半红树植物水黄皮分子生物学研究进展

水黄皮Millettia pinnata L.是豆科的一种具有巨大发展潜力的生物柴油能源树种,同时也是一种典型的半红树植物。文中综述了近年来国内外关于水黄皮分子生物学方面的研究进展,重点包括基于分子标记的水黄皮遗传多样性和系统发育研究,基于高通量测序技术的水黄皮基因组和转录组研究,以及水黄皮基因和基因组片段的分离及相关分析;最后还结合当前研究的现状,展望了水黄皮未来研究工作的发展前景。     

六种红树植物群落的三项生态服务功能

通过研究三种真红树群落和三种半红树群落在吸收二氧化碳、吸收重金属以及净化空气三项生态服务功能,结果表明:无瓣海桑(Sonneratia apetala Buch.-Ham.)、海桑[Sonneratia caseolaris(L.)Engl.]和水黄皮[Pongamia pinnata(Linn.)Pierre]在光合作用方面要优于其他三个树种:重金属吸收方面水黄皮具有很强的吸收重金属Cd的能力,同时该6种红树植物均有很强的吸收Cr的能力,在净化空气的生态服务功能方面杨叶肖槿和水黄皮较其它红树植物要好.通过主成分分析对六种红树植物的生态服务功能进行综合评价表明:水黄皮、杨叶肖槿和无瓣海桑三种红树植物的生态服务功能较之其他三种要好.     

鼎湖山季风常绿阔叶林两种优势树种的生境适应研究:叶片功能性状和水力结构特征

植物在长期的进化和发展过程中,通过与环境相互作用形成了适应环境的形态结构及生理特征,反映了植物适应环境的生态策略;在森林群落中,地形和土壤等的变异常导致生境的异质性,从而直接或者间接影响物种的分布格局。因此,在生境异质性较强的森林群落中,植物物种分布格局与其生态适应策略有何关系,是值得关注的问题。该文以鼎湖山南亚热带季风常绿阔叶林20 hm2监测样地为平台,针对两种常绿优势树种罗伞树(Ardisia quinquegona)和光叶山黄皮(Aidia canthioides),对比研究了两种植物的叶片功能性状和水力结构特征在山脊、山坡、山谷三种不同生境中的生态适应策略,以阐明物种分布格局与其生态适应策略的关系。结果表明:罗伞树主要是通过调整叶面积(LA)、木材密度(WD)及渗透调节来适应不同生境;光叶山黄皮主要通过调整比叶面积(SLA)、WD及渗透调节,采取养分有效保存(低SLA,高干物质含量)及慢生长高存活的策略以适应不同生境,适应环境能力更强,尤其是在山脊和山坡生境;而且影响两个树种叶片功能性状和水力结构的主导土壤因子有所不同。研究结果说明罗伞树和光叶山黄皮对山脊和山坡生境比山谷更为适应,但在叶片功能性状和水力结构特征方面的生境适应策略不同。     

全球气候变化下干旱及复水对植物和土壤微生物的影响：进展与展望

陆地生态系统是维持人类生命活动的重要场所，为人类的生存和发展提供多种生态服务。随着全球变暖和降水格局的改变，干旱事件发生的频度和强度显著增加，严重影响了陆地生态系统的结构和功能。植物和土壤微生物作为陆地生态系统的重要组成部分，在物质循环和能量流动等方面发挥不可或缺的作用。目前，有关干旱如何影响植物和土壤微生物的研究已受到学者们的广泛关注，但大多聚焦于干旱过程，对干旱后复水过程的理解仍十分有限。此外，干旱后复水不仅可以对植物的生长起到补偿作用，而且能够调节陆地生态系统的恢复。因此，开展干旱后复水对植物和土壤微生物影响的相关研究是当前全球气候变化领域的重要生态热点。本文以植物生长、生理性状及土壤微生物为切入点，概述了气候变化下干旱及复水过程对陆地生态系统植物和土壤微生物的影响，并基于当前研究存在的问题，提出了未来需要深入研究的方向，以期为气候变化下植物和土壤微生物如何响应干旱及复水过程的相关研究提供理论参考，进而为维持陆地生态系统的结构和功能并保护生物多样性提供科学依据。     

