三北工程黄土高原丘陵沟壑区森林降温增湿效果研究

生态系统可通过植被蒸腾与土壤蒸发作用调节区域温度与湿度。三北工程黄土高原丘陵沟壑区属于干旱和半干旱区,森林降温增湿功能有助于改善区域生存环境。在分析研究区森林覆被变化基础上,利用Penman-Monteith公式模拟了森林实际蒸散量,研究了森林增湿与降温效果。研究结果显示:(1)1980—2015年研究区森林面积增加了2.25%,主要来自荒草地、耕地和荒漠;(2)1980—2015年研究区森林6—9月实际蒸散总量为1.19×10~(10)—1.40×10~(10) t/a,平均实际蒸散量为219—257 mm,可使区域6—9月绝对湿度每日增加0.47—0.55 g/m~3,相对湿度每日增加2.87%—3.32%;(3)森林通过蒸散作用吸热量为29.15×10~(15)—34.26×10~(15) kJ/a,单位面积蒸散吸热量为53.72×10~8—63.13×10~8 kJ hm~(-2) a~(-1),通过蒸散吸热日降温量为0.92—1.08℃/d;(4)研究区森林蒸散量在1980—2010年逐渐增加,但在2015年明显下降,这主要是由降水减少导致;森林面积较大的山西和陕西森林蒸散降温增湿效果较好。通过对比相同年份不同土地覆被发现,森林实际蒸散量显著高于其他土地覆被类型。因此,未来研究区可在水资源承载能力范围内适当增加森林面积,充分发挥森林调节区域气候的作用。     

海南岛甘什岭热带低地雨林棕榈藤空间点格局分析

以海南岛甘什岭热带低地雨林白藤(Calamus tetradactylus)、大白藤(C.faberii)、华南省藤(C.rhabdocladus)、黄藤(Daemonorops margaritae)和小钩叶藤(Plectocomia microstachys)5种棕榈藤种群为研究对象,采用点格局分析方法对棕榈藤种内和种间空间分布格局及相互关系进行分析。结果表明:(1)海南岛甘什岭热带低地雨林棕榈藤种群的空间格局与空间尺度有着密切的关系,在小尺度上,5种棕榈藤种群都更倾向于聚集分布,随着尺度的增长,各棕榈藤种群主要趋向于随机分布,形成不同的空间分布格局。(2)各藤种间的空间关联情况在整体尺度上表现出明显负关联的是白藤和黄藤、白藤和大白藤,这可能是因为它们对生存空间及养分的需求相同或相似,存在明显的竞争关系。(3)华南省藤和大白藤在整体尺度上表现出明显正关联,这可能是由于它们在生长过程中相互庇护,用于抵御动物捕食和热带雨林内多变的外部环境。(4)黄藤和小钩叶藤以及白藤和小钩叶藤呈现出明显不相关,这说明它们对环境和生存空间的依赖没有冲突性,能做到和平共存。     

基于全基因组数据华根霉产真菌毒素分析

【目的】在对中国传统优势浓香型白酒产业中重要功能微生物华根霉菌株CCTCCM201021全基因组测序的基础上,以生物信息学的方法和手段主要针对真菌毒素的合成代谢途径及关键基因进行分析,考察微生物在食品工业应用中的安全性。【方法】应用Illumina平台Solexa测序技术对华根霉进行基因组测序,运用SOAPdenovo组装软件进行拼接,并进行一系列生物信息分析,考察根霉素、小孢根霉素及典型丝状真菌毒素代谢的主要途径及相关基因,包括PKS、NRPS与PKS-NRPS混合代谢途径;萜类化合物代谢和其他代谢途径等,判断华根霉是否具有产真菌毒素的潜在危害性。【结果】测序结果表明华根霉全基因组大小为45.70 Mb左右,GC含量为36.99%。通过基因预测软件分析得到基因17 676个,共注释基因13 243个。通过进化树与同源基因比较分析,与目前基因组测序完成的仅有的3株接合菌基因组相比,序列相似性普遍偏低,与华根霉存在较为显著的差异,但同源基因的相似性在60%左右。代谢分析表明,华根霉中仅存在较少聚酮合成、萜类化合物合成途径代谢基因,存在大量异源物质降解途径基因。【结论】华根霉基本不具备产目前已知的真菌毒素的关键基因或合成能力,可以认为其发酵产品是相对安全的。在酿造过程中,不仅可作为糖化菌,在混菌发酵时,对部分具有抑菌能力的抗生物质具有降解功能,是发酵工业中应用的相对安全的重要生产菌。     

