Testing parameter sensitivities and uncertainty analysis of Biome-BGC model in simulating carbon and water fluxes in broadleaved-Korean pine forests

生态过程模型的发展为研究者在长时间序列和区域尺度的研究提供了便利, 但模型模拟的准确性受到模型自身结构、模型参数估计合理性的影响。敏感性分析能够定量或定性筛选出对模型模拟结果影响较大的敏感参数, 是模型参数校准过程中的重要工具, 也是建模和应用的先决条件。该文以阔叶红松林为研究对象, 采用全局敏感性分析方法——傅里叶幅度灵敏度检验扩展法(EFAST)对Biome-BGC模型的生理生态参数进行了敏感性分析, 分别分析了红松(Pinus koraiensis)和阔叶树的净初级生产力(NPP)、蒸散(ET)对参数变化的敏感性。结果表明: (1)模拟红松NPP的不确定性高于阔叶树, 但二者的模拟ET的不确定性均较小。阔叶树的NPP和ET对生理生态参数的敏感性总体上都小于红松。(2)无论是红松、阔叶或其他植被类型, 模拟NPP均表现出对叶片碳氮比、细根碳氮比、比叶面积(SLA)和冠层截留系数的敏感性, 这4个参数的高敏感性主要是由模型自身结构所决定的, 与植被类型和研究地区的关系较小。对模拟ET而言, 细根与叶片碳分配比、新茎与新叶碳分配比和SLA均是影响红松和阔叶树ET的敏感参数, 但红松ET主要受参数与参数间的二阶或多阶交互作用的间接影响, 而阔叶树ET则主要是受到敏感参数直接效应的影响。(3)除了上述影响红松和阔叶树碳水通量的共性参数外, 诸如核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶中叶氮含量、叶片与细根周转率、所有叶面积与投影叶面积之比等也是对模拟结果有影响的重要参数, 但是其敏感程度随物种不同和研究区不同而不同, 所以这类参数可以根据具体情况进行参数本地化, 对于其他不敏感参数则可以采用模型缺省值。     

厚壳贻贝whirlin类贝壳基质蛋白的重组表达与功能分析

贝壳历来是生物工程和材料学研究的重要对象。贝壳中的贝壳基质蛋白质在贝壳的形成与发育过程中具有重要的调控作用。Whirlin类蛋白质(Whirlin-like protein,WLP)是一种从厚壳贻贝(Mytilus coruscus)中鉴定的新型贝壳基质蛋白质。序列分析结果显示,该蛋白质含有PDZ(postsynaptic density/Discs large/Zonula occludens)结构域,而该结构域对贝壳生物矿化的影响目前尚无报道。为深入了解WLP在贝壳形成中对碳酸钙晶体的影响,在序列分析基础上,采用密码子优化结合原核重组表达,获得其重组表达产物后,开展了重组WLP对碳酸钙晶体形貌及晶型的影响研究,结晶速度抑制以及碳酸钙晶体结合分析。分析结果表明,重组WLP能诱导文石型碳酸钙晶体的形貌和方解石型碳酸钙晶体的晶型发生改变;同时重组WLP对碳酸钙晶体具有结合作用,且能抑制碳酸钙晶体的结晶速度。上述结果表明,WLP对贝壳的形成及发育具有重要影响,并可能在贝壳肌棱柱层的形成中发挥了重要作用。     

以短肽组装体为模板仿生矿化二氧化硅纳米管

目的 二氧化硅纳米管由于具有生物相容性好、光学性质优异等特殊性能在不同领域展现出良好的应用前景，其尺寸和形貌可显著影响材料性质。为制备尺寸较大的纳米管并拓展其在不同领域的应用，本研究选择尺寸较大的多肽组装体为模板，进行二氧化硅的仿生矿化。方法 以Bola型多肽Ac-KI₃VK-CONH₂自组装形成的尺寸较大（直径约40 nm）的纳米管为模板，通过仿生矿化的方法制备二氧化硅纳米材料。首先考察了多肽纳米管的稳定性，发现在稀释、加入有机溶剂和改变溶液pH值时，纳米管的形貌均被破坏，展示出较差的稳定性。在此基础上，以该多肽纳米管为模板，选择反应速率较快的正硅酸甲酯（TMOS）为前驱体仿生矿化二氧化硅纳米材料，探索了不同矿化条件对二氧化硅纳米管尺寸和形貌的影响。结果 以反应速率较快的TMOS为硅源、体积百分比浓度为1.11%~3.33%、溶液为中性或者弱碱性时能够矿化形成形貌和尺寸较大且分布均匀的二氧化硅纳米管。结论 通过选择合适的多肽组装体模板和反应速率快的TMOS为硅源，成功制备出了尺寸较大的二氧化硅纳米管，这为拓展其在不同领域的应用奠定了基础，具有重要意义。     