利用能源植物治理土壤重金属污染

随着工农业的发展,土壤重金属污染日益加剧,严重威胁着粮食生产和人类健康。植物修复因其成本低、环境友好以及可大规模原位修复等优点备受关注,成为近年来迅速发展的重金属污染土壤治理技术。在介绍国内外植物修复技术发展与应用现状的基础上,提倡大力发展能源植物修复重金属污染土地,并结合湖南重金属污染田间试验结果,重点对甜高粱(Sorghum bicolor(Linn.)Moench)用于重金属污染土壤修复的优势、可行性及提高修复效率的措施进行了深入分析与探讨。利用甜高粱治理土壤重金属污染,能将土壤修复与生物能源生产有机结合,使重金属从粮食链转入能源链,同时兼顾了生态和经济效益,具有广阔的应用前景。     

多年生能源禾草的产能和生态效益

多年生禾草作为能源植物具有许多优良特性,特别是具有很高的生物质产量和多方面的生态功能,可以通过燃烧、气化和液化等方式进行能源生产.自从20世纪80年代中期以来,欧美等国对多年生能源禾草的兴趣就不断增加,并从中选取了柳枝稷(Panicum virgatum L.)、芒(Miscanthus spp.)、草(Phalaris arundinacea L.)和芦竹(Arundo donax L.)等4类根茎型禾草加以重点突破,以求达到快速应用和示范的目的.综述了这4类能源禾草在欧美国家的研发现状,介绍了它们的一般生物学和生态学特征及产能效益,重点强调了其在土壤和水体污染治理、土壤理化特性改良、CO2气体减排和促进生物多样性改善等方面的生态效益.进而认为,只有根据中国的土地资源国情,在非农业用土地上发展非粮能源植物,才是我国生物质能产业的真正出路.     

蚯蚓调控土壤微生态缓解连作障碍的作用机制

连作障碍不仅严重影响作物产量, 而且会导致土壤生物多样性下降、有益微生物减少及病原菌增加等一系列微生态失衡问题。土壤微生态失衡反作用于植物, 导致植物发生更严重的病害、减产等。作为土壤生态系统工程师, 蚯蚓的取食、掘洞和爬行等活动对土壤微生态具有重要的调控作用, 既可以改善土壤环境, 又可以强化土壤生物群落功能, 有望为缓解作物的连作障碍问题提供一条新途径。本文总结了土壤微生态与土壤功能维持及蚯蚓调控土壤生物作用的研究进展, 在此基础上, 结合蚯蚓对化感物质降解作用的研究, 分析了蚯蚓通过调控土壤微生态缓解作物连作障碍的微生物作用机制的三条途径: 直接调控微生物群落、通过改变化感物质组成以及通过调控土壤动物区系调控微生物群落。蚯蚓对微生物群落的调控可改善失衡的土壤根际微生态, 有效缓解作物连作障碍。     

西北干旱区利用间套作促进能源植物的高产高效

在全球性能源紧缺和我国能源植物大规模种植困难等大背景下,优质、充足的原料供应已成为制约生物质能源产业发展的主要限制因素。在确保能源植物高效生产和克服"与粮争地、与人争粮"现实的同时,挖掘我国边际土壤高产高效生产能源植物的土地优势和增产潜力。通过筛选评价适宜西北干旱地区高抗逆的新型能源植物种类,开发应用能源植物与粮经作物间套作栽培技术,实现新型能源植物对逆境资源的高效利用和可持续规模化种植,提高能源植物的生产力和优化能源物种的区域配置,增加土地产值和农民收入,缓解能源紧缺,达到经济、生态和社会效益多赢,为我国能源和粮食安全提供技术支撑。     

黄皮种子提取物对斜纹夜蛾幼虫的杀虫活性及有效成分鉴定

【目的】测定黄皮Clausena lansium种子提取物对斜纹夜蛾Spodoptera litura幼虫的拒食活性,对有效成分进行分离、鉴定,并进一步测定其拒食活性、生长发育抑制活性及细胞毒性,为筛选斜纹夜蛾生态防治植物源杀虫剂提供依据。【方法】采用叶蝶法测定黄皮种子甲醇提取物及其石油醚、乙酸乙酯、正丁醇和水4种溶剂萃取物对斜纹夜蛾3龄幼虫的非选择性拒食活性和生长发育抑制活性;用硅胶柱层析进行石油醚萃取物和乙酸乙酯萃取物拒食活性成分分离;用核磁共振谱(NMR)进行拒食有效成分结构鉴定;用MTT法测定拒食活性成分对SL细胞毒性。【结果】黄皮种子甲醇提取物对斜纹夜蛾3龄幼虫具有较强的拒食活性,活性成分主要分布于石油醚相和乙酸乙酯相中;石油醚相和乙酸乙酯相经硅胶柱层析分离得10个馏分,以黄色晶体馏分2的拒食活性最强;经分离纯化及核磁共振氢谱和碳谱鉴定,黄皮新肉桂酰胺B(lansiumamide B)为主要的拒食活性成分,对斜纹夜蛾3龄幼虫48 h拒食中浓度为214.95μg/m L,同时具有较强的细胞毒性,对SL细胞48 h抑制中浓度为10.09μg/m L。【结论】黄皮种子提取物对斜纹夜蛾幼虫具有较强的拒食活性及细胞毒性,黄皮新肉桂酰胺B是主要活性成分之一,作为植物源杀虫剂开发具有较好的发展前景。     

