低温对麦红吸浆虫滞育解除及蜕皮激素受体基因EcR和热激蛋白基因Hsp70和Hsp90表达水平的影响

【目的】本研究旨在明确破茧率和破茧所需时间作为典型的专性幼虫期滞育昆虫麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana滞育解除指标的可行性,探讨蜕皮激素受体基因EcR和热激蛋白基因Hsp70和Hsp90在低温解除滞育中的作用。【方法】9月上旬采自田间的麦红吸浆虫滞育幼虫在低温(4℃)和自然变温处理不同时间(0~90 d)后转移至24℃化蛹,调查幼虫的破茧率、化蛹率及破茧和化蛹所需时间;采用qPCR技术分析4℃低温终止滞育并在24℃下恢复发育的幼虫EcR, Hsp70和Hsp90的mRNA水平。【结果】不同时间低温(4℃)和自然变温处理的麦红吸浆虫滞育幼虫破茧率和化蛹率以及破茧和化蛹所需时间均存在显著差异。未经低温(4℃)处理的幼虫在水分满足的条件下破茧率为71.3%,但均不能化蛹;低温(4℃)处理60 d内,随着处理时间的延长破茧率和化蛹率逐渐升高,破茧和化蛹所需时间逐渐缩短;与4℃低温处理30~60 d相比,自然变温处理30~60 d的幼虫化蛹率显著较低;4℃低温处理60 d和自然变温处理90 d后幼虫的化蛹率均超过91%。低温(4℃)处理显著提高了麦红吸浆虫幼虫EcR, Hsp70和Hsp90的表达量,其中处理30 d时其表达量最高,随着低温(4℃)处理时间的延长,表达量逐渐降低,大部分幼虫滞育解除后表达量趋于恒定。【结论】低温能显著促进麦红吸浆虫的滞育解除,效果优于9-10月自然变温;破茧率及破茧所需时间可作为评判麦红吸浆虫幼虫滞育强度的参考,但不能独立作为滞育解除的指标;EcR,Hsp70和Hsp90的表达水平与滞育强度密切相关,在麦红吸浆虫滞育解除中发挥潜在作用。     

广州市主城区城市地形类型与风环境评价

对城市地形组合类型及其地形对风场影响的研究,有助于城市风场机理的认识与生态环境的优化。以高层建筑密集的广州市主城区为例,在确定城市宏观地形类型的基础上,基于最小成本路径（LCP）辨识了风道,并对风环境质量进行评价。主要结论有：（1）将城市地形简要概括划分为4个一级地形、11个二级地形类型。（2）以LCP路径与盛行风交角不超过22.5°的标准,筛选确定通风路径作为风道。根据LCP格网的密度与频次,结合不同风向下风速与风频,评价分析了风环境类型与空间分布。（3）根据自然与城市地形的配置,北风风环境质量远高于西北风和东风;东风由于风频与风速最低,因此通风条件较差。（4）珠江航道在三种风向下都是尺度最宽贯穿城市最好的风道;区域性的风道与风环境较好的地段集中在与主风向平行的主干道上,但以近似南北走向的居多;由于广州城市地形高度以珠江新城峰林为中心向外递减,以低地地形为主的主城区外围通风优于中心区域,特别是珠江新城峰林与网络状台地为主的老城区,通风环境较差。基于LCP的评价结果需要同其他方法相互验证,才能使其不断完善优化。     

