大气硝酸盐氧同位素异常及应用进展

近年来人为活动导致的大气硝酸盐不断增加,危害人体健康和生态环境。厘清大气硝酸盐的来源及形成机理至关重要。多氧稳定同位素技术是一种强有力的示踪手段,能够有效指示大气硝酸盐生成的氧化路径,在气溶胶、水体、土壤、森林、古气候研究中得到了广泛应用。本文总结了大气硝酸盐氧同位素异常(Δ17O)的测定方法(热裂解法、反硝化细菌法、化学法),探讨了Δ17O的产生原因,并围绕硝酸盐的形成过程阐明硝酸盐Δ17O的示踪机制,综述了Δ17O在大气化学反应机制研究中的应用。在此基础上,本文提出目前Δ17O研究的不足并对未来需要开展的研究进行了展望。     

锌指蛋白ZFP580在全反式维甲酸调节大鼠血管平滑肌细胞迁移中的作用及机制

目的:探讨锌指基因ZFP580在全反式维甲酸(ATRA)调节VSMCs迁移功能中的作用及其机制。方法:分离,培养并鉴定大鼠主动脉VSMCs;分别予以0、5、10、20 μmol/L ATRA刺激VSMCs 24h,以0 μmol/L ATRA组为对照组,观察不同溶度ATRA刺激不同时间对VSMCs迁移能力的影响或给予0、20 μmol/L ATRA刺激VSMCs 24、48、72h,观察ATRA刺激不同时间对VSMCs迁移能力的影响;QPCR及Western blot检测ATRA刺激VSMCs后ZFP580的mRNA和蛋白表达变化;应用ERK抑制剂PD98059抑制ERK的蛋白表达,观察ERK信号蛋白表达变化对ATRA刺激后ZFP580蛋白表达的影响;腺病毒转染技术获得过表达或低表达ZFP580的VSMCs,QPCR及Western blot检测MMP-2和MMP-9、ZFP580蛋白和mRNA表达水平。结果:分离的VSMCs在培养10d后,免疫荧光显示平滑肌细胞特异性标记物SM22α抗体阳性。与对照组相比,5、10、20 μmol/L ATRA预刺激分别降低了32%、43%和59%的VSMCs迁移能力;20 μmol/L ATRA刺激VSMCs与对照组相比,在24、48、72h分别降低49%、36%和22%细胞迁移能力。ZFP580的mRNA和蛋白表达随着ATRA刺激溶度的增加和刺激时间的延长而升高。ERK在ATRA刺激15min即显著升高,运用ERK抑制剂PD98059(20 μmol/L)预处理抑制ERK蛋白表达并降低了ATRA诱导ZFP580的蛋白表达。过表达ZFP580降低MMP-2和MMP-9的mRNA和蛋白表达,反之,低表达ZFP580则上调了MMP-2和MMP-9的mRNA和蛋白表达。结论:ATRA可通过ERK信号通路上调ZFP580的表达,而ZFP580通过调控MMP-2和MMP-9的表达参与ATRA对VSMCs迁移的抑制作用。     

基于ARIMA-ANN模型的生态安全评价及预测——以河西走廊城市群为例

生态安全是社会经济可持续发展的基本保障,研究区域生态安全时空格局历史演变与发展趋势具有重要意义。本文选取河西走廊地区5个地级市为对象,建立基于PSR-EES模型的生态安全评价指标体系,采用综合指数法计量其2008-2017年期间10年生态安全值,进而采用ARIMA-ANN模型预测未来该区域生态安全变化趋势。结果表明:河西走廊地区生态安全呈波动上升状态,演变特征与区域的生态保护规划与政策措施相吻合;各地级市生态安全等级与理想状态存在不同程度的差距;张掖、金昌、酒泉三市存在一定的生态风险;采用ARIMA单项模型、ARIMA-ANN组合模型对河西走廊区域生态安全变化趋势进行预测的平均相对误差、相关系数分别为2.01%、0.8852(ARIMA)和1.09%、0.9665(ARIMA-ANN);ARIMA-ANN组合模型预测河西走廊地区2020年的生态安全值达0.8107,处于V级。本研究证明,ARIMA-ANN组合模型在区域生态安全演变评价和发展趋势预测中获得较高的准确度和精度,对优化区域生态空间布局和安全管理具有实践价值。     