广西两种能源植物种植对土壤动物多样性的影响

在广西武鸣地区以木薯(Manihot esculenta)平地为参照,于2012年7月从能源植物种类筛选(甘蔗(Saccharum officinarum)与木薯)、种植模式(套作与单作)和地形选择(坡地与平地)等方面,对主要能源植物甘蔗和木薯种植地进行了土壤动物和土壤环境质量的调查.结果表明:在甘蔗种植地,土壤动物的数量、多样性、生物学质量均出现了显著下降,特别是生物学质量下降幅度达53％(P=0.032);在木薯平地上套种花生(Arachis hypogaea)对土壤动物的数量、群落组成及生物学质量无明显影响,但生物多样性显著上升;地形选择对土壤动物的效果明显,坡地的土壤动物数量、生物多样性及生物学质量均出现普遍下降.这些结果表明,木薯比甘蔗更适合长期种植,且通过优化种植模式,选择适当地形还可以缓冲木薯种植过程对土壤生物多样性和土壤质量的负面影响,因此可初步断定在广西可以优先选择木薯作为一种长期发展的能源植物.     

长期施肥和增水对半干旱草地土壤性质和植物性状的影响

本文对内蒙古多伦退化草地2005年建立的长期野外控制试验中施肥和增水对土壤性质和植物群落特征的影响进行了总结和综合评述.结果表明:加氮导致了表土酸化并降低酸缓冲容量,提高了表土中碳氮磷硫有效性及DTPA-浸提态铁锰铜含量,导致盐基离子钙镁钾钠总量的消耗,降低了土壤微生物群落多样性,促进了优势植物物种叶片对氮磷硫钾及锰铜锌的吸收,抑制植物叶片对铁的吸收,而对钙镁吸收无显著影响,增加了植物地上净初级生产力(ANPP),降低了植物物种多样性和群落稳定性.单独加磷增加了表土全磷和Olsen-P含量及真菌丰度,促进了植物叶片对氮、磷、硫的吸收,但对其他土壤基本化学性质及ANPP、物种多样性无显著影响.增水提高了植物群落对干旱的抵抗力,但对ANPP增长的贡献受到土壤氮有效性的限制.增水对于加氮导致的土壤酸化、植物和微生物多样性降低等具有一定的缓冲作用;加氮增水和加磷增水下,土壤微生物多样性及功能受地上植物群落结构及功能变化的影响.长期野外控制试验对于深入理解草地生态系统结构和功能对环境变化的响应具有重要意义,但单点的研究结果仍需与不同区域多点控制试验的联网研究相结合,深入开展地上与地下生态过程的关联研究,才能深入理解草地生态系统生态学的相关机制.     

中国典型生态脆弱区生态化学计量学研究进展

在人类活动和自然环境变化的相互作用下,生态脆弱区生态系统随之变迁,荒漠化、盐碱化、水土流失、植被生产力下降等是生态脆弱区面临的重要问题。生态化学计量学作为当前多学科交叉研究的热点领域,强调从生态系统能量与元素平衡角度,揭示元素生物地球化学循环和生态系统对环境变化的调控机制。为了促进对生态脆弱区碳（C）、氮（N）、磷（P）生态化学计量的深入理解,本文重点总结了近年来有关我国典型生态脆弱区植物、凋落物、土壤和土壤微生物量C、N、P生态化学计量及其对环境变化响应的研究成果,并展望未来研究方向,以期促进生态化学计量学的发展和生态脆弱区生态保护与恢复研究。研究表明,植物-凋落物-土壤-土壤微生物系统C、N、P化学计量具有较强相关性,并受土壤因子、气候因子、生物因子和人类活动的显著影响。在生态脆弱区,我国北方荒漠及荒漠化地区由于较高的N∶P比值易受P限制,而青藏高原脆弱区、西南岩溶石漠化地区和黄土高原脆弱区等生态脆弱区更易受N限制;随着植被恢复,养分限制逐渐由N限制向P限制转变。生态脆弱区相对较低的养分含量和C∶N∶P比值或许可在一定程度上解释植被生产力较低的原因,而具有较高N、P化学计量内稳性的植物在贫瘠环境中具有较强竞争力和更高稳定性。今后可加强多尺度、不同生态系统植物-凋落物-土壤-土壤微生物系统生态化学计量和长期、多因子交互控制实验的研究。     

