葡萄园生态系统碳源/汇及碳减排策略研究进展

葡萄园生态系统是农业生态系统的重要组成部分, 集中连片栽培的葡萄园具有重要的生态价值。开展葡萄园生态系统碳源/汇的研究, 是完整探讨葡萄园生态系统碳循环必不可少的内容。随着葡萄生态学研究的进一步深入, 如何直观地揭示葡萄园生态系统碳循环规律和碳汇功能已经成为葡萄生态学领域关注的热点问题。研究发现, 葡萄园生态系统固定大量碳, 将碳封存在葡萄果实等一年生器官、主干等多年生器官以及土壤碳库中。葡萄园生态系统碳输入量大于碳输出量, 是碳汇; 土壤是葡萄园生态系统最大的碳库, 占总碳储量的70%, 尤其是土藤界面; 覆盖和免耕作为葡萄园的碳减排策略, 可以减少碳排放, 提高葡萄园土壤肥力。基于此, 为了阐明葡萄园生态系统的碳汇价值, 该文围绕葡萄生态学最新研究进展, 系统回顾了葡萄园生态系统中碳循环规律、碳汇研究进展及碳减排策略, 为葡萄生态学的研究提供理论基础, 并对本领域未来的研究方向和应用前景进行展望。     

岳桦幼苗光合特性和非结构性碳水化合物积累对干旱胁迫的响应

以长白山林线树种岳桦为对象,利用生长控制试验进行干旱处理,研究干旱对岳桦幼苗光合特性及非结构性碳水化合物(NSC)积累的影响。结果表明:干旱显著降低了岳桦幼苗的净光合速率和气孔导度,提高了其水分利用效率;干旱显著增加了岳桦幼苗叶、皮、干和根中的可溶性糖和总NSC的含量,但显著降低了淀粉含量;随着干旱的持续,叶片的气孔导度、光合速率和瞬时水分利用效率迅速降低,而可溶性糖、淀粉和NSC则是先增后减;在试验末期,叶片90%发黄,岳桦幼苗干、皮和根中可溶性糖与淀粉含量的比值均显著高于对照。这表明岳桦在受到干旱胁迫时,迅速降低气孔导度以减少水分散失,提高水分利用效率,它属于避旱型植物;岳桦通过优先储存策略来提高组织器官中可溶性糖含量、增加淀粉与糖之间的转化率来应对水分亏缺的不利环境;在遭受持续干旱,幼苗面临死亡的时候,干旱胁迫可能超过了植物自我调节的阈值,但此时其组织器官中NSC含量并未降低,这说明岳桦最终的死亡可能不是碳饥饿导致的。     

中亚热带同质园不同树种氮磷重吸收及化学计量特征

于2019年8月研究中亚热带同质园11个树种叶片的比叶面积、氮(N)和磷(P)养分重吸收和化学计量特征,分析其养分利用策略。结果表明: 常绿阔叶树种(香叶、香樟、木荷、米槠、醉香含笑和杜英)和常绿针叶树种(杉木和马尾松)成熟叶和衰老叶的比叶面积、N和P含量普遍低于落叶阔叶树种(枫香、无患子和鹅掌楸),而成熟叶片C∶N和C∶P则表现为常绿阔叶树种和常绿针叶树种高于落叶阔叶树种。除米槠外,同质园其他树种N∶P均小于14。相对于其他树种,基于单位质量与单位面积计算的无患子N和P重吸收率均高于50%,马尾松、杉木和香樟P重吸收率也高于50%,而醉香含笑N和P重吸收率最低,仅为15%～30%。成熟叶比叶面积与N和P含量呈显著正相关,而与C∶N和C∶P呈显著负相关。在同质园中,米槠和香叶等常绿阔叶树种与马尾松等常绿针叶树种属于缓慢投资-收益型树种,其通过降低叶片比叶面积以及N、P含量,减少养分损失,从而实现较高的N、P重吸收程度与利用效率。然而,无患子等落叶阔叶树种属于快速投资-收益型树种,N和P利用效率相对较低。此外,同质园树种多受N限制,却不具有较高的N重吸收率,而唯一受P限制的米槠也不具有高P重吸收率。这些结果深入认识了中亚热带不同类型树种的N和P养分利用特点,可为区域造林实践提供科学依据。     