铜绿假单胞菌pfm基因对三型分泌系统效应蛋白的影响

[目的]检测铜绿假单胞菌基因pfm对三型分泌系统效应蛋白的影响.[方法]构建pfm基因互补菌株pfmC.提取野生株PAO1、敲除株Δpfm和互补株pfmC的RNA,利用Real-time PCR从转录水平检测效应蛋白ExoS、ExoT和ExoY转录水平的变化.以ExoS为代表,检测细胞内和分泌到细胞外效应蛋白的含量.收集铜绿假单胞菌PAO1、Δpfm和pfmC菌体内和分泌到细胞外的总蛋白,利用ExoS多克隆抗体进行Western杂交,特异检测ExoS的蛋白水平.[结果]与野生型相比,Δpfm中exoS、exoT和exoY转录水平明显降低,而pfmC中这3个蛋白的转录水平得到回补.Δpfm菌体内和分泌到细胞外的ExoS量均明显低于野生株PAO1,pfmC细胞内和细胞外分泌的ExoS蛋白量均得到恢复.[结论]铜绿假单胞菌基因pfm会影响三型分泌系统效应蛋白的水平.     

植被综合生态质量时空变化动态监测评价模型

为了能掌握全国植被综合生态质量的高低及其时空变化,构建了既能反映植被生产力又能反映植被覆盖度的植被综合生态质量指数,建立了植被综合生态质量指数年际对比和多年变化趋势评价模型。利用构建的指数和评价模型,以2017年作为监测评价的当年,以2000—2017年作为评价的多年时段,对全国植被综合生态质量时空变化进行了监测评价。结果表明：（1）2017年全国大部地区植被综合生态质量指数高于2000—2016年多年平均值,生态质量偏好;2017年福建、广西、海南、广东、云南植被综合生态质量位居全国前五位,构建的植被综合生态质量指数及其年际对比模型可以定量反映全国植被综合生态质量的空间差异和年际差异。（2）全国有90.7%的区域2000—2017年植被综合生态质量指数呈提高趋势,东北地区西部、内蒙古东部、华北大部、西北地区东部、西南地区东部、华南西部等地生态质量指数提升明显,构建的植被综合生态质量指数多年变化趋势评价模型可以定量反映植被生态质量的多年变化趋势和幅度。（3）南方大部地区2000—2017年平均年植被综合生态质量指数在50.0以上,北方大部地区在50.0以下;我国中东部大部地区在20.0以上,西部大部地区在20.0以下,表明南方大部地区年植被生态质量好于北方、中东大部好于西部。可见,构建的植被综合生态质量指数及其年际对比和多年变化趋势评价模型,能够监测评价当年和多年全国植被综合生态质量的时空变化,可为掌握全国植被生态质量动态提供模型和方法。     

酱香型白酒发酵中地衣芽孢杆菌与酿酒酵母的相互作用

【目的】为解析酱香型白酒酿造群体微生物的发酵过程, 研究了酱香型白酒酿造中重要微生物地衣芽孢杆菌与酿酒酵母之间的相互作用, 并对它们之间的作用机制进行初步探讨。【方法】通过地衣芽孢杆菌与酿酒酵母共培养体系的构建, 认识了两者的相互作用, 初步分析了酿酒酵母产生抑制物的分子量, 耐热性及对蛋白酶敏感性等特性。【结果】研究表明, 酿酒酵母发酵造成的酸性环境以及某些代谢物质能够抑制地衣芽孢杆菌的生长, 这些物质分子量大于10 kD, 对热和蛋白酶敏感。【结论】白酒酿造中酿酒酵母通过产酸以及大分子的蛋白质类物质对地衣芽孢杆菌生长形成抑制, 该研究促进了对白酒酿造群体微生物发酵过程的解析。     

掷孢酵母及其应用研究进展

掷孢酵母是一类能够弹射孢子(称为掷孢子)的酵母菌,主要由Bullera属、Sporobolomyces属和Sporidiobolus属组成,该类酵母分布广泛。在实验室培养过程中多以芽殖、掷孢子以及菌丝状生长,Sporidiobolus属的菌株经配对能够形成有性孢子。分子生物学手段的开展使掷孢酵母各类群间的系统发育关系更加明确。本文结合本实验室的研究结果,阐述了掷孢酵母存在的细胞分化现象,并且推测细胞分化有助于菌体抵抗逆境。因此,掷孢酵母可以作为一种潜在的模式生物对抗逆机制进行探究。在食品和环境问题备受瞩目的今天,掷孢酵母以其可自身积累酯类、色素、酶类等有益代谢产物的特点,及治理污染物特性越来越受到人们的关注。     