植物组织培养中液体生根培养基的研究与应用

采用液体生根培养基（不加琼脂）对蚊净香草（Pelargoniumgraveolens）进行生根培养，并已应用于非洲菊的生根培养，得到了很好的效果。现介绍如下。     

供氮水平对落叶松幼苗光合作用的影响

为探讨落叶松光合作用对外界供氮环境变化的响应规律,采用砂培方法在温室内设置了4种供氮浓度(1、4、8mmol/L和16mmol/L),对生长在不同供氮水平下落叶松(Larixgmelinii)1年生幼苗的气体交换参数、叶绿素荧光参数以及一些生化指标进行了测定。结果显示,随供氮水平的提高,落叶松幼苗针叶氮含量、叶绿素含量、类胡罗卜素含量、可溶性蛋白(TSP)含量和光饱和净光合速率(Pmax)均显著增加,同时伴随着叶磷含量和胞间与外界CO2浓度之比(Ci/Ca)的降低。然而,当供氮水平超过8mmol/L增至16mmol/L时,TSP含量及Pmax不再增加,反而略有下降。供氮不足显著降低了幼苗针叶光系统最大光能转换效率(Fv/Fm)、光系统量子效率(ΦPS)和光化学猝灭系数(qP),却增加了非光化学猝灭系数(NPQ)。而增加供氮可使Fv/Fm和ΦPS回升,同时qP升高,NPQ下降,但当供氮水平超过8mmol/L后,各叶绿素荧光参数变化幅度较小。结果表明,增加供氮可显著提高落叶松幼苗的光合能力,增加光系统天线色素捕获的光能用于光化学电子传递的份额,减缓光抑制。然而,16mmol/L已经超过落叶松幼苗最适的供氮水平,过量供氮引起的负面效应可能主要与过低的叶磷含量导致的营养失衡有关。     

黄土高原丘陵沟壑区小流域植被净第一性生产力模型

构建了机理性植被净第一性生产力模型(Vegetation—Soil—Integrated—Model,VSIM)。该模型将土壤水分动态过程与植被生长过程相耦合,用以分析黄土高原丘陵沟壑区土壤水分对植被生产力的影响。模型考虑了叶片尺度上气孔导度对净光合过程和蒸腾过程的影响,在此基础上通过考虑植被冠层结构和地形因素的影响对模型进行尺度转换,并以位于黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟流域的观测数据对模型进行参数化和验证。结果表明对于生物量的模拟草本和半灌木比乔、灌木好．主要植被类型LAI的季节变化与观测结果具有很好的一致性,模型能够反映出流域降雨一产流过程,并且基本上也能够反映土壤水分的时空变化范围。模拟结果表明,刺槐林和苹果林属于高光合一低蒸腾类型,农作物、白羊草群落和达乌里胡枝子群落属于高光合一高蒸腾类型,铁杆蒿群落和茭蒿群落属于低光合一低蒸腾类型,而沙棘灌丛和柠条灌丛的净第一性生产力居中,但蒸腾量较高。流域内土壤水分在多年序列上基本平衡,而在不同的水文年表现出失衡。其中刺槐林、苹果林和沙棘灌丛的多年平均土壤水分在年内存在少量亏缺,铁杆蒿群落和茭蒿群落略有增加,而其它植被类型基本保持平衡。丰水年不同植被类型土壤含水量都明显高于欠水年,土壤水分含量的变化在丰水年表现为盈余,而在欠水年表现为明显的亏缺。     

遮光处理对节瓜光合作用特性的影响

在塑料大棚内设置不同光照强度处理[自然光(对照)、遮光40%和遮光60%],研究遮光处理对节瓜(Benincasa hispida Cogn. var. chieh-qua How.)功能叶片光合特性的影响,结果表明节瓜叶片净光合速率(Pn)日变化呈单峰曲线,各处理在11:00达到峰值.节瓜Pn峰值随光照强度的减小而降低,叶片Pn达到峰值之前随遮光程度的增大而降低,而达到峰值之后,遮光40%处理的节瓜叶片Pn比对照高.叶片Pn的日变化幅度随遮光程度的增强而减小,叶片的光饱和点随光照强度的减小而明显降低.结果说明遮光处理通过影响环境因子和节瓜叶片生理特性等内在因素而影响其光合作用.塑料大棚内中午前后用遮光强度适宜的遮阳网覆盖,可提高节瓜功能叶片的光合能力,有利于提高产量.     

L-乳酸细菌培养条件的优化

实验通过对L-乳酸细菌(Lactobacillus casei FH-2)菌体生长、产酸速率、耐酸水平、高糖发酵性能的优化,实现了优化该菌生长和条件的目的。并对培养基中不同辅料的添加进行了研究。结果证明：共同加入麦根一麸皮浸泡液时,可以提高乳酸的产量,其最佳方案为50℃、4h、1％麸皮浸泡液和2％麦根。乳酸产量为40．5g/L。结论：实验通过优化L-乳酸细菌的发酵条件提高了乳酸的产量。