中亚热带不同类型米槠林凋落枝溶解性有机质动态及光谱学特性

以中亚热带不同类型米槠林为对象,研究了米槠天然林、次生林和人工林凋落枝在生产量持续增加阶段、高峰阶段、持续减少3种生产阶段溶解性有机质的动态及光谱学特性。结果表明:凋落枝生产阶段和森林类型显著影响米槠凋落枝溶解性有机质含量及光谱学特征。米槠天然林在凋落枝生产量持续减少阶段溶解性有机碳(DOC)含量较高,溶解性有机质在254、260和280 nm处的特征紫外吸光值(SUVA₂₅₄、SUVA₂₆₀、SUVA₂₈₀)较低,表明该阶段天然林凋落枝质量较高,具有较高的以溶解性有机质为载体的物质循环效率。米槠人工林在凋落枝生产量高峰阶段具有较高的总氮(TN)、总磷(TP)、溶解性总氮(TDN)和溶解性总磷(TDP)含量以及较低的DOC∶TDP和TDN∶TDP值,但次生林凋落枝溶解性有机质含量及其光谱学特征在各阶段无显著差异。米槠天然林和次生林凋落枝DOC、TDN和TDP与气温和降水量呈负相关,人工林凋落枝TDN、TDP与气温和降水量呈正相关。人工林凋落枝生产量在高峰阶段具有较高的养分含量,可能具有相对快速的物质循环效率,天然林在凋落枝生产量下降阶段以凋落枝溶解性有机质为载体的物质循环效率相对较高。     

贡嘎山树线过渡带土壤胞外酶活性及其化学计量比特征

土壤胞外酶及其化学计量比是反映土壤养分可用性和微生物底物限制的敏感指标。然而, 对全球变化敏感的高山树线过渡带土壤酶活性和化学计量比的变化特征及其关键驱动因素仍不清楚。该研究在青藏高原东南部的川西贡嘎山高山树线过渡带(森林、树线、灌丛)进行土壤采样, 测定了树线过渡带土壤中5种水解酶(β-葡萄糖苷酶(BG)、纤维素二糖水解酶(CBH)、木聚糖水解酶(XYL)、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP))和2种氧化酶(多酚氧化酶(POX)、过氧化氢酶(CAT))的活性, 并计算土壤胞外酶活性化学计量比(碳、氮(N)酶活性比和碳质量指数)。结果表明: 灌丛土壤LAP、POX、CAT活性显著低于树线和森林土壤, XYL活性在树线最低, 其他胞外酶活性在树线过渡带不同位置差异不显著。灌丛土壤lnBG/lnLAP显著高于森林和树线处土壤, lnBG/ln(NAG + LAP)在树线过渡带没有显著变化, 碳质量指数在树线处最高。非度量多维尺度分析表明, 土壤有机碳、全氮、硝态氮含量和植物叶片木质素:N是影响树线过渡带土壤酶活性差异的主要因素, 植物叶片碳氮比、木质素:N和土壤可溶性氮含量是影响树线过渡带土壤胞外酶活性化学计量比差异的主要因素。综上所述, 贡嘎山地区的部分土壤酶活性及其化学计量比沿树线过渡带会发生明显的变化, 这种变化可能是由不同植物类型下微生物群落差异导致。这表明, 未来气候变化引起的树线迁移可能会改变胞外酶活性进而影响土壤养分循环。     

青藏高原高寒草地退化对土壤及微生物化学计量特征的影响

草地是我国陆地生态系统的重要组成部分, 具有重要的生产和生态功能。过去几十年来, 受气候变化和过度放牧等因素影响, 我国90%的天然草地发生不同程度退化。草地退化打破了土壤养分平衡, 影响草地生态系统的结构和功能。该研究以青藏高原高寒草地为研究对象, 基于三江源区多点采样和整个青藏高原高寒草地的meta分析相结合的手段, 解析了表层0-10 cm土壤和微生物碳氮磷含量及其化学计量特征随不同草地退化程度(未退化、中度和重度退化)的变化规律。结果显示, 草地退化整体上降低土壤有机碳、总氮和总磷含量及其化学计量比。土壤微生物碳氮含量随着退化程度的加剧而下降, 微生物磷含量不受退化的影响。微生物碳氮磷化学计量比沿退化梯度没有显著的变化规律, 且土壤和微生物元素化学计量比之间未呈现显著相关关系。以上结果表明, 草地退化致使土壤养分化学计量关系发生显著改变, 微生物群落自身却能维持一定的养分平衡。在长时间尺度上, 基于养分平衡的土壤质量提升技术可有效地促进退化高寒草地恢复, 改善其生态系统服务功能。     

