7年穿透雨减少对锐齿槲栎光合固碳及生物量碳储量的影响

气候变化背景下不断加剧的干旱事件对树木的生长及碳积累产生显著影响。然而,树木光合固碳能力及生物量碳储量对相对长期干旱的连续响应机制的研究仍然有限。选择70年生的天然锐齿槲栎(Quercus aliena var.acuteserrata)林,探究长期模拟穿透雨减少对锐齿槲栎光合固碳潜力和生物量碳储量的影响。研究结果表明,连续7年的穿透雨减少处理显著降低了锐齿槲栎的光合固碳能力,其叶片净光合速率(A)、最大羧化速率(V_cmax)、最大电子传递速率(J_max)、最大光化学效率(F_v/F_m)均明显降低,且穿透雨减少处理增强了A与气孔导度(g_s)、J_max、F_v/F_m之间的相关性。在适应长期干旱过程中,锐齿槲栎通过增加比叶面积(SLA)、叶片栅栏组织与海绵组织的比值、气孔密度等叶片形态及结构特性变化,降低冠层叶面积(LAI)指数和蒸腾水分散失及提高水分利用效率(WUE)缓解和适应干旱胁迫的不利影响。但是,长期穿透雨减少仍...     

急性氨氮胁迫下大口黑鲈的肝脏转录组特征分析

为研究大口黑鲈(Micropterus salmoides)受到氨氮胁迫时基因表达的变化规律,文章采用Illumina平台的HiSeq测序策略分析了氨氮胁迫12h和24h后大口黑鲈肝脏的基因表达谱。氨氮胁迫后在大口黑鲈肝脏共获得111.66 Gb的有效数据,组装获得133486个单基因簇(Unigenes), N50为1000 bp。通过比较转录组分析在2个时间点共获得2072个差异表达基因,其中氨氮胁迫12h获得1516个差异表达基因, 907个上调, 609个下调;氨氮胁迫24h获得556个差异表达基因,其中330个上调, 226个下调。GO功能注释分析结果表明,在氨氮胁迫12h差异基因富集数目明显多于24h,但在“氧化还原酶活性”条目中富集的差异基因数目则是氨氮胁迫24h多于12h。此外, KEGG功能富集分析发现,氨氮胁迫对大口黑鲈肝脏氧化应激、细胞自噬和凋亡相关等途径产生影响。选取10个差异表达基因进行qPCR验证,其表达水平与转录组差异基因分析结果一致,证明了测序结果的可靠性。其中,与氧化应激相关基因缺氧诱导因子1α (HIF1α)、生长停滞DNA损伤可诱导蛋白β (Gad...     

RNA甲基化修饰调控和规律

表观遗传学修饰包括DNA、RNA和蛋白质的化学修饰,基于非序列改变所致基因表达和功能水平变化。近年来,在DNA和蛋白质修饰基础上,可逆RNA甲基化修饰研究引领了第3次表观遗传学修饰研究的浪潮。RNA存在100余种化学修饰,甲基化是最主要的修饰形式。鉴定RNA甲基化修饰酶及研发其转录组水平高通量检测技术,是揭示RNA化学修饰调控基因表达和功能规律的基础。本文主要总结了近年来本课题组与合作团队及国内外同行在RNA甲基化表观转录组学研究中取得的主要前沿进展,包括发现了RNA去甲基酶、甲基转移酶和结合蛋白,揭示RNA甲基化修饰调控RNA加工代谢,及其调控正常生理和异常病理等重要生命进程。这些系列研究成果证明RNA甲基化修饰类似于DNA甲基化,具有可逆性,拓展了RNA甲基化表观转录组学研究新领域,完善了中心法则表观遗传学规律。     

