火烧对内蒙古草原中坚韧胶衣固氮活性的影响

 坚韧胶衣(Collema tenax)是干旱和半干旱草原中常见的一种固氮地衣, 是草原生态系统中生物土壤结皮(Biological soil crust)的 主要组成部分, 对生态系统氮循环具有重要的影响。火烧作为一种干扰因子, 是草原生态系统结构和功能维持的重要因素之一。该文采用乙炔 还原法(Acetylene reduction assay), 研究了火烧对内蒙古草原生态系统中坚韧胶衣固氮活性的短期影响。结果表明, 在个体尺度上, 与对照 相比, 火烧区中地衣体烧损的坚韧胶衣固氮活性降低了42.3%, 而无烧损的个体固氮活性则升高了28.4%。这表明火烧对坚韧胶衣的固氮功能在 个体尺度上具有双重影响: 1)通过烧损地衣体、恶化地表温度和水分条件, 而抑制个体的固氮活性; 2)通过改善光照条件, 使表土养分呈现脉 冲式增高, 而促进未烧损个体的固氮活性。在种群尺度上, 火烧与对照之间固氮活性并无显著差异, 这可能是由于火烧在个体尺度上对坚韧胶 衣的固氮活性的双重影响相互抵消所致。     

干旱持续时间对内蒙古草原中坚韧胶衣和分指地卷固氮活性的影响

坚韧胶衣Collema tenax和分指地卷Peltigera didactyla是分布于我国北方干旱和半干旱草原中的两种固氮地衣,对生态系统氮素循环具有重要影响,其生理活性对土壤水分条件比较敏感。目前,干旱持续时间对该区域中地衣固氮活性的影响尚不清楚。本文调查了一个克氏针茅Stipa krylovii草原生态系统中坚韧胶衣和分指地卷的盖度,采用乙炔还原法研究了不同干旱持续时间(分别为0、1、2、4、8和16d)对两种地衣固氮活性的影响。结果表明,坚韧胶衣盖度(3.26±1.24%)显著高于分指地卷(0.02±0.07%)(p<0.01);在绝大多数干旱持续时间处理下,两种地衣之间的固氮活性差异并不显著,且均随干旱持续时间延长而呈S形下降。不超过2d的干旱时间并不引起地衣固氮活性的显著变化,4d的干旱时间导致坚韧胶衣和分指地卷固氮活性分别下降了34%和54%,干旱持续8d导致两种地衣固氮活性降幅达90%,16d的干旱使二者降幅均超过99%。表明干旱对坚韧胶衣和分指地卷固氮活性的抑制作用随干旱持续时间的延长而增强。干旱对地衣固氮作用的负效应可能与地衣体内光合产物和能量水平、复水至表达固氮活性之间的延迟时间和达到最高固氮活性的延迟时间有关。     

沙坡头地区生物土壤结皮的固氮活性及其对水热因子的响应

氮是除水分之外影响干旱区生态系统生物活性的关键因子。生物土壤结皮是干旱半干旱荒漠地表景观的重要组成部分, 也是荒漠生态系统氮素的主要贡献者。通过野外调查采样, 利用开顶式生长室, 模拟不同降水梯度, 采用乙炔还原法连续测定了沙坡头地区典型生物土壤结皮(藻类结皮、地衣结皮和藓类结皮)在其主要固氮活跃期(6-10月, 湿润期)的固氮活性, 及其对水热因子的响应特征。结果表明, 试验期三类生物土壤结皮的固氮活性介于2.5 × 10³-6.2 × 10⁴ nmol C₂H₄·m^-2·h^-1之间, 其中藻类结皮的最高(平均达2.8 × 10⁴ nmol C₂H₄·m^-2·h^-1), 地衣结皮的次之(2.4 × 10⁴ nmol C₂H₄ ·m^-2·h^-1), 藓类结皮的最低(1.4 × 10⁴ nmol C₂H₄·m^-2·h^-1), 差异显著(p < 0.001)。在模拟降水3 mm时, 三类结皮均可达到最大固氮速率, 当发生> 3 mm的降水事件时, 它们的固氮速率无显著增加; 不同结皮的固氮活性与温度均呈显著的负相关关系(r_藻类结皮 = -0.711, r_地衣结皮 = -0.732, r_藓类结皮 = -0.755, p < 0.001), 藻类和藓类结皮的固氮活性的最适温度区间为25-30 ℃, 地衣结皮为20-30 ℃。三类结皮之间的这种固氮差异主要归因于结皮组成生物体即隐花植物的差异, 藻类结皮主要成分为大量的蓝细菌和一些绿藻, 地衣结皮也由大量的固氮藻和真菌共生形成, 而藓类结皮的主要组成部分苔藓植物并不具有固氮作用, 其微弱的固氮量是结皮中混生的少量蓝细菌或地衣所致。     