喀斯特山地不同微地貌下土壤碳氮磷空间异质性及生态化学计量特征

喀斯特地区特殊地质背景造就复杂破碎的地形发育出多样的微地貌,这使得清晰地认识土壤碳氮磷的空间异质性及生态化学计量特征存在困难。基于实地调查、土壤采样、实验测试的结果数据,引入混合效应模型评估方法结合变异系数,分别从全量（土壤有机碳、全氮、全磷）及有效态（活性有机碳、碱解氮及速效磷）两方面,揭示不同微地貌类型下土壤碳氮磷空间异质性及其生态化学计量特征。结果显示：（1）不同微地貌类型下土壤有机碳、全氮、全磷对碳氮磷比值的耦合解释度为：土面（91.09%）＞石沟（91.02%）＞石坑（84.63%）＞石洞（80.17%）＞石缝（73.20%）,土面的空间异质性最低而石缝最高;（2）有效态方面,活性有机碳、碱解氮和速效磷对碳氮磷比值的耦合解释度特征为：石缝（84%）＞石洞（58.15%）＞土面（47.80%）＞石坑（44.06%）＞石沟（32.18%）,说明石缝微地貌的土壤活性有机碳、碱解氮及速效磷空间异质性最低;（3）不同微地貌类型下土壤全量碳氮磷生态化学计量的变异系数差异均在50%以上（C/N 80%、C/P 53.57%、N/P 69.33%）。通过揭示不同微地貌土壤全量及有效态碳氮磷空间异质性及生态化学计量特征,为喀斯特土壤系统管理方案及应对全球变化与碳中和提供数据和科学参考。     

不同地理种源杉木根叶功能性状与碳氮磷化学计量分析

为认识地理环境因子对不同种源杉木的影响及其响应和适应特征,对生长在同质园的7个种源3年生杉木王幼树根、叶功能性状及碳氮磷化学计量与环境因子的关系进行了研究。结果表明:不同地理种源杉木功能性状种源间变异系数为7.3%-18.9%,化学计量种源间变异系数为1.6%-18.9%,均小于20%,叶、根C含量变异系数较小,说明C是植物体最稳定的元素。不同地理种源杉木幼树叶厚、比叶面积、叶组织密度、比叶重、叶干物质含量差异显著,表明杉木叶片形态具有较强的可塑性来适应不同种源地地理环境变化。不同地理种源杉木根N含量、根C∶N和根C∶P差异极显著,反映不同种源地气候与土壤养分对根系化学计量特征的潜在影响。江西文公山种源的杉木比叶面积最大,比根长、根干物质含量最小;安徽休宁种源的杉木叶片C含量、C∶P、根C∶N、N∶P最小,细根N、P含量最高;江西安福山种源的杉木细根C∶N最大,叶片N∶P、细根C、N、P含量、C∶N、C∶P最小。不同种源地经度与杉木叶组织密度、叶C∶P呈极显著正相关。随着降水梯度升高,不同种源杉木叶根N∶P、比叶面积、比叶重升高。随海拔升高和气温的降低,叶片厚度增加,叶组织密度密度减小,叶干物质含量减小,比叶面积减小。对不同地理种源杉木功能性状间的权衡关系分析表明,不同种源杉木根比表面积与比叶面积呈显著负相关且与比叶重呈极显著正相关,叶片及细根N含量与P含量均呈极显著正相关,说明杉木叶、根面积存在关联性,根长与根面积生长趋势相同,根叶对N、P元素含量的响应也相同。     

