炼锌废渣-修复植物-凋落物体系的生态化学计量学研究

为揭示金属冶炼废渣堆场生态修复多年后,废渣-植物-凋落物系统中养分循环和系统维持机制。该研究以实现生态修复6 a的黔西北铅锌冶炼废渣堆场上土荆芥(Dysphania ambrosioides)、芦竹(Arundo donax)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、构树(Broussonetia papyrifera)和柳杉(Cryptomeria fortunei)五种优势修复植物为对象,分析它们的主要营养器官(细根、粗根、茎/干、枝、叶片)、地表凋落物、植被下方表层废渣(0～10 cm)中碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及化学计量特征,探讨它们之间的相互关系。结果表明:不同植物、不同营养器官间C、N、P的含量具有显著差异(P<0.05),C平均含量在两种草本植物中为茎>叶片>根>凋落物,在三种乔木中为干>枝>细根>粗根>叶片>凋落物; N和P的分布在草本植物中分别为叶片>凋落物>根>茎和叶片>根>凋落物>茎,在三种乔木中均为叶片>细根>凋落物>粗根>枝>干。五种植物中,柳杉各营养器官及凋落物中C含量均高于其他植物,N、P含量呈相反的规律; 刺槐中N含量最高。C:N和C:P在五种植物营养器官与凋落物中的变化规律跟N、P的分布相反,说明C:N和C:P分别主要受N和P含量影响。相关性分析指出,草本植物的N:P受N和P共同影响,三种乔木的N:P主要由N的分布决定,同时受到枝和叶片中P含量影响。五种植物中,仅豆科类刺槐的叶片N:P大于16,在系统中生长受P限制,其他植物生长均受N限制,说明刺槐更能适应贫瘠的废渣环境,建议在修复贫瘠的废渣堆场时优先选择豆科类植物作为先锋植物,改善基质养分条件。植被下方表层废渣中C、N、P含量基本都低于植物各营养器官及凋落物,不同修复植物下方对应的表层废渣中C、N、P含量间具有显著差异(P<0.05),草本植物修复下的废渣中C、N、P含量低于乔木修复下的含量。废渣-植物-凋落物体系中N、P、N:P之间的相关性分析显示,植物细根和凋落物中N、P含量与废渣中N、P含量及化学计量比关系更密切。     

丛枝菌根真菌促进南美蟛蜞菊生长及对难溶磷的吸收

为了解2种丛枝菌根真菌(AMF)摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae, FM)和地表球囊霉(Glomus versiforme, GV)对入侵植物南美蟛蜞菊(Wedelia trilobata)的生长和对难溶性磷酸盐利用的影响,采用沙培盆栽方式,研究了南美蟛蜞菊在接种AMF与添加难溶性磷酸盐的生长和磷含量的变化。结果表明,在磷限制环境下FM对南美蟛蜞菊的侵染率达55%～69%,GV的侵染率达到63%～80%。添加难溶性磷酸盐后,2种AMF均促进了南美蟛蜞菊茎的伸长(FM:+46%; GV:+65%)、总生物量的增加(FM:+27.2%; GV:+40%)和磷含量的增加(FM:+36.6%; GV:+40.7%)。对比FM,GV对植物利用难溶性磷有更显著的促进作用。因此,南美蟛蜞菊与2种AMF形成的共生体系可以促进植物生长和对营养资源的利用,提高对难溶性磷的吸收效率可能使得南美蟛蜞菊在营养贫乏的环境中更好地建立种群。     

不同磷水平下玉米-大豆间作系统根系形态变化

本研究通过盆栽试验,探讨不同磷水平(0、50、100 mg P₂O₅·kg^-1,分别用P₀、P₅₀、P₁₀₀表示)下玉米与大豆间作系统根系形态的变化及其与磷吸收的关系,以明确玉米-大豆间作系统促进磷吸收的作用机制。结果表明: 不同磷水平下,间作显著改变了玉米和大豆的根系形态参数,提高了大豆根冠比。与单作模式相比,间作使玉米和大豆的根长、根表面积、根体积、根系干重分别显著增加25.6%、22.0%、39.2%、34.3%和28.1%、29.7%、37.3%、62.3%,而平均根直径分别显著降低15.2%和11.7%。不同磷水平下,磷素吸收当量比(LER_P)>1,玉米-大豆间作具有明显的磷吸收优势,且LER_P不受磷水平调控。间作诱导根系形态改变与磷吸收增加密切相关,其中玉米根系表面积增大、大豆根系长度增加是驱动玉米-大豆间作系统磷高效吸收的主要机制。根据回归方程,玉米根表面积和大豆根系长度增大10%,磷吸收量提高5%～10%。因此,与中等施磷水平(P₁₀₀)下的单作相比,玉米-大豆间作条件下磷肥减施1/2(P₅₀)并未降低玉米的磷吸收量。综上,玉米-大豆间作体系在减施磷肥条件下具有维持作物磷吸收的潜力。     