中国退耕还林还草对生态系统服务权衡与协同的影响

基于生态系统服务之间相关关系的时空动态变化,实现区域可持续发展与生态系统利益最大化,是兼顾生态保护、粮食安全、改善民生等多目标的重要途径。通过分析退耕还林还草工程县域粮食供给与地块水源涵养、土壤保持、防风固沙功能变化,评估退耕还林还草工程对生态系统关键服务之间权衡与协同关系的影响。结果表明：（1）2000-2015年,约76%工程县域的粮食供给增加,约46%和49%工程县域退耕还林还草地块的土壤保持与水源涵养功能呈提升态势,而风蚀区仅约2%工程县域的地块防风固沙功能明显提升。（2）1897个工程县域中,约24%县域粮食供给与地块水源涵养、约18%县域粮食供给与地块土壤保持之间呈显著地空间协同关系,风蚀区约38%县域粮食供给与地块防风固沙之间呈显著地空间权衡关系。（3）31%工程县域表现为多重生态系统服务供给区,其中双重服务供给县域占43%,三重服务供给县域占53%,四重服务供给县域占4%。（4）近16年,不同区域退耕还林还草工程导致粮食供给与调节服务之间呈现权衡与协同相互转换、权衡或协同程度变化等差异的空间相关关系,反映了多重生态系统服务联合权衡与协同在未来工程生态效应评估中的重要性。     

喀斯特地区土壤温度变化特征及其与环境因子的关系

喀斯特地区土壤温度变化特征对研究该区土壤活性及小气候变化具有重要意义。为探明喀斯特地区土壤温度变化特征及其与环境因子的关系,以喀斯特高原峡谷区四种典型土地类型（花椒地、金银花地、火龙果地、荒地）为研究对象,采用土壤含水量监测系统（ECH2O）对各样地土壤温度变化进行连续定点监测,分析土壤温度的动态变化特征及其与环境因子的关系。结果表明：10 cm处土壤温度日变幅最大,土层越深日变幅越小;土壤温度日变幅为夏季较大,秋、冬季较小。火龙果地、金银花地土壤温度日变幅明显大于花椒地、荒地;随着土层加深,土壤温度日变化出现滞后现象;不同季节土壤温度均为火龙果地 > 荒地 > 花椒地 > 金银花地。夏季土层越深,土壤温度越低;秋、冬季土层越深,土壤温度越高;土壤垂直温度变异系数表现为冬季大于夏季。相关分析表明,土壤温度与气温、太阳辐射及土壤含水量均呈显著正相关（P<0.05）,土壤温度变化与容重、孔隙度、土壤质地、有机碳等土壤理化性质相关性显著。花椒地土壤温度日变幅最小,与其较高的土壤含水量和总孔隙度、容重小、土壤持水性强密切相关。综上,花椒地对土壤温度的调节效果较好,因此,在喀斯特地区生态恢复的过程中,种植花椒能在一定程度上改善土壤性质,提升土壤肥力。本研究为喀斯特地区的生态恢复提供了科学依据,为植被生态效益评价提供一定参考。     

不同人类干扰背景下横断山南段保护优先区规划研究

建立自然保护区是保护和维持生物多样性最有效、最基本的措施。在有限的资金和人力条件下,如何参考不同人类干扰在保护优先区建设中的影响并选择合适的保护规划方案,在更大程度上的保护本区域的生物多样性,一直以来都是保护生物学家争论的焦点。以横断山南段区为例,重点关注保护区建设过程中不同的人类干扰程度,以人类干扰的高低为切入点,基于多准则决策分析的原理和方法,以横断山南植被生态系统和人类干扰强度因子为基础,对比分析横断山南的生态系统保护价值分布、人类干扰格局和保护成效,结果显示：一是区域内森林生态系统（针阔混交林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、落叶混交林、常绿针叶林）、湿地生态系统（湖泊、河流、草本湿地）、高山生态系统（冰川和永久积雪、高寒草甸、高寒草原）价值高且分值在21分以上;二是从人类干扰高低分析入手,基于维持和提升区域生物多样性的角度出发,提出了不同的保护优先区域和保护策略。三是识别出横断山南段区的保护优先区主要包括峨边县、马边县、石棉县、越西县、保山市、腾冲市、维西县、德钦县、察隅县等区域。     

