天山冻土产低温脂肪酶菌株的筛选及其多样性分析

【目的】通过天山冻土细菌的分离和产低温脂肪酶菌株的筛选,了解天山冻土微生物的物种多样性和产脂肪酶菌株的系统发育多样性,为高效低温脂肪酶生物技术奠定基础。【方法】采用稀浓度的R2A、TSB平板涂布分离天山冻土中可培养细菌,通过选择性培养基筛选产低温脂肪酶的菌株。采用细菌常规生理生化实验、最适生长温度、耐盐性、产酶性能对分离菌株的生理学进行研究,通过16S rRNA基因序列分析确定产脂肪酶菌种的系统进化地位,通过BOX-PCR指纹技术对16S rRNA基因高度同源性的菌株进一步区分。【结果】分离筛选到78株可培养低温菌,选择培养基显示有17株可产低温脂肪酶,其中8株在两种选择培养基中均可产脂肪酶和酯酶。17株产酶菌分别隶属于5个系统发育类群、6个属,其中假单胞菌属(Pseudomonas)占大多数(58.9%)。【结论】天山冻土中产低温脂肪酶的细菌具有较丰富的系统发育多样性,依据生长温度,均属于耐冷菌。     

天山云杉森林土壤有机碳沿海拔的分布规律及其影响因素

对森林土壤有机碳库含量的估测及其影响因素的研究一直是学术界关注的热点。在水热梯度上可能会存在森林土壤有机碳的分布规律,但多数在混交林内开展的工作因无法区分群落类型变化的影响而无法准确反映出森林土壤有机碳在水热梯度上的变化规律。天山云杉森林为纯林类型,在天山山脉巨大山体上呈带状分布(平均海拔下限1750 m至平均海拔上限2760m),存在水热梯度,能够排除混交林中群落类型变化对土壤有机碳的影响。因此,在天山云杉森林带按海拔梯度设置系列样地并采样,用重铬酸钾-氧化外加热法测定土壤有机碳含量并研究土壤有机碳密度沿海拔的分布规律,分析水热配比关系与植物群落(生物量)对该规律的影响。结果表明:①1 m深度的标准土壤剖面上,各海拔梯度的土壤有机碳密度随着剖面深度的增加呈减少的趋势;②各海拔梯度的有机碳主要集中在土壤表面0—40 cm范围内,所占的比例约占全剖面的60%—70%,具有明显的表聚现象;③在天山北坡中段云杉森林带的海拔下限到海拔上限标准剖面总土壤有机碳密度出现不显著的先下降后上升再下降的双峰变化,峰值出现在海拔1800—2000 m与海拔2400—2600 m,海拔2600—2800 m的有机碳密度最小;④云杉纯林在不同海拔的平均胸径呈先减少后增加再减少的趋势,与土壤总有机碳密度变化规律较吻合;⑤天山云杉森林土壤有机碳密度沿海拔的变化是水热梯度变化及受其影响的森林长势二者共同作用的结果。     

新疆天山高寒草原不同放牧管理下的CO_2,CH_4和N_2O通量特征

以中国科学院新疆巴音布鲁克草原生态站为依托,于2010年5月—2011年10月利用静态箱-气相色谱法对短期禁牧(2005年围封)、长期禁牧(1984年围封)和自由放牧(冬季放牧)3种草地的CO2、CH4、N2O气体通量进行了野外连续试验研究。结果表明:新疆天山高寒草原对CO2,CH4和N2O通量表现出明显的季节排放特点。在植物的生长季(5—10月),新疆天山高寒短期禁牧、长期禁牧和自由放牧草原的CO2通量平均值分别为:(89.8±49.3)、(52.8±28.7)、(57.0±30.7)mg·m-2·h-1,CH4通量平均值分别为:(-66.3±21.3)、(-104.5±32.8)、(-103.0±39.0)μg·m-2·h-1,N2O通量平均值分别为:(21.2±11.8)、(13.6±6.9)、(13.2±6.2)μg·m-2·h-1;短期禁牧草原与长期禁牧和自由放牧草原CH4平均通量具有显著性差异(P0.05),但CO2和N2O差异不显著(P0.05)。在植物的非生长季(11月—翌年4月),新疆天山高寒短期禁牧、长期禁牧以及自由放牧草原的3种温室气体的通量较低且差异均不显著。     

天山中部巴音布鲁克高寒草原大气无机氮沉降

随着我国经济的不断发展,人为活动导致的大气氮沉降显著升高,并已影响到偏远地区的生态系统.为了系统评价天山中部巴音布鲁克高寒草原的大气氮沉降现状,2010年5月至2011年12月对研究区域的氮素干、湿沉降进行观测分析.结果表明:研究区气态HNO3、NH3和NO2的年沉降通量分别为1.47、0.68和0.13 kg N·hm-2,颗粒物中铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)的年通量分别为0.23、0.25 kg N·hm-2;降水中NH4+-N和NO3--N的年沉降通量分别为2.47和1.59 kg N·hm-2.巴音布鲁克高寒草原的大气氮沉降通量为6.82kg N·hm-2.其中,湿沉降为4.06 kg N·hm-2·a-1,干沉降为2.76 kg N·hm-2·a-1.研究区氮沉降具有明显的季节变化特征:干沉降主要集中在春、夏季,占干沉降总量的72.1%;湿沉降主要集中在夏、秋季,占湿沉降总量的78.3%.     

