降水和氮沉降增加对草地土壤微生物与酶活性的影响研究进展

降雨格局改变和区域氮沉降增加是近年来全球变化研究中的热点问题,而草地生态系统分布十分广泛,且大多位于生态脆弱带,易受到全球变化的干扰而失衡。土壤微生物及土壤酶活性是自然生态系统中土壤质量变化的敏感性指标,微生物与酶活性的变化可用来监测水、氮变化大背景下草地生态系统结构和功能的改变。基于此,综述了降雨格局改变和氮沉降增加及其双因子交互作用对草地土壤系统中微生物数量、微生物生物量、微生物多样性与酶活性变化影响的相关研究进展,为更好地预测评估并最终调控和保持草地生态系统稳定性提供科学依据,同时分析阐述了当前工作中存在的一些问题与不足,并对未来研究所面临的关键科学问题进行了探讨和展望。     

东北春大豆种质资源表型分析及综合评价

种质资源是大豆遗传育种和解析复杂数量性状的基础,通过对种质资源的评价,可指导育种实践中优异互补亲本的选择,提高优异基因交流累加和新品种培育的效率。本研究选用来自东北三省一区1923-2010年间选育的340份春大豆种质资源,通过在牡丹江地区对12个表型性状的2年综合鉴定,评价品种群体遗传变异特点和筛选优异种质资源,结果表明:(1)春大豆种质资源表型变异丰富。除生育期年份间差异不显著外,其他性状品种间和年份间均呈显著的差异,且2年变化趋势相同。有效分枝数变异幅度最大,其次是主茎荚数、单株粒重和株高,这些性状选择潜力较大,品质性状的变异幅度较小,选择潜力有限;(2)表型性状特征频率分布均符合正态分布。受育成单位纬度和育种目标的影响,生育期呈现北早南晚,北部育成品种营养体较小、植株矮小、节数相对较少、脂肪含量较高,南部育成品种营养体较大、植株高大、单株有效节数多且主茎单节最多荚数多,部分品种蛋白质含量相对较高;(3)采用主成分分析方法综合评价表明,吉育71的ZF值最高,综合性状表现最好,表型性状与ZF值相关分析结果显示,生育期、株高、主茎节数、地上部生物产量、收获指数、主茎荚数和主茎单节最多荚数等7个表型性状可作为春大豆种质资源综合评价指标。在大豆育种中应重视利用具有丰富遗传多样性的基因资源,在亲本选配时适当选择综合性状优良、育种性状优势互补的种质。     

应用SRAP标记绘制88份南瓜属种质资源DNA指纹图谱

为了给南瓜属种质资源鉴定和分类提供分子生物学依据,本研究采用SRAP分子标记技术与DNAMAN指纹图谱绘制软件对88份南瓜属种质资源(包含美洲南瓜、中国南瓜、印度南瓜)进行分子指纹图谱绘制。结果表明:35对SRAP多态性引物共扩增出499条清晰条带,其中多态性条带438条,多态性条带比率高达87.8%。根据扩增出的条带成功绘制出88份南瓜属种质资源的DNA指纹图谱,每一份种质都具有其独特的分子身份证,使得每份种质均可被区别开来。其中,多态性最好的引物是E5EM8,可以同时绘制72份南瓜属种质资源的指纹图谱。所有供试材料用5对多态性SRAP引物即可全部区别开来。研究表明,SRAP分子标记技术可成功地绘制南瓜属种质资源DNA指纹图谱。本研究对南瓜属种质资源鉴别、分子数据库构建及品种权保护具有较重要的意义。     

花生萌发期耐盐性综合评价及耐盐种质筛选

为了解江苏花生种质资源的耐盐性,挖掘耐盐种质资源,本试验对47份花生种质材料进行耐盐性综合评价,以发芽势、发芽指数、活力指数、发芽率、鲜重、相对含水量、干重的相对值为鉴定指标,采用主成分分析、隶属函数法以及聚类分析方法,对其进行萌发期耐盐性综合评价及耐盐种质筛选。结果表明,花生种质材料萌发期的耐盐性强弱判定结果受多个指标影响,相对含水量和鲜重可以作为花生种质萌发期耐盐性的最佳鉴定指标,5 g/L Na Cl溶液可以作为花生萌发期耐盐性鉴定的合适浓度,47份花生材料划为5个耐盐级别,筛选出JP42、JP29、JP23、JP43、JP35、JP4等6份耐盐性强的种质,JP27和JP98为高度敏感材料,隶属函数法结合耐盐分级可以作为一种简便快速鉴定花生萌发期耐盐性的方法。     