我国国家公园人类活动特征、管理问题与调整策略

在现代自然保护与经济开发的历史关系中,人类活动总是处于关键角色和矛盾焦点。早期将人隔离在自然系统之外的堡垒保护(fortress conservation)逐步被更加包容的保护所替代,尤其是纳入地方社区在生物多样性保护中的角色和作用(Berkes,2007;Garnett et al,2018;Rai et al,2021)。管理保护地人类活动并实现可持续发展,成为全球自然保护共同面临的最大挑战。我国国家公园的首要功能是重要自然生态系统的原真性、完整性保护,但同时强调要兼具科研、教育、游憩等综合功能,这必然涉及到监测保护、科研教育、游憩体验和社区发展等多样化的人类活动。把握我国国家公园人类活动特征,平衡人类活动的范围、方式和强度,是实现国家公园"全民共享、世代传承"的重大任务。本文从试点国家公园人类活动主要特征出发,探讨我国试点国家公园重要人类活动的管理和存在问题,并提出相应调整策略,以期为国家公园的制度设计及建设实践提供参考。     

温带湿地植物生物量分配格局调控群落水平养分回收效率对氮磷添加的响应

温带湿地植物生物量分配格局调控群落水平养分回收效率对氮磷添加的响应 养分回收是植物养分利用策略的一个重要组成部分,但养分有效性的变化如何调控群落尺度上植物养分回收过程仍不清楚。在本研究中,我们提出两个科学问题：(1)叶片和茎养分回收过程对养分有效性增加的响应格局是不是一致？(2)群落尺度上养分富集引起的植物养分回收变化是受物种内养分回收可塑性的影响还是受物种组成变化的调控？本研究以中国东北草本植物占优势的温带湿地为研究对象,利用施肥实验调查了氮和磷添加3年后物种水平上植物地上部分生物量以及叶和茎养分回收的变化趋势,并评价了群落尺度上植物养分回收对3年养分添加的响应。对于植物叶和茎而言,氮和磷添加对养分回收效率(nutrient resorption efficiency)均没有影响,但降低了相应的养分回收度(nutrient resorption proficiency)。同样地,在群落水平上,植物氮和磷养分回收度也随着相应的养分添加而降低。而且,由于植物群落组成变化及其引起的叶茎比降低,氮添加显著降低群落尺度上植物氮和磷的养分回收效率。这些研究结果表明,温带湿地植物叶和茎养分回收过程对养分有效性增加的响应是一致的,而且养分富集引起的物种组成以及叶和茎生物量分配格局变化是驱动群落尺度上植物养分回收动态的重要因素。     

我国小麦赤霉病成灾原因分析及防控策略探讨

小麦是世界上三大粮食作物之一,是全球30亿以上人口的主粮。近年来,由于各种病虫害危害,全球小麦生产和粮食安全受到严重威胁,其中由禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病是小麦生产上重要的病害之一。此外,病菌会产生多种真菌毒素对人畜生命健康构成严重威胁。化学药剂的使用以及抗病品种的种植可以有效地控制小麦赤霉病的发生。但是,由于高产优质抗病品种匮乏、气候变暖等因素影响,小麦赤霉病在我国小麦主产区频繁暴发;同时,赤霉病菌抗药性产生致使化学农药的防控效果大大降低。从气候变化、耕作制度改变、小麦品种抗性及病菌抗药性等方面,分析了赤霉病暴发成灾的主要原因。在此基础上,结合当前赤霉病防控研究进展以及存在的科学问题,探讨该病害持续绿色防控的对策建议,以期为我国小麦赤霉病的防控研究提供参考。     

异色瓢虫不同色斑型成虫的耐寒性研究

【目的】研究异色瓢虫Harmonia axyridi不同色斑型成虫的耐寒能力,以明确其色斑型比例所呈现的季节性变化的适应意义。【方法】本文测定了异色瓢虫实验种群和自然种群不同色斑型成虫的过冷却点(Supercooling point,SCP)及低温存活率。【结果】同一发育温度下异色瓢虫实验种群不同色斑型成虫的SCP和低温存活率均没有显著性差异(P>0.05),但是低温暴露中饲养在25℃下成虫的存活率下降更为剧烈。异色瓢虫自然种群黑底型与黄底型成虫的SCP呈现出明显的季节性变化,其SCP在7月份最高,分别为﹣8.2℃和﹣7.5℃;在1月份达到最低,分别为﹣16.8℃和﹣18.2℃。越冬开始(11月)黑底型成虫的SCP低于黄底型成虫的,整个越冬期间黄底型成虫的SCP一直低于黑底型成虫的,但是异色瓢虫黑底型与黄底型越冬成虫的低温存活率却没有显著性差异(P>0.05)。【结论】越冬期间异色瓢虫黄底型成虫的SCP低于黑底型的,这样可以通过体液过冷却的方式来避免结冰造成的伤害,以增强其越冬种群的耐寒能力,这也可能是越冬期间异色瓢虫黄底型成虫数量显著上升的一个原因。     

