单分子技术的i基序DNA动态结构实验研究

为探索i基序(i-motif)DNA结构的折叠过程,利用单分子荧光共振能量转移技术,对基因序列bcl2在不同pH值(6.2~8.0)条件下进行动态检测。结果表明:当pH=6.2时,bcl2序列的荧光传递效率分布在0.95处为单峰,即i-motif结构处于均匀、完全的折叠状态;随着pH值增加至8.0,荧光传递效率分布逐步向左移动,效率峰最终停留在0.40处,即i-motif结构在高pH值条件下的部分去折叠过程。荧光能量转移效率动态分布曲线拟合出6个峰,即i-motif结构具有6个折叠状态。证明了当pH值发生改变时,i-motif可以在多种折叠状态间进行自发地变构与转换,为进一步研究i-motif的生理功能提供参考。

蛋白质晶体虚拟仿真实验的建设及应用

蛋白质分子三维结构建模是生命科学的研究前沿,其实验基础是高质量蛋白质晶体制备及晶体衍射。对本科生开展蛋白质晶体实验教学面临建设成本高、存在安全隐患和持续时间长等实际困难,亟须建设虚拟仿真实验平台。虚拟仿真实验基于自有科研成果,设置蛋白质结晶条件初筛、结晶条件优化、晶体衍射和结构解析等模块,具有高度可行性、真实性和系统性。在实验过程中,引导和鼓励学生深入分析并自主解决遇到的科学问题,掌握蛋白质晶体研究的基本思路。已取得良好的教学效果,对相关专业的实验教学有一定的示范作用。

果树种植土壤N2O排放研究:认识与挑战

果树种植土壤因其较高的施氮量,很可能是温室气体氧化亚氮(N2O)的重要排放源。本文重点阐述了果园系统土壤N2O排放监测的复杂性,在此基础上探讨了如何形成有效的监测系统,揭示了利用现有技术测定N2O的排放规律和减排技术效果,并对今后的研究工作提出了展望。今后应重点开展以下几方面的工作:制定不同种类果树种植下土壤N2O排放监测标准;研发果树种植系统不同施肥模式、不同灌溉模式、不同土壤管理制度下土壤N2O减排技术;加强与N2O排放相关联的土壤氮素转化过程及其关联微生物机制的研究;构建果树种植系统土壤氮素平衡和N2O排放模型。

微信公众平台在本科教学中的应用与评价

依托微信公众平台的主动推送式教学模式在本科教学中的应用效果仍需实践检验。在某农业大学进行的“气象学”课程教学改革表明:接收微信公众平台推送文章的学生组的平均成绩和评教结果均有显著提高,但教师和学生仍需加强交流,充分发挥微信公众平台的功能。

下辽河平原几种旱作农田N_2O排放通量及相关影响因素的研究

为探明下辽河平原几种旱作农田N2O排放通量及相关因素的影响,采用静态箱(暗箱)/气相色谱法对东北地区3种典型的旱地作物(玉米、大豆和春小麦)的N2O排放进行了原位测量,同时测量了土壤湿度等相关影响因子。结果表明,3种旱田作物的N2O排放在其各自生长季内均表现出比较明显的季节变化规律。在整个生长季观测中,常规处理N2O排放通量变化范围和平均通量分别为:玉米田-26.2～822.1μg·m-2·h-1,平均通量110.3μg·m-2·h-1;大豆田-96.8～281.0μg·m-2·h-1,平均通量66.0μg·m-2·h-1;春小麦田-27.1～183.1μg·m-2·h-1,平均通量46.3μg·m-2·h-1。研究还表明,土壤湿度是制约旱田N2O释放的关键因素,在土壤湿度较低时,施N肥并不会增加N2O的排放量。从作物的整个生长季来看,施N肥处理比未施N肥处理的N2O排放量要高,具体表现在玉米田和春小麦田常规处理N2O排放总量分别是无N处理的3.88倍、1.10倍。

太湖地区冬小麦田与蔬菜地N_2O排放对比观测研究

2003年11月8日至2004年6月5日对太湖地区相邻的蔬菜地和稻麦轮作生态系统的冬小麦田,在当季不施肥情况下的N2O排放进行了田间同步对比观测,分析了N2O排放时间变化以及土壤湿度、土壤温度、土壤速效氮含量和农业管理措施对N2O排放的影响。研究结果表明,小麦播种前的耕翻(表层大约7cm土壤旋耕)处理不会明显改变稻麦轮作农田整个旱地阶段的N2O排放总量,但却使小麦生长季初期的N2O排放明显减弱69%(p<0.01,p为相关概率),使小麦生长季后期的N2O排放明显偏高2.6倍(p<0.05),而对其余时间段的N2O排放作用不明显。与长期实行稻麦轮作的旱地阶段农田相比,由稻田改种蔬菜20多年的蔬菜地,其整个观测期的N2O排放总量比免耕处理小麦田同期的排放高85%(p<0.05),比耕翻处理小麦田同期的排放高99%(p<0.01)。蔬菜地N2O排放偏高的原因是土壤速效氮,特别是铵态氮含量明显偏高(p<0.01)。

