炼锌废渣-修复植物-凋落物体系的生态化学计量学研究

为揭示金属冶炼废渣堆场生态修复多年后,废渣-植物-凋落物系统中养分循环和系统维持机制。该研究以实现生态修复6 a的黔西北铅锌冶炼废渣堆场上土荆芥(Dysphania ambrosioides)、芦竹(Arundo donax)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、构树(Broussonetia papyrifera)和柳杉(Cryptomeria fortunei)五种优势修复植物为对象,分析它们的主要营养器官(细根、粗根、茎/干、枝、叶片)、地表凋落物、植被下方表层废渣(0～10 cm)中碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及化学计量特征,探讨它们之间的相互关系。结果表明:不同植物、不同营养器官间C、N、P的含量具有显著差异(P<0.05),C平均含量在两种草本植物中为茎>叶片>根>凋落物,在三种乔木中为干>枝>细根>粗根>叶片>凋落物; N和P的分布在草本植物中分别为叶片>凋落物>根>茎和叶片>根>凋落物>茎,在三种乔木中均为叶片>细根>凋落物>粗根>枝>干。五种植物中,柳杉各营养器官及凋落物中C含量均高于其他植物,N、P含量呈相反的规律; 刺槐中N含量最高。C:N和C:P在五种植物营养器官与凋落物中的变化规律跟N、P的分布相反,说明C:N和C:P分别主要受N和P含量影响。相关性分析指出,草本植物的N:P受N和P共同影响,三种乔木的N:P主要由N的分布决定,同时受到枝和叶片中P含量影响。五种植物中,仅豆科类刺槐的叶片N:P大于16,在系统中生长受P限制,其他植物生长均受N限制,说明刺槐更能适应贫瘠的废渣环境,建议在修复贫瘠的废渣堆场时优先选择豆科类植物作为先锋植物,改善基质养分条件。植被下方表层废渣中C、N、P含量基本都低于植物各营养器官及凋落物,不同修复植物下方对应的表层废渣中C、N、P含量间具有显著差异(P<0.05),草本植物修复下的废渣中C、N、P含量低于乔木修复下的含量。废渣-植物-凋落物体系中N、P、N:P之间的相关性分析显示,植物细根和凋落物中N、P含量与废渣中N、P含量及化学计量比关系更密切。     

林火干扰对广东省桉树林生态系统碳密度的影响

林火作为森林非连续的生态因子,引起森林生态系统碳库碳储量与碳分配的变化,影响森林演替进程及固碳能力。以桉树林不同林火干扰强度的火烧迹地为对象,采用相邻样地比较法,以野外调查采样与室内试验分析相结合为主要手段,研究不同林火干扰强度对森林生态系统各碳库及生态系统碳密度变化和空间分布格局的影响,探讨林火干扰对生态系统碳密度与碳分布格局的影响机制。结果表明:林火干扰降低了植被碳密度(P<0.05),轻度、中度和重度林火干扰样地植被碳密度依次为67.88、35.68和15.50 t·hm^-2,相比对照分别下降了15.86%、55.78%和80.79%;在轻度、中度和重度林火干扰样地中,凋落物碳密度分别为1.43、0.94和0.81 t·hm^-2,相比对照分别降低了28.14%、52.76%和59.30%;不同林火干扰强度样地土壤有机碳密度均低于对照,且减少幅度随土壤剖面深度增加而逐渐变小,轻度、中度和重度林火干扰样地土壤有机碳密度分别为103.30、84.33和70.04 t·hm^-2,相比对照分别下降了11.67%、27.89%和40.11%;轻度、中度和重度林火干扰后桉树林生态系统碳密度分别为172.61、120.95和86.35 t·hm^-2,相比对照依次下降了13.53%、39.41%和56.74%;林火干扰降低了桉树林的碳密度,表现为随林火干扰强度增加,碳密度呈递减的规律;与对照相比,轻度林火干扰强度对桉树林碳密度的影响不显著(P>0.05),而中度和重度林火干扰强度对桉树林碳密度的影响差异显著(P<0.05)。     

人源溶菌酶在大肠杆菌中的表达与复性研究

人源溶菌酶(Human lysozyme,HLZ)是一种糖苷水解酶,具有抗菌消炎的作用,其作为抗生素的替代品,已经被广泛应用于食品业、畜牧业和医疗等领域。如何获得高产量、高活性、高纯度的人源溶菌酶一直是亟待解决的技术问题。优化人源溶菌酶编码基因密码子,提高其在大肠杆菌中的适应度和表达量;将优化的基因克隆至大肠杆菌表达质粒pET21a,并将其在大肠杆菌表达菌株BL21(DE3)中诱导表达;利用8 mol/L尿素溶液对包涵体进行溶解变性后,探究一步透析、梯度透析和梯度稀释3种复性方式以及复性液中谷胱甘肽氧化还原对(GSSG/GSH)、精氨酸、甘油等复性物的浓度对重组人源溶菌酶复性的效果,获得最佳的复性方案。研究结果表明:37℃诱导温度下,利用0.5 mmol/L IPTG成功诱导了分子量约为14.7 kD的重组人源溶菌酶的表达,包涵体表达量约为380 mg/L(湿重)。包涵体经一步透析、梯度透析和梯度稀释3种复性方式复性后,测得比活力值分别为147 U/mg、335 U/mg、176 U/mg,表明最佳复性方法为梯度透析复性法。进一步探索了复性液中GSSG/GSH比值、精氨酸浓度、甘油浓度对人源溶菌酶复性效果的影响,表明当复性液中同时添加浓度比为1∶2的GSSG/GSH、4 mmol/L精氨酸和6%甘油时,复性后人源溶菌酶的最佳比活力值为1170 U/mg,显著高于3种复性物均不加时溶菌酶335 U/mg的比活力值,但低于溶菌酶标准品1732 U/mg的比活力值。成功地将人源溶菌酶基因在大肠杆菌中表达,并通过包涵体复性体系成功获得高活性重组人源溶菌酶。     