‘波叶金桂’对干旱和高温胁迫的生理生态响应

为了探讨植物对干旱、高温及协同胁迫的响应, 该研究以木犀(Osmanthus fragrans) ‘波叶金桂’为材料, 采用盆栽质量控水法模拟干旱胁迫(对照、轻度、中度和重度)和高温胁迫, 利用动态顶空气体循环吸附法和热脱附-气相色谱-质谱(TDS-GC-MS)联用技术对其挥发性有机化合物(VOCs)进行测定; 同时测定其非结构性碳(NSC)含量及次生代谢酶活性。结果表明: 干旱胁迫对‘波叶金桂’叶片NSC组分含量影响不显著; 可溶性糖和淀粉含量在高温胁迫下显著降低, 在协同胁迫后持续性下降, 重度协同胁迫下, 葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉分别比对照降低47.7%、46.4%、34.4%和38.2%。干旱胁迫和协同胁迫下3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(HMGR)、1-脱氧木酮糖-5-磷酸还原酶(DXR)活性表现出先上升后下降, 而脂氧合酶(LOX)活性表现出持续性上升趋势; 高温胁迫后, HMGR、DXR和LOX活性显著高于对照。干旱胁迫下萜烯类VOCs释放量表现出先上升后下降趋势, 中度干旱胁迫和高温胁迫下分别比对照高37.9%和32.3%; 协同胁迫下萜烯类释放量逐渐降低, 干旱、高温和协同胁迫诱导醛类释放量明显增加。上述结果表明: 干旱胁迫条件下, ‘波叶金桂’通过NSC进行自我渗透调节, 同时合成大量萜烯类化合物来提高抗旱性; ‘波叶金桂’调控萜烯类化合物合成以及绿叶挥发物(GLVs)的释放抵御高温胁迫; 协同胁迫下萜烯类化合物的合成途径受阻, ‘波叶金桂’提高GLVs合成与释放量抵御协同胁迫; 中度和重度协同胁迫导致‘波叶金桂’细胞膜严重受损, 自我调节能力降低。     

新疆北部草地典型灌木的碳氮特征

灌木在维持干旱半干旱区生态系统稳定性方面发挥着重要的作用。该研究调查了新疆北部草地典型灌木物种, 并分析了这些灌木叶、枝、茎的碳(C)、氮(N)含量特征, 可为新疆草地植被碳氮储量的准确估算以及碳氮循环过程提供基础数据。结果表明: 北疆地区草地的典型灌木有白刺(Nitraria spp.)、刺旋花(Convolvulus tragacanthoides)、红砂(Reaumuria soongarica)、假木贼(Anabasis spp.)、 锦鸡儿(Caragana spp.)、麻黄(Ephedra spp.)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、梭梭(Haloxylon spp.)、金丝桃叶绣线菊(Spiraea hypericifolia)、驼绒藜(Krascheninnikovia spp.)、小蓬(Nanophyton erinaceum)、盐爪爪(Kalidium spp.)、猪毛菜(Salsola spp.)等, 归属于蔷薇科、豆科、麻黄科、柽柳科、蒺藜科、蓼科、旋花科、藜科。北疆草地典型灌木各器官C含量为茎(45.76 ± 3.43)% >枝(44.27 ± 4.51)% >叶(39.15 ± 5.91)%, N含量为叶(2.21 ± 0.59)% >枝(1.55 ± 0.44)% >茎(1.34 ± 0.35)%, C:N为茎(36.74 ± 10.80) >枝(31.07 ± 10.43) >叶(18.94 ± 5.82)。灌木地上部分C含量为(43.77 ± 4.43)%, N含量为(1.56 ± 0.45)%, C:N为(31.78 ± 10.12); C含量变异程度较小, 变异系数为10%, N含量的变异系数为27%, C:N的变异系数为32%。灌木同一器官的C、N含量及C:N在不同科间有显著差异, 蔷薇科各器官的C含量显著大于其他科(p < 0.05); 豆科叶和茎的N含量显著大于其他科(p < 0.05), 麻黄科枝的N含量显著大于其他科(p < 0.05); 旋花科叶和枝的C:N显著大于其他科(p < 0.05), 蔷薇科茎的C:N显著大于其他科(p < 0.05)。     

