基于^(15)N稳定同位素技术的斜生栅藻对硝氮和氨氮吸收研究

硝氮(NO3--N)和氨氮(NH4+-N)是水体中无机氮的主要形态。利用15N稳定同位素技术研究了斜生栅藻(Scendesmus obliquus)对NO3--N和NH4+-N的吸收特征。结果显示,在相同浓度条件下,斜生栅藻对NH4+-N的吸收速率显著高于对NO3--N的吸收率,在180min的试验中,对15NH4+-N的吸收速率为0.62～1.15μmol/(g·min);对15NO3--N的吸收速率为0.08～0.15μmol/(g·min)。在NO3--N和NH4+-N2种形态氮源同时存在的混合组中,斜生栅藻对NO3--N的吸收速率[0.12～1.00μmol/(g·min)]显著低于NO3--N作为唯一氮源的单一组[0.78～1.23μmol/(g·min)],表明NH4+-N的存在对藻类吸收NO3--N有抑制作用。在14NO3--N和15NO3--N同时存在时,斜生栅藻优先吸收14NO3--N,产生同位素分馏效应,但不同形态氮对藻类氮吸收的影响远远大于同位素的影响。

基于^(15)N稳定同位素示踪技术的太湖梅梁湾浮游植物群落氮吸收动力学研究

浮游植物对氮的吸收与其生长繁殖密切相关,太湖梅梁湾湖区蓝藻水华频频暴发,对该水域浮游植物氮吸收进行研究具有重要意义.本文分别在冬、春、夏、秋4个季节于梅梁湾采样,对水体常规理化指标和浮游植物群落结构进行分析,并利用^(15)N稳定同位素示踪技术研究了浮游植物对铵态氮(NH_4^+-N)、硝态氮(NO_3^--N)和尿素态氮(Urea-N)吸收的动力学特征.结果表明,太湖梅梁湾浮游植物群落除了秋季对NH_4^+-N的吸收不符合米氏方程外,其余均符合.冬季和春季3种形态氮最大吸收速率(V_(max))的大小依次为:NH_4^+-N> NO_3^--N>Urea-N,而夏季为:NH_4^+-N>Urea-N>NO_3^--N. 3种形态氮Vmax的季节变化规律为夏季>秋季>春季>冬季. V_(max)在不同季节以及不同形态氮之间的差异性可能与浮游植物群落组成以及水体中NH_4^+-N浓度不同有关.浮游植物对NH_4^+-N吸收的KS值在冬、春季高于夏季,对Urea-N吸收的K_s值则在夏、秋季高于冬、春季,而对NO_3^--N吸收的K_s值则在夏季显著高于其他3个季节.冬季和春季梅梁湾浮游植物群落最容易受到NO_3^--N限制,而最不容易受到Urea-N的限制;而夏季,则最容易受到NO_3^--N限制,而最不容易受到NH_4^+-N的限制,且浮游植物群落对NH_4^+-N的亲和力最高.与NO_3^--N相比,秋季浮游植物更容易受到Urea-N的限制.不同季节,容易对浮游植物产生限制作用的氮的形态不同.

SERS-稳定同位素标记技术研究氮相关功能/活性微生物

氮是维持生命活动最重要的营养元素之一,环境微生物在氮的生物地球化学循环中起着重要作用,但由于大部分微生物不可培养,对其认识非常有限。本文结合表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)与^(15)N稳定同位素标记,证明^(15)N可引起细菌SERS谱峰明显偏移。偏移谱峰可作为细菌同化氮的良好指示。另外^(15)N比例与SERS谱峰呈现良好的线性关系,说明SERS可以用于研究氮相关的功能和活性微生物,并根据偏移程度判断活性。我们也比较了^(15)N、13 C、氘代葡糖糖和氘水引起的SERS谱峰偏移,结果显示位于腺嘌呤环上的C和N引起的偏移要大于氘重同位素引起的偏移。以上研究有助于选择合适的拉曼-稳定同位素标记方法,针对不同元素进行研究。