菌根真菌在陆地生态系统中的作用

对菌根真菌在陆地生态系统中与植物共生、固定土壤中的营养元素及水分、作为动物的食物以及影响植物群落的演替和区系组成以及调节生态系统中的资源配置、维持系统的物种多样性等方面的生态作用进行了讨论。     

植物根孔在土壤生态系统中的功能

综合论述了植物根孔的概念,在土壤中的形成、分布以及生态功能。指出植物根孔是土壤大孔隙研究中的重要部分,是一个由植物根系、土壤、土壤微生物、水、空气等组成的“多介质界面”,众多的土壤生物过程在此发生,它在土壤水分、溶质传输以及环境污染物的迁移和转化等过程中具有重要意义。特别是在湿地生态系统中,发达的地下根孔系统为利用人工湿地系统净化污水、处理污泥等工程提供良好的污染物吸附转化界面以及“微生物消化池”     

水分再分配对土壤-植物系统养分循环的生态意义

水分再分配(hydraulic redistribution, HR)作为一个普遍存在的生物物理过程, 在缓解植物干旱胁迫、调节植物种间关系和群落组成、影响生态系统水碳平衡等方面具有重要的生态意义。近年来, 同位素标记示踪技术的应用促进了HR的深入研究, 该文综述了HR对土壤-植被系统养分循环的影响。HR能改善干燥土层的水分状况, 防止根系栓塞, 促进细根存活与生长, 提高微生物活性, 从而促进植物对表层土壤养分(尤其是氮)的吸收; HR还通过水分下传作用促进植物对深层土壤中磷和金属离子的吸收。HR促进土壤养分库的上下交换与流动, 调节植物与土壤的氮磷比, 因此其影响可能具有全球意义。在全球变化(如氮沉降)背景下, 有必要深入探索HR在生物地球化学循环过程中的影响和作用, 并将其纳入生态系统模型中。     

土壤微食物网结构与生态功能

土壤微食物网是碎屑食物网中与土壤生态过程密切相关的一部分,通过取食资源基质直接或间接地参与养分循环过程,影响陆地生态系统功能.本文从土壤微食物网的组成、结构和生态功能等方面综述了近年来土壤微食物网的研究进展.通过对土壤微食物网的能量通道及营养级联效应的介绍,阐述了土壤微食物网在碳(C)、氮(N)转化、凋落物分解和植物生长等方面的重要作用.针对目前的研究现状,提出未来土壤生态学研究应与高通量测序及稳定同位素技术相结合;通过构建模型进一步加强对土壤食物网结构和功能的研究,从而深入揭示地下生态过程及其对地上植物生长的反馈作用机理.     

环境DNA技术在地下生态学中的应用

地下生态过程是生态系统结构、功能和过程研究中最不确定的因素。由于技术和方法的限制,作为"黑箱"的地下生态系统已经成为限制生态学发展的瓶颈,也是未来生态学发展的主要方向。环境DNA技术,是指从土壤等环境样品中直接提取DNA片段,然后通过DNA测序技术来定性或定量化目标生物,以确定目标生物在生态系统中的分布及功能特征。环境DNA技术已成功用于地下生态过程的研究。目前,环境DNA技术在土壤微生物多样性及其功能方面的研究相对成熟,克服了土壤微生物研究中不能培养的问题,可以有效地分析土壤微生物的群落组成、多样性及空间分布,尤其是宏基因组学技术的发展,使得微生物生态功能方面的研究成为可能;而且,环境DNA技术已经在土壤动物生态学的研究中得到了初步应用,可快速分析土壤动物的多样性及其分布特征,更有效地鉴定出未知的或稀少的物种,鉴定土壤动物类群的幅度较宽;部分研究者通过提取分析土壤中DNA片段信息对生态系统植物多样性及植物分类进行了研究,其结果比传统的植物分类及物种多样性测定更精确,改变了以往对植物群落物种多样性模式的理解。同时,环境DNA技术克服传统根系研究方法中需要洗根、分根、只能测定单物种根系的局限,降低根系研究中细根区分的误差,并探索性地用于细根生物量的研究。主要综述了基于环境DNA技术的分子生物学方法在土壤微生物多样性及功能、土壤动物多样性、地下植物多样性及根系生态等地下生态过程研究中的应用进展。环境DNA技术对于以土壤微生物、土壤动物及地下植物根系为主体的地下生态学过程的研究具有革命性意义,并展现出良好的应用前景。可以预期,分子生物学技术与传统的生态学研究相结合将成为未来地下生态学研究的一个发展趋势。     