重金属污染可能改变稻田土壤团聚体组成及其重金属分配

采集了太湖地区污染与非污染稻田表土,采用原状土低能量分离-分散技术提取土壤团聚体粒组,分析土壤中不同粒径团聚体颗粒组质量组成和Pb、Cd、Hg、As等重金属元素的含量, 讨论重金属污染下土壤团聚体组成和重金属团聚体分配的变化.结果表明：在重金属污染下,供试水稻土砂粒级团聚体减少,而较细粒径团聚体相对增多;4种重金属元素在不同粒径团聚体颗粒组中的含量存在差异,但随粒径的变化趋势基本一致,即在<0.002 mm粒径的颗粒组中最高, 其次是0.2～2 mm粒径的颗粒组,而在0.02～0.2 mm和0.002～0.02 mm粒径的团聚体中呈现亏缺现象（富集系数为0.56～0.96）.表明重金属污染可能减弱了较大土壤团聚体的形成,导致细粒径团聚体相对增多,从而明显提高了重金属元素在粉砂和粘粒组团聚体中的分配,这可能进一步提高了污染农田重金属的水迁移和大气颗粒物迁移的风险.对于重金属污染对稻田土壤生物物理和生物化学过程的影响及其机制还需要进一步研究.     

新疆天山北坡地区中晚全新世古生物多样性特征

选择新疆天山北坡不同海拔高度、不同植被带和不同沉积年代的大西沟、桦树窝子、小西沟、东道海子和四厂湖剖面计算孢粉复合分异度指数,并根据已发表的有关文献中关于粒度、磁化率、烧失量等多项分析的数值整合结果探讨了本区中晚全新世以来生物多样性的时空变化和环境特征。森林草原过渡带的古生物多样性远高于高山、亚高山草甸带和荒漠带,孢粉复合分异度较高,鉴定的孢粉科属数较多。3600~3200 aB.P.、1700~1400 aB.P.、1000~600 aB.P.和450 aB.P.以来4个时段的生物多样性偏高。大西沟地区3600~3200 aB.P.期间和四厂湖地区中世纪期间气候均较湿润,其古生物多样性也较高,可见古环境演变和古生物多样性的动态变化具有相对一致性,孢粉复合分异度指数在一定程度上可以反映气候与环境的变化。但由于孢粉鉴定的精确度较差、受外来花粉的干扰等多种因素影响,使得孢粉多样性指数在反映生物多样性和古环境方面存在一定的偏差。     

天山北坡前山带12种植物对干旱胁迫和复水的响应及抗旱性评价

【目的】探讨12种植物对干旱胁迫的动态生理适应性及抗旱能力,筛选适宜在天山北坡前山带进行植被恢复的灌木树种。【方法】以新疆天山北坡前山带种植的刺蔷薇、柠条锦鸡儿、文冠果、山杏、柽柳、梭梭、中亚沙棘、蒙古沙棘（‘新棘1号’、‘新棘2号’、‘新棘3号’、‘新棘4号’、‘新棘5号’）共12种植物为研究对象,观测灌水之后土壤水分的时空分布变化,分析干旱胁迫和复水处理对植物光合气体交换参数、抗逆生理生化指标、叶绿素荧光参数的影响,利用主成分分析法评价12种植物的抗旱能力。【结果】（1）在干旱胁迫发生前后,各植物立地土壤表层（0—20 cm）水分散失最快,中层（20—40 cm）次之,底层（40—60cm）水分散失最慢,而不同植物因其生长策略不同,通过改变其生长情况来适应干旱;（2）随着干旱胁迫的加剧,植物叶片光合生理指标净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度、PSⅡ潜在活性、 PSⅡ最大光化学效率、电子传递速率和叶绿素含量降低,而抗逆生理指标超氧化物歧化酶活性、脯氨酸含量、丙二醛含量及非光化学猝灭系数升高,复水之后各指标都有一定程度的恢复,但均未达到初始水平;（3）主成分分析结果显示,净光合速率、叶绿素含量、电子传递效率和丙二醛含量等指标贡献率较大,梭梭、柽柳、刺蔷薇和柠条锦鸡儿抗旱性较强,中亚沙棘、‘新棘5号’、‘新棘1号’和山杏抗旱性次之,而‘新棘4号’、‘新棘3号’、文冠果和‘新棘2号’较弱。【结论】净光合速率、叶绿素含量、电子传递效率和丙二醛含量可作为评价各植物适应干旱胁迫的重要指标;新疆天山北坡前山带区域植被生态恢复过程中应优先考虑梭梭、柽柳、刺蔷薇及柠条锦鸡儿进行建植。     