既主内政, 又辖外交——以PHR为中心的基因网络调控植物-菌根真菌的共生

磷是植物生长发育必需的大量矿质营养元素, 但自然界大部分土壤都存在严重缺磷的问题。为了适应这一营养逆境, 植物演化出一系列低磷胁迫应答反应。通过改变基因的转录水平调控低磷胁迫应答反应, 而转录因子PHR1在调控植物对低磷胁迫的转录响应中起关键作用。此外, 大部分陆生植物还能与丛枝菌根真菌建立共生关系, 通过丛枝菌根真菌更有效地从土壤中获取磷元素。最近, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究组发现, 以PHR为中心的转录调控网络控制植物-丛枝菌根真菌共生的建立。因此, PHR不但在维持植物细胞自身的磷稳态中发挥作用, 而且参与植物与外界微生物的相互作用, 为植物有效地从环境中获得磷元素提供了另外一条途径。     

土壤氮磷添加下豆科草本植物生物固氮与磷获取策略的权衡机制

豆科草本植物固氮是陆地生态系统重要的自然氮输入方式, 影响着草地生产的经济性和可持续性。为探讨氮磷交互作用影响豆科草本植物生物固氮率的潜在生理生态机制, 该研究选取8种豆科草本植物分别种植在对照、氮肥添加、磷肥添加和氮磷耦合添加处理的土壤中, 进行野外盆栽实验。测定了初花期植物生物量和营养含量、根部碳水化合物含量、根际pH、根际柠檬酸含量、根际有效磷含量、植物根瘤生物量、磷含量及其生物固氮率。主要结果: 依赖于豆科物种, 氮添加显著促进了豆科草本植物根际磷的活化, 降低了根生物量分配以及根系非结构性碳水化合物含量。在两种磷添加处理下, 氮添加导致8种豆科草本植物根瘤生物量平均下降27%-36%, 生物固氮率平均下降20%-33%。磷添加降低了根际的磷活化, 但促进了豆科草本植物根系发育和非结构性碳水化合物的积累。在施氮和不施氮条件下, 磷添加分别使8种豆科草本植物的生物固氮率提高了45%-69%和0-47%。氮添加降低豆科草本植物生物固氮率, 其原因是氮添加提高了植物磷需求, 为活化更多磷, 豆科草本植物降低根系生物量和根系非结构性碳水化合物的含量, 导致根瘤发育受到限制。在氮添加的同时进行磷添加, 能够改善土壤氮磷平衡, 促进根系生长和非结构性碳水化合物积累, 缓解了增氮对生物固氮的抑制作用。     

磷石膏浸提液对豌豆种子生理及幼苗生长的影响

利用不同浓度的磷石膏浸提液处理豌豆种子,测定豌豆种子淀粉酶活性、可溶性糖、种子生命力、吲哚乙酸含量、吲哚乙酸氧化酶活性和发芽率、苗高、植株鲜重。结果表明:磷石膏浸提液处理后,豌豆种子可溶性糖含量和吲哚乙酸含量分别比对照增加6.7%～43.3%和9.4%～40.8%。豌豆幼芽中α-淀粉酶活性和吲哚乙酸氧化酶活性分别比对照高出8%～64%和15.2%～30.9%;发芽率、苗高和植株鲜重分别比对照提高10%以上。表明磷石膏能促进豌豆萌发和生长。     