不同入侵程度紫茎泽兰碳氮磷生态化学计量特征研究

紫茎泽兰(Ageratina adenophora)是一种生态危害性较大的入侵植物。为探讨不同入侵程度下紫茎泽兰的化学计量特征,进一步揭示其营养策略与入侵机制,该研究以紫茎泽兰及其本土伴生种条叶猪屎豆(Crotalaria linifolia)为对象,测定研究了轻度入侵、中度入侵和重度入侵下紫茎泽兰根、茎、叶中碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征与其入侵地土壤养分状况,并进一步比较了紫茎泽兰和条叶猪屎豆的C、N、P化学计量特征。结果表明:(1)3种入侵程度下,紫茎泽兰叶N、P含量均显著大于根和茎N、P含量,将更多的N和P分配至叶,增加资源获取,以利快速生长。(2)3种入侵程度下,紫茎泽兰茎N:P<根N:P<叶N:P,且茎N:P在中度入侵下显著大于轻度入侵,在入侵过程中其茎呈现出较高的生长速率,可促进其获取更多环境资源,增强生长竞争优势。(3)与本土种条叶猪屎豆相比,紫茎泽兰具有更高的根P、茎P含量,根和茎C:P、N:P均显著小于条叶猪屎豆,各器官C:N均显著大于条叶猪屎豆,显示出较高的养分利用效率及较低的资源需求量。(4)紫茎泽兰茎C和叶C、茎N和叶N均呈显著正相关,茎C:P与根C:P存在极显著负相关,说明对能量和资源的分配在生长和贮存之间存在权衡。研究认为,紫茎泽兰在入侵过程中采取增加地上部分的资源分配与利用以利于快速生长,同时具有较高的资源获取能力及较低的资源需求量,进而提高竞争能力,成为一种重要的入侵策略,促进其成功入侵。     

干热河谷失稳性坡面植物碳氮磷化学计量特征对土壤性质的响应

以干热河谷阴坡和阳坡典型失稳性坡面不同区段(稳定区、失稳区和堆积区)的草本植物为研究对象,分析植物地上和地下碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量特征对土壤性质的响应机制。结果表明:失稳性坡面植物地上C含量(320.59 g·kg^-1)、N含量(12.15 g·kg^-1)和C/P(25.37)均显著高于地下(分别为254.01 g·kg^-1、6.12 g·kg^-1、13.43),C/N则表现为地下(43.09)显著高于地上(31.90)。阳坡植物地上和地下C含量、N/P均表现为稳定区和失稳区显著高于堆积区,N含量则表现为失稳区显著高于堆积区;阴坡植物地上N、P含量及地下P含量均表现为堆积区显著高于稳定区和失稳区,地下C含量则反之。植物地上生长主要受P限制,根系生长主要受N限制并随区段向下呈逐渐增加趋势;阴坡植物生长受P的限制程度高于阳坡,N限制弱于阳坡。土壤含水量(SWC)是影响植物地上C、N、P含量变化的重要因子,影响值分别为28.8%、20.8%、19.9%,土壤有机碳(SOC)则显著影响植物地下C、N含量,影响值分别为49.5%、22.1%,植物地下N含量的变化主要受土壤pH值的影响(24.3%)。坡向、区段及土壤因子均显著影响植物养分的分配,SWC和SOC是主要影响因子,同时还受土壤pH值的影响。     

