C3和C4植物寄主对华北地区棉铃虫越冬代和第一代的影响

确定华北越冬代棉铃虫虫源及其对第一代棉铃虫种群的影响是制定棉铃虫防治策略的基础。以越冬代棉铃虫蛾翅的稳定同位素δ¹³C为天然标记直接判定这些成虫的幼虫期寄主类型,并将雌虫接到春小麦植株上,调查其产卵、孵化、幼虫发育至化蛹、羽化等特征。结果表明,越冬代来自C₃植物(主要为棉花)的成虫个体数量占全部越冬羽化种群的53.1%,所产生的下一代老熟幼虫也较C₄来源的多(55.1%);雌蛾受精率都比较高;卵孵化率较高(52.9%>41.6%);幼虫发育在低龄阶段较比后者快,存活率低,但在高龄幼虫阶段相对后者慢,存活率高;与C₄植物(主要玉米)的来源个体后代的幼虫发育总历期接近,总存活率也相近。显示寄主植物小麦提供的营养条件在第一代棉铃虫的幼虫发育中具有决定性意义,即小麦只在特定阶段才适合幼虫的发育;而且不论是C₃还是C₄寄主来源的越冬代棉铃虫已经适应了这一限制。有效地评价了玉米和棉花等寄主植物对华北地区越冬代和次年第一代棉铃虫的影响,对于分析越冬代棉铃虫的虫源性质和第一代棉铃虫的防治及Bt抗性的治理有重要参考价值。     

科尔沁沙地丘间低地樟子松人工林水分利用来源的稳定同位素解析

20世纪50年代以来,樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica在中国北方干旱半干旱地区沙地广泛引种.近年来一些早期引种的樟子松人工林出现了早衰现象.分析生境水分条件变化、判断樟子松采取何种水分利用策略对于认识其早衰现象很有裨益.因此,本研究利用稳定同位素示踪技术,研究了科尔沁沙地东南缘固定沙丘丘间低地30年生樟子松人工林的水分来源及其利用的季节动态,分析了降水和土壤水分变化对樟子松水分利用的影响,阐明了樟子松与伴生植物(黄柳Salix gordeieril)在水分来源方面的异同.结果表明,樟子松及其主要伴生植物黄柳枝条水的稳定18O同位素组成(δ18O)存在明显的季节变化;樟子松的水分来源主要来自20～ 40 cm或更深土层;樟子松和主要伴生植物黄柳之间存在明显的水分竞争,后者比樟子松先行利用最近较强降水(如降水量＞10 mm),从而影响樟子松水源的补给.本研究对于揭示沙地樟子松衰退与水分利用策略的关系具有重要意义.     

青藏高原高寒草甸生长期CO2排放对气温升高的响应

采用高度分别为0.4 m(OTC-1)和0.8 m(OTC-2)的开顶式增温小室(open top champers,OTCs),对青藏高原高寒草甸生态系统进行模拟增温处理,研究了高寒草甸生态系统的CO2排放强度及过程对气温升高的响应.结果表明:在平均气温分别提高1.25℃(OTC-1)和3.68℃(OTC-2)的条件下,对照及2种不同幅度增温处理高寒草甸生态系统CO2排放通量表现出明显的季节变化特征,并同时在植被生长旺盛期(7-8月)达到峰值,分别为2.31、2.35和6.38μmol·m-2·s-1;CO2排放通量在不同季节都表现出随增温幅度的升高而逐渐增大的趋势,表明随着气温升高,CO2排放通量逐渐增大;不同处理CO2排放通量与气温、5 cm土壤温度和5 cm土壤含水量之间表现出显著的相关关系,CO2排放通量与气温及5 cm土壤温度之间均符合指数关系,而与5 cm土壤含水量之间则符合二次多项式关系.     