三江平原寒地稻田CH4、N2O排放特征及排放量估算

利用静态暗箱-气相色谱法,于2003-2006年对三江平原寒地稻田CH4、N2O通量进行了为期4年的田间原位观测研究。结果表明:三江平原寒地稻田CH4和N2O排放具有明显的季节变化,水稻生长季淹水期是CH4排放的强源,稻田排水后CH4排放显著下降,休闲期CH4排放微弱或呈弱吸收汇,整个生长季CH4排放呈现单峰型态,并随水稻植株生长和叶面积指数而变化;水稻生长季和休闲期N2O排放通量都很小,冬季休闲期有时还出现微弱的吸收现象。生长季一般在施肥和表土落干时都会出现不同强度的排放峰,除了几次比较显著的排放峰值外,其它淹水状态下N2O排放很弱;温度和土壤水分状况是影响稻田CH4和N2O排放的重要因子,稻田积水深度和气体排放无明显的相关性;水稻植株对稻田土壤CH4排放起促进作用而对稻田土壤N2O排放起抑制作用;稻田氮肥用量增加可以降低土壤CH4排放,但却增加了N2O的排放。根据试验数据对三江平原地区寒地稻田CH4和N2O排放总量估算值分别为0.1035 Tg/a和0.0021Tg/a。

下辽河平原玉米田土壤呼吸初步研究

以玉米田作为研究对象,分析了土壤呼吸速率的季节变化规律及环境因子的作用,旨在通过了解农田CO2吸收与排放的动态变化,为探索该地区碳收支机理提供试验依据。试验采用静态箱/气相色谱(GC)法测定了下辽河平原典型玉米田的土壤呼吸速率。结果表明,玉米田土壤呼吸速率具有明显的变化规律,玉米生长旺盛期土壤呼吸速率值保持在较高水平,3种处理的平均土壤呼吸速率分别为:施N肥处理(N150)为215.67 mg.m-2.h-1;未施N肥处理(N0)为192.48 mg.m-2.h-1;无作物对照(CK)为137.13 mg.m-.2h-1。土壤温度Q10和土壤水分是影响土壤呼吸的重要因素。地下5 cm的土壤温度与土壤呼吸有显著的相关性。在夏季(6至8月)的土壤水分与土壤呼吸间存在较为明显的互为消长关系。施肥可明显增强土壤呼吸作用,N150比N0处理土壤呼吸总量增加了12.1%,N150和N0处理的土壤呼吸总量分别是CK处理的1.57和1.40倍。

三江平原稻田N_2O通量特征

利用静态暗箱-气相色谱法于2004年11月—2005年10月对三江平原稻田进行了全年连续田间原位观测。结果表明,三江平原稻田全年N2O平均通量为0.052mg·m-·2h-1;冻融期N2O通量范围为0.008～0.029mg·m-·2h-1,融冻时排放量显著增加;生长期平均通量为0.059mg·m-·2h-1,施肥后及淹水期间水面落干时各出现了两个明显的N2O排放峰,排水后N2O排放通量较淹水期稍增加,但幅度不大。同时分析了冻融期、生长期N2O通量季节变化特征和日变化特征以及和相关环境因子的关系,分析表明,温度决定了稻田全年N2O排放通量的大小,而水分状况则是影响三江平原稻田N2O排放季节变化特征的主要因素。

外源氮对沼泽湿地CH_4和N_2O通量的影响

三江平原沼泽湿地受到大气沉降、地表径流、农业排水等外源氮素的输入,对湿地生态系统CH4和N2O通量有重要影响。采用野外原位施肥试验模拟外源氮输入,设0,60,120,240kgN.hm-24种试验处理,探讨外源氮对沼泽湿地CH4和N2O通量的影响。结果表明,外源氮促进了CH4和N2O排放。与对照处理比较,各施氮水平CH4平均排放通量分别增加了181%,254%和155%,N2O排放通量分别增加了21%,100%和533%。外源氮输入对CH4排放的季节变化形式影响不大,而N2O的季节变化形式随着氮输入表现出波动变化的趋势。不同施氮水平对CH4排放的促进作用与植物生长阶段和产CH4的微生物过程密切相关,N2O排放通量随氮输入量呈指数增加(R2=0.97,p<0.01)。外源氮通过影响湿地微生物过程来进一步影响CH4和N2O的排放。

