冰川及雪线后退对河流水生生物影响的研究进展

冰川影响下的河流形成了独特的冷水生态系统, 为水生生物提供了多样的栖息地。然而在全球气候变暖的背景下, 冰川和积雪不断退缩、甚至加速消融, 破坏了原有的水生生态系统。文章综述了国内外有关冰川积雪融水对河流水生生物及环境因子影响的研究现状, 探讨了冰川流域水生生物研究存在的问题及未来相关的方向。冰川积雪融水对河流水生生物的群落结构及遗传多样性产生了不同程度的影响。同时某些水生生物在形态、生活史和行为适应能力等方面也产生了抵抗极端环境的进化。笔者提出应重点关注水生生物对冰川和积雪退化的响应机制与变化趋势, 以期为冰川流域水生生物多样性及保护提供一定依据。     

冰川微生物菌群分布及多样性研究技术进展

冰川微生物蕴涵着生命进化历程的丰富信息,对冰川微生物的研究将为揭示遗传多样性、气候环境变迁及其对环境变化的响应机制等开辟新途径。阐述了冰川微生物的多样性和群落结构特征、影响其分布的生态因素,并进一步对冰川微生物研究所涉及的分子生物学方法进行了综述。     

冰川微生物菌群分布的研究概况及其前景

冰川中以耐冷的生物为主,形成一个以微生物为主要生命形式的相对简单的生态系统.冰川中的微生物包括病毒、细菌、放线菌、丝状真菌、酵母菌和藻类.其中一些病毒对人类健康具有潜在的危害性.着重论述了不同区域和不同海拔高度的冰川微生物类群和数量分布特征以及冰芯（深冰川）细菌菌群分布与气候环境的关系.综述结果表明：一些微生物类群广泛存在于各地的冰川上,具有全球分布特性;另一些类群只出现在个别冰川上,为一些地方性冰川微生物.随着海拔高度的增加,冰川上呈现出冰、雪冰和雪环境明显不同的生态条件;微生物类群分布也具有明显的差异性,与冰川上的生态条件和盛行的风向有关.优势类群对冰、雪冰和雪环境具有一定的指示意义.冰川微生物数量分布不仅受到冰川上的水热、光照和营养状况的影响,还与降雪的沉积作用有关.冰芯中的细菌数量与矿物微粒含量具有密切的对应关系.最后指出了冰川微生物研究在基因多样性、气候环境变化、生物地球化学循环、微生物对环境变化的响应机制和星际生命探索中的重要性及其生态学和社会经济意义.     

冰川微生物多样性研究进展

冰川微生物多样性的研究是丰富物种多样性、开发地球生物资源的重要途径与方式,也能为更加合理的解释冰川微生物与气候环境的关系提供依据。阐述了冰川微生物的分布,极地、海冰、大陆高山等地区冰川微生物多样性的研究进展,并介绍了研究方法、研究意义及前景展望。     

崇测冰帽不同的冰川样品可培养细菌群落结构差异北大核心CSCD

【目的】研究细菌群落组成在西昆仑崇测冰帽冰川雪样、冰碛物和土样中的差异。【方法】通过传统的纯培养和菌株16S r RNA基因序列鉴定,分析菌株在门水平和属水平的群落结构。【结果】冰川细菌由Actinobacteria、Firmicutes、Proteobacteria和Bacteroidetes 4个门组成。雪样以Proteobacteria为优势,而土样和冰碛物则以Actinobacteria为优势。在属的水平上,冰川土样中的优势属仅有Arthrobacter,雪样中的优势属主要有Methylobacterium、Modestobacter、Hymenobacter、Brevundimonas、Bacillus这5种。雪环境的细菌群落结构与冰碛物和土样的差异性较大,而冰碛物和土样之间的差异性不大。Skermanella可能为崇测冰帽所特有的细菌。【结论】初步说明了在冰川退缩的气候环境下,冰川雪样细菌多样性的脆弱性,以及冰川雪环境细菌资源保护的重要性。     

现代分子生物学技术在冰川微生物生态研究中的应用

研究冰川中微生物的多样性对于揭示环境气候变迁,研究生物进化,开发微生物资源具有重要意义,现代分子生物学的发展为研究冰川微生物的多样性提供了行之有效的方法.简要综述了16S rDNA文库构建、变性梯度凝胶电泳、限制性片段长度多态性和荧光原位杂交等技术的原理及在冰川微生物生态研究中的应用现状.     

