“生态系统”的教学组织

生态系统是生物群落与无机环境形成的统一整体,是生命系统中的最高层次,研究生态系统对于人类持续生存与发展具有重大意义。“生态系统”是高中生物学新课标必修3模块中的第5个主题．本单元的教学主要包括生态系统的概念、结构、功能和稳定性4个层次的内容,本文主要讨论生态系统的概念、结构、物质循环和能量流动的教学组织。     

不同干预时间正弦电磁场对大鼠骨髓基质干细胞成骨性分化的影响

目的:研究不同治疗时间正弦电磁场(50 Hz,1.8mT)对体外培养大鼠骨髓间充质干细胞成骨性分化的影响,筛选出最佳临床治疗时间.方法:采用贴壁筛选法培养原代大鼠骨髓间充质干细胞,每天在频率为50 Hz,强度为1.8 mT的磁场环境中处理0.5 h、1.0h、1.5 h、2.0h和2.5h;同时设立未经电磁场处理的细胞作为对照组.于处理后的第3 d、6d、9d和12 d分别测定细胞碱性磷酸酶活性、骨钙素分泌量、钙化结节数以及Ⅰ型胶原表达量,并比较各组间差异;于处理后12 h提取细胞总RNA,用RT Real-Time PCR法检测成骨性分化基因Osterix表达情况.结果:正弦电磁场干预1.0h能明显促进骨髓间充质干细胞的成骨性分化,表现在该组的碱性磷酸酶活性、骨钙素分泌量、钙化结节数、Ⅰ型胶原表达量以及成骨性分化基因的表达量最高,亦显著高于对照组(P＜0.05).结论:50Hz、1.8mT强度的正弦电磁场能促进骨髓间充质干细胞的成骨性分化,以作用1.0h成骨效果最为明显.     

电磁场暴露海马神经元自由基和胞内Ca2+的变化

电磁场对健康影响的研究包括流行病调查、人体与动物、细胞、生化与分子生物、生物物理等5个层次,电磁生物效应最初是通过物理作用产生化学反应,继而产生后续生物反应.自由基、电磁能量和生物钙是分属于化学、物理学和生物学的3个概念,研究它们之间的关系对于认识电磁生物效应的原初作用具有意义.选择海马神经元,观察在0.1mT、0.5mT和1.0mT电磁场暴露48h,海马神经元ROS水平和胞内Ca2+浓度的变化.实验结果表明:暴露于0.1mT,0.5mT和1.0mT电磁场海马神经元的ROS水平和Ca2+浓度都比对照组有显著性提高(P<0.01).暴露于0.1mT和0.5mT电磁场的ROS水平和暴露于0.1mT电磁场的Ca2+浓度与自由基清除剂+电磁场(Trolox+EMF)组比较没有差异(P>0.05),暴露于1.0mT电磁场的ROS水平和暴露于0.5mT和1.0mT电磁场的Ca2+浓度比Trolox+EMF组有显著性提高(P<0.01).表明电磁场可以促进细胞自由基的产生,并且ROS水平与胞内Ca2+浓度有正相关性.     

温度对中华鲟幼鱼血液生化指标的影响

分别在15℃、20℃、25℃和30℃水温养殖中华鲟幼鱼66d,研究温度对中华鲟幼鱼8项血液生化指标的影响。结果表明:中华鲟幼鱼血液中能源物质总蛋白、白蛋白、血糖、总胆固醇和高密度脂蛋白浓度变化规律相似,均呈现先升高后降低的趋势,而且均在20℃时达到最高值,分别为15.98g·L-1、5.6g·L-1、4.85mmol·L-1、2.44mmol·L-1和0.61U.L-1;在30℃时血液总蛋白、白蛋白、血糖、总胆固醇和甘油三酯浓度达到最低值,分别为8.93g·L-1、3.1g·L-1、2.26mmol·L-1、1.34mmol·L-1和3.35mmol·L-1;代谢产物总胆红素浓度呈现先降低后升高的趋势,在15℃组最高,在25℃组最低,分别为2.50±0.84和1.65±0.10mmol·L-1;尿素浓度随着温度升高而下降,在30℃时最低,为0.54±0.36mmol·L-1,显著低于15℃组和20℃组。综合不同温度组中华鲟幼鱼血液生化指标的变动规律表明,20℃时中华鲟幼鱼能量支出较少,是其较适宜的生长温度。     

