Biochemical recognition in seeds: Germination of Rumex obtusifolius is promoted by leaves of facilitative adult conspecifics

Seeds express various germination behaviors in response to competitor plants. However, germination behaviors in response to facilitator plants are not yet well understood. Rumex obtusifolius seedlings usually appear on the ground near adult conspecific plants, and their survival rate under the canopy of adult conspecifics is higher than that outside the canopy, indicating that adult R. obtusifolius plants facilitate their seedling establishments. We hypothesized that emergence of R. obtusifolius seedlings is promoted by cues from adult conspecifics, but emergence of heterospecific seedlings is not. To test this, we investigated emergence responses of seedlings of R. obtusifolius and three other species that grow with R. obtusifolius in the presence of R. obtusifolius leaf phytochemicals. Emergence of R. obtusifolius seedlings was promoted by the presence of R. obtusifolius leaves. In contrast, emergence of other species seedlings was not promoted by R. obtusifolius leaves. We conclude that germination of R. obtusifolius seeds is facilitated in the presence of conspecifics, via water-soluble chemical exposure, and that recognizing these chemicals has adaptive value.     

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)。     

氮添加与降雨变化对红砂幼苗非结构性碳水化合物的影响

非结构性碳水化合物(NSC)在植物体内的含量及分配对植物生长和存活至关重要。开展氮沉降和降雨变化对幼苗NSC影响的研究,为揭示干旱导致幼苗死亡机理及预测气候变化背景下幼苗自然更新及培育提供依据。本研究以1年生红砂幼苗为对象,测定了不同降雨(降雨减少(W-)、自然降水(W)和降雨增多(W+))和氮添加(N0(0 g N·m^-2·a^-1)、N1(4.6 g N·m^-2·a^-1)、N2(9.2 g N·m^-2·a^-1)、N3(13.8 g N·m^-2·a^-1))条件下红砂幼苗各器官NSC及其组分含量。结果表明:红砂幼苗各器官NSC含量为28.8~71.8mg·g-1,叶片含量最高,茎含量最低。氮添加和降雨变化对红砂幼苗叶片和根系淀粉及总NSC含量有显著影响,而对茎无显著影响。各降雨条件下,氮添加均促进了红砂幼苗叶片淀粉和总NSC累积,在降雨增加30%的条件下氮的促进效应更显著,中高氮(N2和N3)叶片淀粉与总NSC含量显著高于低氮水平(N1和N0);在低氮降雨减少30%(N1W-)处理下,红砂叶片淀粉和NSC含量最小,而根系淀粉和NSC含量最大,即低氮干旱胁迫下红砂可通过NSC在不同器官的重新分配来适应胁迫环境。在自然降雨和降雨增加30%情况下,根系淀粉和NSC的含量随氮添加的增加而减小,且中高氮处理(N2和N3)显著低于对照(N0)。可见,叶片是红砂NSC的源,氮添加会促进红砂幼苗叶片NSC的累积,且这种促进效应与水分紧密相关,在降水增加情况下其效应更显著;而过量的氮添加会抑制根系NSC含量的积累,在低氮干旱胁迫下红砂也可通过叶片NSC向根系转移来适应逆境胁迫。     

五唇兰对PEG模拟的干旱胁迫响应研究

为了解干旱对五唇兰(Phalaenopsis pulcherrima)生长的影响,以聚乙二醇(PEG)溶液模拟干旱胁迫,对其叶片的光合色素、渗透调节物质和非结构碳水化合物(NSC)含量变化进行研究。结果表明,随着PEG浓度增加,五唇兰植株含水量和鲜质量逐渐下降,以PEG为13.75%～14.84%时最显著。PEG处理显著降低叶片的叶绿素a和b含量。随着植株含水量的降低,叶片可溶性蛋白、淀粉(St)含量均呈下降趋势,可溶性糖(SS)含量、NSC和SS/St均呈先升后降的趋势。因此,干旱胁迫会影响五唇兰植株的含水量和光合产物的积累;在较低程度干旱胁迫下,可溶性糖在抗旱响应中发挥主要作用;随着干旱胁迫程度加深,五唇兰的生理代谢受到严重影响。     

