一氧化氮对豆科植物结瘤及固氮的影响机制

豆科植物-根瘤菌共生过程受双方基因复杂且精细的调控, 能够产生特异的根瘤结构并可将大气中的惰性氮气(N₂)转化为可被植物直接利用的氨态氮。结瘤与固氮受多种因素影响, 其中, 一氧化氮(NO)作为一种自由基反应性气体信号分子, 可参与调节植物的许多生长发育过程, 如植物的呼吸、光形态建成、种子萌发、组织和器官发育、衰老以及响应各种生物及非生物胁迫。在豆科植物中, NO不仅影响寄主与菌共生关系的建立, 还参与调控根瘤菌对氮气的固定并提高植株氮素营养利用效率。该文主要从豆科植物及共生菌内NO的产生、降解及其对结瘤、共生固氮的影响和对环境胁迫的响应, 阐述了NO调控豆科植物共生体系中根瘤形成和共生固氮过程的作用机制, 展望了NO信号分子在豆科植物共生固氮体系中的研究前景。     

微藻种质资源库——藻类科学研究和产业发展的重要平台

微藻是指一类形态微小, 能够进行光合作用, 以单细胞或简单多细胞形式存在的藻类。作为一类重要的生物资源, 活体微藻的保藏和共享服务是开展藻类科学研究和藻类产业发展的必要平台和基础。坐落于中国科学院水生生物研究所的淡水藻种库(FACHB-Collection)正式成立于1973年, 1996年作为创会成员加入中国科学院典型培养物保藏委员会; 2019年成为国家水生生物种质资源库的核心成员。该库保藏逾3400株微藻, 隶属于9门169属。年均为国内外用户提供2500株藻株, 并提供藻种鉴定、分离纯化和培养技术等方面的服务和咨询。文章回顾了国际微藻种质资源库的发展历史和现状, 介绍了国内微藻种质资源保藏情况, 着重介绍国家水生生物种质资源库——淡水藻种库在库藏藻株多样性、共享服务、藻株无菌化、超低温保藏技术及优良品种选育与应用等方面的进展, 瞄准提升我国在藻类学研究和藻类产业研发的竞争力, 提出了藻种资源库未来发展的建议。     

混合营养型马勒姆杯棕鞭藻的重描述及其系统发育分析

马勒姆杯棕鞭藻(Poterioochromonas malhamensis)是典型的混合营养型单细胞鞭毛藻, 因个体微小且形态多变, 该鞭毛藻的正确鉴定十分困难, 且至今针对该物种一直没有详细全面的形态描述。从小球藻的大规模培养中分离出一株捕食性鞭毛藻P. malhamensis CMBB008, 利用荧光染色、扫描和透射电镜等方法, 对其形态学特征进行了详尽的描述, 并获取该物种的SSU rDNA和rbcL基因序列用于探讨该物种的系统发育地位。文章在前人形态描述的基础上, 详细记录了囊壳和叶绿体的形态: 囊壳柄长18.3—47.5 μm, 杯体宽8.5—11.3 μm, 深6.3—10.7 μm; 叶绿体1—2个, 为中间桥接的二裂片状。文章还结合光镜和电镜观察首次报道了该物种的硅质胞囊, 发现其具有独特的三层领状结构和顶端孔塞结构, 并揭示了其主要细胞器的超微结构及重要代谢产物, 如油滴和金藻昆布多糖液泡等。通过不同种株间的比较研究发现, 作为Poterioochromonas属重要形态特征的囊壳和叶绿体, 由于形态变异性高, 不适合用于P. malhamensis的鉴定, 而胞囊形态很可能作为Poterioochromonas种间区分的重要形态特征。分子系统发育分析显示Poterioochromonas所有株系聚为一大支, 表明该属是单系类群。P. malhamensis CMBB008位于模式株P. malhamensis SAG933-1a所在的大分支内。Poterioochromonas支系可分为P. malhamensis和P. stipitata两个姊妹群, P. malhamensis支系可进一步分为两个姊妹支, 其中CCMP3181可能并不是P. malhamensis。研究补充和完善了P. malhamensis的形态和分子数据, 并从形态学和分子系统发育学角度为Poterioochromonas属的分类研究提供重要的参考信息。     