内蒙古羊草草原植物种能量含量及其在群落中的作用

根据11a的野外实验对内蒙古羊草草原群落42种植物的能量含量（含灰分）及其在群落中的相对生物量进行了研究。不同植物种地上部分的能量含量在（13156±1141）J／g和（18141±527）J／g之间变动,所有物种的平均能量含量为（16899±840）J／g,种间变异系数4．9％。小叶锦鸡儿具有最高的能量含量。禾草的平均能量含量高于杂草。根据生活型和生长型,草本物种被进一步分组,能量含量从高到低的排列顺序为：高禾草（17717±92）J／g〉豆科植物（17228±433）J／g〉矮禾草（17250±218）J／g〉其余杂草（16784±529）J／g〉半灌木（16719±69）J／g〉1、2年生植物（15911±1759）J／g。42种植物的能量含量和它们在群落中的相对生物量存在显著正相关关系。根据它们在群落中的构成比例进行分组,以物种在群落中的相对生物量为权重,各组能量含量依次为：优势种（17740J／g）〉伴生种（17244J／g。）〉偶见种（16653J／g）。高能量含量的植物更具竞争力,在群落中通常占据优势地位,而低能量含量的植物竞争力通常较弱,构成草原群落的伴生种或偶见种。     

能量标签技术及其在红树林生态系统能流研究中的应用

传统上认为红树林输出的有机质产生巨大的能流,支持了巨大的河口和近岸水域生态系统的次级生产。但能量标签技术的研究结果却显示红树林输出的有机质的作用并没有如此巨大。用红树碎屑难消化特性来解释此现象,此外数学模型模拟分析发现潮汐的稀释作用也可以解释这种现象。但这两者都不能解释,在其他初级生产者稀少时,红树材输出的有机质可以被大量利用的现象。在有红树林的河口和近海岸水域生态系统中,藻类等非红树初级生产者具有比红树植物更高的初级生产力,而且更容易被动物获得和消化。可以认为是藻类等巨大初级生产力的竞争作用导致红树初级生产在消费者组织中很难被发现,如此上面提到的难题就能得到很好的解决。此外能量标签技术检测出的是红树的初级生产在消费者组织中的相对比率,不是绝对数量值,从此角度看,能量标签技术的结果与传统观点不是矛盾而是互相补充的关系。由此推测红树的初级生产应该还是被消费者所利用,只是它们在消费者初级营养来源组成中占的比例并不大,但其绝对数量并不少。这与传统观点认为的红树的初级生产被大量利用,支撑了具有巨大的次级生产稍有不同。此外,能量标签技术在红树林生态系统中的适用性尚未检验;计算食物组成的数学工具不是很完善;实验设计上考虑的不够全面;对定量研究有一定的影响。     

延迟首次投喂对南方鲇(Silurus meridionalis Chen)仔鱼身体含能量、体长及游泳能力的影响

在（22.0±0.5）℃条件下,将人工孵化的南方鲇仔鱼分别于出膜后4、5、6、7天进行首次投喂（其中4d的为对照组）,首次投喂前（出膜后4d）取样测量体长、体重、身体含能量作为初始值,于出膜后7d（延迟投喂实验）和21d（继续喂养实验）分别测定体长、体重、身体所含能量和临界游泳速度。结果显示：延迟投喂实验结束时各处理组的体重、身体含能量和体长随首次投喂时间的延迟均呈下降趋势,相对临界游泳速度随首次投喂时间的延迟表现为先提高后降低的趋势,绝对临界游泳速度在延迟投喂2d以内无显著差异;继续喂养实验结束时处理组各指标逐渐接近对照组水平,两种临界游泳速度表现为同步变化趋势;另外,体长特定生长率相对百分比（SGRL%）的变化幅度小于身体含能量特定生长率相对百分比（SGRE%）的变化幅度,而绝对临界游泳速度相对百分比（Ucrit%）的变化又小于体长特定生长率相对百分比的变化。结果表明：早期食物资源的短缺会导致南方鲇仔鱼体重、身体含能量产生明显变化,体长生长速度的变化则相对较小,而短期饥饿不会显著降低南方鲇仔鱼的游泳能力。     

