生态系统生态学研究的关键问题及趋势——从“整体论与还原论的争论”看

在生态学领域中,存在着生态系统整体论与还原论的争论。Tansley A.G.提出,生态系统是"准有机体"。Odum兄弟提出的"生态系统能量说"被广泛接受,但也受到质疑,称其为"还原论者的整体论"。基于对上述质疑的回应以及对生态系统整体论的追求,Patten B.C.等提出"生态网络理论",运用"网络‘环境子’分析"方法,试图从物理层面分析解决生物层面的"涌现性"问题。不过,这一理论也受到批判,认为其在探究符号化的现象对生态系统的动态影响时,陷入了还原论困境。Jrgensen S.E.等更进一步,提出"系统论"的生态系统生态学,试图从系统科学的角度研究生态系统的"物质-能量-信息-网络"系统。这一理论受到生态学界高度重视,但是也存在着在具体研究过程中如何平衡能量视角和生物地球化学视角的问题。由上述争论可见,生态系统生态学研究的趋势是从"物质实体"到"能量流动",再到"网络信息",最后到"开放系统"层层递进。目前面临的关键问题是:如何在更好地定义生态系统整体性的基础上,采取相应的能够体现生态系统整体性的方法,去获得更多、更好的生态系统整体性的认识。     

亚热带城市河流底栖动物完整性评价——以流溪河为例

根据2016年前、后汛期及枯水期流溪河14个断面底栖动物群落组成数据(4门8纲22目52科94属103种),采用底栖动物完整性指数(B-IBI),首次对亚热带地区河流进行健康评价。经筛选(32个候选指标),流溪河B-IBI体系由5个核心指标(总生物量,敏感类群个体%,EPT、摇蚊和耐污类群单元数)组成,评价标准为:健康3.24,亚健康3.24—2.43,一般2.43—1.62,差1.62—0.81,极差0.81,评价结果为:健康位点数占14.3%、亚健康50.0%、一般21.4%、差14.3%、无极差。总体上,B-IBI值反映流溪河上游健康状况较好,以EPT分类单元数和敏感类群个体%贡献最高,下游健康状况恶化,以耐污类群单元数贡献最高。此外,上游支流健康状况要优于上游干流,而下游则情况相反。相关性分析显示,B-IBI值与溶解氧呈极显著正相关(P0.01),与电导率、氨氮、总氮和总磷呈显著负相关(P0.05),反映流溪河当前健康水平受水体污染影响严重。核心指标与环境因子间CCA分析显示,前2主轴对环境因子解释度达68.1%,且对上、下游及干、支流有明显的梯度划分,说明所建B-IBI在流溪河有较高适用性。对比不同温度带研究结果发现,B-IBI体系受人为干扰和水体污染影响更加明显,体现其评价功能不受地理区域影响。     

陆地生态系统水分利用效率对气候变化的响应研究进展

气候变化显著影响陆地生态系统生产力以及水分利用格局,而水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是衡量生态系统碳水耦合关系的重要指标之一。研究陆地生态系统水分利用效率对气候变化的响应,有助于深入理解生态系统的变化规律,模拟和预测生态系统碳水过程的发展状况,从而为应对全球气候变化提供新的依据。为了更好地掌握生态系统水分利用效率研究现状以及其对温度、CO2等关键气候因子的响应情况,本文总结了陆地生态系统水分利用效率对气候变化响应的最新研究进展。首先介绍了相关的定义并归纳了两种不同计算方式的差异和特点;接着重点总结了陆地生态系统水分利用效率对大气温度、CO2、水分、干旱以及太阳辐射等影响因素的响应;最后文章总结了目前3个相关的研究态势,主要包括:(1)长时间序列水分利用效率与气候要素的关系研究;(2)土地利用/覆被变化对水分利用效率的影响及其对气候的反馈研究;(3)多尺度水分利用效率综合研究。本研究可为深入研究生态系统过程对气候变化的响应提供参考。     