1991-2017年叶尔羌河流域冰川景观格局时空演变

冰川景观变化是全球环境和气候变化的共同"指示器"。随着全球气候变化加剧,干旱和半干旱地区的冰川景观将进一步变化。科学评估冰川景观格局时空演变特征,为应对冰川景观变化及其影响提供科学参考。基于1991-2017年Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像,采用监督分类方法获取叶尔羌河流域冰川景观时空格局及变化数据,利用景观格局指数、质心迁移模型、分形维数等方法分析近26年叶尔羌河流域冰川景观格局时空演变特征。结果表明：（1）1991-2017年叶尔羌河流域冰川斑块面积呈消减趋势,但有所减缓,共减少799.50 km²（-13.09%）。冰川斑块面积消减主要集中在海拔5400-5800 m之间,相较之下,海拔4400 m以下的区域冰川斑块面积消减率最高,达63.68%;不同坡度冰川景观消减率存在差异,陡坡冰川斑块面积消减率最高（15.98%）,急陡坡消减率最低（2.87%）;阴阳两坡冰川景观均呈消减趋势,阳坡冰川斑块面积消减速率显著高于阴坡。（2）近26年来,叶尔羌河流域冰川斑块数量、最大斑块指数均减小,而平均形状指数、平均周长面积比、分裂指数均增加,表明冰川景观不断消减,破碎化程度增加。（3）研究期间,叶尔羌河流域冰川景观质心发生迁移,整体呈现东北偏移趋势。（4）通过分形理论对叶尔羌河流域冰川景观空间结构特征进行分析表明,该流域冰川景观消减率略微降低,但仍然处于持续消融状态。     

难忘的朗伊尔一号冰川

正2002年7月,受高登义先生的邀请,我参加了由中国科学探险协会组织、企业赞助的中国人首次北极建站科学考察。就在我们刚刚抵达朗伊尔的时候,我的视野就聚焦在朗伊尔附近的冰川上了。作为一个研究冰川与环境的科学工作者,青藏高原以及喜马拉雅山、唐古拉山、昆仑山、祁连山、横断山还有天山等国内的冰川都留下了我的足迹,我一直有一个愿望,     

古冰川是什么样的?——“天地生人”系列讲座(三)

在第一讲我们曾介绍,在庐山的古冰川问题上,一派认为有;另一派则认为无。争论的双方都有中国科学院的院士。所以我虽亲临现场,仍拿不定主意。１９９３年我有幸访问英国。当东道主征求我的意见时,我立刻提出：希望参观古冰川的遗迹。因为英国的古冰川已没有争议了。东...     

基于Illumina MiSeq测序技术对冰川棘豆(Oxytropis glacialis)不同组织内生菌多样性的研究

植物内生菌（Endophyte）在宿主植物组织中的分布规律是内生菌对外界适应的重要机制。基于Illumina MiSeq测序技术,对适应青藏高原极端环境的主要疯草植物-冰川棘豆叶和根组织中的内生菌16S rRNA、ITS rDNA进行高通量测序和生物信息学分析,通过明晰内生菌在冰川棘豆组织中的菌群结构、功能以及环境之间的关系,探讨了组织间内生菌的分布特征对冰川棘豆适应极端环境的可能影响。分析结果表明,冰川棘豆组织间共有菌属丰度占菌属总丰度90%以上,不同组织间形成了保守性内生细菌和特异性内生真菌共存的群落结构特点,植物组织结构和环境的影响可能为推动内生菌选择合适的组织生态位定植提供动力,其中土壤含水量显著影响内生细菌（R²=0.241,P=0.024）和内生真菌（R²=0.223,P=0.031）的组间Beta多样性,土壤pH值显著影响内生真菌（R²=0.571,P < 0.001）Alpha多样性丰富度指数,而环境因素对组织间存在显著差异的内生菌功能和营养型解释并不显著。综合认为,保守性与差异性的内生菌菌群结构和功能为植物不同组织适应极端环境提供帮助,这有利于冰川棘豆的生存与扩散。     

怎样认识古冰川?

