EAM会议专刊辑述评——气候变化下旱区农业生态系统的可持续性

农业生产是将自然资源不断转化为农产品的过程。简单的说就是将阳光、空气、水和土壤等无机资源转化为可以供人类消费的有机产物。农业生态系统必须对全球气候变化、市场竞争、自然环境的恶化、经济等政策法规和人民的需求等因素做出灵活的应对策略,同时还要保证自然生态系统的稳定性。在发展中国家,有超过20亿的人口每天收入低于2美元,他们收入中绝大部分都用于解决温饱。这些人大部分生活在干旱、半干旱地区,并以农业生产作为生活的主要来源。由于这些地区水资源匮乏、土壤贫瘠,粮食安全问题一直是该地区人类生存的关键。中澳两国都把干旱、半干旱地区的农牧业发展作为研究的重点。两国的专家都致力于恢复和维护干旱半干旱地区脆弱的农业生态系统。气候变化正在使农业生态系统可持续发展面临严峻挑战。因此,迫切需要农学,生态学,环境学,社会经济学等多学科的共同发展和融合解决这一问题。2010年7月20—25日在兰州大学举办了以“气候变化和旱区农业生态系统管理”为主题的“第二届生态系统评估与管理（EAM）国际会议”。国内外众多知名专家参与了此次会议,并共同讨论在全球气候变化背景下如何提高干旱半干旱地区脆弱农业生态系统生产力与可持续性。本次会议的议题是：(1）半干旱地区旱作雨养农业生态系统评估与管理,(2）干旱地区绿洲农业生态系统评估与管理。此次会议由兰州大学和澳大利亚西澳大学联合主办,中国科学院生态环境研究中心协办,由国家教育部和国家外专局联合支持、兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室承担的“旱寒生态学”学科创新引智基地和西澳大学农业研究院、FAO属下的叙利亚国际旱地农业研究中心(ICARDA)联合提供资金支持。会议期间,25位专家就干旱、半干旱地区植物土壤互作关系作了报告。另外还有18位在干旱半干旱地区科研一线工作的青年学者汇报了研究进展,并与专家进行了广泛交流。报告会之后,大会组织专家分别对典型旱区农业进行了考察,分别是兰州大学黄土高原旱地农业生态实验站(榆中)和甘肃武威市民勤绿洲农业生态系统。此次大会遴选出35篇学术论文,以专刊的形式发表于《生态学报》第31卷第9期。会议遴选出的其它英文文章将于2011年在《Plant and Soil》和《Crop and Pasture Science》上发表,敬请期待。我们相信,本专刊的出版将会对气候变化背景下旱区农业生态系统的研究和发展产生重要的推动作用。     

Germination strategies under climate change scenarios along an aridity gradient

由于年降雨量减少和变异性的增加，地中海东部地区的气候变化将对生态系统功能和植物群落动态产生重大影响。我们旨在了解种子库作为应对气候变化所导致的气候不确定性的潜在缓冲作用。我们研究了沿干旱梯度出现的18种常见物种的萌发策略。数据由干旱、 半干旱、地中海和中等地中海生态系统连续九年内萌发的土壤种子库获得。在半干旱和地中海地区，采用了模拟30%干旱和30%降雨增加的降雨处理方法。在连续三个萌发季的最佳灌溉条件下检测了萌发策略，以确定每种土壤样品的总体种子萌发能力。使用一种新颖的统计方法研究了萌发策略的变化，该方法考虑了可能影响种子发芽性的气候和生物因素。研究结果表明，优势种通过产生具有不同年度发芽率概率的种子来控制其发芽率。可产生种子的降雨量导致了关于可萌发性的两种主要种子类型：高萌发性(可形成短暂种子库的种子)和低萌发性(可形成持久种子库的种子)。我们得出的结论是，两种类型的干湿年之间种子产生的差异沿干旱梯度建立了一个稳定的平衡，使土壤种子库可以充当稳定机制，以防止降雨的不可预测性。此外，我们提出了地中海和干旱生态系统中占主导地位的一年生物种萌发策略的一般模型，该模型加强了土壤种子库可以作为应对该地区气候变化引起的气候不确定性的缓冲剂的概念。     