有机物料还田对双季稻田土壤有机碳及其活性组分的影响

有机物料还田是提升农田土壤有机碳、培肥土壤的重要措施。为探讨不同有机物料的还田效果,采用室外培养方法,研究了在等碳输入条件下,施用水稻秸秆、紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭对洞庭湖双季稻区潮土有机碳和活性有机碳组分含量的影响。结果表明: 经过180 d的培养试验,与不施用有机物料相比,施用有机物料提高了土壤活性有机碳含量。生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭处理分别使土壤有机碳含量显著提升了26.1%、9.7%和30.7%,水稻秸秆和紫云英对土壤有机碳含量的提升效应在试验期间并不显著。水稻秸秆和紫云英还田更有利于土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳的积累,猪粪更有利于土壤可溶性有机碳的积累,生物有机肥更有利于土壤微生物生物量碳和易氧化有机碳的积累,水稻秸秆生物炭则更有利于土壤微生物生物量碳和轻组有机碳的积累。与水稻秸秆还田相比,紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭还田使土壤碳库管理指数分别提高了31.8%、111.6%、62.2%和50.7%。从土壤固碳和土壤碳库管理指数来看,生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭的还田效果优于水稻秸秆和紫云英还田。     

马铃薯甲虫结节性硬化复合物基因LdTSC1和LdTSC2基因的克隆及功能分析

【目的】通过RNAi技术明确马铃薯甲虫TOR上游的关键信号集成节点及类胰岛素信号通道下游基因结节性硬化复合物TSC1和TSC2的功能。旨在为探明马铃薯甲虫类胰岛素信号转导提供更多理论支持。【方法】在NCBI(美国国家生物技术信息中心)获取马铃薯甲虫LdTSC1/2序列,分别利用多重序列比对和系统发育分析确定该基因的完整性和系统发育关系;采用喂食幼虫dsRNA的方法,观察该基因的调低对马铃薯甲虫幼虫生长发育、糖脂代谢的影响。【结果】克隆得到马铃薯甲虫TSC1编码蛋白的氨基酸序列与鞘翅目白蜡窄吉丁直系同源蛋白的氨基酸序列的自展一致度为100%,聚为一支;TSC2编码蛋白的氨基酸序列与鞘翅目白蜡窄吉丁和赤拟谷盗的同源蛋白氨基酸序列的自展一致度为100%,聚为一支。通过分别喂食2龄幼虫LdTSC1/2的dsRNA能有效降低靶标基因的表达量,幼虫出现体重减轻,化蛹率和羽化率显著下降,葡萄糖的吸收转化效率降低,海藻糖含量升高和甘油三酯均减少。【结论】下调2龄幼虫LdTSC1/2的表达量,导致试虫出现抑制了糖脂代谢、脂肪体减少、体重减轻以及发育延迟;结果表明LdTSC1/2调控了马铃薯甲虫幼虫的糖脂代谢过程,显著影响幼虫化蛹和蜕皮过程。     

Different effects of carbohydrate binding modules on the viscoelasticity of nanocellulose gels

Many cellulose degrading and modifying enzymes have distinct parts called carbohydrate binding modules (CBMs). The CBMs have been shown to increase the concentration of enzymes on the insoluble substrate and thereby enhance catalytic activity. It has been suggested that CBMs also have a role in disrupting or dispersing the insoluble cellulose substrate, but dispute remains and explicit evidence of such a mechanism is lacking. We produced the isolated CBMs from two major cellulases (Cel6A and Cel7A) from Trichoderma reesei as recombinant proteins in Escherichia coli. We then studied the viscoelastic properties of native unmodified cellulose nanofibrils (CNF) in combination with the highly purified CBMs to detect possible functional effects of the CBMs on the CNF. The two CBMs showed clearly different effects on the viscoelastic properties of CNF. The difference in effects is noteworthy, yet it was not possible to conclude for example disruptive effects. We discuss here the alternative explanations for viscoelastic effects on CNF caused by CBMs, including the effect of ionic cosolutes.     

