Effects of nitrogen addition on soil respiration of Rhododendron simsii shrubland in the subtropical mountainous areas of China

Aims As the second largest C flux between the atmosphere and terrestrial ecosystems, soil respiration plays a vital role in regulating atmosphere CO₂ concentration. Therefore, understanding the response of soil respiration to the increasing nitrogen deposition is urgently needed for prediction of future climate change. However, it is still unclear how nitrogen deposition influences soil respiration of shrubland in subtropical China. Our objectives were to explore the effects of different levels of nitrogen fertilization on soil respiration, root biomass increment, and litter biomass, and to analyze the relationships between soil respiration and soil temperature and moisture.
Methods From January 2013 to September 2014, we conducted a short-term simulated nitrogen deposition experiment in the Rhododendron simsii shrubland of Dawei Mountain, located in Hunan Province, southern China. Four levels of nitrogen addition treatments (each level with three replicates) were established: control (CK, no nitrogen addition), low nitrogen addition (LN, 2 g·m^-2·a^-1), medium nitrogen addition (MN, 5 g·m^-2·a^-1) and high nitrogen addition (HN, 10 g·m^-2·a^-1). Soil respiration was measured by LI-8100 soil CO₂ efflux system. At the same time, we measured root biomass increment and litter biomass in each plot.
Important findings Soil respiration exhibited a strong seasonal pattern, with the highest rates found in summer and the lowest rates in winter. Annual accumulative soil respiration rate in the CK, LN, MN and HN was (2.37 ± 0.39), (2.79 ± 0.42), (2.26 ± 0.38) and (2.30 ± 0.36) kg CO₂·m^-2, respectively. Annual mean soil respiration rate in the CK, LN, MN and HN was (1.71 ± 0.28), (2.01 ± 0.30), (1.63 ± 0.27) and (1.66 ± 0.26) μmol CO₂·m^-2·s^-1, respectively, and it was 17.25% higher in the LN treatment compared with CK (p = 0.06). The root biomass increment was increased by LN, MN, and HN treatments by 18.36%, 36.49% and 61.63%, respectively, compared to CK. The litter biomass was increased by LN, MN, and HN treatments by 35.87%, 22.17% and 15.35%, respectively, compared with CK. Soil respiration exhibited a significant exponential relationship with soil temperature (p < 0.01, R² is 0.77 to 0.82) and a significant linear relationship with soil moisture at the depth of 5 cm (p < 0.05, R² is 0.10 to 0.15). The temperature sensitivity (Q₁₀) value of CK, LN, MN and HN plots was 3.96, 3.60, 3.71 and 3.51, respectively. These results suggested that nitrogen addition promoted plant growth and decreased the temperature sensitivity of soil respiration. The increase of root biomass under N addition may be an important reason for the change of soil respiration in the study area.     

杨树MIR169基因家族分子进化分析

MicroRNA(miRNA)是真核生物中普遍存在的一类参与基因表达调控的小分子RNA。ptc-MIR169基因家族有33个成员, 是杨树中规模最大的miRNA基因家族。研究MIR169基因家族的进化对揭示杨树miRNA基因的进化机制具有重要的意义。文章对毛果杨MIR169基因家族的分子系统发育、基因倍增模式、表达分化和靶基因进行了分析。结果表明, 染色体大片段重复和串联重复在毛果杨MIR169基因家族扩张中均具有重要作用; MIR169基因家族在表达方式上已经出现了较大的分化; MIR169基因家族可能在杨树中已经形成了复杂的调控网络, 对杨树的生长发育和适应性等具有重要的调控作用。文章为杨树及杨柳科相关植物中miRNA基因家族的分子进化研究提供了参考。     

基于油桐种子3个不同发育时期转录组的油脂合成代谢途径分析

油桐是我国重要的木本油料植物, 过去对油桐的研究主要集中于栽培和常规育种, 与油桐种仁油脂合成相关的分子机理研究还未见报道。文章采用RNA-seq技术对油桐种子油脂合成的3个不同时期的转录组进行比较, 获得了大量差异表达的Unigene序列。在此基础上, 通过GO分类和Pathway富集性分析将这些差异表达Unigene归类于128个代谢途径, 其中包含与油脂合成相关的脂肪酸生物合成和甘油磷脂代谢途径。桐酸经脂肪酸生物合成途径合成后通过甘油磷脂代谢途径以桐油的形式贮存。将这两个代谢途径的Unigene序列在KEGG数据库中进行比对, 获得了一些关键酶的同源蛋白质。文章通过对编码这些同源蛋白质的基因在油桐种子油脂合成期的表达模式进行分析, 以期为油桐油脂合成, 尤其是桐酸合成机理的解析提供理论参考, 并为油桐的遗传改良提供潜在的基因资源, 从而提高油桐的单位面积产量。     

南方红壤丘陵区杜仲人工林土壤水分动态

利用时域反射仪(TDR)定位监测方法,研究了南方红壤丘陵区杜仲人工林土壤水分分配规律.结果表明:不同月份间土壤蓄水量差异极显著(P<0.01),研究时段内土壤水分呈低-高-低的单峰变化.杜仲人工林土壤水分垂直变化显著,且不同季节变化规律各异:根据土壤水分的季节消长和物候变化趋势可将土壤水分变化分为土壤水分积累期和消耗期;按降雨量的季节分配可将土壤水分变化分为干季和湿季两个时段.土壤蓄水量与大气相对湿度(RH)、大气温度(t)、饱和水汽压差(VPD)、降雨量(R)显著相关(P<0.05),降雨量是最直接的影响因子,其次是大气温度.次降雨后土壤水分损失率与干旱天数呈显著的双曲函数关系(P<0.05),土壤蓄水量与雨后干旱天数呈显著线性负相关(P<0.05),在次降雨后的持续干旱条件下,土壤水分损失随着土层深度的增加逐渐趋于缓和.     

