陕北黄土高原植被生态系统水分利用效率气候时滞效应

基于月尺度气温、降水以及MODIS-GPP、MODIS-ET遥感数据,采用基于像元的时滞偏相关分析,揭示了陕北黄土高原植被生态系统水分利用效率气候时滞效应及其影响因素。结果表明:①2000—2014年,受退耕还林草生态工程和气候变化的双重影响,陕北黄土高原WUE呈波动变化趋势,2001—2003年显著下降,2003—2005年、2010—2013年显著上升。受不同植被类型的影响,年内WUE呈急速双峰、缓速双峰和单峰型3种变化状态。②陕北黄土高原WUE对降水存在明显的时滞效应,滞后时间多为3个月,人为扰动较大的I-1、I-2、Ⅱ-2生态区以及植被覆盖度较高的Ⅲ-3生态区WUE对降水的时滞响应程度明显低于其他生态区;而对气温的时滞效应较弱,仅南部的Ⅲ-2、Ⅲ-3生态区WUE对气温存在1—2个月滞后时间。③不同植被类型WUE对降水的时滞效应较明显,荒漠类植被WUE对降水时滞响应程度最强,滞后时间近3个月,针叶林时滞响应程度最弱,滞后时间为2.1个月;但对气温的时滞效应总体较弱,针叶林WUE对气温滞后时间为15 d,其余大多数植被类型WUE对气温不存在滞后时间。④WUE气候时滞效应对植被覆盖度的敏感性存在一定的阈值效应,植被覆盖度高于阈值62.3%时,对降水的时滞效应开始逐渐减弱,而对气温的时滞效应逐渐显现。     

病原菌调节宿主细胞泛素化途径的研究进展

泛素化是真核生物特有的蛋白质翻译后修饰,广泛地参与宿主细胞各种信号通路和生理过程.病原菌常通过分泌毒性效应蛋白,对泛素和泛素结合酶进行独特的共价修饰,或者利用泛素连接酶和去泛素化酶的酶学活性,调节宿主泛素化过程,从而干扰宿主细胞的信号转导,促进细菌的感染和生存.本文概述了病原菌效应蛋白调节宿主泛素化途径的主要研究进展和最新发现.     

荻草谷网蚜唾液蛋白基因Sm13498的克隆及功能分析

【目的】荻草谷网蚜Sitobion miscanthi为我国小麦Triticum aestivum主产区麦蚜优势种;Sm13498蛋白是在荻草谷网蚜唾液腺中特异表达的唾液蛋白。本研究旨在探析荻草谷网蚜功能未知的Sm13498在调节植物防御反应中的潜在作用。【方法】基于荻草谷网蚜唾液腺转录组测序数据,PCR克隆Sm13498的cDNA全长序列,并进行生物信息学分析;采用RT-qPCR测定Sm13498在取食小麦叶片不同时间的荻草谷网蚜无翅成蚜中的表达动态;通过酵母分泌系统验证Sm13498蛋白信号肽的分泌功能;利用根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导在本氏烟Nicotiana benthamiana中瞬时表达技术鉴定Sm13498蛋白功能及亚细胞定位。【结果】克隆获得了荻草谷网蚜Sm13498 cDNA全长序列(GenBank登录号：MW346655),开放阅读框(ORF)全长783 bp,编码260个氨基酸,预测蛋白分子量28.01 kD,第1-22位氨基酸为N端信号肽。系统进化树显示,Sm13498与豌豆蚜Acyrthosiphon pisum的功能未知蛋白LOC100159087precursor(GenBank登录号: NP_001313548.1)亲缘关系最近(氨基酸序列一致性为71.7%)。RT-qPCR结果表明,Sm13498在荻草谷网蚜无翅成蚜取食小麦叶片12 h时表达水平达到最高。含有Sm13498信号肽片段的酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae YTK12可在YPRAA培养基正常生长,并可将无色2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)还原为不可溶的暗红色的氯化三苯基四氮唑(TTF),证实其信号肽具有分泌活性。经根癌农杆菌介导在本氏烟瞬时表达Sm13498蛋白可抑制Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2-associated X protein, BAX)及病原菌激发子INF1诱导的程序性细胞死亡。亚细胞定位结果表明,Sm13498-GFP融合蛋白定位于本氏烟叶片细胞膜。【结论】结果说明荻草谷网蚜唾液蛋白Sm13498可抑制植物防御反应。本研究为发掘荻草谷网蚜唾液中效应子, 深入解析麦蚜对小麦品种强适应性奠定了基础。     