城市公园绿地水、热与CO2通量观测与分析

水、热和CO2通量是评价城市绿地生态效益的重要指标。在北京海淀公园中部和边缘架设涡度相关系统,连续观测和定量研究城市公园绿地影响下的通量变化特征。结果表明,公园绿地所获得的净辐射在植被生长季节大部分用于植被的蒸散作用,潜热大于显热;而在植被非生长季节大部分用于显热,潜热数值非常小。晴天显热与潜热的比值在春季随着植被枝叶的生长逐渐减少,到夏季达到最小值约1/3,在秋季随着植被叶片枯黄逐渐变大,冬季达到数倍。公园绿地能量平衡率在52%～83%,普遍存在能量不平衡。公园中部的潜热观测值大于公园边缘,而显热小于公园边缘;公园中部CO2通量日均值为负,公园绿地是CO2汇。公园绿地在植被生长季节具有明显的降温增湿、吸收CO2等生态效应。     

夏眠对刺参(Apostichopus japonicus (Selenka))能量收支的影响

夏眠是刺参最重要的生理特征;水温升高是其夏眠的主要诱发因子,而夏眠的临界温度与刺参体重密切相关。为揭示刺参夏眠对其能量利用对策的影响,测定了2种体重规格(134.0±13.5)g和(73.6±2.2)g刺参在10、15、20、25℃和30℃5个温度梯度下的能量收支。结果表明,温度和体重及其交互作用对刺参能量的摄入均有显著影响;而温度是影响其摄食能分配的主要因素。研究发现,刺参在非夏眠期、夏眠临界期和完全夏眠期的能量利用对策有所不同:在非夏眠期,刺参摄食能支出的最大组分是粪便能,占摄食能的比例超过50%,其次为呼吸耗能,占19.8%～39.4%,而生长能和排泄能占的比例较小,分别为5.7%～10.7%和2.9%～3.7%;在夏眠临界温度下,呼吸和排泄耗能占摄食能的比例均显著增大(分别为88.3%和13.6%),而生长能所占比例降为负值(-55.3%),刺参表现为负生长;而在夏眠期,刺参的摄食能和排粪能为零,为维持其基本生理活动,不得不动用以往贮存于体内的能量,消耗于呼吸和排泄等生理过程,供维持生命之用。总之,从能量生物学的角度看,夏眠的主要生态学意义在于刺参长时间处于相对高温环境,进而导致摄食受阻条件下的一种能量节约方式。     

多囊蛋白2对低频脉冲电磁场促进成骨细胞分化成熟的影响北大核心CSCD

已知低频脉冲电磁场(pulsed electromagnetic fields,PEMFs)可以促进体外培养大鼠颅骨成骨细胞(rat calvarial osteoblasts,ROBs)的分化成熟,但ROBs感知PEMFs物理信号并启动成骨性分化的机制至今不明。本研究探究了0.6 mT 50 Hz PEMFs促进ROBs成骨性分化与位于ROBs表面的初级纤毛上的多囊蛋白2(polycystin2,PC2)的关系。首先用免疫荧光染色法研究了PC2是否位于ROBs初级纤毛内,然后通过Western blotting检测了经PEMFs处理不同时间后,ROBs内PC2蛋白表达的变化情况。接着用PC2阻断剂盐酸阿米洛利(amiloride HCl,AMI)预处理ROBs,检测碱性磷酸酶(alkline phosphatase,ALP)活性和PC2蛋白表达受PEMFs处理的影响情况,以及与骨形成相关的Runx-2、Bmp-2、Col-1、Osx的蛋白及基因表达的变化情况。再用RNA干扰法抑制ROBs内PC2的表达后,检测与骨形成相关基因表达情况。结果发现,PC2被定位于ROBs初级纤毛上,PEMFs处理增加了PC2蛋白表达量。PC2被AMI阻断后,PEMFs不再能提高PC2蛋白表达水平及ALP活性,PEMFs对成骨相关蛋白和基因表达的促进作用也被抵消。使用RNA干扰法抑制PC2的表达后,PEMFs也不再能提高骨形成相关基因的表达。结果表明:存在于成骨细胞初级纤毛表面的PC2在感知并传递PEMFs发出的物理信号中扮演着不可或缺的角色,PEMFs促进ROBs成骨性分化依赖于PC2的存在。本研究为阐明低频脉冲电磁场促进骨形成及治疗骨质疏松的机制研究奠定了基础。