三江平原春小麦农田生态系统氧化亚氮通量特征

利用静态暗箱-气相色谱法对三江平原春小麦农田生态系统N2O排放通量进行连续2.5年的田间原位观测.结果表明:三江平原春小麦农田生态系统N2O排放通量具有较明显的季节变化和年际变化,并主要与年际间降水及田间水分管理差异有关;春小麦农田生态系统N2O排放日变化与气温及地下5 cm温度变化有关.生长期N2O的排放较强,休耕期N2O排放量显著下降,冰冻期N2O的排放较微弱,融冻时N2O排放缓慢增强.生长期N2O平均排放通量为0.190 mg.m-2.h-1,收割后到冰冻期间为0.077 mg.m-2.h-1,冻融期间为0.017 mg.m-2.h-1.

下辽河平原单季稻田主要温室气体排放及驱动机制

采用静态箱(暗箱)/气相色谱法对稻田CH4、N2O和CO2排放进行了原位测量,同时测量了土壤温度、气温、土壤Eh等相关因子。试验表明,观测期内3种气体排放各有其明显的季节变化规律。稻田3种处理中的CH4排放规律一致,各处理的CO2的季节变化规律均与相同处理的N2O变化规律相似。在整个生长季中,常规处理、无作物处理(CK)、无N处理的稻田CH4排放总量分别为1.55×102、0.74×102、1.36×102kg.hm-2;N2O排放总量分别为1.80、3.25、1.21kg.hm-2;CO2排放总量分别为9.47×103、2.75×103、8.72×103kg.hm-2。从各处理排放总量分析,CH4和CO2为常规>无N>无作物,N2O为无作物>常规>无N。稻田CH4和N2O排放并无明显相关关系,土壤水分含量与3种气体的排放密切相关;当土壤Eh降到-150mV以下时,土壤CH4排放剧烈。水稻植株对稻田CH4和CO2的排放有十分重要的贡献,其参与使得CH4和CO2排放量分别增加了109%、244%;相对于常规处理来说,不施N肥能降低稻田N2O的排放,在整个生长季内,施用N肥使N2O的排放增加了49%。

下辽河平原大豆田CO_2和N_2O排放通量及相关影响因素研究

采用静态箱/气相色谱(GC)法测定了2004年及2005年大豆田CO2和N2O排放通量。结果表明:在2年的观测期内,大豆田的CO2和N2O排放均具有明显的季节变化规律。在2个生长季的观测中,CO2和N2O的排放通量分别呈现出相似的变化趋势。大豆田在休闲期内基本没有CO2排放,冻融期有少量的N2O排放。分析相关影响因素得知,土壤温度和土壤水分是影响大豆田释放CO2和N2O的重要因素。大豆植株对于N2O的排放具有不可忽视的作用。2年观测中常规处理的N2O通量总量分别是无作物处理的2.28倍和1.80倍。

下辽河平原潮棕壤撂荒地和人工林N_2O、CH_4排放研究

采用静态箱(暗箱)气相色谱法对下辽河平原潮棕壤撂荒地和人工林N2O、CH4排放进行了为期1年的原位测量,同时测量了土壤温湿度、气温,土壤NO3--N、NH4+-N含量等相关因子。结果表明,在观测期间内人工林地土壤的N2O排放通量明显高于撂荒地。撂荒地是大气CH4的源,而人工林则是CH4的汇。对人工林的观测结果表明,N2O排放与CH4排放之间存在负相关关系(R2=-0.351,p<0.05,n=36);而撂荒地两种气体排放之间无明显相关关系。N2O排放通量和温度变化有很好的相关性。当土壤含水量在200g/kg以上时,土壤含水量与CH4气体排放具有较好的正相关关系。

西双版纳冬季雾的微物理结构及演变过程

云南省西双版纳地区是著名的热带雨林多雾区。 1 997年 1 1月 2 3～ 30日 ,实施了一项雾的外场试验计划。文中利用勐养站观测的宏、微观资料 ,重点分析了雾的微物理结构及演变特征 ,并结合雾的宏观发展 。

