基于稳定氧同位素确定植物水分来源不同方法的比较

利用稳定同位素技术确定植物水分来源,对提高生态水文过程的认识和对干旱半干旱区的生态管理至关重要。目前基于稳定同位素技术确定植物水分来源的方法众多,但不同方法之间对比的研究较少。本研究基于原位样品采集,室内实验测试,利用直接对比法、多元线性混合模型(IsoSource)、贝叶斯混合模型(MixSIR、MixSIAR)和吸水深度模型分析植物水分来源,并对比各方法的优缺点。结果表明:相对于多元线性混合模型(IsoSource)而言,贝叶斯混合模型(MixSIR、MixSIAR)具有更好的水源区分性能,但对数据要求较高,且植物木质部水和潜在水源同位素组成的标准差越小,模型运行结果的可信度更高。本研究中贝叶斯混合模型(MixSIR)为最优解。在利用稳定氢氧同位素技术确定植物水分来源时,可先通过直接对比法定性判断植物可能利用的潜在水源,然后再用多元线性混合模型(IsoSource)、贝叶斯混合模型(MixSIR、MixSIAR)计算出各潜在水源对植物的贡献率和贡献范围,必要时可评估模型性能,选择出最优模型,定量分析植物的水分来源。若植物主要吸收利用不同土层深度的土壤水,可结合吸水深度模型计算出植物吸收土壤水的平均深度。本研究为干旱半干旱地区利用同位素技术确定植物水分来源方法的选择提供了理论依据。     

枯草芽孢杆菌表达与调控工具相关研究进展

枯草芽孢杆菌作为革兰氏阳性模式微生物,由于其清晰的遗传背景、高效的分泌能力以及简单的培养条件等优势被广泛的应用于生物技术产业。近年来,随着代谢工程与合成生物学的发展,枯草芽孢杆菌相关表达系统与调控工具研究也取得了很大进展。围绕枯草芽孢杆菌动态调控工具的研究进展,分别从转录水平调控和转录后水平调控两个层面上进行综述,并对调控元件在生物技术中的应用进行了讨论。最后,对未来枯草芽孢杆菌表达与调控工具的发展进行了展望。     

一株异养硝化-好氧反硝化皱褶念珠菌(Diutina rugosa)的分离及脱氮特性

为了获得异养硝化-好氧反硝化菌株,从养殖池塘污泥中分离筛选到一株具有异养硝化-好氧反硝化能力的酵母菌,命名为DW-1。经形态学观察和26S rDNA序列分析后鉴定为皱褶念珠菌DW-1(Diutina rugosa DW-1)。以氨氮为唯一氮源,初步探讨了碳源、C/N、初始pH值、培养温度、摇床转速对菌株DW-1除氮性能的影响。结果表明,在以乙酸钠为唯一碳源,C/N为25,pH为6.0、适宜培养温度为32℃、转速为170 r/min的条件下,菌株DW-1氨氮降解率和总氮去除率分别为94.94%、48.69%,而整个过程中亚硝氮积累量仅为0.067 mg/L。皱褶念珠菌DW-1的异养硝化-好氧反硝化特性表明其在降解含氮废水方面具有良好的应用前景。     

板栗“燕山早丰”幼苗光合与碳氮代谢对干旱胁迫的响应

干旱是影响燕山地区板栗树生长和产量的主要因子。为了在整株水平上研究板栗幼苗对干旱胁迫的响应,本试验以盆栽“燕山早丰”板栗幼苗为研究对象,通过模拟自然干旱处理22 d,测定叶片光合特性,根、茎、叶生物量、脯氨酸、丙二醛、碳、氮等生理指标变化。结果表明: 与正常浇水相比,干旱胁迫下幼苗根、茎、叶含水量分别显著下降18.3%、29.0%和62.8%,脯氨酸(355.0%～1586.7%)和丙二醛(41.1%～81.3%)含量显著上升(茎中丙二醛除外),但叶部非光化学淬灭系数和净光合速率分别显著下降49.4%和77.4%;同时,茎和叶中非结构碳水化合物含量分别显著增加21.4%和69.5%,根中增加幅度未达显著差异水平;根和叶中硝态氮含量分别显著增加28.9%和26.8%,茎中增加幅度未达显著差异水平;根、茎、叶中铵态氮含量分别增加了16.2%、12.9%、217.6%,但仅在叶部差异显著。综上,干旱胁迫对燕山早丰板栗幼苗产生了较严重的伤害,显著抑制了其光合性能,但能够通过增强体内碳氮代谢来提高其适应干旱环境的能力。本研究结果可为当地板栗抗旱性资源选育和栽培提供参考。     