昆虫口腔分泌物效应子及其在害虫防治中基于RNAi技术的应用展望

昆虫口腔分泌物(oral secretion, OS),又称返吐液,是昆虫唾液腺分泌的唾液和肠道分泌物的混合液。昆虫取食寄主植物过程中,OS随之分泌至植物中,并影响植物的防御反应。RNA干扰(RNAinterference, RNAi)是研究昆虫基因功能有价值的反向遗传学工具,也是目前最有可能应用于害虫防治的新技术。本文主要综述了昆虫OS对寄主植物防御的影响、昆虫OS效应子的鉴定和OS效应子基于RNAi技术在害虫防治中可行性及应用前景。昆虫OS对寄主植物防御的影响主要表现为干扰植物的茉莉酸信号通路、筛管阻塞、Ca²⁺通路等防御反应,进而促进昆虫摄取食物。目前,昆虫OS效应子主要鉴定手段是通过昆虫唾液腺转录组分析和OS蛋白组分析;而已鉴定的OS效应子主要来源于刺吸式口器昆虫,在咀嚼式口器昆虫中的报道甚少;功能研究发现昆虫OS效应子在寄主植物中的表达会影响昆虫存活率、繁殖力和取食能力及昆虫和植物的其他重要生理指标,并通过鉴定OS效应子与植物防御机制的相互作用关系,进而证明OS效应子在昆虫与寄主植物关系中的重要性。基于RNAi技术,通过注射、饲喂和植物介导RNAi等方法在多种昆虫中产生了OS效应子基因下调和生长发育受影响的现象,由此说明OS效应子基因已具备作为RNAi靶标的条件。虽然目前研究尚处于实验室阶段,但已证明其应用于害虫防治方面具有一定的可行性。昆虫口腔分泌物是研究昆虫与寄主植物相互作用机制的新方向。最后,对OS未来潜在的研究方向进行了展望,以期对我国害虫防治的研究提供理论指导。     

高阶相互作用对宿主-寄生群落动态的影响

物种间相互作用是影响生物群落稳定性和多样性的重要因素。基于Lotka-Volterra竞争模型,通过构建多宿主种群的种内和种间高阶相互作用模型,研究宿主种群的间接竞争效应对寄生群落动态的影响机制。为有效地揭示高阶作用对种群动态的影响,通过对比宿主-寄生群落的现象模型以及机制模型,利用机制模型产生的合理数据集对现象模型中高阶项的参数进行拟合,进而探讨了高阶相互作用在群落动态中的作用。结果显示,完整的高阶相互作用模型在描述多宿主-寄生系统的群落动态中表现最优,而直接相互作用模型对群落动态的描述相对较差,即同时考虑种间和种内的高阶相互作用模型更加符合机制模型所描述的群落动态。此外,种内高阶作用和种间高阶作用产生不对称效应,宿主间的种间高阶作用对群落产生的影响较种内高阶作用更为显著。该研究结果在一定意义上丰富了宿主-寄生生物群落的稳定性研究,为理解物种间相互作用的多样性研究提供了依据。     