长期定位有机物料还田对关中平原冬小麦-玉米轮作土壤N_2O排放的影响

为定量研究有机物料还田对农田土壤N2O排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法对关中平原冬小麦-玉米轮作24 a长期定位施肥试验地土壤N2O排放速率和相关环境因子进行了周年观测,试验处理为对照(CK,0 kg·hm^(-2))、氮磷钾(NPK,353kg·hm^(-2))、氮磷钾加秸秆还田[NPKS,(353+40)kg·hm^(-2)]和氮磷钾加牛粪[NPKM,(238+115)kg·hm^(-2)]4个处理.结果表明观测期内,CK处理N2O排放速率较小[<2.9 g·(hm^2·d)^(-1)];施肥处理在冬小麦季施肥和玉米季灌溉后均出现排放峰,最高值分别为NPKS[113.4 g·(hm^2·d)^(-1)]和NPKM[495.0 g·(hm^2·d)^(-1)]处理.各处理N2O排放通量与土壤湿度均呈显著正相关关系(r>0.28,P<0.05).CK、NPK、NPKS和NPKM处理N2O年排放总量分别为(0.1±0.0)、(2.6±0.1)、(3.4±0.7)和(2.9±0.3)kg·hm^(-2),施肥处理排放总量显著高于CK处理(P<0.05),但施肥处理之间差异不显著(P=0.06),说明施肥促进了N2O排放,但有机物料还田未能显著增加N2O排放.各施肥处理N2O直接排放系数分别为0.72%、0.83%和0.80%,均低于IPCC缺省值1%.施肥处理中,NPKM处理的单位产量N2O排放量最低.

秸秆还田对冬小麦-夏玉米农田土壤固碳、氧化亚氮排放和全球增温潜势的影响

旱地农田温室气体净排放(以全球增温潜势表示)主要取决于土壤固碳速率和氧化亚氮(N_(2)O)排放量.基于长期定位施肥试验,综合分析2010~2017年表层(0~20 cm)土壤有机碳含量和2014~2017年N_(2)O排放通量的观测结果,定量评价秸秆还田对关中平原冬小麦-夏玉米农田土壤固碳速率、N_(2)O年排放量和全球增温潜势的影响.田间试验设置传统施肥(CF)和传统施肥加玉米秸秆(CFS)处理及不施肥对照(CK).CF和CFS处理施入等量尿素,冬小麦季和夏玉米季施氮量分别为165 kg·hm^(-2)和188 kg·hm^(-2);CF处理在两季作物收获时均保留本小区地上约10 cm高根茬,CFS处理在冬小麦收获时保留相同根茬,而在玉米收获时保留全部秸秆(含氮量约40 kg·hm^(-2)).CK全年不施化肥,秸秆管理方式与CF处理一致.结果表明,CK土壤有机碳含量变化小、N_(2)O排放量低,其全球增温潜势变化范围为0.04~0.11 t·(hm^(2)·a)^(-1).CF和CFS处理土壤有机碳含量均随施肥年限呈线性增长(P<0.001),其固碳速率分别为0.69 t·(hm^(2)·a)^(-1)和0.97 t·(hm^(2)·a)^(-1);两处理N_(2)O排放量分别在1.65~5.36 kg·(hm^(2)·a)^(-1)和3.08~7.73 kg·(hm^(2)·a)^(-1)之间,CFS处理N_(2)O年排放量较CF处理偏高43%~94%,但仅在2015~2016年有显著性差异(P<0.05).CF和CFS处理全球增温潜势分别在-1.95~-0.28 t·(hm^(2)·a)^(-1)和-2.59~-0.35 t·(hm^(2)·a)^(-1)之间,CFS处理3 a累计全球增温潜势较CF处理偏低42%.本研究的冬小麦-夏玉米农田在传统施肥管理方式下已是温室气体的汇;尽管土壤固碳速率和N_(2)O排放量存在消长关系,但全量玉米秸秆还田仍然更有利于温室气体减排.

长期定位有机物料还田对关中平原夏玉米-冬小麦轮作土壤NO排放的影响

农田土壤是大气光化学活性气体一氧化氮(NO)的主要人为源之一.为定量研究有机物料还田对NO排放的影响,利用静态暗箱法对关中平原26 a长期定位施肥夏玉米-冬小麦轮作农田NO排放通量进行周年(2016年6月至2017年6月)观测.除对照(CK)处理全年不施肥外,田间设3个施肥处理,冬小麦季分别为全化肥(NPK,165 kg·hm^(-2))、化肥加秸秆[NPKS,(165+40)kg·hm^(-2)]和化肥加牛粪[NPKM,(50+115)kg·hm^(-2)];夏玉米季均施等量化肥(188 kg·hm^(-2)).观测期内,CK处理NO排放通量较小[<12.2 g·(hm^2·d)^(-1)];各施肥处理均在夏玉米播种、施肥和冬小麦施肥后出现排放峰,其中NPK处理峰值最高[112.0 g·(hm^2·d)^(-1)].各处理NO年排放总量和排放系数分别为0.13~0.57 kg·hm^(-2)和0.04%~0.12%.NPKS和NPKM处理年排放总量较NPK分别减少17.6%和增加68.0%(P<0.05).与NPK处理相比,NPKS和NPKM冬小麦季排放总量降低41.1%~60.0%(P<0.05);但夏玉米季增加25.2%~292.1%(P<0.05).冬小麦季添加有机物料有效降低NO排放,而夏玉米季NO排放增加则与土壤有机质含量有关.

