温带针阔混交林土壤碳氮气体通量的主控因子与耦合关系

中高纬度森林地区由于气候条件变化剧烈,土壤温室气体排放量的估算存在很大的不确定性,并且不同碳氮气体通量的主控因子与耦合关系尚不明确。以长白山温带针阔混交林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法连续4a(2005—2009年)测定土壤二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)净交换通量以及温度、水分等相关环境因子。研究结果表明:温带针阔混交林土壤整体上表现为CO2和N2O的排放源和CH4的吸收汇。土壤CH4、CO2和N2O通量的年均值分别为-1.3 kg CH4hm-2a-1、15102.2 kg CO2hm-2a-1和6.13 kg N2O hm-2a-1。土壤CO2通量呈现明显的季节性规律,主要受土壤温度的影响,水分次之;土壤CH4通量的季节变化不明显,与土壤水分显著正相关;土壤N2O通量季节变化与土壤CO2通量相似,与土壤水分、温度显著正相关。土壤CO2通量和CH4通量不存在任何类型的耦合关系,与N2O通量也不存在耦合关系;土壤CH4和N2O通量之间表现为消长型耦合关系。这项研究显示温带针阔混交林土壤碳氮气体通量主要受环境因子驱动,不同气体通量产生与消耗之间存在复杂的耦合关系,下一步研究需要深入探讨环境变化对其耦合关系的影响以及内在的生物驱动机制。     

干预GPR1通路对实验性小鼠脂肪累积的影响

一直以来,肥胖是令人担忧和烦恼的健康问题,可导致包括2型糖尿病在内的代谢综合征发生.与肥胖相关疾病的发病机制是多因子影响的结果,但是,越来越多的证据表明,脂肪组织分泌的细胞因子(脂联素、瘦素、TNF-α等)的改变,以及局部的炎症反应对于这些疾病的发生具有重要作用.Chemerin(也被称为他扎罗汀诱导基因2或者视黄酸受体反应子2),是近年来发现的一种脂肪细胞因子,是G蛋白偶联受体1(GPR1)的配体,在调节代谢、先天免疫等方面具有重要的作用.为了研究Chemerin及其受体GPR1对小鼠脂肪累积的影响,本课题组通过高脂饲料喂养,成功建立小鼠肥胖模型,利用si RNA干扰技术沉默小鼠和分化前3T3-L1细胞中Chemerin或GPR1基因的表达发现:a.Chemerin及其受体GPR1在高脂饲料喂养小鼠的腹股沟脂肪以及肩胛下脂肪中的表达高于正常饲料组;b.沉默C57BL/6小鼠体内Chemerin或GPR1基因的表达后,肝脏以及腹股沟脂肪组织中脂质的累积受到抑制;c.3T3-L1细胞在体外分化成熟过程中,Chemerin和GPR1也呈高表达的趋势,沉默分化前3T3-L1细胞中Chemerin或GPR1基因的表达后,3T3-L1细胞向脂肪细胞的分化受到影响,降低了脂肪细胞中脂质的累积以及与脂质代谢相关基因的表达,改变了成熟脂肪细胞中新陈代谢功能.这些结果提示,Chemerin及其受体GPR1可能在小鼠脂肪累积中具有调控作用.综上所述,Chemerin/GPR1可能是一种调节脂肪组织中脂质累积的潜在信号通路,为肥胖症等代谢紊乱疾病的治疗提供了可能的作用靶点.     

社会水文学研究进展

社会水文学是水文学和自然、社会、人文的交叉学科,主要探究人-水耦合系统的双向互馈方式及其协同进化的动态机理,并着力解决当今人类所面临的水资源可持续利用等问题.本文从社会水文学的产生背景与形成过程入手,介绍了社会水文学的基本概念,总结了其学科特点;从人-水耦合系统中的权衡、水资源管理中的利益关系、人-水耦合系统中的虚拟水研究三方面论述了社会水文学的主要研究内容,并辨析了其与传统水文学、生态水文学和水文社会学的区别与联系;最后从完善学科内容、深化定量研究、注重社会水文学中的尺度研究、社会水文学与生态水文学的融合等方面对社会水文学的发展前景进行了展望,以期推动我国社会水文学研究的发展.     