利用外源γ-氨基丁酸调控海洋绿藻亚心形四爿藻淀粉积累

微藻被看作第三代生物质能源的来源。微藻淀粉结构与高等植物的高度相似性使其可以作为粮食作物的替代,在生物能源领域有广泛的应用。γ-氨基丁酸(GABA)被认为是一种信号分子,可以调节植物细胞的生长代谢。本研究在缺氮培养条件下添加外源GABA调控海洋绿藻亚心形四爿藻生理代谢和淀粉积累。结果表明,添加外源GABA可以抑制细胞生长,降低光合作用效率;OJIP实验显示,GABA的添加增强了光合器官能量耗散,降低了光能利用效率,阻碍了电子传递,造成额外胁迫,从而促使细胞将碳流更多地分配到淀粉积累,导致藻细胞的淀粉含量、淀粉产量和淀粉产率提高。添加10 mmol/L GABA获得最大淀粉含量39%DW,比未添加GABA的对照组淀粉含量提高39%;同时获得最大淀粉产量和产率为1.72 g·L^-1和0.36 g·L^-1·d^-1,分别比未添加GABA的对照组提高39%和50%。以上结果表明在缺氮条件下添加外源GABA是一种调控亚心形四爿藻细胞代谢并提高其淀粉生产的有效方法。     

海洋酸化对微藻关键生理过程的调控机制及环境因素的影响

人类活动排放大量的CO₂通过海气界面进入海洋,打破原有海水碳酸盐平衡进而造成海洋酸化(OA)。OA会影响海水和海洋污染物的理化性质,进而对生活在海洋表层的浮游藻类生理过程产生显著调控作用。海洋微藻作为海洋中主要的初级生产者,其生理功能与过程的正常进行对于海洋生态系统具有重要作用。本文综述了OA对海洋微藻光合固碳、钙化过程、固氮作用3个关键生理过程的调控作用和具体机制,总结了OA条件下,环境因素(如太阳辐射、温度、营养元素)对微藻生理过程和生长的影响,以及OA通过改变典型海洋污染物(如有机污染物、重金属、微塑料)的环境行为而对微藻生理过程的调控作用。最后,结合研究现状,对未来需要开展的研究方向进行展望。本文为进一步了解OA对海洋生态系统的潜在影响提供了重要信息。     

土地流转背景下不同经营规模青田稻鱼共生系统的环境影响差异——基于碳足迹的实证研究

在快速工业化和城镇化的影响下,农业文化遗产的保护与管理正面临着适龄劳动力大量外流、土地抛荒、传统知识体系难以维持等诸多威胁与挑战。推动土地流转、进行适度规模经营,可在农业文化遗产的保护中产生积极作用。土地流转在给遗产地带来经济效益的同时,对当地生态环境产生的影响变化同样值得关注,但现有研究却少有涉及。本研究以全球重要农业文化遗产——浙江青田稻鱼共生系统为例,将不同经营规模的稻鱼共生系统分为小农户经营模式和规模化经营模式,运用生命周期法对两种模式的碳足迹进行核算。结果表明: 小农户经营模式和规模化经营模式的碳足迹分别为6510.80和5917.00 kg CO₂-eq·hm^-2,单位产值碳足迹分别为0.13和0.10 kg CO₂-eq·yuan^-1。与小农户经营模式相比,规模化经营模式温室气体排放更少,单位产值的环境影响更小。农户扩大经营规模后,当地温室气体排放减少了4097.20 kg CO₂-eq。农业生产过程中积累的CH₄在碳足迹中占比最大,农业生产资料中复合肥是仅次于CH₄的第二大温室气体排放来源。对于小农户经营模式,饲料中使用的玉米和小麦也对温室气体排放有重要的影响。因此,推动土地适度规模经营,有利于传统农业系统实现经济效益和环境效益的双赢,对于农业文化遗产保护具有重要作用。     