干旱半干旱区氮沉降生态效应研究进展

随着人类活动干扰的加剧以及全球气候变化,大气氮沉降的生态效应日益成为人们关注的焦点.氮沉降的增加能够带来生态系统结构和功能的改变,引起一系列生态效应.氮沉降对干旱半干旱地区生态系统的影响主要包括以下方面:(1)在干旱半干旱地区,氮沉降主要以脉冲形式进入氮循环进而影响其它生态过程;(2)氮沉降能够增加土壤氮矿化和土壤无机氮浓度,但氮循环还会受许多其它因素的影响;(3)氮沉降对土壤微生物代谢活动有很强的促进作用,但对其生物量的影响存在争议;(4)氮沉降能够影响植物生产力、根的生长,其效应主要受到水的调节作用;(5)氮沉降能够降低本地种的物种丰富度,有利于外来1年生物种的入侵.     

土壤碳氮特征沿干旱梯度时空格局及对气候变化的响应——基于中国生态系统研究网络(CERN)长期定位监测数据

土壤碳氮含量及其化学计量特征是表征生态系统碳汇能力和土壤质量的重要指标,在支撑生态系统结构功能以及缓解气候变化中起着关键作用。利用中国生态系统研究网络(CERN)长期定位监测数据,分析了土壤碳氮特征沿干旱梯度的时空规律及其对气候变化的响应。结果表明：空间上,典型荒漠草原生态系统随着干旱加剧,土壤有机碳和全氮含量减少,土壤有机碳对干旱响应的敏感性降低,而土壤全氮对干旱响应的敏感性增加,土壤有机碳随土壤全氮含量的增加而增加。时间上,2005—2018年,荒漠草原生态系统土壤有机碳和全氮含量变化速率沿干旱梯度表现出由负转正的增加趋势,其中,干旱区呈减少趋势,半干旱和半湿润地区呈增加趋势,鄂尔多斯站和沙坡头站呈显著增加趋势。从影响因素来看,土壤碳氮特征对降水量增加的敏感性沿干旱梯度呈现出先增强后减弱的“上凸”抛物线趋势,温度变化对土壤碳氮特征的调控没有表现出明显的干旱梯度效应。土壤碳氮比、土壤有机碳含量、土壤全氮含量对降水量和平均温度变化响应的敏感性均依次降低。不同干旱梯度土壤碳氮特征的变化规律为未来气候变化下生态系统结构与功能预测提供科学依据。     

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。     

全球气候变化对农业生态系统的影响研究进展

全球大气中CO2浓度升高、气温升高及降水量的变化等是全球气候变化对农业生产和农业生态系统影响最为重要的几个生态因子,其影响主要表现在对农作物产量、生长发育、病虫害、农业水资源及农业生态系统结构和功能等方面.在过去的几十年,全球气候变化已对我国农业和农业生态系统,特别是我国北方旱区农业造成重大影响,其中不少影响是负面的或不利的.本文综述了全球气候变化对农业水资源、农田土壤养分变化、农作物生长发育、农作物病虫害与杂草、粮食安全及农业生态系统的结构和功能等方面的影响.针对21世纪全球气候变化对我国农业生产和农业生态系统带来的挑战,探讨了今后研究的重点和难点问题.     

广东土壤科学的发展历程与展望

土壤是农业生产的基础,是人类赖以生存的基石,也是人类食物与生态环境安全的保障。土壤学是解决人口-资源-环境-粮食矛盾的重要学科之一。广东土壤科学发展历史悠久,在食物安全、环境保护、减少贫困、退化土地恢复重建和生态系统稳定性维持等事关全省发展方面取得了许多重要的成绩,但目前我省面临着人均耕地面积少、后备土壤资源匮乏、土壤肥力下降、土壤环境日趋恶化以及水土流失依然严重等问题,因此我省土壤科学研究也将从生产农学和基础土壤发生学拓展到包括高效持续农业生产、土壤变化与全球气候变化相互关系、土壤可持续利用、数字化与信息化土壤、土壤污染监测及其修复等多功能的研究领域。     