一株PCBs降解菌的降解特性及发酵条件优化

【目的】针对一株多氯联苯的高效降解菌,考察其对多氯联苯(PCBs)的降解特性,并对降解条件进行优化。【方法】以不同浓度的2,4,4′-TCB与3,3′,4,4′-TCB为唯一碳源,研究苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium melilon)对不同多氯联苯的降解转化能力,并进行发酵条件优化以及共代谢试验。【结果】接入菌株转化7 d后,随着底物浓度的增加,该菌对2,4,4′-TCB的降解能力呈下降趋势。在最低浓度1.0 mg/L时降解率最高,为93.3%;而在最高浓度50.0 mg/L时为65.1%。对于较难降解的四氯联苯3,3′,4,4′-TCB,菌株在最低浓度1.0 mg/L时降解率为56.2%,最高浓度25.0 mg/L时为22.8%。在温度30°C、pH 7.0、接种量4.5 mL、装液量25 mL时,获得菌株转化10.0 mg/L 2,4,4′-TCB的最优发酵条件,7 d的降解率由原来的54.8%提高到83.6%。柠檬烯、香芹酮及甘露醇作为共代谢底物也可较好地提高菌株降解效果。【结论】苜蓿中华根瘤菌对PCBs有很好的降解效果,研究结果对PCBs的微生物降解及环境中PCBs的生物修复具有较好的意义和应用价值。     

模拟增温对杉木幼树生长和光合特性的影响

为阐明杉木生长特征及光合能力对未来全球变暖的响应方式,通过在福建省三明市森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点内开展的土壤增温(电缆加热,+4℃)实验,研究了增温条件下杉木幼树生长(树高、地径)特征及光合作用参数的变化,并对土壤有效氮(N)、叶片N含量、叶绿素含量(Chl)及非结构性碳水化合物(NSC)指标进行了测定。结果表明:1)在增温条件下,杉木幼树净光合速率(P_n)和水分利用效率(WUE)显著增加,分别增加了71.4%、51.3%,增温后杉木叶片能维持较高的气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)和胞间二氧化碳浓度(C_i)。2)增温促进土壤有机氮矿化作用,使土壤中可供植物吸收利用的有效N含量显著增加,从而引起杉木叶片N含量显著提高。而N作为叶绿素的重要组成物质,增温后,叶片N含量显著提高,最终导致杉木幼树叶片Chl a、Chl b及Chl总量显著增加,增加比例分别为76.3%、55.8%、68.7%,Chl a/b值亦呈增加趋势。3)增温对杉木幼树生长及叶片NSC含量并无显著影响。综上所述,增温通过改变杉木叶片气孔导度敏感性以及促进杉木叶片Chl含量合成,增加叶片对CO_2的吸收以及光能捕获能力,进而提高光合效率。同时,增温引起的根系高温可能大幅度提高杉木呼吸强度,加剧对杉木叶片碳水化合物的消耗过程,使其NSC含量无显著变化,从而导致杉木幼树生长无显著差异。     

不同大豆连作年限对黑土细菌群落结构的影响

大豆连作导致作物产量下降、病原微生物富集和土壤退化等问题日趋严重。然而,目前关于大豆连作对土壤细菌群落结构组成及多样性分布的影响及发生机制尚不清楚。采用高通量测序技术,对大豆连作(不同年限)和大豆-玉米轮作下的黑土细菌16S rRNA基因进行测序分析。结果表明:轮作5年(CR5)和13年长期连作(CC13)处理显著增加了土壤pH、全氮(TN)、全磷(TP)和速效养分(AN、AP和AK)含量。与短期连作相比,CR5和CC13处理均提高了细菌群落的OTUs数量、PD值、Chao1指数和Shannon指数。聚类分析图谱结果显示细菌群落结构组成受到轮作和连作年限的双重影响,而土壤pH、TN、TP、AN、AP和AK是细菌群落结构发生变化的主要驱动因子(P0.05)。此外,VPA分析发现上述土壤因子中,土壤pH对细菌群落结构变化的贡献度最大。本研究证明大豆长期连作提高了土壤养分含量和细菌群落的丰富度和多样性指数,从分子生物学的角度证实大豆长期连作在一定程度上改善了土壤环境,为大豆连作障碍的研究提供了理论依据。