基于生态系统服务价值变化的环境与经济协调发展研究——以陕西省为例

为探讨生态环境与经济发展间的协调程度,选取2000、2005、2010和2015年4期的陕西省107个县（区）数据,利用单位面积生态系统服务价值和人均GDP构建环境经济协调度指数。结合空间自相关分析和空间杜宾模型等方法,分析了环境经济协调度指数的时空演变特征及驱动因素。研究表明：（1）从时间上看,陕西省环境经济协调度指数整体呈现缓慢下降趋势;从空间上看,大部分县（区）已处于基本协调和中度协调状态,并形成了陕北地区优于陕南地区,陕南地区优于关中地区的空间格局。（2）陕西省环境经济协调度指数具有显著的空间正相关性,高高集聚和低低集聚效果比较明显。（3）退耕还林工程、城镇化水平、产业结构、降水量是提升协调度指数的关键因素,气温则是制约协调度发展的约束要素。未来应因地制宜实施差异化的发展战略,以实现环境与经济协调发展。     

基于野外调查和同质种植园实验的芦苇植物功能性状变异研究

研究表型可塑性和遗传变异在植物表型分化中的相对作用,有助于预测全球环境变化下的植物群落组成和生态系统功能的变化。芦苇（Phragmites australis）是全球性广布的草本植物,种内变异丰富,在我国西北和东部均存在多个分化稳定的生态型,但中国芦苇在更大尺度上的表型研究还非常匮乏。将位于黄河上游的宁夏平原和黄河下游的黄河三角洲作为研究区域,通过野外调查和同质种植园实验对芦苇自然种群的植物功能性状变异进行观测。结果表明,无论在野外还是同质种植园,黄河三角洲芦苇的基径、叶长和叶宽均显著大于宁夏平原芦苇,说明两个地区的芦苇种群之间存在着受遗传决定的表型分化,这可能与两个地区间的降水等气候差异有关。在野外,宁夏芦苇的株高和叶厚显著大于黄河三角洲芦苇,但在同质园中差异消失或相反,说明株高、叶厚受环境影响较大,表型可塑性也是芦苇适应环境变化的重要机制。在同质种植园中,宁夏平原芦苇的叶片氮磷含量较低,但株数却显著多于黄河三角洲芦苇,反映了不同地区芦苇之间存在不同的适应策略,宁夏平原芦苇更偏向于高扩散率的杂草策略,而黄河三角洲芦苇更偏向于竞争策略。此外,宁夏平原芦苇的株高、叶长两个性状以及基径-比叶面积相关性在野外和同质园两个环境中存在一致性,表明了性状变异和权衡策略的遗传稳定性。综上,位于黄河上下游的芦苇种群间存在着适应性分化,这是表型可塑性和遗传变异共同作用的结果,不同来源芦苇对全球变化下的多重环境因子的响应还需要进一步研究。     

河西走廊植被净初级生产力时空变化及其影响因子研究

干旱半干旱区植被NPP变化对全球碳循环有重要影响,该区域NPP对气候变化的响应表现出较大的时空异质性,其驱动机制并不十分清楚。选择中国河西走廊,利用随机森林算法估算了2002-2018年的NPP,基于偏导数法计算了气候与人类活动对NPP的影响。结果表明：（1）随机森林算法能较好的适用于干旱半干旱区NPP估算。（2）2002-2018年间河西走廊年NPP的平均值为153.32 gC m^-2 a^-1,总量为37.468 Tg C/a,呈东南向西北递减的分布特征,研究期间NPP呈2.37 gC m^-2 a^-1（P=0.09）增长趋势。（3）河西走廊NPP变化52.51%由气候因子贡献,47.49%由人类活动贡献。（4）在气候变化对NPP的影响中,降水主导了该区72.21%的区域,温度对NPP变化量的贡献占73.71%,前者影响着NPP变化格局,后者主导NPP变化数量。升温和增湿均有利于该区NPP增加,随着西北地区气候暖湿化,河西走廊植被会持续改善,该研究有助于理解干旱半干旱区NPP对气候变化的响应机制,为适应气候变化政策制定提供理论依据。     

