肋螺距对管式微藻反应器光暗循环性能的影响

对一种新型带螺旋肋的光生物反应器进行数值模拟,采用粒子追踪模型模拟微藻在反应器中的运动情况,分析微藻细胞经历的光暗循环频率f_(av)、反应器光暗循环强化效率η随螺旋肋螺距P_s的变化情况。结果表明,随着P_s的增加,f_(av)、η出现峰值。f_(av)在P_s=400mm的反应器中最大,为0.5794Hz;η的峰值则出现在P_s=800mm的反应器中。分析发现,在0.5m/s的进口速度下,P_s=400mm、600mm、800mm时,螺旋肋的存在对提高f_(av)有正面作用,P_s=200mm、1000mm时,螺旋肋的存在限制了f_(av)的提高。可通过调整螺旋肋的结构参数达到对流场的调整,从而改变微藻所受光暗循环的情况。     

管式光生物反应器中螺旋混合器的径向高度对光暗循环频率和压降的影响

将光暗循环频率的无量纲增量与压降的无量纲增量之比定义为光暗循环强化效率,作为混合器的经济性评价指标。通过计算流体力学方法,比较了带有不同径向高度混合器(H=10mm,15mm和20mm)的反应器的光暗循环强化效率。结果表明,在入射光强为800μmol·m~(-2)·s~(-1)时,通过将H从20mm降低到15mm和10mm,强化效率从12.0%升高到了22.9%和22.3%;在光强为375μmol·m~(-2)·s~(-1)时,强化效率则从13.4%变为12.0%和21.7%。即在这两种光照条件下,径向高度较低的混合器具有更高的光暗循环强化效率。基于对结果的分析,提出可根据速度场和光照场的协同来设计混合器。     

荒漠藓类植物齿肋赤藓对4年积雪深度变化的生理生化响应

冬季降雪作为古尔班通古特沙漠最主要的降水形式,在荒漠生物土壤结皮的稳定和发育发挥重要作用。全球的持续变暖和极端气候事件的频繁发生导致荒漠冬季的积雪格局发生重大变化。荒漠藓类植物作为荒漠重要地被类型生物土壤结皮的重要组成成分,在生理生化层面将如何响应长期的积雪深度变化还不清楚。因此,通过野外设置去除积雪(-S)、自然积雪(S)、2倍积雪(2S)和3倍积雪(3S) 4个积雪梯度,探讨经历4年积雪深度变化下齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)的生理生化特征。结果表明,积雪深度变化显著影响了齿肋赤藓的植株含水量、最大光化学量子产量(F_v/F_m)、实际光化学效率(Y(II))、渗透调节物质含量和抗氧化酶活性。与去除积雪处理相比,随着积雪深度的增加,齿肋赤藓的植株含水量、F_v/F_m和Y(II)呈现增加趋势,而植株内的游离脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)活性呈现降低趋势。相关性分析显示,齿肋赤藓的F_...     

草莓叶片光合作用对强光的响应及其机理研究

用便携式调制叶绿素荧光仪和光合仪研究了强光下草莓叶片荧光参数及表观量子效率的变化.结果表明,Fm、Fv/Fm、PSⅡ无活性反应中心数量和Q_A的还原速率在强光下降低,在暗恢复时升高;而PSⅡ反应中心非还原性Q_B的比例在强光下增加,在暗恢复时降低.上述荧光参数的变化幅度均以强光胁迫或暗恢复的前10 min最大.强光下Φ_PSII、ETR和qP先升高后降低,但qN先大幅度降低,然后小幅回升.强光处理4 h后,丰香和宝交早生的表观量子效率(AQY)分别降低了20.9%和37.5%;qE(能量依赖的非光化学猝灭)为NPQ(非光化学猝灭)的最主要成分.强光胁迫下丰香的Fo、Fm、Fv/Fm、Φ_PSII、ETR和AQY的变化幅度均明显比宝交早生小.DTT处理后,草莓叶片的Fm和Fv/Fm明显降低,Fo显著升高.可以认为,依赖叶黄素循环和类囊体膜质子梯度两种非辐射能量耗散在草莓叶片防御光损伤方面起着重要作用,丰香的光合机构比宝交早生更耐强光.     

长江经济带典型锌冶炼园区不同固废处置模式生态效率研究

我国铜铅锌有色冶炼固废种类多、存量大,富含多种环境毒害元素如镉铬汞砷等,而目前固废末端处置方式单一,对其所含的大量铜铅锌银镍等有价金属组分也未能有效分离,固废污染防控与高效资源化利用问题突出,已成为制约产业绿色可持续发展的关键因素。以长江经济带典型铜铅锌综合冶炼基地为例,设置直接处理(情景1)、内部循环(情景2)和协同利用(情景3)三种锌冶炼固废处置情景模式,结合物质投入产出法、层次分析法与熵值法,构建资源能耗、环境风险、物质循环与经济效益的多维生态效率指标核算方法体系,对三种情景模式开展生态效率综合评估分析。结果表明,情景3因加强了锌冶炼固废在铜、铅冶炼系统间的协同转化,其生态效率综合评价指数最高,为0.2246,较情景1和情景2分别高出313.6%和25.5%;从资源能耗角度来看,情景2单位产品能耗最高,达0.3086;而从物质循环和经济效益角度来看,情景3固废综合利用率最高,达97.6%,铜铅锌三种有价金属回收率达97.2%,利润总额达48131.3万元;但在环境风险方面,尽管情景3固废中重金属污染排放减少1470.4 t/a,但废气中铅砷镉汞等重金属污染排放却比情景1增加了3倍...     

