祁连山高寒草原主要植物种群格局对冬季放牧的响应

以肃南裕固族自治县鹿场冬季牧场为研究对象,采用偏离系数及t检验方法结合Ripley''s K函数及蒙特卡罗随机模拟对紫花针茅种群与醉马草种群进行格局分析,进一步采用计盒维数与信息维数对紫花针茅种群与醉马草种群进行分形分析,揭示在放牧系统中优势植物的种群变化。格局分析结果表明：牧场植物的种群格局出现5种变化规律。紫花针茅种群的偏离系数在放牧率3.64 AUM/hm²时^#,出现最小值。醉马草种群的偏离系数在放牧率4.16AUM/hm²时,出现最大值。在0-1 m的研究尺度内,紫花针茅种群与醉马草种群的Ripley''s K函数结果均在蒙特卡洛随机模拟区间内,呈随机分布格局。分形分析结果表明：伴随放牧率增大,紫花针茅种群的计盒维数区间为[1.596,1.962],醉马草种群的计盒维数区间为[1.831,1.945];紫花针茅种群的信息维数区间为[1.590,1.899],醉马草种群的信息维数区间为[1.633,1.913]。在放牧率4.34 AUM/hm²时,紫花针茅种群与醉马草种群空间占据差值达到最大,信息维数相对较低,种群分布相对均匀,格局变化相对缓慢,经济效益与生态效益相平衡,最适合管理牧场。     

黄土高原水土流失治理现状、问题及对策

黄土高原位于黄河中游地区,是世界上水土流失最为严重的区域之一;黄土高原水土流失治理问题历来受到国家高度关注,涌现了种类多样的水土流失治理模式,目前还缺乏对黄土高原区域尺度水土流失治理模式的总结和整理。本文总结和整理了建国以来黄土高原主要的四类水土流失治理模式,生物措施模式主要由退耕还林、荒山造林和封山育林工程组成,工程措施模式包括修建梯田和淤地坝,以及近期涌现的治沟造地工程;小流域综合治理模式主要体现在坡面、沟道系统整治,生物和工程措施相结合的特点,区域综合整理模式则强调对生态系统进行整体保护、系统修复和综合治理,达到生态、社会、经济可持续发展。基于黄土高原水土流失治理模式存在的问题,提出了黄土高原水土流失治理模式调整和优化建议,以期对黄土高原生态恢复建设和水土流失科学治理提供科学依据。     

不同生态型芦苇种群对盐胁迫的生长和光合特性

土壤盐渍化是影响我国土壤利用效率的主要因素之一,芦苇是改良土壤盐渍化的良好实验材料,但芦苇有着多种的生态型,比较各生态型芦苇的耐盐差异成为亟待解决的问题。通过设置淡水(0.00%)与加盐(质量浓度2.00%)处理控制实验,测量芦苇的生长指标和光合指标,比较河口型芦苇与内陆型芦苇耐盐性,寻找合适生态型的芦苇作为改良土壤盐渍化的生物材料。在实验中,与淡水条件相比,加盐(2.00%)处理条件下,河口型芦苇和内陆型芦苇的株高(height)、蒸腾速率(E)均显著性下降,但是两种生态型的芦苇的水分利用效率(WUE)明显提高;河口型的芦苇相对生长速率(RGR)和气孔导度(Gs)都明显高于内陆型芦苇。在淡水环境中,河口型芦苇的相对生长速率(RGR)和净光合速率(A)都显著性地高于内陆型芦苇。结果表明两种生态型的芦苇在进化过程中存在一定程度上的分化,盐胁迫会抑制两种芦苇的生长,两种生态型芦苇的相对生长速率和气孔导度在盐胁迫下出现明显地差异,表明两种生态型的芦苇对盐度的响应机制有所差异。相比于内陆型芦苇,河口型芦苇有着更强的耐盐性,内陆型及河口型芦苇的表型性状差异主要是由于其原生境的差异所决定的。     

