生物启发的细菌表面人造矿物壳:通过仿生矿化保护活细胞

【目的】生物启发的细菌表面仿生矿化人造矿物壳被用于保护活细胞。【方法】将细菌限制在坚固而完整的矿物壳中,有限的物理空间和物质交换使其暂时进行休眠,降低长期保存期间的活力损失以及提高在各种极端环境中的生存能力,并且能够通过酸去除矿物壳而重新激活细菌。【结果】相较于未仿生矿化的细菌(EcN),矿化细菌(EcN@CaCO₃)在32 d的储存实验中活力最高提升262倍;在pH 2.5的强酸环境中存活率提高837倍;在pH 12.0的强碱环境中存活率提高171倍;在80 ℃的高温条件下存活率提高59.1倍;甚至在抗生素溶液中,EcN@CaCO₃中细菌的存活率是EcN的729.7倍。【结论】本研究利用仿生矿化提高了细菌的保存稳定性,使其能在酸刺激下去除涂层恢复活性,也能在极端环境下保留细菌的活力,为微生物在环境生态、食品制造和生物医药等领域的应用提供研究基础。     

毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被空间格局

应用地统计学和经典统计学方法,对毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被特征的空间分布格局及其相互关系进行研究,结果表明: 0-5 cm和5-10 cm土壤水分符合指数模型,10-15 cm土壤水分和植物群落物种数、植被盖度、植被密度都符合球状模型;0-5 cm土壤水分、植物群落物种数和植被盖度都具有强空间自相关性,5-10 cm、10-15 cm土壤水分和植被密度都具有中等程度的空间自相关性;从牛枝子群落到黑沙蒿群落,各层土壤水分与植物群落物种数之间具有相似的空间格局,都呈先升高后降低的变化趋势,而植被盖度和植被密度呈逐渐减小的变化趋势;0-5 cm土壤水分与植物群落物种数之间具有显著的正相关,是制约植被物种空间分布的关键因素。     

黑胸散白蚁肠道共生锐滴虫目鞭毛虫的多样性分析与原位杂交鉴定

低等木食性白蚁肠道内的鞭毛虫在纤维素降解过程中扮演着重要的角色。黑胸散白蚁Reticulitermes chinensis Snyder是一种广泛分布于我国的低等木食性白蚁,然而目前对于其肠道内的共生鞭毛虫却鲜见报道。采用锐滴虫目18S rDNA特异引物扩增鞭毛虫18S rRNA 基因并构建文库,对得到的基因进行系统发育多样性分析。针对得到的序列设计特异性的荧光探针,用荧光原位杂交技术对锐滴虫目鞭毛虫进行了鉴定。从黑胸散白蚁肠道得到11个锐滴虫目鞭毛虫18S rDNA序列,它们之间的相似性为86.9%-99.3%。系统发育分析表明,锐滴虫目鞭毛虫主要属于Dinenympha和Pyrsonympha两个属。应用荧光原位杂交技术鉴定出了Dinenympha parva、Dinenympha exilis和Pyrsonympha sp.三种锐滴虫。研究表明,在黑胸散白蚁肠道共生的锐滴虫为Dinenympha和Pyrsonympha属的鞭毛虫。     

冻土甲烷循环微生物群落及其对全球变化的响应

冻土是陆地生态系统中最容易受到全球气候变化影响的碳库,既发挥着碳源又起着碳汇的作用。人们非常关注贮存于冻土中有机碳的最终归宿,是因为全球气候变暖会加快冻土的解冻,释放更多的温室气体（二氧化碳和甲烷）到大气中,从而进一步加剧温室效应。据估计每年从北半球冻原陆地生态系统释放进入大气的甲烷约占全球自然界释放甲烷总量的25%。研究证实冻土生物源甲烷的产生和消耗分别由耐(嗜)低温的产甲烷菌(methanogens)和甲烷氧化菌(methanotrophs)介导。鉴于冻土甲烷循环对全球甲烷平衡的显著作用以及在冻土生物地球化学循环中的重要功能,对介导冻土甲烷循环的产甲烷菌和甲烷氧化菌的研究将有助于更好地评估冻土生态系统对全球气候变化的响应和影响,本文就冻土甲烷循环过程、产甲烷菌、甲烷氧化菌的群落结构、活动、生态功能及其对气候和环境变化的响应机制的最新研究进行综述,以期为我国开展冻土甲烷循环机理研究提供支持。     