干旱内陆沙区丘间地研究现状及存在问题

丘间地具有良好的生境条件,是沙丘生态系统中生物和非生物成分间动态作用的主要场所,是破碎化生境中的"生命岛",也是退化生境恢复的起点,在逆转生境退化和促进土壤发育等方面具有重要意义。从目前丘间地研究现状来看:(1)丘间地作为一种独立地貌类型,其概念不明晰、类型不清楚;(2)针对干旱区以风沙过程为主导的丘间地生态过程研究很少;(3)丘间地生态过程主导因子及其相互作用机制尚不清楚;(4)在沙漠化防治研究中,大多时候只注重沙丘的变化和沙丘区风沙活动,而忽略了丘间地对风沙活动的影响,很少将丘间地与沙丘联系起来作为沙丘系统进行整体研究。(5)人为干扰对丘间地生态系统演化过程的影响研究需要加强。(6)干旱内陆沙区的丘间地与海岸、湖岸区、半干旱区、湿润地区的丘间地差异明显,尤其是它作为干旱沙区人类生活的主要场所或农业生产的土地来源,但相关研究薄弱,亟待加强。加强干旱内陆沙区丘间地生态特征及其功能研究,对掌握干旱沙区生态系统演变过程和退化机制,保护沙区生物多样性、促进退化生态系统恢复和沙漠化防治意义重大。     

第二届生态系统评估与管理(EAM)国际会议综述

自2005年联合国《千年生态系统评估》发布以来,旱区农业生态系统评估与管理研究越来越受到世界各国的广泛关注和重视。综述了2010年7月19日至25日在兰州大学举行的第二届生态系统评估与管理(Ecosystem assessment and management, EAM)国际会议28场特邀专家报告,围绕"气候变化与旱区农业生态系统管理"主题,分别从生态系统时空格局、全球变化生态学、植物逆境适应机制、植物与土壤关系和生态系统管理五个方面进行总结,旨在探讨全球气候变化条件下如何提高干旱与半干旱脆弱农业生态系统生产力和可持续性发展的创新理论研究。对生态系统评估与管理的未来发展趋势和目标进行了探讨,并对该会议将来的举办和组织形式提出了建议。     

干旱地区斑块状植被格局形成的水分驱动机制及其研究进展

斑块状分布是植被在水分匮乏环境中长期适应的结果,其演替过程可以作为生态系统响应气候变化和人类活动产生突变的"指示器"。本文通过对斑块状植被的起源、生态水文过程及其对干旱区植被恢复的启示等方面进行综述,提出了我国干旱区植被恢复中目前尚存在的主要问题。认为斑块状植被的形成可能受气候变化、人类活动、植物自身的生物学特性及其对环境胁迫的适应等方面的影响,但不是主要因素,植被斑块和裸地斑块之间在不同空间尺度的水分再分配是其在干旱半干旱地区形成并且能够维持稳定的关键。斑块状植被是一个高效的雨水集流系统,裸地斑块是整个系统径流的"源",而植被斑块是整个系统径流的"汇",保护植被斑块的同时维持一定面积的裸地对于整个生态系统的稳定都具有极其重要的意义。斑块状植被也是一个非常脆弱的生态系统,气候的剧烈波动以及人类的过度活动都可能导致生态系统功能丧失,最终产生不可逆转的影响,因此需要加以严格保护。     

Role for dopamine in malonate-induced damage in vivo in striatum and in vitro in mesencephalic cultures

Defects in mitochondrial energy metabolism have been implicated in the pathology of several neurodegenerative disorders. In addition, the reactive metabolites generated from the metabolism and oxidation of the neurotransmitter dopamine (DA) are thought to contribute to the damage to neurons of the basal ganglia. We have previously demonstrated that infusions of the metabolic inhibitor malonate into the striata of mice or rats produce degeneration of DA nerve terminals. In the present studies, we demonstrate that an intrastriatal infusion of malonate induces a substantial increase in DA efflux in awake, behaving mice as measured by in vivo microdialysis. Furthermore, pretreatment of mice with tetrabenazine (TBZ) or the TBZ analogue Ro 4-1284 (Ro-4), compounds that reversibly inhibit the vesicular storage of DA, attenuates the malonate-induced DA efflux as well as the damage to DA nerve terminals. Consistent with these findings, the damage to both DA and GABA neurons in mesencephalic cultures by malonate exposure was attenuated by pretreatment with TBZ or Ro-4. Treatment with these compounds did not affect the formation of free radicals or the inhibition of oxidative phosphorylation resulting from malonate exposure alone. Our data suggest that DA plays an important role in the neurotoxicity produced by malonate. These findings provide direct evidence that inhibition of succinate dehydrogenase causes an increase in extracellular DA levels and indicate that bioenergetic defects may contribute to the pathogenesis of chronic neurodegenerative diseases through a mechanism involving DA.     