植物核DNA含量在全球尺度上的纬度变异式样及其气候适应意义——以菊科植物为例

核DNA含量是重要的生物学概念,涉及DNA C-值和基因组大小。前人有关植物核DNA含量在纬度梯度上的变异规律存在着矛盾的报道,而且多数将核DNA含量与纬度、海拔、气候等因素之间的关系描述成线性关系。核DNA含量是否具有环境适应上的意义,也还存在争议。先前有关核DNA含量与环境因素间关系的矛盾性报道可能与取样过小、地理范围过窄、研究对象遗传背景差异过大有关。如果对一个遗传背景相近的类群在全球范围内进行取样,核DNA含量会呈现有规律的纬度梯度变化,可能与大的气候因素之间存在非线性关系。菊科(Asteraceae)是被子植物的最大科,是一个广泛认可的自然分类群。为揭示全球空间尺度上植物核DNA含量在纬度梯度上的变异规律,以及这种变异是否具有环境适应意义,以菊科为对象开展了核DNA含量与纬度、生物气候因素关系的统计分析。从"植物DNA C-值数据库"检索到822种菊科植物的核DNA含量数据;在全球范围内,沿经度方向上设立10条样带,每条样带横跨15个经度,每条样带又均分成22个样块,每个样块纵跨7.5个纬度;其次,从"世界气候数据网站"下载1950—2000年时间段14个生物气候因子数据,应用Arc GIS 9.3获得每个样块14个生物气候因子的平均值;根据"全球生物多样性信息网站"记录,计算每个样块菊科植物平均的核DNA含量数据。为避免气候变量之间的多重共线性对数据分析的影响,应用主成分分析对数据进行了降维,发现最冷季度平均温度、最干季度雨量分别是第一、二主成分上荷载最大的因子,去除与它们相关性在-0.7至+0.7之间的其他气候因子后获得了最冷季度平均温度、最干季度雨量和最湿月份雨量三个变量用于进一步数据分析。结果发现,菊科植物在全球10个样带上的核DNA含量与纬度关系密切,与最冷季度平均温度、最干季度雨量和最湿月份雨量呈现极显著的单峰型的非线性关系,可以用二项式进行拟合。因此,全球空间尺度上植物核DNA含量沿着纬度梯度有规律性的非线性变化,这种变化具有很强的气候适应意义。     

鸟粪对同里湿地公园土壤重金属及其形态的影响

为了解鸟粪对同里湿地公园土壤重金属全量及形态转化的影响,测定了公园内有鸟粪土壤、无鸟粪土壤、鸟粪沉积物的理化性质,Co、Cr、Cu、Ni、Zn全量及其形态分布,并进行统计分析。结果显示:同里湿地公园土壤及沉积物p H值平均含量达4.5,N、C、H、S和TP平均含量分别达到3.69、38.07、10.97、0.52、1.43g/kg,有鸟粪土壤中N、C、H和S含量显著高于无鸟粪土壤。Cu、Zn、Co平均含量呈现出鸟粪沉积物有鸟粪土壤无鸟粪土壤;Cr的平均含量表现为鸟粪沉积物无鸟粪土壤有鸟粪土壤;Ni呈现出有鸟粪土壤鸟粪沉积物无鸟粪土壤。总体上,鸟粪的进入增加了土壤Cu、Zn、Co、Ni含量。因此应及时清理土壤上覆鸟粪,降低对当地重金属污染风险。相对于无鸟粪土壤中不同重金属形态的分布,有鸟粪土壤中Co、Cr、Cu、Zn的活性态占全量的百分比均略有下降,非活性态呈上升趋势。鸟粪的加入,虽然会在一定程度上降低活性态重金属占总量的比例,但因总量和活性态含量均上升,向植物系统的迁移量会呈现增加趋势,因此对鸟粪施肥再利用应慎重。     

柴油降解基因工程菌的构建及降解特性

【目的】构建柴油降解基因工程菌,提高柴油降解速率,研究p450基因在柴油降解过程中的作用。【方法】将Alcanivorax borkumensis SK2的p450基因合成后,连接至烷烃响应表达载体p Com8中,构建该基因的表达载体p450-SK2/p Com8,并将其转入大肠杆菌DH5α中,通过SDS-PAGE检测该基因在大肠杆菌DH5α中的表达,并将重组质粒p450-SK2/p Com8转入柴油降解菌Acinetobacter sp.Y9中,构建基因工程菌p450-SK2/Y9,研究工程菌p450-SK2/Y9对柴油的降解特性及p450基因在构建的工程菌p450-SK2/Y9中的表达。【结果】PCR、酶切及测序结果表明重组质粒p450-SK2/p Com8构建正确。当柴油诱导浓度大于1%时,目的基因在大肠杆菌DH5α中的蛋白表达量较大,且随着诱导时间的延长而呈增加趋势。通过PCR检测构建的基因工程菌p450-SK2/Y9中的p450基因表明,工程菌构建正确,利用单菌株降解柴油时,宿主菌Y9与工程菌p450-SK2/Y9的柴油降解效率未见明显差异,但工程菌p450-SK2/Y9在构建的菌群中对柴油降解的促进效果明显。SDS-PAGE结果表明,p450基因在构建的工程菌p450-SK2/Y9中能得到准确表达,在混合菌中的表达量高于单菌株。【结论】柴油降解基因工程菌在混合菌群中对柴油降解具有促进作用,而在单菌株情况下未见促进作用,且p450基因的蛋白表达在混合菌中也高于单菌株,这对于提高柴油的降解速率及研究p450基因在柴油降解过程中的作用机理具有一定意义。     

