海南岛海岸带木麻黄和厚藤叶片碳、氮、磷含量及其化学计量特征

海岸带植物叶片的化学计量学特征及其影响因素可以为改善海岸带的生态环境提供理论依据。选取海南岛沿岸12个市（县）海岸带木麻黄防护林的木麻黄和周边沙滩上的藤本植物厚藤为研究对象,通过测定木麻黄与厚藤叶片中的碳（C）、氮（N）和磷（P）含量,分析两种植物叶片C、N和P的化学计量学特征及其差异,探究不同环境因子对两种植物叶片C、N、P含量、C：N、C：P和N：P的影响,以期寻找影响海岸带植被生长的主要限制因素。结果表明：海南岛木麻黄叶片C、N和P的平均含量分别是399.06±20.29、12.56±1.04、1.04±0.35 g·kg^-1,C：N、C：P和N：P分别为32.04±2.82、420.65±121.27和12.92±3.21;厚藤叶片C、N和P的平均含量分别是364.31±30.20、12.84±1.96和2.06±0.64 g·kg^-1,C：N、C：P和N：P分别为29.13±4.95、185.85±63.14和6.47±2.12。相关性分析结果表明：木麻黄叶片的N含量与年平均气温和年平均降水量呈显著正相关关系,P含量与年平均降水量呈极显著正相关关系,C：P和N：P与年平均降水量呈显著负相关关系;厚藤叶片C含量与年平均气温呈显著正相关,C：N与年平均降水量呈显著负相关。木麻黄叶片的N含量与10~20 cm土层的SOC呈显著负相关关系,C：N与10~20 cm土层的SOC呈显著正相关,C：P与0~10 cm土层的C：N呈显著正相关关系;厚藤叶片的C含量与10~20 cm土层的SOC呈显著负相关关系,P含量与0~10 cm土层的TN含量,N：P和10~20 cm的SOC含量呈正相关关系,C：N与0~10 cm土层的C：N呈显著正相关关系,C：P与0~10 cm的TN含量呈显著负相关关系而与0~10 cm土层的C：N呈极显著正相关关系,N：P与0~10 cm土层的TN含量呈显著负相关关系。研究结果表明海南岛海岸带植被叶片的碳氮含量较低,N可能是影响该区域植物生长的主要因子,同时,植被生长受到年平均气温、年平均降水量的共同影响,受土壤养分含量影响低,环境因子对不同类型的植物的影响并不相同。     

360度群体遗传变异扫描——大豆泛基因组研究

大豆(Glycine max)是重要的油料和蛋白作物, 其丰富的遗传变异为生物学性状挖掘和育种改良提供了重要的资源基础。然而, 单个基因组信息无法全面揭示种质资源的遗传变异, 泛基因组研究为解决这一不足提供了新方案。近日, 中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜和梁承志研究团队从2 898份大豆种质中选取26份代表性材料, 并整合已有的3个基因组, 构建了包含野生和栽培大豆的泛基因组和图基因组(graph-based genome), 鉴定了整个群体的绝大多数结构变异数据集, 确定了大豆种质的核心、非必需和个体特异的基因集。利用这些数据系统地揭示了生育期位点E3的等位基因变异和基因融合事件、种皮颜色基因I的单体型和演化关系以及结构变异对铁离子转运基因表达和地区适应性选择的影响。该研究为作物基因组学研究提供了一个新的模式, 同时将加速推动大豆遗传变异的鉴定、性状解析和种质创新。     