2018年中国植物科学若干领域重要研究进展

2018年中国植物科学继续呈现快速发展的态势, 我国科学家在国际植物科学主流学术刊物发表论文数量大幅增加, 取得了多项具有重要影响的成果。调控植物生长-代谢平衡实现可持续农业发展入选2018年度中国科学十大进展; 中国被子植物区系进化历史研究入选2018年度中国生命科学十大进展。以水稻为代表的农作物和果蔬等经济作物研究在国际上已呈现出明显的优势, 若干领域已从“追赶”状态跨越到“领跑”地位。该文对2018年中国科学家在植物科学若干领域取得的重要研究成果进行了概括性评述, 旨在全面追踪和报道当前中国植物科学领域的发展前沿和热点, 展示中国科学家所取得的杰出成就。     

2017年中国植物科学若干领域重要研究进展

2017年中国植物科学继续保持高速发展态势, 重大成果频出, 具体表现在中国植物学家在国际顶级学术期刊发表的文章数量平稳上升。中国植物科学领域的研究工作者成果精彩纷呈, 如新型广谱抗病机制的发现、水稻广谱抗病遗传基础及机制和疫霉菌诱发病害成灾机制研究等。2017年中国生命科学领域十大进展评选中, 有两项植物科学领域的研究成果入选。水稻生物学、进化与基因组学和激素生物学等领域学科发展突出。另外, 值得一提的是, 长期从事高等植物与代谢途径调控分子网络研究和水稻品种设计育种的李家洋院士的研究成果“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”荣获2017年国家自然科学一等奖。这一具有重大国际影响的开创性贡献标志着中国植物科学在该领域的国际科学前沿居于引领和卓越地位。该文对2017年中国本土科学家在植物科学若干领域取得的重要研究成果进行了系统梳理, 旨在全面追踪和报道当前中国植物科学领域发展的最新前沿动态, 与广大读者共同分享我国科学家所取得的辉煌成就。     

我国葫芦科植物离体培养研究进展

葫芦科植物包括多种瓜类蔬菜,对其进行离体培养研究具有重要的理论和实践意义。综述了国内在葫芦科植物器官培养、体细胞胚胎发生、花药培养、原生质体培养和体细胞杂交及离体遗传转化等方面取得的研究进展,并对葫芦科植物离体培养、遗传转化与育种的前景作了展望。     

SSTR5 ablation in islet results in alterations in glucose homeostasis in mice

Somatostatin (SST) peptide is a potent inhibitor of insulin secretion and its effect is mediated via somatostatin receptor 5 (SSTR5) in the endocrine pancreas. To investigate the consequences of gene ablation of SSTR5 in the mouse pancreas, we have generated a mouse model in which the SSTR5 gene was specifically knocked down in the pancreatic beta cells (betaSSTR5Kd) using the Cre-lox system. Immunohistochemistry analysis showed that SSTR5 gene expression was absent in beta cells at three months of age. At the time of gene ablation, betaSSTR5Kd mice demonstrated glucose intolerance with lack of insulin response and significantly reduced serum insulin levels. Insulin tolerance test demonstrated a significant increase of insulin clearance in vivo at the same age. In vitro studies demonstrated an absence of response to SST-28 stimulation in the betaSSTR5Kd mouse islet, which was associated with a significantly reduced SST expression level in betaSSTR5Kd mice pancreata. In addition, betaSSTR5Kd mice had significantly reduced serum glucose levels and increased serum insulin levels at 12 months of age. Glucose tolerance test at an older age also indicated a persistently higher insulin level in betaSSTR5Kd mice. Further studies of betaSSTR5Kd mice had revealed elevated serum C-peptide levels at both 3 and 12 months of age, suggesting that these mice are capable of producing and releasing insulin to the periphery. These results support the hypothesis that SSTR5 plays a pivotal role in the regulation of insulin secretion in the mouse pancreas.     