甜荞木瓜类半胱氨酸蛋白酶基因FeRD21的克隆与表达分析

该研究以旱区小杂粮作物甜荞(Fagopyrum esculentum)为材料,采用同源克隆、RACE技术和实时荧光定量RT-PCR方法,对其半胱氨酸蛋白酶基因(FeRD21)进行了分离和表达分析。结果表明:(1)FeRD21基因cDNA全长1 750bp,包含1个1 407bp的完整开放阅读框,编码468个氨基酸。(2)蛋白序列比对发现,甜荞FeRD21全酶包括信号肽、N末端自主抑制前体区域、蛋白酶、脯氨酸富含结构域和C末端颗粒体蛋白结构域,同时,其蛋白酶结构域包含1个木瓜类蛋白酶家族保守的催化三连体活性位点:Cys168-His304-Asn324。(3)分子系统发生分析证实,其与拟南芥的RD21一致性最高,属类RD21半胱氨酸蛋白酶类。(4)基因表达分析表明,FeRD21能被干旱、高盐、ABA和衰老胁迫诱导。     

利用线性混合效应模型模拟杉木人工林枝条生物量

基于福建省将乐林场45株人工杉木解析木的572组枝条生物量数据,采用线性混合效应模型方法,建立杉木人工林枝条总生物量和枝、叶生物量的预测模型,并利用独立样本数据对模型进行检验.结果表明： 线性混合效应模型比传统多元线性回归模型的拟合精度高.不同随机效应参数的组合,其混合模型的精度不同.考虑异方差结构的混合模型能够消除数据间的异方差性,其精度更高,其中,对于枝条总生物量和叶生物量模型,以指数函数作为异方差结构时的模型精度最高;对于枝生物量模型,以常数加幂函数作为异方差结构时的模型精度最高.模型检验结果表明：对于杉木人工林枝条生物量预测模型,考虑随机效应和异方差结构的线性混合模型的检验精度比传统多元线性回归模型的精度有明显提高.     

未来气候变化对河南省冬小麦需水量和缺水量的影响预估

采用美国农业部土壤保持局推荐的方法计算有效降水量,应用Penman-Monteith模型和作物系数法计算需水量,在对河南省1981—2010年冬小麦生育期内有效降水量、需水量和缺水量分析的基础上,结合《排放情景特别报告》的两种排放情景A2(强调经济发展)和B2(强调可持续发展)预估的未来气候情景,探讨了未来气候情景下河南省冬小麦的有效降水量、需水量和缺水量的时空演变规律及其主要气候影响因素.结果表明: 从整体上看,相对于基准时段(1981—2010年),A2和B2情景下,不同时段冬小麦全生育期的有效降水量、需水量和缺水量均表现出增加趋势,有效降水量均以2030s时段增加最多,分别增加33.5%和39.2%;需水量均以2010s时段增加最多,分别增加22.5%和17.5%,年代间呈现明显递减趋势;缺水量在A2情景下以2010s时段增加(23.6%)最多,B2情景下以2020s时段增加(13.0%)最多.偏相关分析表明,A2和B2情景下,太阳总辐射是影响河南省冬小麦需水量和缺水量变化的主要气候因素.由于地理环境和气候条件的差异,不同时段河南省冬小麦全生育期有效降水量、需水量和缺水量的距平百分率在空间分布上具有差异.未来河南省水资源可能更趋于短缺.     

灌水量和滴灌施肥方式对温室黄瓜产量和品质的影响

以黄瓜为试验材料,研究灌水量和滴灌施肥方式对日光温室黄瓜生长、产量和品质的影响.设两个水分水平(100％ET0,W1;75％ET0,W2)和4种滴灌施肥方式处理,不同滴灌施肥方式处理按推荐施肥量(N∶P2 O5∶K2 O分别为360∶180∶540 kg·hm-2)的100％、66.6％、33.3％、0％(Z100、Z66、Z33、Z0)分8次滴灌施肥,剩余肥料一次性基施;另设不施肥处理为对照(CK).结果表明:滴灌施肥比例和水分与黄瓜的株高、叶面积、干物质量、产量和品质均呈正相关关系.W1 Z100处理的产量最高(67760 kg·hm-2);W2处理的平均水分利用效率比W1处理高9.4％,其中W2Z100处理的水分利用效率最高(47.71 kg·m-3),其产量比最高产量低3.4％却节水25％.与Z0相比,Z100的黄瓜产量和干物质量分别增加15.3％和16.8％;同时,黄瓜果实中维生素C、可溶性蛋白和可溶性糖含量增加;水分利用效率增加19.1％.W2Z100处理为温室黄瓜高产、优质、节水的最佳处理.     