湖南东部植被恢复对土壤有机碳矿化的影响

为阐明中亚热带植被恢复对土壤有机碳(SOC)稳定性的影响机制, 采用空间代替时间方法, 在湘东丘陵区选取檵木(Loropetalum chinense)-南烛(Vaccinium bracteatum)-杜鹃(Rhododendron simsii)灌草丛(LVR)、檵木-杉木(Cunninghamia lanceolata)-白栎(Quercus fabri)灌木林(LCQ)、马尾松(Pinus massoniana)-柯(Lithocarpus glaber)-檵木针阔混交林(PLL)、柯-红淡比(Cleyera japonica)-青冈(Cyclobalanopsis glauca)常绿阔叶林(LAG)作为一个恢复系列, 采用室内恒温培养(碱液吸收法)测定SOC矿化速率及其累积矿化量(C_m), 结合主成分和逐步回归方法分析C_m、SOC矿化率与植被因子和土壤因子的关系。结果表明: (1)不同植被恢复阶段SOC矿化速率随着培养时间呈现基本一致的变化趋势, 培养初期矿化速率较高, 且快速下降, 培养中后期缓慢下降并趋于平稳, 倒数方程能很好地拟合不同植被恢复阶段SOC矿化速率与培养时间的关系。(2)植被恢复显著提高各土层SOC矿化速率和C_m, LAG显著高于其他3个植被恢复阶段, LAG 0-40 cm土层C_m比LVR、LCQ、PLL分别高出359.06%-716.31%、112.38%-232.61%、94.40%-105.74%。(3) 4种植被恢复阶段0-10、10-20、20-30、30-40 cm土层SOC矿化率分别为2.13%-4.99%、3.42%-4.18%、4.05%-4.64%、4.02%-5.64%, 但不同植被恢复阶段之间差异不显著。(4)植被恢复过程中, C_m的变化主要受土壤全氮(TN)含量、根系生物量的驱动, 土壤TN含量、根系生物量可分别解释C_m变异的96.9%、0.9%。而土壤C:N是SOC矿化率的主要调控因子, 可单独解释SOC矿化率变异的49.4%。表明植被恢复促进了SOC矿化, 降低了SOC中矿化C的比例, 有利于提高土壤固C能力; 随着植被恢复, 土壤TN含量和根系生物量增加是影响C_m的主要因子, 而土壤SOC的质量差异是影响SOC矿化率的主要因子。     

腾格里沙漠东南缘荒漠草地不同群落类型土壤有机碳分布及储量特征

荒漠生态系统环境的复杂性及其高度的空间异质性是土壤碳储量估算结果不确定性的重要因素。通过调查取样和室内分析, 研究了腾格里沙漠东南缘10种主要荒漠草地群落各土壤层(0-5、5-10、10-20、20-30、30-50、50-70和70-100 cm土层)的土壤有机碳(SOC)含量、垂直分布特征和影响因素, 以及0-5、0-20、0-50和0-100 cm土层剖面的土壤有机碳密度(SOCD)。结果显示, 灌木群落是SOC含量的重要影响因素, 各土层SOC含量在10种群落间均存在显著差异。从土壤表层到深层, SOC含量主要表现为由高至低和先升高后降低两种特征。SOC含量与黏粉粒含量、全氮(N)、全磷(P)和电导率呈显著的正相关关系, 与砂粒含量呈显著的负相关关系。各群落之间, 0-5、0-20、0-50和0-100 cm土层剖面的SOCD均存在显著差异, 其平均值分别为0.118、0.478、1.159和1.936 kg·m ^-2。这一结果低于全球和全国草地SOCD的平均值, 利用全国数据或该研究的平均值可能会高估或低估区域土壤有机碳储量, 因此利用不同群落的SOCD能增加荒漠地区土壤有机碳储量估算的确定性。     

不同火强度对河北平泉油松林土壤有机碳及土壤养分影响

选择河北省平泉县油松林火烧迹地为研究区, 按照过火林地燃烧状况, 划分轻度火烧(L)、中度火烧(M)、重度火烧(H)3 个强度的林地作为研究样地, 选择相邻未过火林地(CK)作为对照样地。以0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm 的顺序采集土壤样品。样品用于分析不同火烧影响下土壤有机碳(SOC)、土壤养分中铵态氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^- -N)、全氮(TN)、全钾(TK)、全磷(TP)、速效氮(AN)、速效钾(AK)、速效磷(AP)含量和土壤pH 值变化, 以及土壤有机碳和土壤养分其在火烧之后不同土层深度之间的数值波动。结果表明: (1)不同火烧强度对土壤有机碳含量差异影响显著(P<0.05), 与未过火林地相比, 中度、轻度火烧的土壤有机碳含量降低, 重度火烧土壤有机碳含量增加; 土壤有机碳含量变化随土层深度增加而降低; (2)不同火烧强度对土壤养分中所有指标的差异性显著 (P < 0.05), 不同土层深度之间的数量变化明显。铵态氮含量在各土层均表现为重度火烧后增加, 中、轻度火烧则减少; 硝态氮含量受轻度、中度、重度火烧后在各土层整体增加; 速效氮含量在0-10 cm 土层轻度、中度、重度火烧后增加, 在10-20 cm 土层中度、重度火烧后减少而轻度火烧后增加, 在20-30 cm 土层重度和轻度火烧后增加, 中度火烧后减少。轻度、中度、重度火烧后的全氮和全磷含量在各土层整体降低。速效磷含量在0-10 cm 土层受重度和轻度火烧后增加, 10-20 cm、20-30 cm 土层重度、中度、轻度火烧后含量皆减少。全钾含量在0-10 cm 土层重度、轻度火烧后含量降低, 中度火烧后含量增加, 10-20 cm土层火烧后含量均会增加, 20-30 cm 土层火烧后含量均会降低。速效钾含量受重度、中度、轻度火烧后在各土层含量均会减少; (3) 不同火烧强度与土壤pH 值差异性极显著(P < 0.01), 火烧后pH 值上升。上述结果可为研究林火干扰后土壤有机碳和土壤养分的变化规律, 以及火烧迹地植被恢复的研究提供参考。     