北京西山油松林可燃物调控的影响评价

森林可燃物调控及其影响评价研究是可燃物管理的基础,对减少火灾的发生具有重要的意义。在北京西山实验林场,选取华北地区典型针叶林-油松林(Pinus tabulaeformis),设立4块20m×20m样地,通过对林分可燃物分布特征的调查和分析,制定以修枝、割灌为主的调控措施,对比研究调控与未调控林分林下植被多样性和优势灌木的光合生理特性。研究结果表明:(1)不同油松林可燃物垂直分布特征表现为0—3m层可燃物负荷量最大(平均为1053.94 g/m2),且可燃物种类最多,随着高度的增加可燃物的负荷量均呈现减少的趋势。(2)调控林分林下优势灌木(主要为孩儿拳头和黑枣)最大净光合速率、光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率均比对照增加;而表观量子效率则减小。(3)不同的可燃物调控措施改变了林下植被多样性;不同调控措施的草本层物种丰富度、物种多样性、物种优势度以及物种均匀度均高于对照林分。由此可见,森林可燃物调控措施对林下植被多样性和优势物种的光合生理特性均有影响。研究结果可为森林可燃物管理提供科学依据。     

基于Lake模型的叶绿素荧光参数在甘蔗苗期抗旱性研究中的应用

为从能量平衡及分配的角度研究干旱胁迫下甘蔗(Saccharum officinarum)苗期光系统的运转状况, 进而为丰富不同甘蔗品种的抗旱性评价指标及实现对季节性干旱胁迫的快速诊断提供理论依据, 该研究通过对基于Lake模型的叶绿素荧光参数在不同入射光强下变化的动态分析, 研究光合电子传递链中能量平衡状态对不同水分梯度(40%、25%、10%、8%)的响应。结果表明: 两个供试品种(耐旱品种‘ROC22’和非耐旱品种‘ROC16’)的最大光能利用效率(F_v/F_m)、相对电子传递速率(rETR)、光系统II(PSII)量子效率(Φ_II)和光化学猝灭(q_L)均随着干旱胁迫程度的增加而下降, 可调节性能量耗散(Φ_NPQ)和非调节性能量耗散(Φ_NO)则随着干旱胁迫程度的增加而上升。除Φ_NO之外的叶绿素荧光参数的变化幅度均随着光合有效辐射(PAR)的增加而增大。在干旱胁迫的前中期, 相对于‘ROC22’, ‘ROC16’的PSII反应中心能够维持较高的开放程度; 但‘ROC22’调节能量耗散的能力和对干旱胁迫的敏感程度均高于‘ROC16’, 说明较强的光保护能力是‘ROC22’的抗旱性高于‘ROC16’的主要原因之一。对干旱胁迫敏感且在不同PAR下较为稳定的Φ_NO可作为甘蔗苗期抗旱性的快速诊断和评价指标。rETR对递增的PAR的响应表现为随着干旱胁迫程度的增加而提前出现峰值或下降趋势, 但是不同水分梯度下的rETR在PAR较低时并无显著差异, 表明干旱胁迫下光抑制现象的提早出现是造成光系统损伤的首要因素, 高光强对干旱胁迫信号起放大作用。     

Application of Lake-model based indices from chlorophyll fluorescence on sugarcane seedling Application of Lake-model based indices from chlorophyll fluorescence on sugarcane seedling

 为从能量平衡及分配的角度研究干旱胁迫下甘蔗(Saccharum officinarum)苗期光系统的运转状况, 进而为丰富不同甘蔗品种的抗旱性评价指标及实现对季节性干旱胁迫的快速诊断提供理论依据, 该研究通过对基于Lake模型的叶绿素荧光参数在不同入射光强下变化的动态分析, 研究光合电子传递链中能量平衡状态对不同水分梯度(40%、25%、10%、8%)的响应。结果表明: 两个供试品种(耐旱品种‘ROC22’和非耐旱品种‘ROC16’)的最大光能利用效率(F_v/F_m)、相对电子传递速率(rETR)、光系统II(PSII)量子效率(Φ_II)和光化学猝灭(q_L)均随着干旱胁迫程度的增加而下降, 可调节性能量耗散(Φ_NPQ)和非调节性能量耗散(Φ_NO)则随着干旱胁迫程度的增加而上升。除Φ_NO之外的叶绿素荧光参数的变化幅度均随着光合有效辐射(PAR)的增加而增大。在干旱胁迫的前中期, 相对于‘ROC22’, ‘ROC16’的PSII反应中心能够维持较高的开放程度; 但‘ROC22’调节能量耗散的能力和对干旱胁迫的敏感程度均高于‘ROC16’, 说明较强的光保护能力是‘ROC22’的抗旱性高于‘ROC16’的主要原因之一。对干旱胁迫敏感且在不同PAR下较为稳定的Φ_NO可作为甘蔗苗期抗旱性的快速诊断和评价指标。rETR对递增的PAR的响应表现为随着干旱胁迫程度的增加而提前出现峰值或下降趋势, 但是不同水分梯度下的rETR在PAR较低时并无显著差异, 表明干旱胁迫下光抑制现象的提早出现是造成光系统损伤的首要因素, 高光强对干旱胁迫信号起放大作用。     