利用模拟退火算法优化Biome-BGC模型参数

生态过程模型建立在明确的机理之上,能够较好地模拟陆地生态系统的行为和特征,但模型众多的参数,成为模型具体应用的瓶颈。本文以Biome-BGC模型为例,采用模拟退火算法,对其生理、生态参数进行优化。在优化过程中,先对待优化参数进行了选择,然后采取逐步优化的方法进行优化。结果表明,使用优化后的参数,模型模拟结果与实际观测更为接近,参数优化能有效地降低模型模拟的不确定性。文中参数优化的过程和方法,可为生态模型的参数识别和优化提供一种实例和思路,有助于生态模型应用区域的扩展。     

代谢工程在核黄素生产上的应用

核黄素(维生素B2)为天然水溶性的B族维生素,是维持机体代谢所必须的营养物质。目前核黄素的工业化生产主要有微生物发酵法和化学半合成法两种,其中微生物发酵法以生产工艺简单、原料廉价、环境友好以及资源可再生等优点而倍受世界核黄素生产商的青睐。代谢工程是近二十年来发展起来的新型学科,主要利用分子生物学技术对细胞进行遗传修饰,从而改进产物生成或细胞特性。为进一步提高核黄素产量,通过代谢工程手段构建出了核黄素高产菌株,其中尤以枯草芽孢杆菌最为成功。要得到较高的核黄素产率,必须保证碳架、能量等价物以及氧化还原辅(酶)因子在细胞代谢过程中处于适当的比率。以枯草芽孢杆菌进行核黄素生产为例,主要从增强碳源和能源利用效率、增强核黄素生物合成途径代谢流以及解除核黄素生物合成过程中的反馈调节方面综述了代谢工程在指导核黄素生产方面的应用,并讨论了其未来的发展方向。     

姜寨遗址先民食谱分析

尽管通过C、N稳定同位素分析已对陕西临潼姜寨遗址先民的食物结构和粟作农业进行了初步探索,但研究中的一些重要问题,如不同时期先民食物结构的演变,姜寨与半坡、史家先民食物结构间的差异等,依然未能深入讨论。为此,本文对姜寨遗址出土的不同时期(一期、二期)人骨进行了C、N稳定同位素分析,试图揭示先民食物结构的演变历程,探索姜寨与半坡、史家先民食物结构间的差异,并初步探讨产生这种差异的可能原因。人骨的δ13C平均值(-9.7±1.0‰)和δ15 N平均值(8.5±0.5‰),表明粟类食物(包括粟类作物以及依赖于粟类作物的动物等)在姜寨先民食谱中占据主要地位,且动物资源在食物中的比例相对较低。两期先民的δ13C和δ15N值,无显著性差异,表明先民一直从事粟作农业以及家畜的饲养活动。食谱分析并未发现第二期先民食用更多野生动物的证据,这可能与先民样品量相对偏少、二期先民食用的野生动物比例上升较小、动物类食物在先民食谱中所占比例较小等原因有关。对比地理位置毗邻、文化年代相近的姜寨、史家、半坡遗址先民δ13C值,姜寨(-9.7±1.0‰,N=19)与史家(-10.0±0.7‰,N=9)接近,而远高于半坡(-14.8±1.9‰,N=5),表明半坡遗址粟作农业的种植规模要逊于姜寨和史家遗址。我们认为,不同遗址间先民δ13C值的差异,可能受半坡样品量偏少、遗址间小生态环境不同等因素的影响。     

芥子气暴露的确证：家兔皮肤染毒后血红蛋白N端缬氨酸加合物的同位素稀释-NCI-GC/MS溯源性检测

素有＂毒剂之王＂之称的芥子气（HD）是目前危害最大的化学战剂之一,染毒后在体内可产生不同类型的特征性生物标志物,其对中毒诊断、溯源性分析以及毒理机制等研究有着重要的意义.本文首先采用同位素稀释-NCI-GC/MS分析方法监测和鉴定了HD体外全血染毒后产生的血红蛋白N端缬氨酸加合物（HETE-Val）;其次,研究了不同剂量HD（0.02～0.15LD50）经皮染毒家兔体内HETE-Val的时效、量效关系.结果表明,HETE-Val与家兔中毒剂量间有良好的量效关系,而时效关系表明染毒后15min内即可产生并检测到HETE-Val,一周内达到最大,随后逐渐下降,但至染毒后第103天仍可监测到该加合物.与血红蛋白N端缬氨酸加合反应的HD仅占HD染毒总量的～0.15‰,与家兔血液反应的HD约占HD染毒总量的～1%.表明HETE-Val是一种重要的生物标志物,并可应用于HD暴露的确证和化学武器核查的溯源性检测.     