三江平原七星河流域湿地植物多样性及影响因素

湿地植物多样性是生物多样性的重要组成部分,在维护湿地生态功能和湿地生态系统稳定性方面发挥着极其重要的作用。为研究七星河流域湿地植物的多样性,选择七星河流域的七星河国家级自然保护区和三环泡国家级自然保护区,分别于2016年和2017年,对该流域内湿地植物进行了实地植物样方调查,共计调查194个样方,利用TWINSPAN进行了样方群落划分,并采用广义线性模型分析了影响植物多样性的影响因素。结果表明七星河流域湿地植物共有532种,隶属于80科,212属,主要群落类型为湿苔草-隐果苔草群丛;狭叶甜茅群丛;萍蓬草-狐尾藻群丛;漂筏苔草群丛;小叶章-臌囊苔草群丛;甜茅-芦苇群丛;芦苇群丛;貉藻群丛等,狭叶甜茅群丛物种多样性较单一,芦苇群丛的物种多样性较丰富。广义线性模型分析结果得出物种多样性与植被密度密切相关,植被密度越大,物种的多样性越小。为七星河流域物种多样性研究提供了重要的基础数据。     

昆虫肠道微生物的研究进展和应用前景

昆虫肠道的独特结构和理化性质为多种多样的微生物定殖提供了特殊环境,肠道微生物的群落组成与宿主昆虫的生长发育、代谢繁殖等生命活动密切相关。种类丰富多样、生态位分布广泛的昆虫体内含有大量特化的肠道微生物群落,经过长期协同进化形成的共生关系具有多方面无可替代的优势。这种相对稳定的共生关系对昆虫整个生命周期具有极其重要的作用,肠道微生物不仅为宿主提供重要的营养物质、协助消化食物、提高宿主防御和解毒能力,还影响宿主昆虫的寿命、发育周期以及交配与繁殖能力等。同时,昆虫肠道微生物在农业、生态、医药以及能源环保等多个学科领域也显示出了巨大的应用前景。本文就昆虫肠道微生物群落的多样性、功能和影响肠道微生物生存因素,以及应用前景等方面进行综述,讨论了昆虫肠道微生物的最新研究进展。     

铜藻岩藻黄素提取及纯化工艺研究

为了对岩藻黄素的提取、纯化进行系统研究,进而为高纯度岩藻黄素的工业化生产提供研究基础,筛选了适用于提取铜藻（Sargassum horneri）鲜藻中岩藻黄素的有机溶剂,并通过单因素实验和正交实验确定了最佳的提取溶剂浓度、提取温度、提取时间、料液比等工艺参数。随后采用硅胶柱层析法进行纯化,并通过单因素实验确定了最佳的硅胶柱床高度、上样量和洗脱流速。最后采用制备液相法对经层析纯化的岩藻黄素进一步纯化。结果表明,有机溶剂萃取的最佳工艺条件为：甲醇浓度90%,提取温度50 ℃,提取时间1 h,料液比1∶10,此条件下岩藻黄素提取率达到(0.258 9±0.003 6) mg·g-1鲜重（FW）［(1.078 8±0.015 0) mg·g-1干重（DW）］。硅胶柱层析的最佳工艺条件为：硅胶柱床高度10 cm,上样量6 g,洗脱流速10 mL·min-1,此条件下岩藻黄素得率为0.176 5 mg·g-1FW（0.735 3 mg·g-1 DW）,纯度为87.01%±0.88%。经制备液相进一步纯化后,岩藻黄素得率为0.127 1 mg·g-1 FW（0.529 4 mg·g-1 DW）,纯度为99.27%±0.22%。研究所用工艺简单,岩藻黄素得率高,为高纯度岩藻黄素的制备提供了实验基础。