2018年中国植物科学若干领域重要研究进展

2018年中国植物科学继续呈现快速发展的态势, 我国科学家在国际植物科学主流学术刊物发表论文数量大幅增加, 取得了多项具有重要影响的成果。调控植物生长-代谢平衡实现可持续农业发展入选2018年度中国科学十大进展; 中国被子植物区系进化历史研究入选2018年度中国生命科学十大进展。以水稻为代表的农作物和果蔬等经济作物研究在国际上已呈现出明显的优势, 若干领域已从“追赶”状态跨越到“领跑”地位。该文对2018年中国科学家在植物科学若干领域取得的重要研究成果进行了概括性评述, 旨在全面追踪和报道当前中国植物科学领域的发展前沿和热点, 展示中国科学家所取得的杰出成就。     

我国葫芦科植物离体培养研究进展

葫芦科植物包括多种瓜类蔬菜,对其进行离体培养研究具有重要的理论和实践意义.综述了国内在葫芦科植物器官培养、体细胞胚胎发生、花药培养、原生质体培养和体细胞杂交及离体遗传转化等方面取得的研究进展,并对葫芦科植物离体培养、遗传转化与育种的前景作了展望.     

Changes in aquatic vegetation in Rhine floodplain streams in Alsace in relation to disturbance

Abstract. Changes are described in aquatic vegetation in oligotrophic, groundwater-fed Rhine floodplain streams in Alsace (eastern France), resulting from disturbance. Disturbance factors include changes in nutrients, either permanent ones - effluent from a waste water treatment plant or trout hatcheries - or periodic ones: flooding. Regular inputs of high levels of phosphate and ammonia modified the macrophyte vegetation in these streams. The floristic composition, which was characteristic of oligotrophic waters upstream of the eutrophicated sector, changed to that of a eutrophic situation as originally found downstream. Periodic disturbance by floods which normally occur once a year, irregularly eutrophicates the small streams, causing the development of a mixture of eutrophic and oligotrophic species. Six macrophyte communities are distinguished, indicating different trophic levels. The aquatic vegetation is adapted to the variations of phosphate and ammonia levels. Hence, aquatic macrophytes can be used as bio-indicators of fluctuations in water nutrient levels in relation to the type of disturbance.     

Apoptosis in experimental myocardial infarction in situ and in the perfused heart in vitro

We report the appearance of apoptotic cells in experimental myocardial infarction (rabbit heart) in in situ and in vitro preparations. Apoptosis was recognized by intravital staining with Hoechst 33342 (Ho342), by nick-end labeling (TUNEL) and by DNA laddering. A steady rise in the relative number of apoptotic cardiomyocytes (apoptotic index) was noted in in situ preparations. Apoptosis was first noted 6 h after the onset of ischemia with its highest value occurring after 72 h. Apoptotic nuclei were absent in remote areas of the left and right ventricles. Apoptotic nuclei within the infarcted area showed diminished intensity of Ho342 fluorescence. Three days after ischemia, a border zone adjacent to the infarcted area consisting of apoptotic macrophages was recognized. A novel finding was the appearance of apoptotic cardiomyocytes in the isolated perfused ischemic heart. Occurring as early as 50 min after the onset of ischemia, a high apoptotic index was present adjacent to the ligature placed around the coronary artery. This observation provides the opportunity to selectively examine factors leading to apoptosis in the ischemic heart under controlled experimental conditions.     

节肢动物内共生细菌研究进展

节肢动物门是动物界最大的门,占整个动物种数的80%,全世界约有120万现存种。节肢动物在生长发育过程中会感染多种微生物,这些微生物会与其形成协同进化和互利共生的关系。内共生细菌是一类广泛分布于节肢动物体内的共生微生物,能够进行垂直传播和水平传播,对宿主的生长发育、生殖代谢、适应性、免疫功能和进化等诸多方面均具有重要的作用。目前,随着现代分子生物学理论和技术的发展,节肢动物内共生细菌相关研究主要集中在对其宿主的生殖调控功能、与其宿主、宿主寄主植物以及其宿主体内微生物和宿主天敌间互作关系等方面。因此,利用内共生细菌对昆虫种群动态的生殖调控功能,阻断热带蚊虫带来的疾病或植物病害的传播并对宿主昆虫进行种群压制或种群替换,可达到防控害虫的目的。本文从节肢动物内共生细菌的传播方式、对其宿主生物学效应以及内共生细菌与其宿主、宿主寄主植物、宿主天敌和宿主体内微生物互作关系等多方面进行概述,并对内共生细菌今后研究方向进行展望,以期为生物进化、物种形成和种群压制提供参考。