区域气候背景对城市热岛效应的影响规律

城市热岛效应受到区域气候背景的影响而具有显著的时空差异性,尚缺少大尺度对比研究。利用1991-2019年的月均气象数据,量化了我国69个典型城市的大气城市热岛效应强度,从热带、干带、暖温带、冷温带和极地带五个气候带,分析城市热岛效应的时空特征规律。结果表明：（1）区域差异：干带热岛效应明显高于其他气候带,极地带最弱,且表现为较强的冷岛效应,热带、暖温带、冷温带热岛效应较弱,而冷温带的京津冀地区由于城市化程度较高,表现出较强的热岛效应,温暖带中西南地区较为明显;（2）季节性差异：不同季节城市热岛效应的强弱关系在不同气候带有所不同,秋季热岛效应较为稳定,热岛和冷岛效应均主要处于弱强度范围,春、冬热岛效应较为波动,易出现强热岛、强冷岛效应的极端现象,夏季热岛效应发生率最高;（3）时间演变规律：城市热岛效应的多年演变规律在相同气候带较为一致,2010年前后是各气候带各季节城市热岛效应的变化拐点,2010年后,干带、冷温带、暖温带热岛效应均有所下降,热带、极地带有所上升。     

籽粒镉低积累水稻地上部镉高积累遗传特性分析

农田土壤镉（Cd）污染日益严重,导致稻米Cd含量超标事件频繁出现,使粮食安全问题备受关注。因此,合理利用Cd污染农田、降低水稻籽粒Cd含量成为亟待解决的问题。籽粒Cd低积累水稻雅恢2816的地上部具有较强的Cd积累能力,研究旨在弄清其地上部Cd积累能力的遗传稳定性,进一步揭示控制该性状的遗传基础,为利用分子标记辅助选育地上部Cd富集能力强、籽粒Cd安全的水稻提供途径。以水稻雅恢2816和3个不同品种水稻分别组配获得的F₁为研究对象,分析地上部Cd积累相关性状的杂种优势。进一步以优势组合C268A/雅恢2816构建F₂作图群体,对地上部Cd积累相关性状进行QTL定位分析。结果表明：（1） F₁地上部Cd积累相关性状杂种优势明显,遗传稳定性强。地上部Cd积累相关性状属数量性状,F₂中/超亲分离现象明显。（2）在第4、6号染色体上共挖掘到1个控制水稻地上部生物量和3个控制地上部Cd积累量的QTL位点,分别为qSB-6、qSCdA-4、qSCdA-6-1和qSCdA-6-2,表型贡献率为10.6%—14.4%,且增效等位基因均来自雅恢2816。（3）地上部Cd积累量与地上部生物量、Cd含量,根、糙米的生物量、Cd积累量,根-地上部转移系数均呈极显著正相关,与地上部-籽粒转移系数呈极显著负相关,存在4个QTL集簇区Cl-4-1、Cl-6-1、Cl-6-2和Cl-6-3。（4）区间marker 04171-marker 04197控制着地上部生物量和Cd积累量,与控制糙米Cd含量的QTL不重叠。研究表明：籽粒Cd低积累水稻雅恢2816携带控制地上部Cd高积累的等位基因,可在世代间稳定遗传,QTL位点qSCdA-4、qSCdA-6-1、qSCdA-6-2是控制该性状的重要遗传基础,可为分子标记辅助选育地上部Cd高积累、籽粒Cd低积累水稻提供理论依据。     