特定化合物同位素分析技术在树木非结构性碳水化合物研究中的应用

特定化合物同位素分析(CSIA)可以实现对复杂基质中特定化合物稳定碳同位素组成(δ¹³C)的精确测定。应用此方法测定树木非结构性碳水化合物(NSC)中特定成分(如糖类、有机酸和糖醇)的δ¹³C,不仅能够追踪新同化的光合产物在树木中的运移及与外界的碳交换,还能够更敏感地指示树木生理状况对环境变化的响应。本文首先系统介绍了CSIA从样品采集、处理到δ¹³C测定的方法,然后综述了树木NSC中各成分之间及各成分在不同器官之间的δ¹³C差异,阐述了树木NSC的δ¹³C时间动态变化特征及内在机制,最后分析了NSC作为主要呼吸底物,其δ¹³C与树木呼吸释放CO₂的δ¹³C(δ¹³C_R)之间的联系,并针对CSIA分析技术在后光合分馏、树木逆境生理和年轮δ¹³C形成机制等研究的应用前景提出了展望。     

氨基糖单体碳氮同位素的分析及其应用

氨基糖(AS)作为有机质中在分子水平识别的重要组分,研究其来源与转化能更好地认知微生物对有机质的调控作用。作为一种新兴技术,氨基糖单体同位素分析(CSIA-AS)为研究氨基糖各组分在自然环境中的变化特征提供了更详细的信息。本文系统总结了CSIA-AS技术的测定方法及其在氨基糖循环转化研究中的应用,气相色谱-同位素比值质谱法(GC-IRMS)和离子色谱-同位素比值质谱法(IC-IRMS)作为2种主要的氨基糖同位素测定方法,各有利弊,但进行相应的校正后均可实现可靠的测定结果。氨基糖各组分在土壤有机质中具有相对较低的周转时间,细菌来源的胞壁酸相对葡萄糖胺、半乳糖胺和甘露糖胺具有更高的矿化速率。氨基糖在环境中的来源和代谢转化受底物的影响,这与微生物群落对不同碳、氮源的特异性响应有关。CSIA-AS技术的推广需要进一步的方法优化并将其与微生物甄别等其他手段相结合,以此来更好地阐释有机质的来源、转化和归宿及其调控机制。     

中国森林生态系统土壤呼吸温度敏感性空间变异特征及影响因素

土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)是陆地碳循环与气候系统间相互作用的关键参数。尽管已有大量关于不同类型森林Q₁₀季节和年际变化规律的研究, 但是对Q₁₀在区域尺度的空间变异特征及其影响因素仍认识不足, 已有结果缺乏一致结论。该研究通过整合已发表论文, 构建了中国森林生态系统年尺度Q₁₀数据集, 共包含399条记录、5种森林类型(落叶阔叶林(DBF)、落叶针叶林(DNF)、常绿阔叶林(EBF)、常绿针叶林(ENF)、混交林(MF))。分析了不同森林类型Q₁₀的空间变异特征及其与地理、气候和土壤因素的关系。结果显示, 1) Q₁₀介于1.09到6.24之间, 平均值(±标准误差)为2.37 (± 0.04), 且在不同森林类型之间无显著差异; 2)当考虑所有森林类型时, Q₁₀随纬度、海拔、土壤有机碳含量(SOC)和土壤全氮含量(TN)的增加而增大, 随经度、年平均气温(MAT)、平均年降水量(MAP)的增加而减小。气候(MAT、MAP)和土壤(SOC、TN)因素间存在相互作用, 共同解释了33%的Q₁₀空间变异, 其中MAT和SOC是Q₁₀空间变异的主要驱动因素; 3)不同类型森林Q₁₀对气候和土壤因素的响应存在差异。在DNF中Q₁₀随MAP的增加而减小, 而其他类型森林中Q₁₀与MAP无显著相关性; 在EBF、DBF、ENF中Q₁₀随TN的增加而增大, 但Q₁₀对TN的敏感性在EBF中最高, 在ENF中最低。这些结果表明, 尽管Q₁₀有一定的集中分布趋势, 但仍有较大范围的空间变异, 在进行碳收支估算时应注意尺度问题。Q₁₀的主要驱动因素和Q₁₀对环境因素的响应随森林类型而变化, 在气候变化情景下, 不同森林类型间Q₁₀可能发生分异。因此, 未来的碳循环-气候模型还应考虑不同类型森林碳循环关键参数对气候变化的响应差异。