植物排放甲烷的研究进展

甲烷是一种重要的大气痕量气体,参与全球变暖和大气化学作用。传统上已知的甲烷生物排放源只有专性厌氧的原核生物即甲烷产生菌。然而近年来有研究发现,植物在好氧条件下能通过一种未知的机理排放甲烷,即非微生物机制产生甲烷。本文对植物排放甲烷的研究进展进行了综述,并提出了今后应加强研究的方面。     

植物释放甲烷研究进展

植物是否在有氧条件下自身产生甲烷、其产生机制和释放速率等问题目前还存在很大争议,如果确证植物在有氧条件下产生较大量的甲烷,就必须重新认识和计算全球甲烷的源汇及其收支平衡。已有研究表明,植物排放的甲烷有一部分是由土壤或木本植物的根和树干内部产甲烷微生物产生,再通过植物传输进入大气中的;植物本身产生甲烷的机制可能主要是在活性氧自由基的作用下,将植物细胞壁成分果胶、木质素等中的甲氧基转化为甲烷,这一过程受到高温、强光和UV辐射等环境胁迫的刺激。根据植物排放速率或大气甲烷浓度与碳同位素组成的实测值,对区域和全球植物源甲烷排放率做出的估算还存在相当大的不确定性,需要对更多植物和更多地点开展实测研究,深入了解植物产甲烷的机制和过程,并结合大气传输模型才能进一步提高估算准确性。     

陆生植物自身能否排放甲烷？

一般认为自然来源的甲烷是在厌氧环境下形成的,而最近研究却发现在有氧环境下植物自身也能释放甲烷,这将对全球甲烷收支产生重大影响。但这一发现目前还存在很大争议,一些研究证实植物在有氧环境下能排放甲烷,果胶、聚半乳糖醛酸等含甲氧基官能团的组分是植物产生甲烷的主要来源物质,甚至纤维素、木质素等植物结构组分也能排放甲烷;而另一些研究却发现植物并不能排放甲烷或者排放速率极小,而观测到的植物甲烷排放可能来自于土壤中,即溶解有甲烷的土壤水分被被植物吸收并通过蒸腾或蒸发作用而排放到大气中。有氧环境下植物排放甲烷的机制仍不清楚,光照、温度、紫外辐射、机械损伤等环境胁迫可能是导致植物排放甲烷的重要原因,但这些因素的影响作用仍存在很大的不确定性。即使如此,一些研究仍对全球或区域植物甲烷排放的通量进行了估算,估计全球植物甲烷排放通量为10-236Tg.a-1。未来研究应在更多地区针对不同生境的各种植物是否排放甲烷进行独立检验,并在此基础上探讨植物排放甲烷的机制。     

维管植物对自然湿地甲烷排放的影响

综合评述了维管植物在自然湿地甲烷产生、氧化、传输和排放过程中的作用。维管植物光合作用的产物是甲烷产生的主要碳源,植物根系的周转和碳物质的分泌为产甲烷细菌提供底物;维管植物根际氧化是甲烷氧化最主要的途径,在植物的生长期占到总氧化量的80%左右。植物传输O2的能力和根际O2的需求是影响根际氧化的主要因素;维管植物通气组织的传输促进了甲烷从土壤向大气的输送,但所采用的传输机制影响着气体的输送效率。此外,自然湿地甲烷排放的各个过程均受到维管植物形态和植被类型的影响。维管植物在甲烷排放中的作用可以部分解释自然湿地甲烷在排放的时间(季节性变化、日变化)和空间尺度上的差异。维管植物对于自然湿地甲烷排放具有指示意义,可以用于大尺度自然湿地甲烷排放量的估算。     