合肥秋冬季茶园天敌对假眼小绿叶蝉和茶蚜的空间跟随关系

为了合理保护和利用天敌及科学地选取抽样方法,开展了合肥地区秋冬季4个品种茶园假眼小绿叶蝉Empoasca vitisGothe和茶蚜Toxoptera aurantii Boyer与其天敌之间空间关系研究,运用地学统计学方法求得天敌和害虫各自的变程,用灰色关联度分析方法分析害虫与天敌变程的关联度,关联度值越大的天敌在空间上对害虫的跟随关系越密切。分析了2010年9月28日至11月25日期间假眼小绿叶蝉和茶蚜数量最少的舒茶早茶园和二种害虫数量最多的平阳特早茶园天敌对害虫空间上的跟随关系,结果表明,二种茶园的假眼小绿叶蝉和茶蚜及其4种主要天敌均为聚集分布,舒茶早茶园与假眼小绿叶蝉空间上跟随关系密切的前二位天敌是斜纹猫蛛Oxyopes sertatus L.Koch(0.8594)和草间小黑蛛Erigonidium graminicolum Sundevall(0.8397),与茶蚜空间上跟随关系密切的前二位天敌是草间小黑蛛(0.7448)和斜纹猫蛛(0.7433);平阳特早茶园与假眼小绿叶蝉空间上跟随关系密切的前二位天敌是八斑球腹蛛Theridion ocomaculatum Bose.et Str(0.8207)和斜纹猫蛛(0.8104),与茶蚜空间上跟随关系密切的前二位天敌是八斑球腹蛛(0.8324)和斜纹猫蛛(0.7730)。其中,11月25日4种茶园假眼小绿叶蝉和茶蚜数量均较多。分析了该日另外二个茶树品种福云六号和龙井长叶茶园假眼小绿叶蝉和茶蚜与其天敌的空间关系,结果表明,二种茶园假眼小绿叶蝉和茶蚜及其天敌均为聚集分布,福云六号茶园与假眼小绿叶蝉变程值(3.8182)最接近的天敌是斜纹猫蛛(4.7222),与茶蚜变程值(6.5854)最接近的天敌是斜纹猫蛛(4.7222);龙井长叶茶园与假眼小绿叶蝉变程值(1.0000)最接近的天敌是八斑球腹蛛(1.0000),与茶蚜变程值(4.5000)最接近的天敌是斜纹猫蛛(7.6316)。总之,秋冬季4个品种茶园斜纹猫蛛在空间上是假眼小绿叶蝉和茶蚜跟随关系最密切的天敌,其次是八斑球腹蛛和草间小黑蛛。     

亚热带典型树种对模拟酸雨胁迫的高光谱响应

对亚热带地区6种典型树种幼苗在不同模拟酸雨梯度下的光谱响应特征进行了研究。结果表明,针叶树种和阔叶树种对酸雨敏感性具有明显差异。针叶树种马尾松、杉木和香榧对酸雨敏感性高于阔叶树种刨花楠、香樟和杨梅。针叶树种内部,马尾松和杉木叶绿素含量随酸雨浓度变化的幅度明显高于香榧;而阔叶树种内部,刨花楠、香樟和杨梅三者之间无显著差别。马尾松、香樟和香榧不能承受长时间高浓度酸雨胁迫,叶绿素含量呈先增加后减少趋势,杉木则先减少后增加,杨梅能承受长时间高浓度酸雨胁迫,pH值2.5处理下叶绿素含量高于pH值5.6处理。刨花楠4期试验中叶绿素含量变化无明显规律。各受试植物光谱反射率红边位置与其叶绿素含量变化规律基本一致。针叶树种马尾松和香榧主要表现为"蓝移",杉木则先"蓝移"后"红移",表现出对高浓度酸雨长时间的抗性;阔叶树种香樟先"红移"后"蓝移",对高浓度模拟酸雨表现出先促进后抑制现象,杨梅光谱反射率一阶导数曲线比较平缓,无明显"红移"和"蓝移"现象,刨花楠则"红移"和"蓝移"交替出现,与其叶绿素含量变化相一致,对酸雨敏感性不明显。     

荒漠植物准噶尔无叶豆结实、结籽格局及其生态适应意义

连续2a采用野外记录的方式对荒漠植物准噶尔无叶豆的结实、结籽格局进行了比较研究。结果表明:植株内花序生成格局表现为不同大小的花序在总花序中的比重与其结实率存在显著正相关,其中含有中等花数目的花序所占的比重及其结实率均最高,此种分布格局能够最大程度的保证繁殖成功;果序内果实生成格局表现为单花着生位置(从近柄端算起)与其结实量占总结实量的比例成线性负相关,花序基部的结实比例最高,顶部结实比例近为0;荚果内种子生成格局表现为:中间位置的胚珠败育率最低。另外,年际间荚果内仅有(1.08±0.03)粒和(1.07±0.03)粒种子能够完全成熟,此种结籽格局是准噶尔无叶豆保证后代质量的最佳策略。     