尤溪天然米槠林植物碳氮磷的化学计量特征及其分配格局

以福建尤溪的天然米槠[Castanopsis carlesii(Hemsl.) Hayata]林乔木层、灌木层和草本层的26个主要优势种为研究对象,分析了植物不同器官的C、N和P含量及其比值的差异及相关性,并对不同器官C、N和P含量在不同层次间的分布特征进行了研究.结果显示:同一器官中均为C平均含量最高、P平均含量最低;其中,叶片中C、N和P含量分别为344.95 ～ 486.15、6.26 ～ 19.50和0.18 ～0.62 mg·g-1,C/N、C/P和N/P比分别为22.52 ～61.21、696.64～2 589.72和11.38 ～58.94;根系中的C、N和P含量分别为277.95 ～458.30、1.41 ～12.73和0.13 ～0.44mg·g-1,C/N、C/P和N/P比分别为34.63 ～296.17、731.45 ～3 372.69和8.81 ～34.41;乔木层和灌木层植物枝条中C、N和P含量分别为407.75 ～473.75、3.10 ～7.39和0.09～0.61 mg·g-1,C/N、C/P和N/P比分别为57.43 ～148.15、776.64～5 054.44和7.05 ～48.11;乔木层植物树干中的C、N和P含量分别为432.56 ～463.32、2.67 ～6.35和0.16 ～0.31 mg·g-1,C/N、C/P和N/P比分别为68.12 ～167.73、1 494.58 ～2 860.63和11.35 ～29.06.乔木层植物的不同器官按C含量由高至低依次排序为叶片、枝条、树干、根系,按N和P含量由高至低依次排序为叶片、枝条、根系、树干;灌木层植物的C含量在枝条中最高、根系中最低,N和P含量在叶片中最高、枝条中最低;而草本层植物地上部分的C、N和P含量均高于地下部分.除根系中的N含量与P含量呈极显著正相关外,同一器官的C、N和P含量间均无显著相关性,但与C/N、C/P和N/P比值间大多有极显著的相关性.不同器官的C、N和P含量也因植物所处层次的不同而异,其中乔木层植物叶片中均最高、草本层植物叶片中均最低;乔木层植物全株的C含量最高、N含量最低,草本层植物全株的N含量最高、C含量最低,各层植物全株的P含量比较接近.研究结果表明:尤溪天然米槠林内植物叶片的C、N和P含量均偏低,P缺乏很可能是限制该林分植物生产力的最重要元素.     

组蛋白激活拟南芥CDPK催化CaMBP10的体外磷酸化反应

植物转脂蛋白 (plant lipid transfer proteins, LTPs) 是高等植物中广泛存在的多基因编码的小分子碱性蛋白. 本研究室已经证明白菜和豌豆LTPs可分别被内源胞浆可溶性和膜结合钙依赖性蛋白激酶 (calcium-dependent protein kinase, CDPK) 磷酸化. 为深入研究CDPK对白菜钙调素结合蛋白10 (calmodulin-binding protein-10, CaMBP10) 的磷酸化性质及特征, 本文从拟南芥可溶性蛋白粗提物中检测到1个分子量约为54 kD的CDPK对CaMBP10有磷酸化作用. 研究表明, 组蛋白可增强 CDPK对CaMBP10的磷酸化活性, 促进磷酸化进程. 而且组蛋白和Ca2+对CDPK具有协同调节效应, 二者共同作用时比Ca2+单独作用时, 激酶的活力增强约12倍. 此外, 不同组蛋白对CDPK的激活能力不同, 组蛋白1对该激酶活性的激活能力要比组蛋白3高约8倍.     

磷和外源生长素对白羽扇豆(Lupinus albus L.)根形态和生理特性的影响

白羽扇豆(Lupinus albus L.)对磷和生长素表现出高度的根系形态和生理可塑性反应, 然而磷和生长素如何调节根形态和生理特性以及它们对根形态和生理的交互效应尚不清楚. 本研究通过水培实验旨在评价磷(0或250 μmol/L)和生长素(10^-8 mol/L NAA)对白羽扇豆根特性的影响及其交互效应. 结果表明, 缺少磷和生长素施用均明显改变了白羽扇豆的根形态(主根长度减少、一级侧根数目增加和排根大量形成)和生理特性(质子释放、柠檬酸分泌和酸性磷酸酶活性增加). 外源生长素的施用增加了缺磷白羽扇豆根系的响应度和敏感性. 磷和生长素对白羽扇豆根系形态和生理具有明显的交互作用. 主成分分析表明, 磷解释了根特性64.8%的信息, 而生长素解释了21.3%的信息, 表明磷供应对白羽扇豆根特性的影响比外源生长素施用更为重要. 白羽扇豆能够通过协调根系形态和生理对外部刺激(如缺磷和施用生长素)作出应答, 以及优化根形态和生理之间的关系从而最大化获取磷素资源.     

不同血液净化方式对慢性肾脏病矿物质和骨异常的疗效观察

目的:探讨2种不同血液净化方式对慢性肾脏病(CKD)患者低血钙、高血磷及高血清甲状旁腺激素的改善效果。方法:选择2011年9月到2014年9月在我院接收维持性血液透析(MHD)的患者64例,随机分为HDF组和HP-HD组各32例;HDF组采用血液透析滤过(HDF)治疗,HP-HD组采用血液灌流(HP)联合血液透析(HD)治疗;分别在治疗前及治疗后3周采血检测血钙、血磷和全段甲状旁腺激素(iPTH)。结果:治疗三周后,与治疗前相比较,两组患者血磷、iPTH显著下降,血钙显著上升,均有显著性差异(P0.05);HP-HD组患者血磷、iPTH下降较HDF组更为显著,均有显著性差异(P0.05)。结论:HDF和HP联合HD均能有效调节血钙、清除血磷和iPTH水平,但HP联合HD较HDF效果更佳。