城镇快速发展对河流温室气体溶存及扩散通量的影响——以重庆市黑水滩河流域场镇为例

场镇发展是西南山区城镇发展的重要模式,且大部分场镇沿河分布,快速城镇发展给河流水环境及生物地化过程带来了一系列影响,然而其对河流温室气体排放时空格局的影响及机制尚不清楚。选择流域场镇发展特征明显的黑水滩河为研究对象,于2014年9月、12月、2015年3月、6月,对流域内干、支流水体温室气体浓度及扩散通量进行分析,旨在阐明流域场镇式发展下河流温室气体排放时空特征及关键驱动因素。研究结果表明,黑水滩河干、支流水体年均二氧化碳分压(pCO_2)及甲烷(CH_4)、一氧化二氮(N_2O)浓度均处于过饱和状态,是大气温室气体的净排放源;流域内干、支流水体流经不同场镇区前后水体碳、氮、磷及叶绿素a含量均不同程度增加,从上游向下游呈现明显的污染累积;水体溶存pCO_2\\CH_4\\N_2O浓度及扩散通量在不同场镇前后也呈现显著增加的趋势,三种温室气体扩散通量平均增幅分别为25.88%、55.22%、99.64%;河流水体pCO_2与N_2O浓度及通量秋季高于其他季节,CH_4浓度及扩散通量春季最高,秋季次之,夏、冬季最低,温室气体浓度及排放的季节变化主要受温度和降雨格局共同影响。相关分析表明,pCO_2与水温和pH关系密切,而水体CH_4和N_2O浓度与水体碳、氮、磷等生源要素均呈显著的正相关关系,水体CH_4与N_2O浓度对生源要素输入极为敏感,流域场镇发展带来的河流污染负荷的增加可能对水体CH_4与N_2O排放产生明显的激发效应。本研究认为,山区河流流域内沿河串珠状场镇分布对河流水体生源要素及其他理化性质产生累积影响,进而改变了水体温室气体的产生与排放时空格局。     

基于高通量测序分析西藏北部高寒草甸不同深度土壤线虫群落分布特征

为了研究藏北高寒草甸土壤线虫多样性,于2017年8月,采用Illumina MiSeq测序技术,研究了西藏北部高寒草甸0—25 cm范围内不同深度土层的土壤线虫群落组成与结构特征。结果表明:5个不同深度共获得OTU 990个,隶属于3个纲,7个目,25个科,30个属,刺嘴纲Enoplea为共有优势土壤线虫群落;对样品进行Alpha多样性评价,计算Chao 1指数、Shannon指数和Ace指数,发现5—10 cm的土壤样品群落有较高的丰富度;属水平Heatmap图分析可知20—25、15—20、0—5、5—10、10—15 cm土壤线虫群落的组成相似性有一个递增的趋势。与不同深度藏北高山嵩草(盛长期)线虫群落结构相关性较大的土壤化学指标是K~+、含水率、有机质和Zn~(2+)。研究发现不同深度土壤线虫种类及丰度存在一定的差异,可为研究藏北高寒草地土壤线虫群落特点提供依据。     

基于同步辐射显微CT研究冻融循环对黑土团聚体结构特征的影响

在我国东北地区,土壤不同程度的受到季节性冻融的影响。冻融作用会改变土壤微观结构,团聚体作为土壤结构的基本单元,其结构特征的改变反映了冻融作用对土壤微观结构的影响。同步辐射显微CT可以无损获取高分辨率、强对比度的内部结构图像,是研究土壤团聚体三维微结构的有效手段。采集了室内冻融循环试验下不同冻融循环次数的土壤团聚体样品,应用同步辐射显微CT扫描获取了3.25μm分辨率的团聚体内部结构图像,然后应用CT图像处理方法和Image J软件观察并定量分析了团聚体微结构特征。结果表明:随着冻融循环次数的增加,土壤孔隙度不断增大,瘦长型孔隙度占比与100μm的非毛管孔隙度不断增大;当冻融循环次数达到7次以上,团聚体孔隙连通度随冻融循环次数的增加而变大。冻融循环对黑土团聚体孔隙度、孔隙形状、孔隙分级、连通性等结构特征影响显著。该研究为春季解冻期土壤侵蚀机理的研究及水土流失的防治提供理论依据。     

未折叠蛋白质的普遍初始热力学亚稳态

探索和理解蛋白质折叠问题一直是分子生物学、结构生物学和生物物理学的终极挑战.未折叠的蛋白质应该存在一种普遍初始热力学亚稳态,否则无法解释蛋白质是如何在剧烈的热振动干扰下完成快速精确折叠的.本文通过分析水溶液环境和蛋白质折叠的相关性,揭示了一种由水分子屏蔽效应引起的未折叠蛋白质的普遍初始热力学亚稳态,该亚稳态的存在是水溶液环境中水分子的物理性质决定,并赋予未折叠蛋白质抵抗热扰动和避免错误折叠的能力.我们通过研究已发表的实验数据和建立分子模型,找到了该初始热力学亚稳态存在的相关证据,并推测了该亚稳态导致蛋白质精确折叠的相关物理学机制.     