大豆滞绿(stay-green)突变体诱变后代表型性状变异分析

本文利用大豆滞绿突变体Z-94320经60Co-γ射线诱变的突变体后代M5、M6代为材料,进行两年的田间性状观察记录统计,用相关性分析、主成分分析、聚类分析对其17个主要表型性状统计分析。结果表明:诱变后代产生了丰富的变异,出现了多种种皮色和子叶色,产生了非滞绿性状,形成了各种生育周期,且分离出晚熟性状。通过相关性分析发现,单株粒重与株重、茎粗、主茎荚数、分枝荚数、一粒荚数、二粒荚数、三粒荚数、瘪粒荚数、虫食数呈极显著正相关,这些性状可以对产量进行预测;主成分分析在M5代提取出“产量因子”、“株型因子”、“粒荚因子”、“茎荚因子”四个主成分,对农艺性状累计贡献率达到70.50%,M6代提取出“产量因子”、“虫害因子”、“株型因子”、“茎杆因子”四个主成分,对农艺性状累计贡献率达到71.54%;聚类分析将M5、M6代材料分别划分为6类,发现同代中各类群农艺性状情况大致相似,但是各农艺性状在两代之间的变化明显,在株重、结荚高度、单株粒重等方面M6代显著高于M5代,并筛选出两株高产品系和一株特色滞绿品系。本研究逐步完善了对滞绿大豆突变体库的构建,为滞绿大豆诱变后代的遗传多样性研究提供了基础的数据分析。     

樟树叶片挥发性有机物释放季节动态和日动态变化规律

采用动态顶空采集法和热脱附-气质联用技术,对不同季节和一天内不同时间点樟树叶片释放的挥发性有机物(VOCs)成分含量及其变化规律进行了分析。结果表明:全年樟树叶片释放的VOCs共计78种,其中萜烯类(19种)和烷烃类(18种)化合物种类较多; 32种樟树叶片释放的挥发性成分相对含量在不同季节存在显著差异(P0.05); 3月份释放的VOCs种类最为丰富,萜烯类化合物相对含量最高(43.49%),主要为1-石竹烯、D-柠檬烯和α-蒎烯,其他月份释放的VOCs则以烷烃类和醇类为主;春季,樟树叶片在绝大多数时间点释放VOCs以萜烯类化合物为主,且早上8:00释放的萜烯类化合物相对含量最大。综上结果认为,樟树是营造保健型生态园林的理想树种,其叶片释放的VOCs中富含多种对人体健康有益的萜烯类化合物,春季的早晨是进行森林康养活动的最佳时间。     

外源硫对镉胁迫下马齿苋光合性状和矿质元素吸收的影响

从光合反应系统揭示外源硫(S)诱导马齿苋镉(Cd)耐受性的生理机制,为外源S缓解重金属毒害提供理论依据.采用营养液培养,研究外源S供体(NH4)2SO4对100 mg/L Cd胁迫下马齿苋叶片光合色素、光合特性、叶绿素荧光参数和矿质营养元素的影响.结果表明,Cd胁迫可显著降低马齿苋叶片中叶绿素a和叶绿素b含量;净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均显著降低,而胞间二氧化碳浓度上升,表明非气孔因素是Cd胁迫诱导马齿苋光合抑制的主要因素;同时,PSⅡ实际光化学效率(ФPSII)、电子传递效率(J)、化学猝灭系数(qP)显著下降,而非化学猝灭系数(qN)显著上升,表明Cd胁迫影响马齿苋PSⅡ反应系统的正常运行.外施400 mg/L(NH4)2SO4显著提高马齿苋叶片叶绿素a含量、叶绿素b含量和叶绿素a/b比值,增强马齿苋叶片光合作用和PSⅡ原初光化学反应量子效率.对5种与光反应系统密切相关的矿质元素含量进行分析发现,Cd处理显著增加马齿苋叶片中的Ca和Fe含量,显著抑制马齿苋对Mg、Mn和Cu的吸收.Cd胁迫下马齿苋叶片的变黄与Mg、Mn的亏缺有关,而与Fe缺乏无关;添加外源S可显著提升马齿苋叶片中Ca、Mg、Fe、Cu和Mn含量,从而增强Cd胁迫下马齿苋叶片的PSII反应系统功能.     