长期定位施用牛粪对夏玉米-冬小麦体系农田N_2O和NO排放的影响

利用静态暗箱法对关中平原27 a长期定位施肥农田氧化亚氮(N_2O)和一氧化氮(NO)排放通量进行周年(2017年6月到2018年6月)观测,目的是阐明N_2O和NO的排放特征及其影响因子,定量评估施用牛粪对气体排放的影响.田间试验采用随机区组试验设计,设置3种处理.对照(CK)处理全年不施肥.全化肥(NPK)和化肥加牛粪(NPKM)处理全年施氮(N)量为353 kg·hm^(-2),其中夏玉米季为188 kg·hm^(-2),均为尿素N;冬小麦季为165 kg·hm^(-2),NPK处理全部为尿素N,而NPKM处理尿素N与牛粪N的比例为3∶7.结果表明,CK处理气体排放通量较低且无明显季节变化,NPK和NPKM处理气体排放高峰主要与施肥和灌溉有关,N_2O和NO排放最高峰值分别为103. 0 g·( hm^2·d)^(-1)和71. 0 g·( hm^2·d)^(-1),均出现在NPKM处理玉米季.当土壤温度高于20℃时,NPK和NPKM中NO/N_2O比均与土壤充水孔隙度呈显著负相关关系(P <0. 01),说明土壤温度和水分含量共同影响气体排放.各处理N_2O年排放量分别为0. 21、2. 32和2. 15 kg·hm^(-2),NPK与NPKM处理间差异不显著(P=0. 74); NO年排放量分别为0. 23、0. 80和1. 46 kg·hm^(-2),NPK和NPKM处理间差异显著(P <0. 05).说明长期施用牛粪对N_2O排放无影响,但可显著增加NO排放.

中国旱作农田一氧化氮排放及减排:Meta分析

农田是大气污染物一氧化氮(NO)的主要排放源之一.与水稻田相比,旱作农田NO排放量和排放系数高,但其异质性及影响因素尚不明确.目前,我国农田NO排放和减排的研究以原位观测为主,缺乏系统的整合(Meta)分析.通过收集文献数据,定量分析玉米-冬小麦、水稻-冬小麦旱地阶段、蔬菜、茶园和果园等旱作体系NO排放量和排放系数的异质性及主要影响因素;定量评价减量施氮、有机肥替代化肥、配施新型增效氮肥和施用生物质炭等管理措施对NO排放量和排放系数的影响.收集相关文献共计49篇(发表于2006~2021年).结果表明,玉麦轮作、茶园和果园体系年排放量平均值分别为1.44、7.45和0.92 kg·hm^(-2),在这3个体系间有显著性差异(P<0.05),稻麦轮作旱地阶段和蔬菜季节排放量平均值分别为2.13 kg·hm^(-2)和2.09 kg·hm^(-2).在玉麦轮作、稻麦轮作旱地阶段和茶园体系中,NO排放量均与施氮量呈正相关关系(P<0.01),但在蔬菜和果园体系中二者无显著相关性.玉麦轮作、稻麦轮作旱地阶段、蔬菜、茶园和果园体系排放系数平均值分别为0.31%、0.71%、0.96%、1.74%和0.13%,除玉麦轮作分别与稻麦轮作旱地阶段和蔬菜体系间的差异不显著外(P>0.05),在其余体系间均有显著性差异(P<0.01).由于各体系间排放系数差异大,在编制区域或全国农田NO排放清单时,有必要对各作物体系采用不同的排放系数.减量施氮仅在减氮比例高于25%时可显著降低NO排放量(36%),但对排放系数的影响不显著.由于减氮比例过高可能会造成作物减产,尚需进一步确定既不影响作物产量又降低NO排放的减氮比例.有机肥替代化肥在土壤有机碳含量低[ω(SOC)<15 g·kg^(-1)]或酸性(pH<7)条件下以及配施新型增效氮肥在玉麦轮作农田中可显著降低NO排放量(-46%~-38%)和排放系数(-62%~-45%),施用生物质炭的影响不显著.可为不同田间条件下分别采取有效的NO减排措施提供依据.