白菜PLD基因家族全基因组鉴定及对高温胁迫的响应

膜磷脂是产生胞内信号信使的重要来源,磷脂酶Ds(phospholipase D,PLDs)可以催化磷脂产生信号分子磷脂酸(phosphatidic acid, PA),从而响应不同胁迫信号。该研究利用生物信息学方法对白菜PLD基因家族的基因成员进行鉴定及结构域分析,并采用qRT PCR方法对不结球白菜的18个BrPLD基因的表达进行分析,以探讨不结球白菜的BrPLD基因家族对高温胁迫的响应机制。结果表明：(1)共鉴定到18个白菜PLD基因家族成员,其中有2个成员(BrPLD03和BrPLD09)的C2结构域被替换为PH/PX结构域,另有1个基因(BrPLD12)缺少了其N末端保守结构域,由信号肽代替。(2)根据编码蛋白结构域的不同,18个BrPLD基因分为3个亚类,分别为15个C2 BrPLD、2个PH/PX BrPLD和1个SP BrPLD;氨基酸理化性质分析发现,该基因家族编码蛋白多半为酸性蛋白;18个基因分布在除4号和7号之外的8条染色体,且呈现不均匀分布,并发现了BrPLDs蛋白Ca²⁺配位碱基的缺失。(3)qRT PCR检测发现,高温处理下不结球白菜的BrPLD基因的表达量发生明显变化,各基因在耐热和热敏品种中的表达具有差异。(4)对BrPLD基因家族不同功能顺式响应元件的预测发现,所有家族基因含有光应答有关的作用元件,9个基因含有与低温有关的顺式元件,10个基因含有调控干旱相关元件,18个基因均未预测到热胁迫相关顺式响应元件。     

干热河谷石漠化区火龙果地不同耕作方式的土壤矿质元素特征

为探讨不同耕作方式的土壤矿质元素含量变化特征,促进火龙果生长发育和品质改良,该研究采用套种紫花苜蓿(Medicago sativa)、施用有机肥和化肥与农药、地膜覆盖和无措施五种耕作方式,以每种方式土壤的22种矿质元素为评价指标,比较不同耕作方式的矿质元素含量差异,阐明土壤矿质元素之间的相关关系。结果表明:(1)与无措施相比,其他耕作方式的Ca、Si、Mn等元素含量呈增加趋势,Fe、Mg、Al等元素含量则降低,Na含量无显著差异。(2)施用有机肥的矿质元素含量最丰富,地膜覆盖次之,套种紫花苜蓿最低。(3)相关性分析表明,火龙果地土壤矿质元素间多存在显著相关性,Al、Si、S、Ni与其他元素的相关性较密切,其次为Fe、Mg、Na、Mn、Cu和Co,均达到显著或极显著水平。(4) Ca、Fe、Mg、Mn、Cu、Zn和B之间多呈负相关,存在拮抗效应。干热河谷石漠化区在火龙果栽培时,应首选有机肥作为养分添加方式,并及时补充不同耕作方式造成的土壤矿质养分亏缺,尤其是Fe、Mg、Al、Na、Cu、Zn等元素。     

大花杓兰亲环素基因的克隆及生物信息学分析

亲环素是一个多基因家族,在植物生命活动中发挥着重要的作用。该研究以大花杓兰(Cypripedium macranthum)为材料,采用RT-PCR技术克隆到1个亲环素基因(CyP),并对其进行生物信息学分析。结果表明:大花杓兰CyP基因的开放阅读框序列为525 bp,命名为CmCyP(GenBank登录号为MH411125),编码174个氨基酸。预测CmCyP蛋白是一个位于细胞质、相对分子量约为18 kD、理论pI为8.73、无信号肽、跨膜结构域的亲水性蛋白质。磷酸化和糖基化位点预测分析发现,CmCyP蛋白存在18个潜在的磷酸化位点和2个潜在的糖基化位点。蛋白保守结构域预测分析发现,CmCyP蛋白包含一个高度保守的肽脯氨酰顺反异构酶结构域,属于单结构域亲环素。对二级结构进行预测分析发现,CmCyP蛋白中存在无规卷曲70个、延伸链56个、α-螺旋23个、β-折叠25个,这4种结构元件在三级结构中也有体现。系统进化树结果显示,大花杓兰CmCyP蛋白与铁皮石斛(Dendrobium catenatum)和万带兰(Vanda hybrid cultivar)的CyP蛋白的亲缘关系较近。该研究首次克隆了大花杓兰亲环素基因(CmCyP),为进一步探讨CmCyP基因的生物学功能奠定了基础。