植物根系分泌物生态效应及其影响因素研究综述

植物根系分泌物的形成是植物体代谢过程中重要的生理现象,为“植物-土壤”体系物质周转的重要环节.研究植物根系分泌物对于了解陆地生态系统质能过程、碳氮收支平衡及提高生态系统的初级生产具有重要意义.本文从植物根系分泌物对植物生理性状、土壤微生物、土壤物质周转及有机污染物降解影响等4个方面对植物根系分泌物的生态效应进行综述,并从重金属含量、营养元素水平、土壤水分和光热条件、物种基因型、土壤微生物状况和外源有机污染物添加的角度综述了影响植物根系分泌物的因素,旨在对植物根系分泌物的生态效应和影响因素进行总结,并根据目前的研究现状,从研究对象、研究方法和效应评估方面进行了展望.     

钒钛磁铁尾矿土壤中水黄皮根瘤菌铁耐受性与钝化能力研究

铁是好氧微生物生长所必需的元素,而铁污染土壤环境中的根瘤菌是否对高浓度铁具有耐受性和钝化能力尚不清楚。以攀枝花钒钛磁铁尾矿土壤作为基质进行水黄皮共生根瘤菌捕获实验,获得水黄皮共生根瘤并从中分离纯化出根瘤菌39株。通过Fe~(2+)/Fe~(3+)耐受性和钝化能力测试筛选出耐受性和钝化能力均强的优势菌株PZHS20、PZHS90、PZHS87,其对Fe~(2+)的最大耐受质量浓度为1 600 mg/L,其中PZHS20在200 mg/L Fe~(2+)溶液中钝化效率最大,为73.54%;PZHS90对Fe~(3+)的最大耐受质量浓度为1 600 mg/L,而PZHS20和PZHS87对Fe~(3+)的最大耐受质量浓度为1 800 mg/L,其在200 mg/L Fe~(3+)溶液中钝化效率分别为84.25%和81.95%。16S rRNA基因系统进化分析将PZHS20鉴定为苍白杆菌(Ochrobactrum),将PZHS90和PZHS87鉴定为慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)。研究结果表明,钒钛磁铁尾矿土壤中的水黄皮根瘤菌具有不同程度的Fe~(2+)/Fe~(3+)耐受性和钝化能力,筛选出的优势菌株为进一步利用水黄皮-根瘤菌联合修复高浓度铁污染土壤提供可利用的菌株资源。     

水、盐梯度下黄河三角洲湿地植物种的生态位

利用排序等方法将黄河三角洲湿地19个植物种在水深和土壤盐分梯度下依次排列,并分别划分为低、中、高水深（或土壤盐分）3个生态种组,分析了水、盐梯度下植物种的生态位宽度和生态位重叠.结果表明:水深梯度下,芦苇、盐地碱蓬等中水深生态种组植物种生态位宽度较大,香蒲、穗状狐尾藻等高水深生态种组植物种生态位宽度最小;土壤盐分梯度下,盐地碱蓬、柽柳等高土壤盐分生态种组植物种生态位宽度较大,而中、低土壤盐分生态种组的植物种生态位宽度均较小.水深和土壤盐分梯度下的生态位重叠分别沿着植物种在两种梯度上的排序而规律变化,通常同一生态种组内部植物种的生态位重叠较大,不同生态种组植物种的生态位重叠较小.黄河三角洲湿地植物种在水深、土壤盐分梯度下的生态位分化现象,可能有助于阐释湿地植物共存及带状分布的形成机制.