沙地樟子松人工林土壤理化性质与微生物生物量的动态变化

为揭示不同林龄沙地樟子松人工林土壤理化性质和微生物生物量的动态和相互关系,以毛乌素沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地不同林龄樟子松人工林为对象,分析土壤理化性质、土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮变化规律。结果表明:樟子松人工林土壤理化性质随林龄增加在不同沙地中表现不同,毛乌素沙地土壤容重和养分含量明显降低,科尔沁沙地土壤孔隙度和养分含量明显升高,呼伦贝尔沙地土壤养分则呈现先增加后降低趋势。与土壤理化性质变化趋势类似,毛乌素沙地樟子松人工林土壤微生物生物量氮随着林龄的增加而降低,科尔沁沙地土壤微生物生物量氮随着林龄的增加而升高,呼伦贝尔沙地土壤微生物生物量氮随着林龄的增加呈先增加而后降低趋势。影响毛乌素沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地土壤微生物生物量碳、氮的主要因子分别是硝态氮、铵态氮和有机质含量。毛乌素与科尔沁沙地樟子松人工林主要限制因子为土壤氮,而呼伦贝尔沙地樟子松受土壤有机碳限制较强。     

林火干扰对广东省桉树林生态系统碳密度的影响

林火作为森林非连续的生态因子,引起森林生态系统碳库碳储量与碳分配的变化,影响森林演替进程及固碳能力。以桉树林不同林火干扰强度的火烧迹地为对象,采用相邻样地比较法,以野外调查采样与室内试验分析相结合为主要手段,研究不同林火干扰强度对森林生态系统各碳库及生态系统碳密度变化和空间分布格局的影响,探讨林火干扰对生态系统碳密度与碳分布格局的影响机制。结果表明:林火干扰降低了植被碳密度(P<0.05),轻度、中度和重度林火干扰样地植被碳密度依次为67.88、35.68和15.50 t·hm^-2,相比对照分别下降了15.86%、55.78%和80.79%;在轻度、中度和重度林火干扰样地中,凋落物碳密度分别为1.43、0.94和0.81 t·hm^-2,相比对照分别降低了28.14%、52.76%和59.30%;不同林火干扰强度样地土壤有机碳密度均低于对照,且减少幅度随土壤剖面深度增加而逐渐变小,轻度、中度和重度林火干扰样地土壤有机碳密度分别为103.30、84.33和70.04 t·hm^-2,相比对照分别下降了11.67%、27.89%和40.11%;轻度、中度和重度林火干扰后桉树林生态系统碳密度分别为172.61、120.95和86.35 t·hm^-2,相比对照依次下降了13.53%、39.41%和56.74%;林火干扰降低了桉树林的碳密度,表现为随林火干扰强度增加,碳密度呈递减的规律;与对照相比,轻度林火干扰强度对桉树林碳密度的影响不显著(P>0.05),而中度和重度林火干扰强度对桉树林碳密度的影响差异显著(P<0.05)。     

外源性H2S对糖尿病小鼠肝纤维化的作用及其机制*

目的: 探讨外源性硫化氢(H₂S)对糖尿病小鼠肝纤维化作用及其相关机制。方法: 将 C57 雄性体重为(22±2)g 24只小鼠随机分为3组(n=8):①正常对照组(Control):小鼠腹腔注射生理盐水,注射时间同实验组;②糖尿病模型组(HG):按体重(150 mg/kg)一次性腹腔注射链脲佐菌素(STZ)诱导小鼠建立糖尿病模型;③NaHS 处理组(HG + NaHS):方法同组别②,只是糖尿病模型建立后,腹腔注射NaHS(100 μmol/L·kg·d),每天一次,连续12周。HE染色检测肝细胞损伤;Masson染色检测肝纤维化;Western blot检测相关蛋白胱硫醚-β-合成酶(CBS,内源性H₂S产生的关键酶)、胶原I (Col-I)、胶原III (Col-III)和基质金属蛋白酶-9(MMP-9)的表达。结果: 与对照组比较,糖尿病模型组肝细胞损伤及肝纤维化均显著加重,CBS 蛋白表达显著减少(P＜0.01),Col-I、Col-III和MMP-9蛋白表达均显著增加(P＜0.01)。与糖尿病模型组比较,NaHS处理组肝细胞损伤及肝纤维化均显著减轻、CBS 蛋白表达显著增加、Col-I、Col-III和MMP-9蛋白表达均减少(P＜0.01)。结论: 外源性H₂S可抑制糖尿病小鼠肝纤维化,其机制与降低胶原含量和基质金属蛋白酶-9的表达相关。     