基于高通量测序的极小种群野生植物长梗杜鹃转录组分析

为加强特有濒危植物长梗杜鹃资源的评价、保护和鉴定工作,及为今后遗传育种和改善其农艺性状提供有益参考。本研究采用新一代高通量测序平台Illumina HiSeq 4000对其转录组测序,得到的数据过滤后进行de novo组装并聚类去冗余,获得74 092个Unigenes,平均长度、N₅₀、Q₂₀、Q₃₀以及GC含量分别为938 nt、1 616 nt、98.22%、95.20%和43.24%,其中1 Kb以上的Unigenes有23 879条。通过与七大功能数据库比对,分别有39 876（NR：53.82%）、38 065（NT：51.38%）、27 384（Swissprot：36.96%）、16 099（COG：21.73%）、30 401（KEGG：41.03%）、17 518（GO：23.64%）以及29 676（Interpro：40.05%）条Unigenes获得功能注释。长梗杜鹃转录组中的Unigenes根据GO功能大致可分为生物学过程、细胞组分和分子功能3大类56亚类,其中执行生物学过程的基因最多,占41.53%;与COG数据库比对,根据其功能大致可分为25类;以KEGG数据库为参考,可归为6个代谢通路大类、32类代谢途径,并发掘出176条与人类疾病相关的Unigenes,包括内分泌及代谢疾病（167条）和抗药性（9条）。根据注释结果共检测出39 418个CDS,未注释上的Unigenes使用ESTScan预测后获得3 194个CDS。同时,预出到1 488个编码TF的Unigenes,以及检测到57 927个SNP多态位点。该转录组分析为今后长梗杜鹃乃至杜鹃属植物功能基因挖掘与利用、基因克隆、抗性机理分析、遗传资源分类和进化、分子标记开发以及分子辅助育种等研究提供了基础数据和重要参考。     

降水和氮沉降增加对草地土壤酶活性的影响

为探究降水和氮沉降增加对草地生态系统土壤酶活性的影响,于2014年生长季在内蒙古温带典型羊草草原开展了野外原位控制实验。试验共设置降水(对照,W0,自然降水;W15,增加15%的年均降水量)、施氮(对照,CK,0 kg N hm~(-2)a~(-1);低氮,LN,25 kg N hm~(-2)a~(-1);中氮,MN,50 kg N hm~(-2)a~(-1);高氮,HN,100 kg N hm~(-2)a~(-1))及其交互作用等8个不同的处理水平来模拟降水和氮沉降增加的全球变化情景,分别定量探讨了不同水、氮添加条件下草地表层土壤中与氮循环相关的蛋白酶,脲酶,硝酸还原酶,亚硝酸还原酶活性的月动态变化及其与土壤理化性质之间的相关性。研究结果表明:在自然降水条件下,不同施氮水平蛋白酶、脲酶和硝酸还原酶活性无显著差异,亚硝酸还原酶活性相比于对照显著降低;在增加降水条件下,不同施氮水平对蛋白酶和硝酸还原酶活性未产生显著性影响,高氮水平显著降低脲酶和亚硝酸还原酶活性。不同施氮水平是否添加降水对亚硝酸还原酶活性无影响,而增添降水使低氮处理的蛋白酶活性和中、高氮处理水平的硝酸还原酶活性增加、高氮处理的脲酶活性降低。降水在影响蛋白酶和硝酸还原酶活性方面具有主效应,氮沉降在影响亚硝酸还原酶活性方面具有主效应,而降水和施氮处理未表现出明显地交互作用。土壤亚硝酸还原酶活性与土壤碳氮比和NH~+_4-N含量极显著正相关,与NO-3-N含量显著正相关。     