湖南珍稀濒危植物——珙桐种群数量动态

在湖南省珙桐(Davidia involucrata)主要分布区八大公山和壶瓶山自然保护区设置了7个具有代表性的样地,采用样方法对珙桐群落的组成进行调查,研究珙桐种群的年龄结构、静态生命表和生存规律.结果表明:(1)两个保护区珙桐种群的径级结构和高度结构都近似于倒金字塔型,并且珙桐种群幼树死亡率高,珙桐种群有衰退迹象.(2)珙桐种群结构存在波动性,幼年阶段的个体数量少,并且多为萌生苗,实生苗很少;成年个体数量相对也较少,种群趋于Deevey的Ⅱ型和Ⅲ型曲线之间.(3)珙桐种群死亡率和消失率曲线变化趋势基本一致,均在第5龄级阶段出现一个高峰;珙桐种群的生存率单调上升,累计死亡率单调下降,生存率上升趋势前期低于后期,累计死亡率则相反.(4)珙桐种群具有前期稳定、中期锐减和后期衰退的特点.     

2000—2019年长江流域植被覆盖时空演化及其驱动因素

长江流域作为中国重要的生态屏障，科学认识长江流域植被覆盖时空变化及其驱动因素，对有效开展长江流域生态工程建设具有重要的指导意义与应用价值。基于2000—2019年间MODIS-NDVI与相关气象等数据，采用Theil-Sen median趋势分析、Mann-Kendall检验、变异系数、偏相关分析、残差分析等方法，研究了近20年来长江流域植被覆盖的时空分布与变化特征，并探究了研究区植被覆盖的驱动因素。结果表明：(1)时间变化上，长江流域生长季NDVI呈现波动增长趋势，显著改善面积大于退化面积；(2)空间分布上，流域植被覆盖空间分布格局大致呈现为“中部高，东西低”,生长季NDVI多年均值为0.6164,呈较高植被覆盖状态；(3)变化趋势上，植被增长区域大于减少区域，具体表现为“中部强于东部、东部强于西部”;(4)变化稳定性上，流域植被变异系数介于0.0104—1.3199之间，呈现出“中间低，东西高，东西部局部区域高低波动并存，地域性差异明显”的空间变化稳定性特征；(5)影响因素上，流域植被覆盖变化受气温和降水的共同影响，大部分区域生长季NDVI变化以气候驱动为主，局部区域表现自然因素叠...     

伯乐树潜在地理分布时空格局模拟

以伯乐树(Bretschneidera sinensis Hemsl.)为研究对象,基于现有的151个伯乐树居群分布点及12个气候变量,运用MaxEnt模型和GIS技术,模拟末次盛冰期、全新世中期、当前、未来(RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 6.0和RCP 8.5)气候情景下的伯乐树潜在地理分布格局;采用受试者工作特征曲线(ROC)下的面积(AUC值),评价模拟的精度;综合分析测试增益、气候变量贡献率及置换重要值,探讨制约伯乐树地理分布的主导气候变量;基于分布面积比(N a)、生境变化程度(N e),比较伯乐树在不同气候情景下的地理分布动态。ROC曲线结果显示,7种不同气候情景下的训练集与测试集AUC值均大于0.99,表明模型模拟精度极高。测试增益、气候变量贡献率及置换重要值显示,昼夜温差月均值、等温性和最干季度降水量是伯乐树潜在地理分布的限制因子。不同气候情景下伯乐树地理分布动态暗示,金佛山、大瑶山可能是伯乐树冰期多个微型避难所;末次盛冰期以来,伯乐树地理分布经历了扩张过程;未来不同气候情景下,其地理分布范围可能会发生不同程度(25%~47%)的收缩,其中RCP 8.5情境下,伯乐树居群生境破碎化最为严重。开展伯乐树资源调查、收集和遗传管理的国际合作,在气候适宜地区建立迁地保育林,是有效防止伯乐树遗传资源丢失的重要措施。     

基于简化基因组数据开发岭南青冈微卫星引物

微卫星标记（simple sequence repeat，SSR）在基因组中普遍存在，具有共显性、高多态性等特点，在群体空间遗传研究中应用广泛。随着测序技术的发展，SSR的开发方法也更加多样化。岭南青冈（Quercus championii Benth）是中国南方常绿阔叶林的珍贵材用树种，对其分子标记的开发可促进岭南青冈的育种和种质保护。本研究基于4个岭南青冈个体的简化基因组序列进行SSR引物的开发。使用pyRAD软件分析显示：①每个个体中包含微卫星重复片段的序列在46 000~84 000条；②个体内聚类后得到的位点数在5 500~24 000；③个体间聚类后获得1 158个一致性位点。在1 158个位点中获得186个侧翼序列没有变异且重复碱基位于序列中间位置的位点。使用Primer Premier 5.0设计了25对引物，在来自3个群体的36个岭南青冈个体中进行验证，结果表明17对引物能成功扩增，共获得106个等位位点，每个引物的等位基因数在2~12，平均为6.2。引物的期望杂合度和观测杂合度分别为0.19~0.88和0.11~0.76。本研究的引物开发方法具有速度快、效率高、成本低的特点，可应用于群体遗传学分子标记的开发。