我国西部地区,在雄伟壮丽的喜马拉雅山、唐古拉山、昆仑山、天山和祁连山等山脉中,峰岭白雪皑皑,终年不化,一条条晶莹闪亮的冰川,顺山谷向低处流伸。这就是现代冰川。那末,在地质时期有没有冰川呢? 什么是古冰川? 在地质历史上,多次出现过严寒的气候,同时在高山和高纬度地区的陆地上,普遍地发育过冰川,并作用于地面产生机械的变化,即冰川的侵蚀作用和堆积作     

冰期与生物迁移

在最近几年的报刊上,经常可以看到介绍冰川、冰期等文章。冰川、冰期的涵义是什么?冰期是否那么可怕?它们对生物的发展有何影响?它们究竟是怎样产生、发展、而最后又消失的?新的冰期是否快要来临?下面对这些问题谈谈我的一些粗浅看法。一、冰河与冰河时代冰河又叫冰川。在普通河流中流动的是水;而在冰河中流动的则是冰。这是冰河与普通河流的最重要     

冰川细菌冷杆菌属的多样性研究进展

冰川作为地球主要的冰冻圈环境之一,蕴藏着丰富的低温微生物资源。1976年,Inoue & Komagata从南极分离出一株嗜冷细菌,直到1997年,以这株嗜冷菌为模式物种,建立了冷杆菌属(Cryobacterium),同时该菌株被命名为嗜冷冷杆菌(Cryobacterium psychrophilum)。冷杆菌属物种主要分布于南北极、青藏高原冻土、冰川等低温环境,但与冰川等环境中其他常见类群相比丰度较低,属于稀有类群。目前,该属已有15个有效描述种,其中包含严格的嗜冷菌,但不同种对温度的耐受性有差异,因此是研究低温环境细菌进化和物种形成的良好材料。该属菌株可产生β-类胡萝卜素、低温酶等生物活性物质。本文综述了冷杆菌属的分布、生物学特征;通过对GenBank中冷杆菌属纯培养菌株的全基因组序列进行平均核酸序列一致性(average nucleotide identity,ANI)计算和聚类分析,明确其精确的分类地位,评估了该类群物种多样性;并讨论了冷杆菌在食品加工、医药卫生所需的生物活性物质的应用潜力。     

藏东南巴松错200年沉积过程及其对硅藻记录的影响

青藏高原东南部高寒山区广泛发育冰川湖泊,湖泊沉积过程同时受控于区域气候、流域水文、地质条件及湖泊形态特征。基于放射性210Pb/137Cs和14C定年法,对巴松错沉积物理(粒度、分选系数)和化学指标(TOC、TN、C/N)进行分析,发现18世纪末到19世纪末湖泊沉积过程显著变化,表现为迅速变缓趋势。通过分析区域树轮重建的气候序列(温度、降水及相对湿度)及冰川地貌调查资料,认为气候变化及流域冰川分布位置是影响该湖泊沉积过程的重要因素。小冰期末期冰川前缘靠近湖区,随后温度上升导致冰川融水激增、水动力加强,从而引起湖泊沉积粒度的粗化。随着冰川前缘不断后退,径流输送距离增长、沉积分选变好、粒度细化。此外,该地区活跃的地质活动也可能是湖泊沉积过程明显变化的重要诱因。湖泊沉积硅藻是研究气候环境变化的有力指标。过去200多年巴松错硅藻组合变化不明显(DCCA=0.47 SD),说明该地区气候环境变化未超过其生态阈值。通过与其他沉积指标进行对比分析发现,巴松错硅藻记录受到流域水文和湖泊沉积过程影响,主要表现为外源输入和/或湖岸浅水区来源的底栖属种在湖心沉积物中的相对丰度增加。1770-1901年总体上具有较低的Procruste残差,说明期间沉积硅藻和粒度具有较一致的波动过程,也说明了巴松错沉积硅藻记录对沉积过程的响应较为敏感。藏东南地区很多湖区均受到冰川和地质作用的强烈影响,因此在利用微体古生物手段对该地区湖泊进行气候变化研究时,建议考虑沉积过程的影响并进行多指标对比分析。     

三极冰川冰尘微生物及其介导的碳氮生物地球化学循环研究进展

冰尘是散落在冰川表面由矿物质、有机质和微生物组成的聚合体,其主要来源包括远源输送来的细粉尘和气溶胶组分、局地源的粗冰碛物及来自周围生态系统的土壤和植物碎屑等。冰尘对太阳辐射具有较强的吸收作用,可降低冰面反照率、促进冰川融化。冰尘也是迄今为止生物多样性最高的冰川表面微生物栖息地,生活着细菌、真菌、藻类等。冰尘微生物是冰川表面地球化学循环的主要驱动者,微生物分解转化冰尘内有机质,降低冰川表面反照率影响冰川物质平衡。基于冰尘的重要性,本文综述了南极、北极、青藏高原第三极冰川冰尘的物理和化学特征及其影响因素,冰尘微生物群落组成及其介导的碳氮生物地球化学循环过程,并展望了冰尘微生物研究的前景。     