树木非结构性碳水化合物含量多时空尺度变化特征及其影响因素研究进展

非结构性碳水化合物(NSC)是树木生长和代谢的重要物质,对树木适应环境变化等具有重要作用。从时间尺度来看,受树木自身生长和碳储存策略影响,其NSC含量在年际尺度上变化不大。各个气候区树木NSC含量主控因素不同,其在季节尺度上差异明显。从空间尺度来看,在全球或大陆尺度上,受水热梯度影响,树木NSC含量随纬度降低总体下降,但变化不显著。而在地区尺度上,因水热梯度减小,采样频率低,树木NSC含量随纬度降低呈相反趋势。受树种特性及区域微生境影响,树木NSC含量随海拔升高的变化更加复杂。树木NSC含量在不同时空尺度的波动受多个生物和非生物因素影响。光合产物合成、呼吸作用消耗以及生长之间的权衡,决定了树木NSC含量的变化动态。不同研究方法各异,使得树木NSC含量在多时空尺度结论存在很大的不确定性。未来需要统一样品采集与分析标准,提高研究结果的可比性,并从整株入手,对不同树种及各个龄级的树木NSC含量在多时空尺度上进行测定,探讨NSC储存、转化与分配在树木生长和存活过程中的重要作用及其意义。     

石墨烯对植物的生理毒性效应研究进展

石墨烯是当前研究最热的碳纳米材料,具有独特的理化特性,在各领域广泛应用。随着石墨烯生产和使用量的不断增大,其不可避免地进入到环境中,给生态环境和人类健康带来风险。阐明石墨烯的潜在毒性效应及其作用机制对于客观评价石墨烯的生态环境健康风险具有重要意义。迄今为止,已有诸多研究报道了石墨烯的植物生理毒理效应。研究表明,石墨烯对植物的生理学响应及其生理变化过程存在影响,涉及萌芽、幼苗生长、氧化应激、光合特性、植物激素和代谢过程等,且多呈浓度效应。今后亟需构建一套被广泛认可的植物石墨烯毒性评价体系,为石墨烯的安全生产和使用提供指导。     

基于氢氧稳定同位素的黄河兰州段河岸植物水分来源

多枝柽柳和旱柳是北方地区河岸生态修复的良好树种,具有护河防洪、调节区域气候的作用和营造河岸地带植被景观的功能。本研究选取黄河兰州段沿岸2处样点,采集了多枝柽柳和旱柳木质部以及各潜在水源的样品,利用氧同位素直接对比法、贝叶斯混合模型MixSIAR和相似性比例指数(PS指数),分析了多枝柽柳和旱柳对各潜在水源的利用率以及两者之间的水分利用关系。结果表明: 在整个生长季,浅层土壤水(0～30 cm)是多枝柽柳和旱柳的主要水分来源,利用率分别为28.3%和24.4%,多枝柽柳对河水的利用率最小(16.6%),旱柳对地下水的利用率最小(17.9%);在土壤含水量较低的月份,植物会增加对河水和地下水的利用比例,样点S₁和S₂的PS指数分别为91.0%和87.7%,两个样点均在5月的PS指数最大,不同月份的水分利用关系存在一定的差异;处于河漫滩这一特殊地理位置,多枝柽柳和旱柳对各潜在水源的利用比较平均,最大程度地获取各潜在水源的水分,是一种最优的吸水模式。本研究可为开展黄河兰州段河岸休闲旅游活动和黄河流域生态环境保护中植物水分管理提供一定的理论基础。     