化学诱导对一株海洋来源土曲霉C23-3次生代谢产物及其生物活性的影响

【背景】海洋微生物是药理活性先导化合物的重要源泉,而化学诱导是深入挖掘其次生代谢潜力的一种便捷手段。【目的】以一株海洋来源土曲霉C23-3为出发菌株,筛选出可促进其产生更丰富代谢产物(包括丁内酯类化合物)的发酵条件,进一步开发菌株在抗阿尔茨海默症方面的潜力。【方法】分别选用海水马铃薯培养基、麦芽浸膏培养基、大米培养基和大豆培养基4种基础培养基,利用丁酸钠、辛二酰苯胺异羟肟酸(Suberoylanilidehydroxamicacid,SAHA)、5-氮杂胞嘧啶核苷(5-azacytidine,5-azaC)、盐酸普鲁卡因(Procaine hydrochloride)、ZnCl_2和CuCl_2共6种化学诱导剂对土曲霉C23-3进行微量的诱导培养。观察该菌菌丝体形态变化,并根据薄层层析(Thin-layerchromatography,TLC)指纹图谱、化学显色及生物活性自显影结果初筛出代谢产物丰富且乙酰胆碱酯酶抑制活性与抗氧化活性产物丰富的诱导条件,并进行进一步常量发酵。采用上述手段及高效液相色谱-二极管阵列检测器(High performance liquid chromatography-Diode array detector,HPLC-DAD)分析常量发酵代谢产物的总体多样性及丁内酯类化合物的多样性。【结果】发现CuCl_2、ZnCl_2、SAHA和5-azaC可引起土曲霉C23-3菌丝体生长形态显著变化,海水马铃薯培养基+100μmol/L丁酸钠等6种诱导条件在微量培养初筛及常量发酵复筛中均可使该菌株产生多样化的活性代谢产物,其丁内酯类代谢产物也具有一定差异性。【结论】化学诱导手段可促使土曲霉C23-3产生丰富且新颖的活性代谢产物,为多样化的抗阿尔茨海默症天然产物的发现奠定了基础。     

6-羟基烟酸3-单加氧酶(NicC)催化反应机理研究

恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)KT2440中的6-羟基烟酸(6HNA)3-单加氧酶(NicC)是烟酸代谢过程中的关键酶。NicC通过在吡啶环上加羟基对吡啶环进行活化,从而使吡啶环可在双加氧酶催化下开环,最终被完全降解。通过去除NicC的N端稀有密码子增加了NicC的表达量,进一步利用Ni-Sepharose重力柱对NicC进行了纯化。通过实验发现,NicC的最适反应温度为30～40℃,最适反应pH为8.0。Cd~(2+)对NicC的酶活有明显的抑制作用。当NADH的浓度为0.25mmol/L时,底物6HNA所对应的NicC的最大酶活为14.1U/mg,K_m值为51.8μmol/L;当6HNA的浓度为0.25mmol/L时,底物NADH所对应的NicC的最大酶活为10.79U/mg,K_m值为15.0μmol/L。通过HPLC和LC-MS分析表明,NicC可以在NADH和氧气的参与下催化6HNA转化生成2,5-二羟基吡啶(2,5-DHP)和甲酸,还可以将对羟基苯甲酸转化生成对苯二酚。同位素标记实验表明,产物2,5-DHP中的氧原子来源于参与反应的氧气。为研究吡啶类化合物微生物代谢提供了理论基础。     

可溶性焦磷酸酶的研究进展

焦磷酸酶(pyrophosphatase, PPase)是一种将底物焦磷酸(pyrophosphoric acid, PPi)水解成两分子磷酸盐的酶。目前,自然界中存在两大类PPase:膜结合型焦磷酸酶(membrane-integral pyrophosphatase, M-PPase)和可溶性焦磷酸酶(soluble inorganic pyrophatase, s-PPase)。s-PPase又分为Ⅰ型可溶性焦磷酸酶(soluble inorganic pyrophatase FamilyⅠ, s-PPaseⅠ)、Ⅱ型可溶性焦磷酸酶(soluble inorganic pyrophatase FamilyⅡ, s-PPaseⅡ)和Ⅲ型可溶性焦磷酸酶(soluble inorganic pyrophatase FamilyⅢ, s-PPaseⅢ)。s-PPaseⅠ在不同生物中寡聚物的状态不同,s-PPaseⅡ在所有生物中都以二聚体形式存在,s-PPaseⅢ是卤代烷脱卤酶的变体。s-PPase催化PPi水解过程包括基团去活化和亲核体产生。s-PPaseⅡ中的CBS-PPase调控机制研究的比较清楚。本综述将重点对s-PPase的结构、催化特性、调控机制和应用等方面进行分析阐述,为后续深入的研究提供参考。