天山乌鲁木齐河源一号冰川表面粉尘蓝细菌群落结构及其系统发育

【目的】揭示天山乌鲁木齐河源一号冰川表面粉尘中蓝细菌多样性、群落结构及其系统发育,为科学评价冰川表面及相关环境中功能微生物的地球化学循环作用提供参考依据。【方法】采用两对蓝细菌16S rRNA基因特异引物扩增并构建克隆文库,基于序列相似性归类OTU并统计多样性,代表OTU序列与NCBI、RDP数据库比对后构建系统发育树。【结果】天山一号冰川表面粉尘101个蓝细菌克隆序列基于97%的相似性被划分为12个OTU,shannon多样性指数为1.522,系统发育分析显示主要隶属于颤蓝细菌目(Oscillatoriales)和色球蓝细菌目(Chroococcales)。Oscillatoriales包括席蓝细菌属(Phormidium)、微鞘蓝细菌属(Microcoleus)、伪鱼腥蓝细菌属(Pseudanabaena)和颤蓝细菌属(Oscillatoria)4个属,其中Phormidium占绝对优势,68个克隆序列划分为4个OTU,其它3个属的序列较少。Chroococcales仅有1个克隆,与亚球形管胞蓝细菌(Chamaesiphon subglobosus)亲缘关系很近。此外,发现一号冰川表面粉尘的速效磷、速效钾含量是冰川退缩前沿50 m-500 m距离土壤的2-5倍,硝态氮达到10-20倍,有机质含量达到3-9倍,显著高于冰川前沿环境。【结论】天山一号冰川表面粉尘蓝细菌的多样性指数相对较高,以隶属于Phormidium属的成员占绝对优势,对其生态学作用需进一步深入探究。     

冰川棘豆(Oxytropis glacialis)根系土壤细菌多样性特征

冰川棘豆是青藏高原高寒草原和荒漠草原主要伴生毒草之一,对青藏高原草地退化及畜牧业的发展产生严重影响。对4种不同生态环境中冰川棘豆根系土壤细菌的16S rRNA进行高通量测序及生物信息学分析,结合土壤的理化性质,分析了不同生态环境下冰川棘豆根系土壤细菌群落多样性及其与土壤理化因子的关系,探讨了根系土壤细菌对冰川棘豆在高寒生态系统中形成优势种可能的影响。结果表明,在不同生态环境下冰川棘豆根系土壤细菌多样性丰富,且受土壤pH和有机物影响最大,同时,能够保持稳定的核心菌群网络,对冰川棘豆在高寒生态系统中形成优势种具有促进作用。     

北京猿人会用火吗?——“天地生人”系列讲座(二)

在上一讲,我们曾介绍,在中国东部的第四纪冰川问题上,中国的科学家分裂成两大派别：一派认为有,另一派则认为无。当然,实际情况还更复杂些。例如,认为无的那一派也承认,在中国东部的秦岭、长白山等海拔较高的地方,还是存在着第四纪冰川的。但他们不承认中国东部地...     

新疆玛纳斯河流域冰川生态系统服务功能价值评估

冰川在干旱区内陆河流域中具有极其重要的生态作用,为流域发展提供着巨大的服务功能.然而,在全球气候变暖的影响下,冰川退缩将导致冰川生态系统服务功能降低.应用GIS空间分析技术分析了玛纳斯河流域从1964年至2006年冰川面积变化,并评估其生态系统服务功能价值变化.结果表明,在全球变暖的影响下,流域冰川生态系统服务功能总价值急剧下降.流域冰川面积从1964年557.1km2退缩到2006年的464.1km2,面积减少了16.7%.冰川生态系统服务功能价值从1964年的1228.5×108元下降到2006年的960.1×108元.冰川退缩改变了流域的水资源分布特征,导致冰川生态系统服务功能价值下降.在未来的流域发展规划中,应高度重视冰川变化产生的生态效应.     

细菌与古菌之间的直接电子传递

冰川占地球陆地表面的11%,储存了约10⁴ Pg有机碳。随着冰川消融有机碳被释放至下游生态系统中,刺激海洋、湖泊和径流的初级生产力进而影响其生态系统。微生物参与的固碳过程决定了冰川有机碳储量及向下游输出碳量。研究冰川固碳微生物群落构成及其生态功能,可为估算冰川碳积累量和保护下游生态系统提供数据基础。本文综述了冰川碳储量和释放量、冰川生态系统主要固碳途径、固碳微生物群落组成、固碳速率以及影响固碳速率的环境因素。最后基于研究现状展望了冰川生态系统固碳微生物的未来研究和发展方向。