罗汉果全基因组Survey分析

罗汉果是广西特有药用及甜料植物,其主要成分之一甜苷V作为天然、非糖甜味剂,具有广阔的开发前景,但罗汉果目前完全来自于栽培,适生区狭窄,连作障碍严重,加之含量低导致甜苷V生产成本居高不下,严重限制了其应用。为了减少盲目性,在大规模全基因组深度测序之前,先做低覆盖度的基因组Survey测序,评价基因组的大小及复杂程度,以确定适合该植物全基因组的测序研究策略。该研究采用第二代高通量测序技术(Illumina Hiseq TM 2000)首次测定了罗汉果基因组大小,并利用生物信息学方法估计罗汉果杂合率、重复序列和GC含量等基因组信息。结果表明:(1)获得了18.1 Gb罗汉果基因组测序数据,基因组大小估计为344.95 Mb左右,测序深度为52×;(2)从K-mer分布曲线发现罗汉果基因组有明显的杂合峰,杂合率达1.5%,基因组高杂合导致组装的结果中Contig N50和Scaffold N50的长度比预期的要短很多,还造成GC平均深度及含量分布明显异常,存在一个低深度分布区域。基因组主峰后面有微弱的重复峰,说明罗汉果存在较多的重复序列;(3)由于罗汉果存在高杂合率和重复序列较多的特点,该基因组测序分析仅采用全基因组鸟枪法(WGS)策略不合适,为了更好地对全基因组进行序列拼接和组装,可尝试结合采用Fosmid-to-Fosmid或BAC-to-BAC策略。该研究结果对于揭示罗汉果产量、有效成分含量、发育及抗病虫的分子机制,以及通过分子育种来提高甜苷V含量和降低生产成本具有重要意义,为全基因组测序策略的选择提供了依据。     

延河流域植物叶性状间关系及其在不同植被带的表达

以延河流域不同植被带的地带性植物群落为研究对象,对群落优势种和主要伴生种的6种叶片性状进行测定,分析这些性状及其关系随环境梯度的变化,以了解该区域植物对环境变化的适应策略.结果表明: 植物比叶面积(SLA)与叶组织密度(LTD)、叶片单位面积氮和磷含量均呈显著负相关,与单位质量叶片磷含量呈显著正相关;各性状间的尺度关系和生存对策在不同植被带不同,典型草原带和森林草原带植物LTD SLA的尺度依赖关系比森林带植物的强,而森林带植物叶片单位〖JP2〗面积N、P含量与SLA、LTD间的尺度关系较草原带更明显,植物对环境的适应策略发生了位移.在干旱贫瘠的草原带和森林草原带,植物以防御和抗胁迫策略为主,而在环境条件相对湿润、富养的森林带,植物以快速生长和资源优化配置策略为主.     

克雷伯氏肺炎杆菌LDH526产1,3-丙二醇的甘油自动流加策略

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,主要作为平台化合物用于合成聚酯,如聚对苯二甲酸丙二醇酯。经基因工程改造的克雷伯氏肺炎杆菌LDH526能以甘油作为唯一碳源合成1,3-丙二醇,最终发酵浓度超过90 g/L。甘油浓度是影响1,3-丙二醇合成的关键因素。为了实现对甘油浓度的精确控制,设计并优化了基于发酵动力学的甘油自动流加策略。通过将底物流加速率与易观察变量p H和发酵时间偶联,实现了发酵过程中甘油流加的自启动和甘油浓度的动态控制。发酵72 h,1,3-丙二醇的浓度可稳定超过95 g/L。自动控制甘油流加的发酵过程具有可重复性、连续性以及人工工作量少的特点,有望从实验室规模扩大到生产规模。