湿润持续时间对生物土壤结皮固氮活性的影响

土壤可利用氮是干旱半干旱区生态系统中除水分之外的关键限制因子,研究湿润持续时间和温度变化对温性荒漠藻类结皮和藓类结皮固氮活性的影响,对于深入认识和准确评价全球变化大背景下生物土壤结皮对区域生态系统的氮贡献至关重要。通过野外调查采样,在一次较大降水事件发生后,利用开顶式生长室,采用乙炔还原法连续测定了沙坡头地区人工植被区和天然植被区两类典型生物土壤结皮固氮活性的变化,分析了湿润持续时间和模拟增温对其固氮活性的影响。研究结果表明:在经历31d持续干旱,降水发生后第4天两类结皮的固氮活性达到最大,此后随样品水分含量下降,至第10天其固氮活性将至最低;结皮固氮活性与水分含量之间呈显著的二次函数关系,其固氮活性随水分含量的增加呈先上升后下降的趋势,藻类结皮的固氮活性显著高于藓类结皮;短期模拟增温并不能显著提高其固氮活性,增温主要通过加速结皮水分散失来影响其固氮活性。上述结果反映了水分是控制生物土壤结皮固氮活性的关键因子,而实验前样品所经历的环境条件则决定了降水发生后其到达最大固氮速率的时间,野外长期观测结合控制严格的室内实验才能准确评价生物土壤结皮对区域生态系统的氮贡献。     

黄土高原不同侵蚀类型区生物结皮固氮活性及对水热因子的响应

在野外调查的基础上,采集不同侵蚀类型区内发育至稳定阶段的生物结皮,分析水分和温度变化对生物结皮固氮活性的影响.结果表明:水蚀区、水蚀风蚀交错区、风蚀区生物结皮固氮活性表现为水蚀区(127.7μmol.m-2.h-1)>水蚀风蚀交错区(34.6μmol.m-2.h-1)>风蚀区(6.0μmol.m-2.h-1);3个侵蚀类型区生物结皮固氮的最适温度分别为35、25和15℃.在最适温度条件下,水蚀区及水蚀风蚀交错区生物结皮固氮活性在100%～40%田间持水量时差异不显著;风蚀区生物结皮固氮活性对水分变化较为敏感,当含水量降至80%田间持水量时固氮活性开始显著降低,降至20%田间持水量时,生物结皮固氮作用停止.3个侵蚀类型区生物结皮固氮活性及其对水分与温度变化响应的差异与不同侵蚀类型区的气候、环境及生物结皮物种组成有关.     

不同水分条件下两种叶状地衣的光合活性对冻融交替的响应

冻融交替是我国北方常见气候现象,其对地衣光合作用的影响尚不清楚。研究了采自雾灵山的卷叶点黄梅Flavopunctelia soredica和平盘软地卷Peltigera elisabethae的光合活性(以净光合速率表示,net photosynthetic rate,Pn)对冻融处理的响应及其与地衣体含水量(干冻组:含水量<20%干重;湿冻组:含水量>200%)和物种的关系。结果显示卷叶点黄梅的干冻组Pn经5次冻融后下降至对照的21%,湿冻组经3次冻融后下降至负值,平盘软地卷的干冻组和湿冻组在5次冻融后Pn均为负值;相对净光合速率(relative net photosynthetic rate,Rpn)与冻融次数的线性回归分析表明,卷叶点黄梅湿冻组的斜率绝对值(58.06)>平盘软地卷湿冻组(41.01)>平盘软地卷干冻组(32.27)>卷叶点黄梅干冻组(11.44)。结果表明冻融胁迫可显著抑制两种地衣的光合活性,这种抑制作用具有物种差异且和地衣体内水分含量有关:水分含量的增高将增强冻融胁迫对地衣光合活性的抑制作用;干燥状态下,卷叶点黄梅的低温耐性远高于平盘软地卷,但在湿润状态下则低于后者。两种地衣对冻融循环的光合响应的物种差异与其微生境气候有关:生长于较干燥开阔地带的卷叶点黄梅与生于阴湿生境中的平盘软地卷相比,可能已形成了更强的低温干燥适应能力,其低温湿润适应能力则较弱。全球气候变化可能会通过冻融事件的时空格局的改变而对地衣的光合作用和分布造成负面影响。     