疏伐对北京西山林场刺槐林可燃物特征及碳储量影响研究

研究选取北京西山林场刺槐林(Robinia pseudoacacia)为研究对象, 通过对照组 CK 和处理组L、M 和 H(疏伐强度分别为0%, 15%, 35%,50%)四种处理, 对疏伐后刺槐林可燃物进行调查, 对不同强度疏伐刺槐林林地上部分碳储量进行计算, 并利用BehavePlus 林火模型对地表火行为指标进行计算, 探讨不同疏伐强度对刺槐林可燃物、碳储量以及潜在火行为的影响。结果表明,(1)不同疏伐强度的刺槐林的可燃物分布中, 均以0-2 m 层可燃物负荷量为最大, 分别为1.29 kg·m^–2, 1.40 kg·m^–2,1.57 kg·m^–2, 1.89 kg·m^–2, 呈现出可燃物负荷量随疏伐强度加大而增加, 即, H >M>L>CK; 随着高度的增加, 可燃物负荷量主要分布冠层在5-8 m; (2)不同强度疏伐对刺槐人工林各组分的碳储量影响显著, 中度疏伐更有利于刺槐林中的碳储量积累, 其碳储量值最大, 为17.50 t·hm^–2; (4)林分火蔓延速率、火线强度、火焰高度及单位面积发热量均与疏伐强度相关, 疏伐后火行为指标值大幅下降, 其中高强度疏伐(H)后, 林火的蔓延速率, 火线强度为以及火焰强度最低。研究结果可为研究地区的森林可燃物管理以及森林可持续经营提供科学依据。     

黄独微型块茎低温离体保存的GC/MS代谢组学分析

GC/MS检测方法采用初步探明黄独低温离体保存微型块茎的差异代谢物。与黄独微型块茎25℃离体保存相比较,黄独微型块茎4℃离体保存的差异性代谢物有丙氨酸（Alanine）、儿茶素（Catechin）、N,N-双（2-羟乙基）甲胺（N,N-Di-（2-Hydroxyethyl）-methanamine）、水杨酸（Salicylic acid）、柠檬酸（Citric acid）和山梨糖（Sorbose）等。在黄独微型块茎4℃离体保存中,丙氨酸（Alanine）参与氰基氨基酸代谢;儿茶素（Catechin）参与次生代谢产物生物合成、黄酮类化合物的生物合成和苯丙素的生物合成;水杨酸（Salicylic acid）参与多环芳烃降解、微生物在不同环境中的代谢、植物激素信号转导、次生代谢产物生物合成、二恶英降解、苯丙氨酸代谢、芳烃降解、植物激素生物合成、铁载体组非核糖体肽合成和苯丙素的生物合成等。柠檬酸（Citric acid）参与来自鸟氨酸、赖氨酸和烟酸的生物碱生物合成、组氨酸和嘌呤的生物碱生物合成、微生物在不同环境中的代谢、植物次生代谢产物的生物合成、2-氧代羧酸代谢、萜类和类固醇的生物合成、原核生物固碳途径、次生代谢产物生物合成、来自莽草酸途径的生物碱生物合成、来自萜类化合物和聚酮的生物碱生物合成、柠檬酸循环（TCA循环）、植物激素生物合成、乙醛酸和二羧酸代谢、双组分系统、苯丙素的生物合成以及来自鸟氨酸,赖氨酸和烟酸的生物碱生物合成等。黄独低温离体保存微型块茎差异代谢物的初步发现为进一步了解其低温离体保存的分子机制奠定了基础,也为低温离体保存黄独微型块茎的破除休眠以及其后续萌发提供了理论依据。