815个氨基酸,含有保守序列GGPIILSQIENEY和凝集素结构域。FaTβgal推导氨基酸序列与已报道的3个草莓β-Gal基因Faβgal1(CAC44500)、Faβgal2(CAC44501)、Faβgal3(CAC44502)氨基酸序列有47.1%~48.1%的相似性。与其它物种24个β-Gal基因聚类分析表明,FaTβgal聚在一个独立的分枝上。采用实时荧光定量PCR技术,对FaTβgal基因在果实发育成熟过程中的表达分析表明,该基因在果实中特异表达,随着果实成熟表达量升高,粉红期达到峰值,全红期迅速下降;2个软硬不同的品种表达模式趋于一致。研究认为,FaTβgal基因是β-Gal基因家族的一个新基因,该基因可能在果实成熟软化过程中发挥作用。     

辣椒雄性不育系葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因的克隆及表达分析

为了深入研究辣椒雄性不育与能量代谢之间的关系,该研究以辣椒近缘物种番茄的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因(G6PDH)同源序列为基础,采用电子克隆的方法克隆出辣椒CaG6PDH基因。利用荧光定量PCR技术,对辣椒雄性不育系9704A与其保持系9704B花蕾发育的不同阶段,以及保持系9704B不同组织(茎、叶、花、果皮、胎座、种子)中CaG6PDH基因进行表达分析。结果表明:两系中获得的CaG6PDH基因的编码序列一致,全长1 533bp,编码510个氨基酸残基;辣椒CaG6PDH基因在保持系不同组织中表达量存在差异,胎座中表达量最高,茎中表达量最低;辣椒CaG6PDH基因的表达量在花蕾发育的不同阶段雄性不育系均高于保持系,此种差异在小孢子发育的单核期与成熟期尤为明显,这种差异可能使雄性不育系能量代谢供应出现异常,从而影响小孢子的正常发育而导致雄性败育。     

高产申嗪霉素和吩嗪-1-酰胺的水稻根际铜绿假单胞菌PA1201分离、鉴定与应用潜力

【目的】从水稻根际筛选能高效抑制水稻病原菌的细菌,分析和鉴定其形态和生化特征,为开发新型绿色农药奠定基础。【方法】从水稻根际分离能以1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)为唯一碳源的菌株,根据菌株形态和生化特性、16S r DNA序列比对和磷脂脂肪酸图谱,对该菌株进行鉴定。通过氯仿萃取抽提、高效液相色谱分析,确定菌株PA1201在PPM培养基和黄豆粉培养基中申嗪霉素和吩嗪-1-酰胺的产量。【结果】菌株PA1201能有效抑制水稻纹枯病菌和水稻白叶枯病菌的生长,属于铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa sp.PA1201);PA1201产生两种抑菌代谢产物申嗪霉素和吩嗪-1-酰胺,在PPM和黄豆粉培养基中申嗪霉素的产量可达81.7 mg/L和926.9 mg/L,吩嗪-1-酰胺的产量亦可达18.1 mg/L和489.5 mg/L;PA1201产生大量胞外蛋白酶,对人肺腺癌细胞系A549和黑腹果蝇具有一定毒性。【结论】PA1201的申嗪霉素产量比现有生产菌株的出发菌株M18高3-4倍,还能产生另一种抑菌活性更高的衍生物吩嗪-1-酰胺,具有进一步开发的潜力。     

砷胁迫下不同砷富集能力植物内源生长素与抗氧化酶的关系

采用室内土培法,研究了砷胁迫(0,50,100和200 mg/kg)对凤尾蕨属中砷超富集植物大叶井口边草(Pteris cretica var.nervosa)和非砷超富集植物剑叶凤尾蕨(Pteris ensiformis)生物量、株高、叶片内源3-吲哚乙酸(IAA)含量、IAA氧化酶(IAAO)活性、砷含量、抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT)活性以及细胞膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量的影响,并用逐步回归法分析了IAA含量与砷含量、抗氧化酶活性、MDA含量之间的关系。此外,研究了100 mg/kg砷处理下IAA、IAAO、3种抗氧化酶和MDA的时间动态。结果表明,与对照(不加砷)相比,加砷处理下大叶井口边草的株高和生物量未出现显著变化,但剑叶凤尾蕨在中、高浓度砷胁迫下则显著降低;中、高浓度砷胁迫均使2种植物叶片含砷量、IAA含量显著增加和IAAO活性显著下降,但这种改变在大叶井口边草中更为显著;加砷处理使大叶井口边草叶片3种抗氧化酶活性维持或增加,剑叶凤尾蕨中SOD和CAT活性虽能维持,但POD活性则显著下降,说明砷胁迫下大叶井口边草具有更强的抗氧化能力。逐步回归分析结果显示,2种植物叶片IAA含量均与砷含量成显著正相关,但在大叶井口边草中,IAA含量还与CAT活性成显著负相关。时间动态研究表明,第13天,大叶井口边草具有最高的IAA含量、最低的IAAO活性以及最低的CAT活性,而剑叶凤尾蕨中的变化规律则不明显。因此,叶片保持较高的IAA含量、较低的IAAO和CAT活性有助于大叶井口边草超量富集砷。     

不同水氮处理对玉米-大豆间作群体内作物光能截获、竞争和利用的影响

通过田间试验研究了不同水氮处理对玉米-大豆间作群体的光能截获、竞争与利用的影响。试验设置充分供水和水分亏缺两种水分处理以及施氮(亩施纯氮7.5 kg)和不施氮两种氮肥处理。结果表明,在生育中后期,同一氮肥处理条件下,充分供水处理间作作物的光能截获率显著高于水分亏缺处理;相同水分条件下,施氮处理间作大豆的光能截获率略高于不施氮处理,但未达到显著水平,而施氮处理间作玉米的光能截获率则显著高于不施氮处理。从播后第64天到成熟,同一氮肥处理条件下,充分供水提高了间作玉米的光能竞争比,但却降低了间作大豆的光能竞争比。从播后第73天到成熟,相同水分条件下,施氮处理间作玉米的光能竞争比显著高于不施氮处理,而大豆的光能竞争比在两个氮肥处理间则没有显著差异。充分供水条件下,施氮处理间作玉米的光能利用效率(LUE)为3.87 g/MJ,略高于不施氮处理(3.81 g/MJ);水分亏缺条件下,施氮处理间作玉米的LUE(3.86 g/MJ)比不施氮处理(3.72 g/MJ)高3.6%。充分供水条件下,施氮处理间作大豆的LUE(1.62 g/MJ)比不施氮处理(1.57 g/MJ)高3.2%;水分亏缺条件下,施氮处理间作大豆的LUE为1.55 g/MJ,与不施氮处理(1.54 g/MJ)基本相同,表明与氮肥处理相比,水分状况对大豆LUE的影响更为明显。