盐分对湿地甲烷排放影响的研究进展

当前在全球气候变化和人类活动双重作用下,湿地正在或者将要面临着显著的盐分变化形势,尤其是内陆和滨海咸化湿地。湿地是大气甲烷的重要排放源。甲烷排放是甲烷产生、氧化和传输过程综合作用的结果。盐分变化将影响湿地水-土环境,降低植物群落初级生产力和有机物积累速率,改变微生物主导的有机物矿化速率和途径等,进而改变湿地生态系统的结构和功能,影响湿地甲烷产生、氧化、传输和排放系列过程。本文综述了盐分(浓度与组成)对湿地甲烷产生与排放的影响结果,从底物供给、微生物(产甲烷菌和甲烷氧化菌等)数量、活性与群落组成、酶活性、植物、电子受体、p H和氧化还原电位等几个关键方面分析了盐分影响湿地甲烷排放过程的内在机制。在此基础上提出了今后需重点关注的5个方面:1)加强盐分浓度与组成对湿地甲烷产生、氧化、传输与排放影响的系统性、框架性研究;2)深入探讨盐分背景、变化幅度与速率的耦合如何影响湿地甲烷系列过程;3)不同离子组成及其交互效应如何影响湿地甲烷动态过程;4)结合生物学、基因组学及同位素技术等,加强湿地产甲烷菌与甲烷氧化菌与盐分的关系及其响应研究;5)湿地甲烷对盐分变化响应的时空分异规律。     

多年冻土退化对湿地甲烷排放的影响研究进展

全球气候变暖导致北半球大部分多年冻土区的冻土已经开始退化。多年冻土退化对冻土区湿地CH₄排放产生重要影响,可能直接决定冻土区湿地对全球气候变暖的反馈方式。综述了近年来多年冻土退化对湿地CH₄排放影响的研究。多年冻土退化导致的土壤活动层深度增加和植被类型由中生向湿生的转变都可能会大大增加冻土区湿地CH₄排放量,从而可能对全球气候变暖产生正反馈作用。但多年冻土退化导致的水文条件变化、土壤温度变化和微生物组成及活性变化对湿地CH₄排放的影响却存在一定的不确定性。多年冻土退化除了影响湿地CH₄排放量之外,还可能通过改变土壤冻融过程而影响湿地CH₄排放的季节分配模式。最后提出目前研究中存在的问题,并对未来研究方向进行了展望。     

植物多样性对人工湿地微宇宙甲烷排放的影响

为了研究人工湿地处理污水过程中减少甲烷(CH_4)排放的可能性,本研究利用细砂基质微宇宙系统控制实验,分析了植物物种丰富度和物种特性对系统甲烷排放、氮去除及相关功能的影响。实验选择喜湿植物羊蹄(Rumex japonicus)、水芹(Oenanthe javanica)和虉草(Phalaris arundinacea)3个种,设置每个种的单种及3个种混种处理,以细砂(粒径为0.25~1 mm)作为栽培基质,供给模拟污水。结果表明:物种丰富度增加了CH_4排放(P0.05),但没有超排放效应;物种丰富度对氮去除无显著影响(P0.05);物种特性是CH_4排放和氮去除的主要驱动者,其作用超过了物种丰富度;虉草单种系统的CH_4排放量最低,且氮去除能力最高(P0.05)。本实验表明,选择合适的单种(虉草)系统比提高物种丰富度更利于CH_4减排和执行人工湿地氮去除功能。结果可为人工湿地物种选择及多样性配置提供参考。     

大型丝状藻类对城市河流甲烷排放的影响研究进展

温室气体排放导致的全球变暖受到广泛关注.近期研究发现,经由河流系统排放的二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）可部分抵消陆地生态系统的碳固定量,从而使人们开始重新思考河流对于全球碳平衡和温室气体排放清单的影响.作为城市河流系统中重要的初级生产者,大型丝状藻类通过改变水-沉积物界面物理、化学以及生物等环境因子,深刻影响着河流生态系统的碳循环过程.本文从3个方面阐述大型丝状藻类对于城市河流中CH₄排放的影响:城市化对河流生态系统及其CH₄排放通量的影响;大型丝状藻类对自然河流系统中CH₄产生与排放过程的影响;大型丝状藻类对城市河流系统初级生产力及CH₄产生过程的影响.最后对目前存在的问题和今后的研究方向进行了展望.     

植物对羰基化合物的排放与吸收研究进展

综述了植物排放、吸收羰基化合物的研究成果,讨论了植物与大气之间羰基化合物的交换补偿点问题.气孔和角质层的吸收是醛类被植物净化的重要途径.羰基化合物进入植物叶片后,在叶片体内酶的作用下绝大部分被代谢为有机酸、糖类、氨基酸、二氧化碳等产物.根据补偿点及周围大气中羰基化合物的浓度可初步推断出植物与大气之间羰基化合物的交换方向.简要叙述了目前植物排放羰基化合物以及植物叶片中羰基化合物的分析方法,如DNPH/HPLC/UV和PFPH/GC/MS法.最后指出未来的研究热点为:改进和优化植物排放羰基化合物的分析方法和研究体系(如植物-土壤体系)、扩大植物排放羰基化合物的检测种类范围、筛选净化污染能力强的植物物种,以及推广植物修复大气污染技术.     