二球悬铃木不同器官对空气中Cu、Ni、Pb和Zn的累积作用

以交通繁忙区(污染点)和相对清洁区(对照点)道路两侧的二球悬铃木〔Platanus acerifolia ( Ait.) Willd.〕为研究对象,测定了不同器官(包括主干、老树皮、2年生枝条、1年生枝条、腋芽、叶片和果实)中Cu、Ni、Pb和Zn的含量,并对污染点二球悬铃木各器官中4种重金属元素的累积量和污染指数及二者的分布比例进行分析。结果表明：二球悬铃木体内重金属元素的含量因样点、器官及元素的不同而呈现不同的变化规律,污染点4种重金属元素的累积量及其分布比例、污染指数及其分布比例则因器官和元素的不同而有明显差异。总体上看,污染点各器官的Cu、Ni、Pb和Zn的含量均高于对照点且差异显著(P<0.05);4种重金属元素相比较,均以Zn含量最高,Cu含量次之,而Ni和Pb含量则较低;在不同器官中同一重金属元素的含量也有明显差异,其中,Cu、Ni和Zn含量均在腋芽中最高,Pb含量在2年生枝条中最高。4种重金属元素的累积量及其分布比例均在叶片中最高,在老树皮中次之,在1年生枝条、2年生枝条和腋芽中均较低;而4种重金属元素的污染指数及其分布比例则在老树皮中最高,在叶片中次之。研究结果显示：二球悬铃木各器官对空气中的重金属元素均有一定的吸滞能力,并且叶片和老树皮的吸滞能力明显优于其他器官。     

霍山石斛组培苗移栽后微观结构与微区元素的变化研究

采用扫描电镜及X射线能谱仪技术,研究霍山石斛组培苗移栽后各器官组织的微观结构和所含元素的变化,以了解霍山石斛组培苗生长发育以及药效成分的状况。结果表明:(1)霍山石斛组培苗移栽2个月后,根增粗近1倍,具有根被,且根被细胞壁的网络状增厚更加明显,表皮、皮层、中柱发育分化更加完善,Mg、Si、Cl、S、K、Ca元素含量提高,其中Ca增长了2.76倍。(2)茎表面纵向凹陷增多,内部结构致密,维管束发育较为完善,细胞内充满物质,Mg、Si、Cl、S、K、Ca、Fe、Cu、Zn元素含量增多,尤其是K和Fe分别增长了3.25倍和4.61倍。(3)叶增厚,具有了角质层,气孔形状更加饱满,叶肉细胞内含物丰富,Mg、Si、Cl、S、K、Ca、Fe、Mn、Zn的含量显著上升,其中K升高了17倍。(4)与根、叶相比,茎中所富集的元素种类最多。研究认为,霍山石斛试管苗移栽后,生长发育趋向完善,各项功能增强,细胞内含物质增多,元素成分丰富并且含量提高,体现出对移栽环境的良好适应性。     

Anion channel SLAH3 functions in nitrate‐dependent alleviation of ammonium toxicity in Arabidopsis

Slow anion channels (SLAC/SLAH) are efflux channels previously shown to be critical for stomatal regulation. However, detailed analysis using the β‐glucuronidase reporter gene showed that members of the SLAC/SLAH gene family are predominantly expressed in roots, in addition to stomatal guard cells, implicating distinct function(s) of SLAC/SLAH in the roots. Comprehensive mutant analyses of all slac/slah mutants indicated that slah3 plants showed a greater growth defect than wild‐type plants when ammonium was supplied as the sole nitrogen source. Ammonium toxicity was mimicked by acidic pH in nitrogen‐free external medium, suggesting that medium acidification by ammonium‐fed plants may underlie ammonium toxicity. Interestingly, such toxicity was more severe in slah3 mutants and, particularly in wild‐type plants, was alleviated by supplementing the media with micromolar levels of nitrate. These data thus provide evidence that SLAH3, a nitrate efflux channel, plays a role in nitrate‐dependent alleviation of ammonium toxicity in plants.