沿海河谷盆地城市热岛时空特征及驱动机制

针对以往热岛研究中缺少自然-人文多维因子组合作用的成因分析,基于landsat TM/OLI遥感影像反演福州市1991、2000及2013年河谷盆地亮温热场,并利用主成分多元回归方法探讨DMSP/OLS夜间灯光、交通密度、地表非渗透面、地面高程、地表植被、水体等多维因素对城市热岛的综合影响及联动关系。研究发现:11991—2013年盆地热岛辐射范围不断蔓延,老城区成为热岛核心区,呈中心向外辐射并沿江扩展态势,盆地"溢出"现象显著;2盆地内平原-山地温差达10—14℃,热岛面积出现两极分化,23年间热岛面积共增加226.9km~2,其中高温区面积增长四倍,年增长率最大(7.50%);3夜间灯光、交通路网密度、地表非渗透面、地表植被、地面高程及水体每变化1个单位,温度将分别变化0.430、0.418、0.103、-0.031、-0.469及-0.096;4人文促进作用大于自然抑制作用,综合作用下盆地升温0.35个单位;5相比地表非渗透面,夜间灯光与交通密度对热岛的增温贡献更为显著;地面高程主导降温作用,其次为水体与地表植被,后两者作用之和仅为地面高程的27%。福州盆地当前的生态环境并不足以缓解城市未来进一步发展而导致的热岛加剧,当保持城市现有发展规模且自然作用进一步增加60%时,降温抑制作用才会明显。     

外源碳输入对陆地生态系统碳循环关键过程的影响及其微生物学驱动机制

外源碳输入对土壤碳源可利用性的改变不仅直接影响着微生物参与陆地生态系统的碳循环过程,而且也制约着微生物对其它营养元素的需求。在大气氮沉降持续增加的全球变化背景下,部分地区已出现生态系统氮养分条件的显著变化甚至土壤中活性氮素的过量积累,进而带来微生物对碳源需求的增加。通过人为调控碳源的可利用性,改善微生物的碳限制状况,将对科学的增加陆地生态系统固碳能力具有极为重大的意义。综述了国内外有关外源碳输入对土壤碳排放、凋落物分解以及土壤碳库影响及其主要的微生物作用机制的相关研究结果,以期能够为未来氮沉降持续增加情景下,如何科学有效地提高生态系统的碳汇潜力提供一定的参考。     

气候变化对甘肃省农业气候资源和主要作物栽培格局的影响

基于甘肃省80个地面气象观测站1961—2014年气象观测资料和玉米、春小麦、冬小麦、马铃薯的区划指标,分1961—1986(时段Ⅰ)和1987—2014年(时段Ⅱ)2个不同时段,分析气候变化对甘肃省农业气候资源变化特征和主要粮食作物潜在栽培格局的影响。研究发现:时段Ⅱ较时段Ⅰ平均气温、负积温、≥0℃积温和≥10℃积温分别增加0.83℃、113.9℃·d、290℃·d和180℃·d,降水量气候倾向率为-34—16mm/10a,整体表现为减少趋势。时段Ⅱ较时段Ⅰ春小麦不适宜种植区面积显著增加约9%,最适宜、适宜、次适宜种植区面积分别减少1.4%、4.1%和4.8%,其中以河西走廊和陇中黄土高原变化最为显著。冬小麦适宜和次适宜种植区面积分别增加6%和3.4%,最适宜、可种植和不适宜种植区面积分别减少0.4%、3.5%和5.7%,其中以陇中地区变化最为显著。玉米最适宜和可种植区面积分别增加13%和7%。适宜、次适宜和不适宜种植区面积分别减少11%、2%和7%,其中以河西灌区变化最为显著。马铃薯最适宜和适宜种植区面积分别减少3.8%和0.7%,次适宜和可种植区面积分别增加3.5%和1.3%,其中以陇中黄土高原变化最为显著。最后提出适应气候变化调整农业结构和栽培格局的对策建议。     

不同成花量金花茶花果期果枝叶内源激素的变化

该研究采用ISSR分子标记,对黄枝油杉7个自然种群的遗传多样性进行了分析。结果表明：用12条ISSR引物对218个黄枝油杉个体进行扩增,共扩增出125个位点。在物种水平上,多态性位点百分数( PPL)为100.00％,Shannon信息多样性指数( I)为0.4177,Nei’ s基因多样性指数( H)为0.2666;在种群水平上,多态性位点百分数(PPL)在71.20％~92.00％之间,平均值为80.69％,Shannon信息多样性指数(I)在0.3273~0.3886之间,平均值为0.3548,Nei’ s基因多样性指数( H)在0.2139~0.2478之间,平均值为0.2291。这说明黄枝油杉在物种水平和种群水平上均显示出较高的遗传多样性。 Nei’ s遗传多样性分析( Gst＝0.1433)和AMOVA分析(Φst＝17.91％)表明,黄枝油杉的遗传变异主要存在于种群内,种群间的遗传分化程度较低,种群间保持一定的基因交流( Nm＝2.9890>1)。 Mantel分析显示,黄枝油杉种群间的遗传距离和地理距离之间不存在显著的相关关系( r＝0.4567, P＝0.0610>0.05)。