中国陆地自然植物有氧甲烷排放空间分布模拟及其气候效应

区域尺度陆地植物有氧条件下排放甲烷及其气候效应研究不仅对甲烷收支平衡研究具有重要意义,对于全球变化研究也具有重要推动作用。通过改进Keppler提出的公式,模拟了中国区域植物有氧甲烷排放的时空分布。利用IBIS模拟的NPP数据结合相关文献统计生物量与NPP的比值,计算得到中国区域自然植物叶片生物量,以及叶片甲烷排放。结果显示,2001年至2012年中国植物生物量与植物叶片甲烷排放量在Sres A2和Sres B1两种情景下差异不明显;但是气候变化模式差异的影响会随着时间的推移而扩大。在Sres A2情景下,中国地区年均植物生物量为10803.22Tg C,叶片生物量为1156.15Tg C。如果不考虑天气对光照的影响,植物叶片甲烷排放年均2.69Tg,约是全国年甲烷排放总量7.01%,是中国稻田甲烷排放总量的29.05%。在各植被类型中,草地叶片甲烷排放量最高,达到47.53%,其次是混交林。森林(针叶林、阔叶林、混交林)是主要的植物甲烷排放源,占中国区域植物甲烷排放总量的51.28%,其次是草地,占47.47%。中国区域植物叶片甲烷排放南高北低,东高西低的分布状态主要由地表植被覆盖类型决定,光照和温度也是重要影响因素。对Sres A2和Sres B1两种气候情景下中国植物甲烷排放预测分析,中国区域植物甲烷排放不断增加,在Sres A2情景下不同时期的平均增长率为9.73%,高于Sres B1情景的5.17%,且两种情景下的增长率都在降低。21世纪Sres A2和Sres B1变化情景下,年均植物排放的甲烷CO_2当量分别为83.18Tg和77.34Tg,约占中国年均CO_2排放总量的1.39%和1.29%。     

甲烷单加氧酶的研究进展

甲烷氧化细菌在转化甲烷制造新型燃料、单细胞蛋白和新功能酶生产、污水处理等方面有着潜在的应用前景,因此,甲烷单加氧酶作为其代谢过程中重要的酶系也受到人们的广泛关注。我们简要综述了近年来对甲烷单加氧酶的性质、结构、催化机理等方面的研究,特别是对颗粒性甲皖单加氧酶的相关性质进行了详细的阐述。     

抑菌植物资源的研究进展

综述国内外对抑茵植物资源的研究概况,植物中存在的主要抑菌活性成分及作用机理,抑茵植物筛选及检测方法,并对问题进行总结及前景展望.     

植物甜菜素研究进展

植物花色素的研究已经非常广泛和深入,但是甜菜素作为类似花色素的一种重要的植物次生代谢物质还不被人们所熟悉。为了增加人们对甜菜素的了解,本文结合国内外研究的最新进展,从种类与化学结构、提纯与鉴定、稳定性及影响因素、合成途径、生物功能和应用价值等方面对甜菜素进行了介绍,重点比较分析了甜菜素和花色素结构和合成途径的不同与联系,并对当前甜菜素研究的热点领域和亟待解决的问题进行了展望。     

植物甜菜素研究进展

植物花色素的研究已经非常广泛和深入, 但是甜菜素作为类似花色素的一种重要的植物次生代谢物质还不被人们所熟悉。为了增加人们对甜菜素的了解, 本文结合国内外研究的最新进展, 从种类与化学结构、提纯与鉴定、稳定性及影响因素、合成途径、生物功能和应用价值等方面对甜菜素进行了介绍, 重点比较分析了甜菜素和花色素结构和合成途径的不同与联系, 并对当前甜菜素研究的热点领域和亟待解决的问题进行了展望。     