天山雪莲SiICE2基因克隆及抗寒性分析

该研究以天山雪莲(Saussurea involucrata)的转录组数据为基础,利用Premier 5.0设计1对特异性引物SiICE2-Up和SiICE2-Down,以天山雪莲cDNA为模板克隆得到天山雪莲SiICE2基因的开放阅读框(ORF),对其进行生物信息学分析;构建植物表达载体pCAMBIA2300-35S-SiICE2-Nos,利用农杆菌介导法导入番茄(Lycopersicon esculentum),通过PCR和RT-PCR对转化植株进行验证,qRT-PCR分析转SiICE2基因番茄株系SiICE2基因的相对表达量;将转SiICE2基因型和野生型番茄在0℃处理后,进行抗寒性分析。结果表明:(1)成功克隆得到天山雪莲SiICE2基因,其大小为462bp,共编码153个氨基酸,系统进化分析发现SiICE2蛋白与菜蓟(Cynara scolymus L)亲缘关系最近。(2)成功构建了植物表达载体pCAMBIA2300-35S-SiICE2-Nos,经农杆菌介导法侵染番茄,PCR鉴定表明共有9株为转SiICE2基因番茄植株。(3)膜生理指标测定结果显示,随着低温处理时间的增加,转SiICE2基因型番茄的相对电导率、丙二醛含量均显著低于野生型,在处理时间为24h时,转SiICE2基因型番茄相对电导率比野生型低31.7%,丙二醛含量比野生型低4.2μmol/g。(4)抗氧化酶活性测定结果显示,随着低温处理时间的增加,转SiICE2基因番茄植株的POD、CAT和SOD活性均呈现持续递增趋势,野生型呈先逐渐升高后降低的趋势,且各处理时间内转SiICE2基因番茄的POD、CAT和SOD活性均显著高于野生型。研究发现,天山雪莲SiICE2基因可以显著增强非低温驯化番茄的抗寒性。     

Effects of seasonal snow cover on decomposition and carbon,nitrogen and phosphorus release of Picea schrenkiana leaf litter in Mt. Tianshan,Northwest China

季节性雪被下显著的冻融格局差异可能对干旱区山地森林凋落叶分解过程产生重要影响, 但一直未见深入研究。2015年10月至2016年10月, 采用凋落物分解袋法, 研究了天山典型树种雪岭云杉(Picea schrenkiana)凋落叶在季节性雪被覆盖下的3个关键时期(冻融期、深冻期、融冻期)以及生长季(生长季早期和生长季末期)的分解动态和碳、氮、磷释放特征。结果表明: (1)经过一年的分解, 不同雪被厚度下雪岭云杉凋落叶分解率为24.6%-29.2%, 且存在显著性差异。分解系数k值厚雪被覆盖最大, 无雪被覆盖最小。(2)冬季雪被覆盖期雪岭云杉凋落叶分解对当年分解总量的贡献达46.0%- 48.5%, 其中对冻融期凋落叶分解影响较为明显。(3)随着凋落叶的分解, 雪岭云杉凋落叶氮含量总体呈增加趋势; 碳含量和碳氮比大致呈下降趋势, 在深冻期和生长季末期不同雪被处理下碳含量呈显著性差异; 而凋落叶磷含量呈不规则变化趋势, 且在冻融期和融冻期不同雪被厚度下呈显著性差异。(4)整个雪被覆盖季节凋落叶氮元素表现为富集, 碳和磷元素表现为释放; 其中, 在融冻期薄雪被和中雪被处理下碳元素富集率最大, 在冻融期薄雪被、中雪被和厚雪被处理下, 融冻期无雪被和厚雪被下以及生长季早期中雪被和厚雪被下氮元素富集率最大, 而雪被对凋落叶磷释放的影响不显著。     

天山根瘤菌（Rhizobium tianshanense）全细胞蛋白电泳和多位点酶电泳分析

用全细胞可溶性蛋白电泳和多位点酸电泳对１５株天山根瘤菌（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ　ｔｉａｎｓｈａｎｅｎｓｅ）和其它１０株快慢生根瘤菌进行聚类分析,结果表明Ｒ．ｔｉａｎｓｈａｎｅｎｓｅ种内菌株关系密切而与其它种不同。分析时将全细胞蛋白电泳图谱分为２５４等份,根据每等份内条带的有无进行聚类,结果与数值分类基本一致,说明用该方法对全细胞蛋白电泳结果进行聚类可以作为根瘤菌的分群手段;用所有出现的１０９种迁移率对１７种多位点酶的电泳结果作聚类分析,得到与全细胞蛋白电泳相似的结果。