甘南地区二氧化碳施肥效应对生态系统的影响

陆地生态系统是全球第二大碳库,其碳收支一直是气候变化研究的热点领域,而研究二氧化碳（CO₂）施肥效应又是全球变化碳循环领域较为关注的前沿部分。CO₂与生态系统关系复杂,当前仍无法厘清CO₂对陆地生态系统碳循环的影响作用。基于太阳辐射数据、气温数据及归一化植被指数数据等,利用光能利用率遥感模型,模拟2019年甘南地区的碳循环,选取三个指标,即GPP （陆地生态系统总初级生产力）、NPP （净初级生产力）和NEP （净生态系统生产力）来分析甘南地区植被固碳的时空变化特征及CO₂施肥效应。结果表明：（1）甘南地区2019年植被固碳总量约为2611 tC。甘南地区生态系统GPP、NPP和NEP季节性特征明显,其值均在夏季达到最高;而在空间上,GPP、NPP表现为东高西低的特征,NEP呈现出北高南低的分布特征。（2） CO₂对GPP、NPP存在正向的施肥效应,分别增加了14.4%和14.3%;而对NEP具有负向反馈效应,使其减少了0.3%,并且CO₂对NEP的影响整体也表现为北高南低的特征。研究揭示出：虽然CO₂在提升GPP和NPP时,正向的施肥效应明显,但是对甘南地区的NEP,即固碳量来说,CO₂的影响却很有限。因此在研究CO₂施肥效应时不应一概而论,生态地理环境对其的影响不可忽视。研究可以为揭示陆地生态系统碳循环的动态机制提供一定的理论依据。     

遮荫对青桐幼苗生长性状与化学计量特征的影响

营养元素含量及化学计量比可反映植物器官营养元素的分配及互作关系,亦可反映其营养利用效率及生长环境的养分限制状况。以青桐(Firmiana platanifolia)幼苗为材料,分析4种不同光强(全光照,50%、75%和95%遮荫)对青桐幼苗生长,C、N、P、K含量及其化学计量特征的影响。结果表明:遮荫对青桐幼苗的生长性状、生物量、元素含量和积累量及化学计量比均有显著影响(P<0.05)。苗高和比叶面积随遮荫强度增加而升高,而地径和粗壮度随遮荫强度增加而减小。总生物量在75%遮荫下最大,在95%遮荫下最小。在各遮荫处理下,叶片C、N、P、K含量均大于根和茎,且N含量顺序为叶>根>茎,K含量顺序为叶>茎>根。C、P、K积累量随遮荫强度增大而增加,在75%遮荫下达到最大值,而在95%遮荫下达到最小值。青桐幼苗C∶N和C∶P呈现出相同的变化趋势,随遮荫强度变大先增加后减小,均在50%遮荫下达最大值。青桐各器官N∶P远低于14,即青桐幼苗在不同遮荫条件下的生长严重受N限制。这些结果说明,遮荫可调节青桐幼苗在不同光环境中的养分积累与分配,进而影响生物量。因此,青桐苗期培育宜选75%遮荫,有助于苗高、比叶面积、生物量、养分含量和积累量的增加,而过度遮荫可抑制幼苗生长发育。     

利用APSIM模型分析不同播期和耕作方式对旱地小麦籽粒干物质积累的影响

黄土丘陵区旱地小麦籽粒干物质积累的准确模拟可为调控小麦生产提供重要的技术支持。本研究利用甘肃省定西市安定区1971—2017年的气象资料和甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村2016—2017年的大田试验数据,基于APSIM模型对旱地小麦籽粒干物质积累与分配进行模拟,并在模型验证的基础上,定量分析了播期和耕作方式对小麦籽粒干物质积累的影响。结果表明: 3个播期(早播、正常播、晚播)和4种耕作方式(传统耕作、传统耕作+覆盖、免耕、免耕+覆盖)下,籽粒干物质模拟值与实测值间的均方根误差(RMSE)为57.5～143.1 kg·hm^-2,归一化均方根误差(NRMSE)为1.4%～9.9%,模型模拟精度较高。不同播期下,耕作方式对籽粒干物质积累的促进效果排序均表现为: 免耕+覆盖>传统耕作+覆盖>免耕>传统耕作,免耕+覆盖最有利于小麦籽粒干物质积累,而免耕与传统耕作差异不显著。不同耕作方式下,小麦干物质积累过程均表现为早播好于正常播和晚播,晚播对干物质积累的影响较大,积累过程最不理想。