鳊鱼和宽鳍鱲幼鱼流速选择与运动能量代谢特征的关联

为考察喜好激流环境的宽鳍鱲(Zacco platypus)和喜好缓流环境的鳊鱼(Parabramis pekinensis)的最适游泳速度和流速选择的关联以及运动能量代谢特征对流速选择的影响,在(25±0.5)℃条件下将实验鱼(n=13×2)单尾分别置于梯度流速选择仪(设定流速范围为18.6—102.7 cm/s,等距离划分为5个流速区域)中获取视频资料,采用Ethovision XT19软件分析视频资料并计算两种实验鱼在5个流速区域的平均停留时间百分比(P_t)和平均出入频率百分比(Pf);另外,使用游泳代谢仪测定两种实验鱼的临界游泳速度(U_(crit))和不同游泳速度下的运动耗氧率(M_(O2)),并计算出不同速度下单位位移耗能(COT)、最适游泳速度(U_(opt))、静止耗氧率(RMR)和净单位位移耗能(COTnet)。结果显示:鳊鱼的U_(crit)和RMR均显著小于宽鳍鱲(P0.05),但二者的最大耗氧率(MMR)无显著差异;随游泳速度的增加,两种实验鱼的M_(O2)均显著上升,尽管在较低游泳速度下,鳊鱼的M_(O2)和COT均小于宽鳍鱲,但在高游泳速度下则相反;两种实验鱼的U_(opt)分别为(6.20±1.29)体长(BL)/s和(11.56±1.57)BL/s,鳊鱼显著小于宽鳍鱲;两种实验鱼的COTnet随着游泳速度增加差异逐渐增大,鳊鱼显著高于宽鳍鱲(P0.05);两种实验鱼在最低流速区域(18.6—23.8 cm/s)的P_t和Pf显著大于其他速度区域(P0.05),由此可见两种实验鱼的偏好游泳速度(U_(perf))等于或小于(18.6—23.8 cm/s),然而鳊鱼在最低速度区域P_t和Pf均显著大于且在较高速度区域的P_t和Pf则均显著小于宽鳍鱲(P0.05)。结果表明:有别于过往研究的是两种实验鱼的U_(perf)均与U_(opt)偏离;在激流环境中生存的宽鳍鱲更加偏好较高的水流速度,生境水流对实验鱼的水流速度选择特征存在显著影响,这种影响的主要能量学机制与鱼类的运动能量效率有关。     

海拔变化对高原湿地优势植物叶绿素荧光特性的影响

利用云南高原独特的立体地形和立体气候,选取滇西北代表性高原湿地纳帕海生长的世界广布植物水葱(Scirpus tabernaemontani)和茭草(Zizania caduciflora),分别将两种植物连同其生长的土壤单元原位移至海拔逐渐降低的两处高原湿地(拉市海湿地和昆明滇池流域),分析随海拔梯度下降的区域气候条件差异对两种植物生长周期的叶绿素荧光特性的影响。研究结果表明:与移出地纳帕海相比,移至拉市海和滇池后,植物萌芽期的水葱和茭草叶绿素在拉市海分别增加了22.54%和11.17%,在滇池分别增加了68.77%和29.2%;叶绿素荧光参数值也均随海拔的逐渐降低而升高或降低,滇池的这些数值较拉市海分别升高或降低约1.2—3.0倍。海拔的降低促使PSⅡ实际光化学量子效率的最大值(PhiPSⅡ_(max))和CO_2同化速率相对应的量子产量的最大值(PhiCO_(2max))升高,拉市海分别增至13.96%和25.42%、89.87%和27.08%,滇池分别增至24.09%和46.48%、114.77%和84.33%。两种植物生长期和凋落期的这些参数变化与萌芽期相同,但生长期各项数值的增长率或下降幅度较萌芽期高且变化明显,而凋落期的增长率或下降幅度却比萌芽期低。说明两种广布植物的叶绿素荧光特性指标随着海拔的降低而升高,表明海拔下降有利于两种广布植物光合能力的提升,但光合同化的株高生长速度却远远超过茎粗生长,这种不利影响可能导致两种广布种最终衰亡。