基于高通量测序分析西藏沙棘根瘤内生菌的多样性

根瘤是微生物侵染植物根部并与之形成的共生结构,这些微生物都可被称为植物内生菌。豆科植物根瘤中的内生菌常常又被称为根瘤菌,而侵染非豆科植物形成根瘤的主要是放线菌弗兰克氏菌,这些非豆科植物又被称为放线菌结瘤植物。西藏沙棘是一种典型的放线菌结瘤植物,由于其分布生境的特殊性,对其根瘤内生菌的研究具有重要的生态意义。对于西藏沙棘根瘤内生菌的研究,培养方法因难以模拟自然条件而不易获得纯培养,高通量测序技术对其多样性的研究提供了便利。因此,本研究以生长在甘肃省天祝县金强河河滩地的西藏沙棘根瘤为材料,采用16S rRNA基因扩增子高通量测序方法,结合OTU分析,对西藏沙棘根瘤内生菌的多样性进行探讨。实验结果表明,西藏沙棘根瘤内生菌具有丰富的多样性,根瘤内的优势属为共生固氮的弗兰克氏菌属（Frankia）,其相对丰度为47.63%,共检测到7个弗兰克氏菌属的OTUs;根瘤内除弗兰克氏菌外,还存在大量的非弗兰克氏菌,共检测到1523个OTUs,隶属于22个门、33个纲、69个目、113个科和202个属,相对丰度排名前9的属中有25个非弗兰克氏菌属的OTUs。该研究也表明,西藏沙棘根瘤内生菌具有丰富的多样性,西藏沙棘根瘤中不仅存在着可共生固氮的弗兰克氏菌,并且还分布着非弗兰克氏菌;在同一根瘤样品中,弗兰克氏菌属还具有不同的物种。本研究不仅拓展了西藏沙棘根瘤内生菌多样性的研究方法,还为同一寄主植物中弗兰克氏菌多样性的研究提供了分析思路。     

青霉素钠对萼花臂尾轮虫适合度的促进作用及其与藻密度的关系

以萼花臂尾轮虫（Brachionus calyciflorus）为受试动物,在1.0×10⁶（较低）、2.0×10⁶（中等）和4.0×10⁶个细胞/mL （较高）的斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）密度下,研究了不同浓度（0、200、400、600、800和1000 μg/L）的青霉素钠对轮虫各生命表统计学参数的影响。结果表明,与各藻密度下的对照组相比,当藻密度为2.0×10⁶个细胞/mL时,200-1000 μg/L的青霉素钠处理组中轮虫的生命期望和世代时间分别延长了40.67%-70.67%和34.04%-50.23%（P<0.05）,净生殖率和内禀增长率分别提高了204.35%-358.70%和36.26%-62.09%（P<0.05）;藻密度的降低或升高均显著降低青霉素钠对轮虫存活、生殖和种群增长的促进幅度。1.0×10⁶ 个细胞/mL的斜生栅藻密度下,400 μg/L的青霉素钠处理组中轮虫的生命期望延长了21%（P<0.05）,200-400μg/L的青霉素钠处理组中轮虫的世代时间延长了23.15%-33.13%（P<0.05）,200-600和1000 μg/L的青霉素钠处理组中轮虫的净生殖率分别升高了40%-81.05%和41.05%（P<0.05）;但4.0×10⁶个细胞/mL的斜生栅藻密度下,各青霉素钠处理组中轮虫的所有生命表统计学参数均与对照组之间无显著性差异（P>0.05）。藻密度对轮虫的生命期望、净生殖率、内禀增长率和后代混交率均具有显著性影响（P<0.01）,青霉素钠浓度对轮虫的世代时间、净生殖率和内禀增长率均具有显著性影响（P<0.05）,藻密度和青霉素钠浓度的交互作用对轮虫的生命期望、净生殖率和内禀增长率也具有显著性影响（P<0.05）。在实验设置的青霉素钠浓度范围内,1.0×10⁶个细胞/mL藻密度下轮虫的生命期望、世代时间和净生殖率与青霉素钠浓度之间均具有显著的剂量-效应关系（P<0.05）;2.0×10⁶个细胞/mL藻密度下,轮虫的生命期望、世代时间和内禀增长率与青霉素钠浓度之间均具有显著的剂量-效应关系（P<0.05）。本研究结果提示,环境相关浓度的青霉素钠不会对萼花臂尾轮虫的存活、生殖和种群增长产生显著性影响。