澜沧江流域水生昆虫群落分类多样性和功能多样性海拔格局的空间尺度依赖性

群落分类多样性和功能多样性的海拔格局研究, 是了解生物多样性空间分布现状、揭示多样性维持和变化机制的重要途径。当前对水生昆虫分类多样性和功能多样性沿海拔梯度分布格局, 及其尺度依赖性依旧缺乏深入研究。本文基于2013-2018年在云南澜沧江流域500-3,900 m海拔梯度共149个溪流点位的水生昆虫群落调查数据, 利用线性或二次回归模型探索并比较了局部尺度(点位尺度)和不同区域尺度(100 m、150 m、200 m、250 m海拔段)的分类多样性指数(物种丰富度指数、Simpson多样性指数和物种均匀度指数)和功能多样性指数(树状图功能多样性指数(dbFD)、Rao二次熵指数(RaoQ)和功能均匀度指数(FEve))的海拔格局。结果表明, 在局部尺度, 物种丰富度指数和dbFD指数沿海拔梯度均无显著分布特征, Simpson多样性指数、RaoQ指数、物种均匀度指数和FEve指数沿海拔梯度呈现U型或者单调递减趋势。在区域尺度, 随着区域海拔带宽度的增加, 物种丰富度指数沿海拔呈不显著的单调递减格局, 但dbFD指数沿海拔分布由U型转变为单调递减趋势; Simpson多样性指数和RaoQ指数沿海拔梯度由显著U型趋势转变为无显著分布特征; 物种均匀度指数沿海拔梯度无显著分布特征, 但FEve指数呈显著增加的海拔格局。综上, 群落分类多样性指数和功能多样性指数沿海拔梯度分布存在局部和区域尺度的空间差异, 但区域尺度下二者海拔格局随海拔带宽度的增加存在一定程度的一致性。     

优良单株家系辣木叶的表型性状分析

为挖掘辣木(Moranga oleifera)优良种质资源,对30个优良单株家系的叶片表型性状进行研究。结果表明,除叶形外,辣木不同家系间的叶柄和叶片颜色、复叶数、复叶柄长度和直径、复叶间距、叶长、叶宽均存在不同程度的差异。复叶数与复叶柄长度和直径、复叶间距、叶长、叶宽呈极显著正相关;主成分分析表明,叶长、叶宽、复叶柄长度和直径、复叶间距、叶柄和叶片颜色是区分辣木不同家系最主要的叶片性状指标。聚类分析结果表明,30个辣木家系可分为3大类,叶片表型性状存在显著差异的家系的遗传距离较远。因此,叶柄和叶片颜色、复叶数、复叶柄长度和直径、复叶间距、叶长、叶宽将为直观区分辣木家系提供参考。     

长期氮添加对典型草原植物多样性与初级生产力的影响及途径

氮(N)沉降对陆地生态系统的结构和功能已产生了重要的影响, N也是中国北方草原植物生长和初级生产力的主要限制性元素。物种多样性和功能多样性是揭示生物多样性对生态系统功能维持机制的关键指标, 然而, 关于长期N添加下草原物种多样性与功能多样性的关系, 及其对初级生产力的影响途径及机制, 尚不十分清楚。为此, 该研究依托在内蒙古典型草原建立的长期N添加实验平台, 实验处理包括1个完全对照(不添加任何肥料)和6个N添加水平(0、1.75、5.25、10.50、17.50和28.00 g·m^-2·a^-1), 研究了长期N添加对典型草原物种多样性、功能多样性和初级生产力的影响大小及途径。结果表明: 1) N添加显著降低了典型草原的物种丰富度和Shannon-Wiener指数, 但对功能多样性(包括功能性状多样性指数和群落加权性状值)无显著的影响。2)结构方程模型分析表明, 功能多样性主要受物种丰富度的影响, 但是物种多样性减少并没有导致功能多样性降低, 其原因主要是功能群组成发生了改变, 即群落内多年生根茎禾草所占比例显著增加, 以致群落加权性状值变化不大。3) N通过影响物种丰富度和功能群组成, 间接影响群落加权性状值, 进而影响群落净初级生产力。其中, 群落加权性状值是最重要的影响因子, 可解释48%的初级生产力变化, 表明初级生产力主要是由群落内优势物种的生物量及功能性状所决定, 因此该研究的结果很好地支持了质量比假说。     