基于综合评价法的洞庭湖区绿地生态网络构建

绿地生态网络对于改善区域生态空间破碎化、生物多样性降低、生态系统服务供需不平衡及保障区域生态安全具有重要意义。本研究以洞庭湖区为例,在3S技术支持下,从生态系统服务功能、潜在生物多样性、形态空间格局的角度综合评价和识别生态源地及计算栅格单元的基本生态阻力;利用夜间灯光指数修正基本生态阻力;运用最小累积阻力模型识别生态廊道;构建加权评价模型,对源地的聚合度、离散度及廊道的生态连接贡献度进行评价;利用结构特征指数对综合网络、“源-汇”潜在网络及规划网络进行对比分析和评价。结果表明: 源地空间分布不均衡,林地、灌丛与水域三者面积之和占源地总面积的95.9%,位于研究区中部的洞庭湖湿地生态风险较高;源地离生态网络系统中心位置越近及到其他源地的平均最小累积阻力越小,聚合及离散的优势越强;高生态质量源地周围的中、高生态质量源地分布越密集,其聚合度、离散度越高;廊道离高生态质量的源地越近,表现为生态连接贡献度越大;林地、灌丛,尤其是河道在自然生态系统与人类社会系统之间起着非常重要的生态连接作用;“源-汇”规划绿道对“源-汇”潜在生态廊道形成了良好补充,与“源-汇”潜在网络相比,综合网络的α、β、γ、ρ指数分别提高123.1%、25.8%、26.2%、74.6%;与“源-汇”规划网络相比,α、β、γ、ρ指数分别提高了190.0%、31.1%、32.5%、114.6%。本研究结果能为洞庭湖区绿地生态网络构建、国土空间规划提供参考。     

微藻源生物刺激剂的制备及在设施农业中的应用

化肥和农药的过量使用导致的农业面源污染已经成为我国环境污染的重要组成部分,对农业绿色高效安全生产及设施农业带来了巨大挑战。寻找新型的传统化肥替代品、提高化肥使用效率及保护生态环境是亟待解决的重大问题。生物刺激剂是具有调控植物生长作用的成分和(或)微生物的统称,用于农业生产,可改善土壤理化性质与群落微生物,能促进作物的代谢与生长,增强对营养物质的吸收和利用,提升作物抗逆能力及提高作物产量与产品品质。微藻体内具有结构新颖、功能独特的天然活性物质,是制备新型生物刺激剂的理想来源。微藻用于环境治理的同时,可获得足量的微藻生物质来制备生物刺激剂,从而达到治理环境、降低成本及提质增效的目的。就微藻源生物刺激剂的定义及功能、微藻全细胞和天然活性物质生物刺激剂的制备、应用效果及对植物和土壤的作用原理进行综述,以期为微藻源强效生物刺激剂的规模化制备及农业生产应用奠定理论基础和提供生产实践指导。     

铽(Ⅲ)离子及其复合物:从发光特性到传感应用

稀土元素也称镧系元素,因其独特的发光性质和配位性质,其发光复合物被广泛研究于生物技术领域。其中稀土铽(Ⅲ)离子复合物因具有优异的光谱特性,关于其研究呈现出快速的发展趋势。主要从其发光特性的角度出发,探讨了其发光机理,并对铽(Ⅲ)离子与不同有机化合物结合形成的发光铽配合物以及铽(Ⅲ)离子及其配合物与不同纳米材料形成的复合物进行了分类综述。此外,还详细地阐述了铽离子及其复合物在荧光探针、生物传感器、药物递送、细胞成像、癌症治疗等相关领域的应用。最后,对其今后发展趋势和潜在的研究价值进行了展望。     

BDNF及其下游通路与GABA能神经元发育相关性的研究进展

脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)是一种具有神经营养作用的蛋白质,广泛分布于中枢神经系统内。BDNF及其下游信号通路在γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)能神经元存活、生长、分化、发育等方面均发挥重要的作用。GABA能神经元可以通过释放抑制性神经递质GABA调节神经元活性,进而维持神经环路的正常功能。多种疾病的发生发展都与GABA能神经元发育的异常密切相关。该文将就BDNF及其下游通路与GABA能神经元发育的相关性进行综述,希望为疾病的治疗提供新的方向。     