丛枝菌根真菌促进南美蟛蜞菊生长及对难溶磷的吸收

为了解2种丛枝菌根真菌(AMF)摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae, FM)和地表球囊霉(Glomus versiforme, GV)对入侵植物南美蟛蜞菊(Wedelia trilobata)的生长和对难溶性磷酸盐利用的影响,采用沙培盆栽方式,研究了南美蟛蜞菊在接种AMF与添加难溶性磷酸盐的生长和磷含量的变化。结果表明,在磷限制环境下FM对南美蟛蜞菊的侵染率达55%～69%,GV的侵染率达到63%～80%。添加难溶性磷酸盐后,2种AMF均促进了南美蟛蜞菊茎的伸长(FM:+46%; GV:+65%)、总生物量的增加(FM:+27.2%; GV:+40%)和磷含量的增加(FM:+36.6%; GV:+40.7%)。对比FM,GV对植物利用难溶性磷有更显著的促进作用。因此,南美蟛蜞菊与2种AMF形成的共生体系可以促进植物生长和对营养资源的利用,提高对难溶性磷的吸收效率可能使得南美蟛蜞菊在营养贫乏的环境中更好地建立种群。     

基于茎流-蒸渗仪法的荒漠草原带人工灌丛群落蒸散特征

中国西北地区通过大量种植中间锦鸡儿(Caragana liouana)进行生态治理, 在荒漠草原带上形成人工灌丛景观, 改变了生态系统的结构和功能, 影响到地-气水汽循环过程, 研究该人工灌丛群落的蒸散特征, 对揭示其生态水文效应和指导地方生态治理实践具有重要意义。该文以宁夏盐池荒漠草原带上的人工灌丛群落为例, 利用茎流-蒸渗仪法测定了2018年5-8月的灌木蒸腾和丛下蒸散, 并分析了环境因子对人工灌丛群落蒸散的影响。结果表明: (1)茎流-蒸渗仪法所测的群落蒸散与水量平衡法、涡度相关法得到的群落蒸散有较好的一致性, 茎流-蒸渗仪法能适用于荒漠草原带人工灌丛群落蒸散及其组分结构的测定; (2)观测期内晴天的灌木蒸腾速率和丛下蒸散速率日变化趋势相近, 均为单峰曲线, 群落蒸散主要发生在日间, 但灌丛最大蒸腾速率的出现时间比丛下蒸散最大速率的出现时间晚1 h; (3) 5-8月间灌木累积蒸腾为83.6 mm, 日平均蒸腾量为0.7 mm·d^-1, 季节变化呈抛物线状; 同期丛下累积蒸散为182.5 mm, 日平均蒸散量为1.5 mm·d^-1; 丛下蒸散明显大于灌木蒸腾; (4)观测期间人工灌丛群落累积蒸散266.1 mm, 而同期的降水量为222.6 mm, 陆面水分收支处于亏缺状态; (5)净辐射是影响蒸散最主要、最直接的驱动因素, 且能够影响其他因子进而对人工灌丛群落蒸散产生作用。综上, 人工灌丛引发荒漠草原地带陆面水分收支亏缺的现象, 在生态恢复与重建中须引起注意。     

中国首批国家公园体制试点的经验与成效、问题与建议

建立国家公园体制是建设生态文明制度的重要内容,是解决我国自然保护地发展过程中存在的重叠设置、多头管理、边界不清、权责不明、保护与发展矛盾突出等问题的重大举措。根据国家统一部署,2020年要设立一批国家公园,分级统一的管理体制基本建立。在跨时2年的资料收集、实地考察基础上,全面总结首批10个国家公园体制试点的经验与成效,梳理试点过程中存在的问题,并提出针对性建议,以期全面展现国家公园体制试点的最新进展,为国家公园深化建设提供参考和依据。结果显示,各试点区基本建立起分级统一的管理体制,创新了运行机制,保护力度持续加强,资金投入不断加大,科研合作不断深化,社会参与逐渐扩大。体制试点产生了明显的生态成效,民生改善初步显现,社会效益充分彰显。但是,仍然存在管理机构级别和类型参差不齐,法律制度不健全,资金保障长效机制未建立,人才队伍建设滞后,保护与发展的矛盾突出,空间范围不合理等问题。建议采取必要措施改进存在的问题,积极推广有效经验,加快健全国家公园体制。