中国科学院清原森林生态系统观测研究站塔群平台的功能和应用

森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题。受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台)。塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳)。所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享。此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H₂O/CO₂/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据。     

箱式通量观测技术和方法的理论假设及其应用进展

碳(CO₂、CH₄)、氮(N₂O)和水汽(H₂O)等温室气体的交换通量是生态系统物质循环的核心, 是地圈-生物圈-大气圈相互作用的纽带。稳定同位素光谱和质谱技术和方法的进步使碳稳定同位素比值(δ ¹³C)和氧稳定同位素比值(δ ¹⁸O)(CO₂)、δ ¹³C (CH₄)、氮稳定同位素比值(δ ¹⁵N)和δ ¹⁸O (N₂O)、氢稳定同位素比值(δD)和δ ¹⁸O (H₂O)的观测成为可能, 与箱式通量观测技术和方法结合可以实现土壤、植物乃至生态系统尺度温室气体及其同位素通量观测研究。该综述以CO₂及其δ ¹³C通量的箱式观测技术和方法为例, 概述了箱式通量观测系统的基本原理及分类, 阐述了系统设计的理论要求和假设, 综述了从野外到室内土壤、植物叶-茎-根以及生态系统尺度箱式通量观测研究的应用进展及问题, 展望了气体分析精度和准确度、观测数据精度和准确度以及观测数据的代表性评价在箱式通量观测研究中的重要性。     

内生细菌对盐胁迫下小麦幼苗脯氨酸和丙二醛的影响

以周麦18为试验材料,以内生菌252和254为供试菌株,试验采用盆栽法设置盐胁迫组、盐胁迫接菌组和对照组,研究不同盐浓度胁迫下接菌处理对小麦幼苗脯氨酸(Pro,proline)和丙二醛(MDA,malondialdehyde)含量的影响。结果表明:小麦幼苗在盐胁迫环境下,随着培养时间和盐浓度增加,盐胁迫组Pro含量先升后降。在前中期,盐胁迫组小麦Pro含量逐渐积累,提高了小麦抗逆性;在后期Pro含量较中期有一定程度下降,小麦逐渐对盐环境产生适应性。随着盐浓度升高,盐胁迫组小麦在不同培养阶段对盐环境的抵抗能力不同,每个时期对盐抵抗能力有一阈值,超过此盐浓度Pro含量下降,抵抗能力减弱。接菌处理后,小麦Pro含量升高,提高了抗盐胁迫能力,第14天时修复效果最明显,接菌252处理组和254处理组分别在盐浓度为200 mmol/L和250 mmol/L时高出盐胁迫组133.48%和91.48%。盐胁迫组MDA含量随时间延长先降后升,与Pro含量变化趋势相反。在前中期,盐胁迫组小麦膜质过氧化程度不高,对小麦正常代谢活动尚未造成严重影响,在后期MDA含量升高,盐胁迫组小麦逐渐枯萎。接菌后,降低了幼苗细胞膜脂化程度,提高了小麦存活率,促进幼苗生长,MDA含量在21 d时均低于盐胁迫组,修复效果显著。     

半干旱黄土高原苜蓿草地撂荒过程土壤水分变化特征

土壤水分是黄土高原植被恢复和生态建设的主要限制因子,明确土壤水分随植被演替的变化规律是阐明黄土高原植被与水分相互作用机制的重要基础。以半干旱黄土高原小流域苜蓿草地撂荒过程为研究对象,通过对2016-2018年生长季苜蓿群落、苜蓿+赖草群落、赖草群落和长芒草群落四种草地群落0-1.8 m土壤水分进行动态监测以及0-5 m深度土壤水分测定,分析不同演替阶段苜蓿草地土壤水分的动态特征,探讨土壤水分对苜蓿草地撂荒过程的响应。结果表明：（1）在苜蓿草地撂荒演替过程中,土壤水分随群落恢复时间的延长呈先增加后降低的变化,降水的年际动态显著影响不同演替群落的土壤水分响应;（2）0-0.4 m土壤水分主要受降水影响,使得各草地群落在这一层次没有显著差异（P>0.05）,而1 m以下的土壤水分含量则主要受植被类型的影响,各草地群落之间存在显著差异（P<0.05）;（3）0-5 m深层土壤水分随群落的演替,1 m以下各土层土壤水分含量逐渐增加,表明撂荒过程中使土壤水分得到了一定程度的恢复。研究结果揭示了苜蓿草地撂荒过程土壤水分的变化规律,可为黄土高原生态恢复提供理论依据。