高产信号分子AI-2乳酸菌的筛选及其Pfs基因的克隆和表达

【目的】从锡盟地区酸马奶酒分离的乳酸菌中筛选出高产信号分子自体诱导物2(Autoinducer-2,AI-2)的乳酸菌,通过优化其重组蛋白Pfs的诱导条件体外合成信号分子AI-2。【方法】利用生物学发光法对不同乳酸菌产信号分子AI-2的产量进行比较,以高产信号分子AI-2乳酸菌基因组DNA为模板,扩增其S-腺苷高半胱氨酸核苷酶(S-adenosylhomocysteine nucleosidase,Pfs)基因,构建原核表达载体。利用异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)进行重组蛋白的诱导表达,通过优化培养基、诱导温度、诱导前菌体密度、IPTG浓度以及诱导时间得到高表达的Pfs蛋白,使其与底物作用最终体外合成信号分子AI-2。【结果】10株乳酸菌均可产信号分子AI-2,其中屎肠球菌8-3分泌信号分子AI-2的产量明显高于其他菌株;重组蛋白的最佳诱导条件为:选取SOC(Super optimal broth with catabolite repression)作为诱导表达培养基,菌液OD600为0.5–0.7时加入终浓度为0.1 mmol/L的IPTG,37°C诱导12 h;利用最优诱导条件获得了浓度为4.08 g/L的纯化Pfs蛋白,体外合成了信号分子AI-2。【结论】酸马奶酒中分离出的10株乳酸菌均可产生信号分子AI-2,且屎肠球菌8-3可通过Pfs基因的作用生成信号分子AI-2。     

太湖水污染防治计划实施效率评估

数据包络分析方法是评价非赢利组织绩效的有效方法之一。研究采用数据包络分析,从绩效审计的观点探讨沿太湖6市环境保护局（以下简称环保局）2001～2005年执行太湖水污染防治“十五”规划的相对效率。结果表明：从技术效率来看,40％的决策单位为相对有效率;对于规模效率,有36．7％的决策单元为相对有效率,各环保局的效率不能令人满意。外部影响因素分析结果表明,人口和经济发展水平对环保局的总技术效率不具有明显影响,而企业数与环保局的整体技术效率具有显著差异性。在此基础上提出了促进环保局效率的对策建议。     

基于生物物理视角的城市生态竞争力

研究城市的生命支持系统、系统解析城市运行的生物物理代谢过程是深入揭示现代城市"病"产生机理与作用规律的新视角.借助生态能量学方法之一 --能值方法对城市生态经济系统进行了系统分析,并构建了综合性城市生态竞争力指数UECCI,将之应用于北京、上海和广州3个案例城市1990年到2005年的评价中.同时,引入并整合台北(1991和1998年)和澳门(1990、1993、1995、1997、2000、2003和2004年)的能值分析结果进行参照对比.结果显示:研究期内3个案例城市生态经济系统的演化趋势呈现很好的一致性,但广州的UECCI一直高于北京和上海,广州城市生态经济系统在可持续发展的长远尺度上似乎更具有生态竞争力;与台北与澳门的进一步比较发现,尽管中国大陆城市经济发展程度不及台北与澳门,其UECCI总体上却高于台北和澳门.     

呼肠病毒BYD株吸附蛋白σ1的原核表达及其抗原性鉴定

将呼肠病毒BYD株S1片段编码的细胞吸附蛋白基因连接至pET-28a( ),构建表达载体pET-28a( )-S1,转化表达宿主菌E.coli BL21(DE3),分析表达载体能否表达预期大小的重组σ1,并进一步鉴定重组σ1的抗原性。SDS-PAGE实验表明,经IPTG诱导后,表达载体能表达53kD左右蛋白质,与重组σ1的预期大小相符;免疫印迹分析表明重组σ1有较好的抗原性和特异性,可用于呼肠病毒诊断试剂的制备。