长足大竹象消化道不同分段菌群异质性及竹木质纤维素降解能力

【目的】长足大竹象Cyrtotrachelus buqueti消化道共生菌群参与了竹纤维素的降解。本研究旨在揭示长足大竹象幼虫消化道不同分段共生菌群异质性及木质纤维素的降解能力。【方法】通过对16S rRNA测序对长足大竹象幼虫消化道分段口器(YB)、前肠(YFG)、中肠(YMG)和后肠(YHG)进行菌群组成分析及功能预测;分析各消化道分段核心属细菌基因组中碳水化合物活性酶(carbohydrate active enzyme, CAZy)基因,预测木质纤维素降解能力;应用口器混合菌(MPJ)、前肠混合菌(FJ)、中肠混合菌(MJ)和后肠混合菌(HJ)悬液体外降解竹笋粉,检测共生菌群的木质纤维素的降解能力。【结果】长足大竹象幼虫消化道菌群多样性分析显示,YFG, YMG和YHG的菌群多样性大于YB,YFG的菌群物种多样性最高,而YB最低。YFG, YMG和YHG样本中厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)相对丰度最高,而YB中变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)相对丰度最高。核心属细菌基因组CAZy基因分析表明长足大竹象幼虫消化道中大多数细菌基因组中存在丰富的CAZy基因,且在拟杆菌属Bacteroides细菌基因组中尤为明显,预示其与木质纤维素的降解密切相关。体外降解竹笋粉实验结果表明,长足大竹象幼虫MPJ, FJ, MJ和HJ对竹笋粉纤维素的降解率分别为21.7%, 39.9%, 44.2%和21.0%,对半纤维素降解率分别为72.7%, 52.3%, 65.7%和61.5%,对木质素降解率分别为20.5%, 41.3%, 39.9%和37.9%。【结论】长足大竹象幼虫的消化道菌群的异质性可以影响木质纤维素降解能力,因而这些菌群可以作为分离高效木质纤维素降解菌的重要来源之一。本研究为竹生物质的工业转化利用提供部分参考信息。     

长期氮添加对草甸草原生态系统氮库的影响

大气氮沉降增加深刻影响生态系统物种多样性、生产力及其稳定性,研究草原生态系统N库如何响应不断增加的大气氮沉降至关重要。本研究在内蒙古额尔古纳草甸草原开展刈割和不同水平外源氮添加试验,设置6个氮添加水平: 0、2、5、10、20和50 g·m^-2·a^-1,同时设置刈割处理,分为刈割和不刈割2个水平。在连续处理的第7年,采集群落中优势植物地上部分、群落根、地表凋落物和0～100 cm分层土壤样品,测定N含量并计算N库储量。结果表明: 氮添加显著增加植物地上部分和凋落物N含量,以及羊草、植物群落和凋落物的N库及生态系统N库总量。刈割处理显著增加羊草叶片和凋落物N含量,降低羊草、植物群落和凋落物N库,但并不改变它们对氮添加的响应格局。此外,刈割和氮添加对植物群落N库存在显著的交互作用。在不刈割处理下,高水平氮添加使更多的氮储存在凋落物中等待分解,植物群落N库的饱和阈值出现在10 g·m^-2·a^-1;在刈割处理下,植物群落N库表现为随氮添加量增加而不断增加,并且在相同水平氮添加条件下刈割后进入到植物群落N库中的氮更多。刈割可以缓解氮沉降不断增加对生物多样性和生态系统稳定性造成的不利影响,并可以在一定程度上推迟氮沉降增加引起的生态系统氮饱和的发生。     

长白山阔叶红松林不同演替阶段林下红松幼苗能量与养分季节动态

为了解林下红松幼苗生长和养分存储季节动态,以长白山原始阔叶红松林(原始林)和次生杨桦林(次生林)林下2年生红松幼苗为对象,研究林下光合有效辐射(PAR)、幼苗生物量、非结构性碳水化合物(NSC)、全氮(N)和全磷(P)等指标的季节变化,分析两林分林下光照的季节动态及其差异对红松幼苗生长和养分积累的影响。结果表明: 原始林和次生林林下月PAR累积量季节变化都呈“双峰”型,夏季为郁闭期,两林分林下光线弱。春季和秋季为阔叶树无叶期,林下光照条件变好,且次生林林下光照明显好于原始林;原始林和次生林红松幼苗的生物量、NSC、全N和全P浓度的季节动态与林下光照的季节变化基本一致,在春季和秋季表现为显著增加,在夏季呈下降趋势。春季幼苗的淀粉浓度增加,夏季淀粉和可溶性糖浓度均逐渐降低,到8月达到最低值,秋季可溶性糖浓度显著升高。春季和秋季次生林林下幼苗的生物量和NSC浓度整体上均显著高于原始林,而夏季两林分差异不显著。因此,春季和秋季的林下光照条件差异是影响原始林和次生林中红松幼苗养分积累和生长更新差异的主要原因。