黄土高原不同树种枯落叶混合分解效应

混交林中不同树种枯落物混合分解是否产生促进或抑制作用是评价种间关系和混交适宜性的重要依据之一。以黄土高原主要树种为对象,通过室内枯落叶混合分解模拟试验,结果表明:(1)沙棘、白榆、柠条和小叶杨枯落叶分解最快(周转期1 a左右),其次为旱柳、侧柏和白桦枯落叶(周转期略大于1 a),紫穗槐、辽东栎和刺槐枯落叶分解稍慢(周转期1.5 a左右),而樟子松、落叶松和油松枯落叶分解最慢(周转期略大于2 a)。(2)对于针叶树,与油松枯落叶混合,存在明显促进分解作用的是侧柏、落叶松,其次是白桦、沙棘和刺槐;与樟子松枯落叶混合,存在明显促进分解作用的是落叶松、侧柏、沙棘、白榆,其次是柠条、紫穗槐和小叶杨,而存在明显抑制分解作用的是刺槐,其次是白桦和辽东栎;与落叶松枯落叶混合,存在较明显促进分解作用的是白榆、白桦和辽东栎,存在较明显抑制作用的是刺槐;紫穗槐与侧柏枯落叶混合存在较明显的抑制分解作用。(3)对于阔叶树,与小叶杨枯落叶混合,存在较明显促进分解作用的是紫穗槐,其次是辽东栎和刺槐;与刺槐枯落叶混合,存在较明显促进分解作用的是白榆和沙棘,存在明显抑制分解作用的是柠条,其次是辽东栎和白桦;与白桦枯落叶混合,存在较明显促进分解作用的是辽东栎和紫穗槐,存在较明显抑制分解作用的是柠条;白榆与辽东栎、旱柳枯落叶混合均存在较明显的促进分解作用,而白榆与柠条枯落叶混合存在较明显的抑制分解作用;紫穗槐与旱柳、沙棘枯落叶混合均存在较明显的促进分解作用,而紫穗槐与柠条枯落叶混合有较明显的抑制作用。     

一株高效广谱染料降解细菌的分离鉴定及其脱色特性初探

从土壤样品中分离到一株高效染料脱色菌株N-4,根据形态学特征及16S rDNA基因序列分析,该菌株初步鉴定为Leucobacter sp.。利用表面响应法(RSM)对菌株N-4脱色活性深蓝K-R的主要因素进行优化,实验结果表明,菌株N-4脱色K-R的最优条件为:湿菌量10 g/L,染料浓度222 mg/L,硫酸铵1.5 g/L,果糖3.5 g/L,最佳脱色率为100%。此外,实验证明其对多种染料均具有较高的脱色效率。同时,考察了金属离子对染料脱色效率的影响,其中K+、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Mn2+等对脱色具有促进作用,而Ni2+、Cu2+、Hg2+对脱色具有明显的抑制作用。     

北京市两栖爬行动物空间分布格局及影响因素

基于遥感和野外调查数据,研究北京市两栖爬行动物空间分布格局及其影响因素。结果显示,北京记录两栖爬行动物2纲3目10科17属22种,其中,保护物种15种,占物种总数的68.19%。物种分布整体呈现由西北向东南递减的空间特征,西北部山区丰富度和相对多度较大,门头沟和延庆物种丰富度最大(14种),占调查物种总数的66.67%,优势种为中国林蛙、黑斑侧褶蛙、中华蟾蜍和山地麻蜥;门头沟、怀柔、房山分布了全市71.54%的种群数量;200-500 m海拔段物种丰富度最高(18种),主要生境为森林灌丛;物种数在6种以上的网格有11个,包括大滩、怀九河、百花山、拒马河、密云水库等。总体来看,物种种类和数量相较之前呈现减少趋势,而土地用途转换具有重要影响。1980-2018年,建设用地表现出以东西城为核心向外围扩张的趋势,侵占的农田占生态系统总转换面积的42.85%;城六区和平原区的主要物种为黑斑侧褶蛙和中华蟾蜍,少有中国林蛙分布。进一步分析两栖动物1500 m的迁徙距离内,森林灌丛和农田为主要的生境类型,城市扩张侵占了部分农田;同时,污染物的排放引起水体水质下降,特别是北运河水系,造成两栖动物的繁殖率降低和栖息地破坏。目前,北京市各类保护地虽覆盖两栖爬行动物种类的90.91%和数量的60.45%,但在怀柔宝山镇白河上段、密云水库来水的潮河上段辛庄桥、平谷洳河大兴庄镇-峪口镇等地,仍然存在较大的保护空缺。对此,建议开展长期定位观测,构建生物多样性观测网络,并探索建立高强度土地利用下的生物多样性保护机制,从而实现生物资源可持续利用。