不同植物来源可溶性有机质对亚热带森林土壤酶活性的影响

探究不同植物来源可溶性有机质(DOM)进入土壤后对酶活性的影响, 可以为降水淋溶下亚热带地区不同森林生态系统土壤碳循环提供科学依据。该研究提取杉木(Cunninghamia lanceolata)、木荷(Schima superba)和楠木(Phoebe zherman) 3种植物鲜叶中的DOM分别输入杉木人工林土壤中, 以等量的去离子水添加为对照, 进行25天的室内培养。培养结束后测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性等指标。结果表明: 与对照处理(CT)相比, 添加3种叶片DOM后, 土壤总有机碳(SOC)、总氮(TN)含量和碳氮比均无显著变化。杉木叶片DOM添加处理(CL)的TN含量显著低于木荷叶片DOM添加处理(SL)和楠木叶片DOM添加处理(PL), 碳氮比显著高于SL和PL。3种叶片DOM输入整体上提高了土壤溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的含量。叶片DOM输入后土壤微生物生物量碳(MBC)含量无显著变化, 然而CL和SL的土壤微生物生物量氮(MBN)含量分别比CT降低了50.9%和51.1%, PL的MBN含量比CT提高了54.0%。与CT相比, 不同植物来源DOM输入后, β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO) 3种酶活性均显著上升, 而多酚氧化酶(PPO)活性则显著下降; 此外, βG和CBH活性均表现出CL > SL > PL的特征。相关性分析的结果表明, 添加叶片DOM 3种处理的SOC、TN、MBN含量和βG、CBH活性都与所输入DOM的DOC含量和腐殖化指数(HIX)显著相关, 此外, 土壤MBN含量和PPO活性与输入叶片DOM的pH呈正相关关系。冗余分析(RDA)结果表明, 叶片DOM输入后引起土壤酶活性变化的关键因子是DON和DOC含量。总体来说, 不同植物来源DOM性质的差异会影响土壤碳循环水解酶的活性, 而叶片DOM输入后增加了土壤碳和氮的有效性, 引起4种碳循环酶的不同响应。     

微生境对黄梅秤锤树野生种群叶片功能性状的影响

植物功能性状可以反映植物应对环境变化的适应策略。本文以黄梅秤锤树(Sinojackia huangmeiensis)当前唯一野生种群为对象, 比较了3种微生境(湖边、种群中心、耕地边)中该物种的叶片功能性状均值、种内变异和叶片生态化学计量特征的差异, 分析了黄梅秤锤树对湖岸带微生境变化的响应及其适应策略。结果表明: (1) 3种微生境中土壤C、N、P含量没有显著性差异(P > 0.05), 但土壤C∶N和C∶P具有显著性差异(P < 0.05), 土壤类型和养分条件有所不同。(2)黄梅秤锤树叶片功能性状的比较用单因素方差分析和贝叶斯方差分析得出的结果一致, 均为叶长、叶面积和比叶面积在中心区域显著高于湖边(P < 0.05), 而耕地边与湖边和中心区域均没有显著差异(P > 0.05); 叶N含量在湖边显著高于中心区域和耕地边(P < 0.05), 而中心区域和耕地边间没有显著差异(P > 0.05); 叶宽、叶长/叶宽、叶干物质含量、叶C和叶P含量在3种微生境间都没有显著性差异(P > 0.05)。(3)黄梅秤锤树叶片的N∶P在湖边显著高于中心区域和耕地边(P < 0.05), C∶N在湖边显著小于中心区域和耕地边(P < 0.05), N∶P和C∶N在中心区域和耕地边没有显著性差异(P > 0.05), C∶P在3种微生境间都没有显著性差异(P > 0.05)。(4)黄梅秤锤树叶片功能性状的总体变异程度在0.02-0.28之间, 其中叶片C和N含量在湖边和中心区域的种内变异程度显著较低, 表明3种生境中湖边和中心区域黄梅秤锤树种群的稳定性相对较差。(5)湖边黄梅秤锤树主要通过增加叶N含量促进生长; 中心区域黄梅秤锤树主要通过增加叶面积和比叶面积以及提高叶N的利用效率来提高光捕获能力促进生长; 耕地边黄梅秤锤树的叶N含量和叶面积、比叶面积都处于中等水平, 通过性状之间的共同作用使植株生长达到最佳水平。以上结果表明, 由于微地形、水位波动和土壤环境条件的差异, 黄梅秤锤树对3种生境中的适应策略有所不同, 并且不是通过单一性状调整来适应环境的变化, 而是通过多种性状之间的权衡达到更好的适应效果。