佛山城市典型森林群落土壤重金属分布、流通及枯落物富集特征

富集重金属的枯落物分解可能提高重金属暴露率,增加人体接触健康风险。为了解南方城市土壤重金属在森林生态系统中的分布及流转情况,通过调查研究了佛山市8个典型森林群落土壤及枯落物重金属含量,分析了各森林群落枯落物对不同重金属的富集效应及重金属随枯落物回归土壤流通量。结果表明：1）城市森林各土壤重金属含量在不同典型群落间差异显著（P<0.05）,差异最大为Pb、Cr、Zn,As、Cu、Ni次之,Hg、Cd最小;土层深度（0-20,20-40,40-60 cm）对重金属含量影响显著（P<0.05）,差异最大为Cd、Hg,其次为As、Cu,最小为Zn、Ni、Pb、Cr。整体上,Cd、Hg、As、Pb、Zn在0-20 cm最高,表层富集特征明显,Cr和Ni在40-60 cm最高。2）8个森林群落中阴香-白楸-醉香含笑群落（CMMC）枯落物对8种重金属的综合富集系数（TBCF,66.76）最高,其中以Cd的富集效果最突出,富集系数为44.45,且对Pb、Cu、Zn也相对富集;最低的为黧蒴锥-香椿-樟树群落（CTCC）,综合富集系数（TBCF）为8.09,仅对Cd、Cr、Cu相对富集,对其余重金属富集效应不明显。3）相关分析显示,群落重金属枯落物流通量与0-60 cm土壤重金属平均含量（Cr和Ni除外）无显著相关性。本研究对城市森林建设管理及筛选重金属富集植物及群落具有较强理论及实践意义。     

西沙永兴岛抗风桐与海岸桐群落凋落叶分解及中型土壤动物的贡献

我国南海诸岛主要是珊瑚岛。植物凋落物分解是生态系统元素循环的关键环节,但目前关于南海珊瑚岛生态系统凋落物分解的研究还是空白。以我国西沙群岛的优势树种抗风桐（Pisonia grandis）和海岸桐（Guettarda speciosa）为研究对象,采用凋落物袋法,分别于分解期间的第3、6、9、13和15个月取样,探究中型土壤动物对两种植物群落中凋落物分解过程中质量损失和养分释放的影响。结果表明：与没有中型土壤动物存在的情况（0.1 mm凋落物袋）相比,分解开始后的6个月内,中型土壤动物存在（2 mm凋落物袋）使抗风桐和海岸桐凋落叶分解速率分别提高了12.3%和4.8%（P<0.05）;分解6-15个月期间,中型土壤动物存在使抗风桐和海岸桐凋落叶分解速率分别提高了33.0%和12.3%（P<0.05）。中型土壤动物排除显著影响了不同分解阶段凋落叶总碳（Total carbon,TC）、总氮（Total nitrogen,TN）、纤维素、木质素和半纤维素的残留率变化。中型土壤动物群落组成受土壤温度显著影响（P<0.05）,它们对凋落叶分解的贡献可能主要受优势类群如真螨目和寄螨目的影响。相较海岸桐,抗风桐凋落叶的分解周期更短,中型土壤动物对其的贡献更大;选用抗风桐作为南海珊瑚岛退化植被恢复或新建的先锋种对促进生态系统元素循环更有利。     

林下植被和凋落物对寒温带森林生长季土壤CH4通量的影响

为进一步探究林下植被和凋落物管理对我国寒温带森林生长季土壤CH₄通量的影响,采用静态箱-气相色谱法对大兴安岭北部4种林型（白桦林、山杨林、樟子松林和兴安落叶松林）4种处理（自然状态、去除凋落物、去除林下植被以及去除林下植被和凋落物）的土壤CH₄通量排放特征进行观测研究。结果表明：该地区森林生长季土壤均表现为CH₄的汇,4种林型不同处理后土壤CH₄通量表现为单峰变化趋势,吸收峰值出现在7月或8月。自然状态4种林型土壤CH₄平均吸收通量表现为白桦林（-79.23±14.92）μg m^-2 h^-1>山杨林（-64.27±9.60）μg m^-2 h^-1>樟子松林（-62.54±15.48）μg m^-2 h^-1>兴安落叶松林（-48.73±12.26）μg m^-2 h^-1,兴安落叶松土壤CH₄平均吸收通量显著小于其他三种林型（P<0.05）。相比于自然状态,4种林型在去除凋落物后土壤CH₄吸收通量提高了2.12%-12.15%,但变化幅度均没有达到显著水平（P>0.05）。去除林下植被后4种林型CH₄吸收通量提高了0.84%-20.55%,且只有山杨林吸收增加达到显著水平（P<0.05）。同时去除林下植被和凋落物后,对白桦林和樟子松土壤CH₄通量影响不显著（P>0.05）,但对山杨林和兴安落叶松林影响显著（P<0.05）。总之,去除凋落物或林下植被均会提高土壤对CH₄吸收,去除林下植被对土壤CH₄通量的影响要大于去除凋落物的影响,但不同林型不同处理之间还存在差异。