古尔班通古特沙漠生物结皮固氮活性

利用乙炔还原法对新疆古尔班通古特沙漠不同类型的生物结皮(藻结皮、地衣结皮、苔藓结皮)的固氮活性(nmolC2H4m-2h-1)进行了定量研究。结果表明,不仅采样时段和结皮类型对生物结皮的固氮活性具有显著的影响(p<0.05),二者的交互效应同样对生物结皮的固氮活性具有极显著的影响(p<0.01)。各类型生物结皮固氮活性变化趋势表现为:3～5月间,藻结皮(2.26×103)>地衣结皮(6.54×102)>苔藓结皮(6.38×102)。6～10月份,各类型生物结皮的固氮能力显著提高(p<0.05),藻结皮的固氮活性最高(9.81×103),依次为地衣结皮9.06×103、苔藓结皮2.03×103。11月～翌年2月间,月均温都低于0℃,抑制了生物结皮的固氮活性,藻结皮、苔藓结皮的固氮活性降幅极显著(p<0.01),分别低达4.18×102、5.43×102,地衣结皮降低至2.78×103。生物结皮成为古尔班通古特沙漠除豆科植物外重要的氮源,为该沙漠1年生浅根系草本植物的种子萌发与植物体的生长提供丰富的有机质源,从而有利于这些植物种群的繁衍与更新,并与之共同促进对沙面的固定。     

城市景观水体中固氮微生物多样性及固氮活性检测

为探究城市景观水体中固氮微生物群落结构、多样性及固氮活性, 揭示水体中固氮蓝藻的固氮贡献, 研究选取新乡市牧野湖和人民公园水体两个小型水体进行研究。通过理化指标测定, 发现两个水体均处于富营养化状态, 借助高通量测序, 对两水体中微生物的16S rDNA和固氮酶nifH基因进行测序, 并利用乙炔还原法测定水体中固氮微生物的固氮速率。结果表明: 牧野湖水体中的原核生物类群共检测出32个门, 275个属; 固氮微生物共检测出9个门, 66个属。人民公园水体中的原核生物类群共检测出31个门, 238个属; 固氮微生物共检测出4个门, 13个属。固氮蓝藻在两个水体固氮微生物类群中分别占有3%和9.3%, 牧野湖固氮微生物丰富度相对较高, 与人民公园水体固氮微生物多样性差异较大。乙炔还原法测固氮速率结果显示, 两水体均未检测到固氮活性, 推测在富营养化的水体中固氮活性可能被抑制。     

低温对氯化钠胁迫下蓝藻固氮活性的影响

低温加剧氯化钠对蓝藻固氮的抑制,营养液中氯化钠浓度增高时,抑制程度更甚.能源受限(暗处理和加抑制剂时的光合受抑,N_2和Ar的厌氧下呼吸代谢受阻)和氧下固氮酶受到伤害时,低温处理使氯化钠对蓝藻固氮的抑制进一步加剧.在能源和还原剂供应,合成固氨酶蛋白的物质基础(如CO_2和N_2的加合).光合作用正常进行的条件得到改善和保证,以及供应CO_2、外源蔗糖和氮氧加合时,低温加剧氯化钠对蓝藻固氮的抑制程度明显变小.     

甘蔗器官固氮酶活性及其对接种固氮菌的响应

以巴西固氮甘蔗品种B1、B8和广西主栽甘蔗品种ROC22和ROC16为材料,通过桶栽砂培方法,研究不同品种甘蔗及接种固氮菌R16SH后不同生育期和不同器官(根、茎、叶片、叶鞘)的固氮酶活性.结果显示,4个品种甘蔗及接菌后各器官的固氮酶活性均在伸长初期或伸长盛期达到高峰,且以根和茎较高,叶、叶鞘次之;B1、B8根的接菌效果最佳,其固氮酶活性分别比对照增加13.22%和12.42%,而B1和ROC16茎的固氮酶活性分别比对照提高12.19%和12.02%,叶片提高了8%~9%,叶鞘的固氮酶活性变化最小;4个品种甘蔗固氮酶活性表现为B8>B1>ROC22>ROC16,且品种B8与ROC22和ROC16存在显著或极显著差异;相对于品种ROC22和ROC16,固氮菌R16SH对B1与B8的株高以及B1的茎径有更好的生长诱导效应,且在伸长期表现最明显.研究表明,甘蔗的固氮酶活性在品种、器官及生育期间均存在明显差异,接种固氮菌能不同程度提高各品种器官的固氮酶活性,且各品种根、茎以及B1和B8的叶片固氮酶活性显著或极显著差异增加;巴西固氮甘蔗品种表现出比广西主栽甘蔗品种更强的固氮酶活性,且对接种固氮菌反应更敏感.     

Phytotoxin resistance ofRhizobium meliloti mutants

The efficiency of twoRhizobium meliloti mutants for nodulation and nitrogen fixation (acetylene reduction) under three concentrations ofp-coumaric and ferulic acids, was evaluated using a sand-culture medium. The effect of the test concentrations of both acids on the growth of alfalfa was also determined. The results revealed that the test mutants showed considerable resistance to the higher concentration of the test phytotoxins in terms of nodulation and nitrogen fixation, whereas seedling growth was inhibited by increased phytotoxin concentrations. The possible advantages of mutants resistance to the phytotoxins under field conditions are briefly discussed.     