植物间挥发物信号的研究进展

植物VOCs信号是植物间进行信息交流的“语言”, 可由多种生物和非生物因素诱导产生。非寄生植物释放的VOCs信号可影响其所在群落中其它植物的种子萌发与幼苗生长; 而寄主植物释放的VOCs信号却是诱导寄生植物种子萌发和幼苗生长的信号物质。VOCs作为植物间的伤害信息可以诱导临近的同种或异种植物做好防御准备, 从而通过主动或间接防御以减少外界的伤害。植物间通过VOCs信号进行信息交流, 从而实现其繁衍与防御。该文通过对VOCs信号的种类、诱导产生因素、传递及作用进行综述, 以期对VOCs信号的研究有所帮助。     

具有降血糖作用植物的研究进展

本文概述了近二十年国内外报道的具有降血糖作用植物药的研究进展。     

植物间挥发物信号的研究进展

植物VOCs信号是植物间进行信息交流的"语言",可由多种生物和非生物因素诱导产生。非寄生植物释放的VOCs信号可影响其所在群落中其它植物的种子萌发与幼苗生长;而寄主植物释放的VOCs信号却是诱导寄生植物种子萌发和幼苗生长的信号物质。VOCs作为植物间的伤害信息可以诱导临近的同种或异种植物做好防御准备,从而通过主动或间接防御以减少外界的伤害。植物间通过VOCs信号进行信息交流,从而实现其繁衍与防御。该文通过对VOCs信号的种类、诱导产生因素、传递及作用进行综述,以期对VOCs信号的研究有所帮助。     

Methane Emission by Camelids

Methane emissions from ruminant livestock have been intensively studied in order to reduce contribution to the greenhouse effect. Ruminants were found to produce more enteric methane than other mammalian herbivores. As camelids share some features of their digestive anatomy and physiology with ruminants, it has been proposed that they produce similar amounts of methane per unit of body mass. This is of special relevance for countrywide greenhouse gas budgets of countries that harbor large populations of camelids like Australia. However, hardly any quantitative methane emission measurements have been performed in camelids. In order to fill this gap, we carried out respiration chamber measurements with three camelid species (Vicugna pacos, Lama glama, Camelus bactrianus; n = 16 in total), all kept on a diet consisting of food produced from alfalfa only. The camelids produced less methane expressed on the basis of body mass (0.32±0.11 L kg⁻¹ d⁻¹) when compared to literature data on domestic ruminants fed on roughage diets (0.58±0.16 L kg⁻¹ d⁻¹). However, there was no significant difference between the two suborders when methane emission was expressed on the basis of digestible neutral detergent fiber intake (92.7±33.9 L kg⁻¹ in camelids vs. 86.2±12.1 L kg⁻¹ in ruminants). This implies that the pathways of methanogenesis forming part of the microbial digestion of fiber in the foregut are similar between the groups, and that the lower methane emission of camelids can be explained by their generally lower relative food intake. Our results suggest that the methane emission of Australia''s feral camels corresponds only to 1 to 2% of the methane amount produced by the countries'' domestic ruminants and that calculations of greenhouse gas budgets of countries with large camelid populations based on equations developed for ruminants are generally overestimating the actual levels.     

植物MAP激酶级联途径研究进展

MAP激酶(促分裂原活化蛋白激酶)级联途径可以将不同的细胞膜感受器与细胞应答联系起来,响应各种生物以及非生物胁迫,在植物激素信号以及细胞分裂和发育过程中发挥着重要的作用.为有效地传递各种特异信号,MAP激酶级联相互交叉形成复杂的信号传递网络.近年来,随着功能获得型突变体、功能缺失型突变体的获得以及其它一些新技术的应用,进一步阐明了MAP激酶级联途径在信号传导过程中的功能和作用.本文主要对植物MAPK级联途径在信号传导过程中交叉串通以及复杂性的最新研究结果进行综述.     

植物DREPP基因家族研究进展

发育调节质膜多肽(DREPP)蛋白是一类与质膜相关的植物特异性蛋白, 具有结合磷脂酰肌醇磷酸(PtdInsP_s)、Ca ²⁺/钙调蛋白(CaM)复合物、微管和微丝等多种功能, 在植物生长发育与逆境(低温和干旱等)应答过程中发挥重要作用。该文综述了植物DREPP家族成员的组成、蛋白质序列特征及其在发育与逆境应答过程中的生物学功能, 以期为深入认识DREPP参与的信号调控网络提供帮助。