Nitrogen fixation associated with Suillus tomentosus tuberculate ectomycorrhizae on Pinus contorta var. latifolia

BACKGROUND AND AIMS: Tuberculate ectomycorrhizae are a unique form of ectomycorrhiza where densely packed clusters of mycorrhizal root tips are enveloped by a thick hyphal sheath to form a tubercle. The functional significance of such a unique structure has not previously been established. The purpose of the present study was to investigate and measure the potential nitrogenase activity associated with Suillus tomentosus/Pinus contorta tuberculate ectomycorrhizae in two stand ages, young and old, and across a range of nitrogen-poor soil conditions. METHODS: Short roots were compared with other mycorrhizae and non-mycorrhizal secondary roots using tuberculate ectomycorrhizae. Assessment of nitrogenase activity was determined and quantitative measurements were taken on tuberculate ectomycorrhizae in situ in a variety of different circumstances, by using an adaptation of the acetylene reduction assay. KEY RESULTS: Significant nitrogenase activity was measured associated with S. tomentosus/P. contorta tuberculate ectomycorrhizae whereas no nitrogenase activity was measured with non-tuberculate mycorrhizae or secondary roots without mycorrhizae. Average nitrogenase activity ranged from undetectable to 5696.7 nmol C2H4 g(-1) tubercle 24 h(-1). Maximum nitrogenase activity was 25,098.8 nmol C2H4 g(-1) tubercle 24 h(-1). Nitrogenase activity was significantly higher in young stands than in old stands of P. contorta. Season or some covariate also seemed to affect nitrogenase activity and there was suggestion of a site effect. CONCLUSIONS: Suillus tomentosus/P. contorta tuberculate ectomycorrhizae are sites of significant nitrogenase activity. The nitrogenase activity measured could be an important contribution to the nitrogen budget of P. contorta stands. Season and stand age affect levels of nitrogenase activity.     

DEPRESSION OF MASTIGOCLADUS LAMINOSUS (CYANOPHYTA) NITROGENASE ACTIVITY UNDER NORMAL SUNLIGHT INTENSITIES1

The effect of light intensity (PAR) on the nitrogenase activity of Mastigocladus laminosus Cohn was studied by the acetylene reduction technique. Benthic mat from a thermal stream, Hot River, in Yellowstone National Park was used in both experimental and in situ incubations. This hot spring maintained a mean pH of 7.0, was essentially isothermal (ca. 50°C), and had virtually no upstream to downstream physicochemical gradients (P > 0.05). Two surveys of the stream showed that nitrogenase of the M. laminosus mat was significantly more active (P > 0.02) under low light intensities than under high intensities, 252 and 712 μE · m^?2· s^?1, respectively. Maximum activity of Hot River Mastigocladus (268 nmol C₂H₄· mg Chl a^?1· h^?1) occurred at 50% full midday light intensities; the rates at low light (mean = 247 nmol C₂H₄· mg Chl a^?1· h^?1) were significantly (P > 0.001) greater than those at high light (mean = 106). The results indicate that M. laminosus nitrogenase activity is low light adapted and suggest that the temporal pattern for nitrogen fixation might be significantly different from that of thermophilic Calothrix.     

十二种地卷目地衣固氮活性的种间差异

地卷目地衣是对许多生态系统的氮素循环具有重要影响的固氮类群,但其固氮活性的种间差异研究甚少。将不同产地和不同馆藏时间的12种地卷目地衣于相同条件下培养,即：亚石胶衣Collema subflaccidum、亚黑胶衣C. subnigrescens、坚韧胶衣C. tenax、裸果猫耳衣Leptogium hildenbrandii、猫耳衣L. menziesii、柄猫耳衣L. pedicellatum、土星猫耳衣L. saturninum、黑猫耳衣L. trichophorum、犬地卷Peltigera canina、分指地卷P. didactyla、裂芽地卷P. praetextata和地卷P. rufescens。以乙炔还原法（acetylene reduction assay）于培养1d、10d和15d测定其固氮活性,结果显示所有地衣的固氮活性在培养10d与15d之间差异不显著,表明经过至多10d的培养后地衣固氮活性即可完全恢复;培养10d和15d的固氮活性平均值表现出显著的种间差异（P＜0.001）：黑猫耳衣Leptogium trichophorum固氮活性最高[（4.532±0.368）μmol C2H4/gdw·h],约为犬地卷Peltigera canina的2倍[（2.349±0.223）μmol C2H4/gdw·h];其他10种地衣固氮活性大致相近。显示地衣固氮作用的可塑性较大,是地衣具有较强适应能力的又一例证。