酿酒专用粮基地酿酒玉米生长过程稳定同位素研究

该文为了研究酿酒玉米稳定同位素,利用稳定同位素质谱仪测定了来自酿酒专用粮基地不同地块不同生长阶段酿酒玉米各部位的C、N稳定同位素比值,结果表明,各生长阶段,^15N/^14N均最易在酿酒玉米茎部富集,在根部贫化,而13C最易在酿酒玉米生长旺盛的部位富集;多施有机肥,有利于酿酒玉米富集^15N/^14N,使底茎、底叶、果实δ^15N偏高;多施非有机肥,会使底茎、底叶、果实δ^15N偏低;由于植物δ^13C受多种因素共同影响,海拔因素在该研究中未对酿酒玉米δ^13C产生显著影响。该文研究结果为监控酿酒玉米生长过程提供了初步理论数据。

单细胞稳定同位素标记技术在固氮微生物中的应用研究

生物固氮是指固氮微生物将大气中氮气还原为生物可利用氨的过程,是环境中新氮的主要来源,调控初级生产力并影响氮储库的收支平衡。由于环境中大部分固氮微生物不可纯培养,不依赖培养且具有高空间分辨率水平的单细胞技术,成为研究固氮微生物的有力手段。15N2稳定同位素标记技术,以微生物对15N的同化量或速率为依据,是表征微生物固氮活性的最直接手段。本文对15N2稳定同位素标记结合两种单细胞技术,即纳米二次离子质谱(NanoSIMS)和单细胞拉曼光谱,用于固氮微生物研究的最新进展进行了综述,内容包括揭示环境中高活性固氮微生物、空间分布、与其他生物的共生关系、细胞生理状态等,并进一步对近期发展的基于单细胞拉曼光谱的固氮微生物研究进行了展望。

骆驼刺幼苗氮素特征对不同灌溉量的响应

氮素在植物所有必需营养元素中是限制生长的首要元素。氮素的来源和分配不但影响氮素利用效率,而且与氮素的周转和内循环有密切关系。为了解极端干旱区深根系植物的氮素特征(生物固氮、氮素分配、氮素利用效率),在塔克拉玛干沙漠南缘的策勒绿洲,依托策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站,以骆驼刺幼苗为研究对象,采用15N稳定同位素法和分层分段挖根法,对3种灌溉量(CK、0.1、0.2m3/m2)下骆驼刺幼苗的氮素特征进行了1个生长季内的动态研究。结果表明:⑴灌溉提高生物固氮,但是灌溉量过多抑制生物固氮。在生长季末,3个灌溉量下的生物固氮比例分别为30.0%、42.8%、11.3%;生物固氮质量分别为0.4、0.8、0.2g/株。(2)灌溉使得分配到骆驼刺幼苗茎、叶中的氮素比例、氮素质量增加,根中氮素质量增加,在生长季初,分配到叶的氮素质量最大,分配到根中的氮素质量最小,在生长季末,3种灌溉量下根中氮素比例高达49.2%、44.5%、55.0%;灌溉有利于增加氮素利用效率,但是,灌溉量过多会降低氮素利用效率。在生长季末,3种灌溉量(CK、0.1、0.2m3/m2)下氮素利用效率分别是:77.9、104.3、84.5。(3)试验中,通过比较不同灌溉量对骆驼刺幼苗氮素特征的影响,发现0.1m3/m2灌溉量为较佳灌溉量。

土地利用方式对万木林土壤氨氧化微生物丰度的影响

以我国亚热带地区典型花岗岩发育酸性红壤为研究对象,选取福建建瓯万木林自然保护区封禁保护下5种自然植被和1种人工种植植被土壤,采用荧光实时定量PCR(Real-time PCR)技术测定了土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的群落丰度,采用15N稳定同位素成对标记和数值模型相结合的方法测定了土壤初级硝化速率。结果显示,长期封禁保护下的自然植被土壤pH低,土壤AOB数量偏低。人为种植和管理显著提高了土壤pH,促进了AOB的生长,其丰度比自然条件下提高了2个数量级,土壤初级硝化速率也显著提高,并与AOB数量存在显著的相关性,表明AOB是硝化作用的主要贡献者。5种自然植被条件下AOA的amoA基因拷贝数占泉古菌16S rRNA基因的比例都小于1%(0.01%～0.64%),在农业利用方式下上升到5.32%,表明并非所有泉古菌都具备氨氧化功能基因amoA,氮肥施用可能促进了氨氧化古菌的生长。

植被恢复过程中芒萁覆盖对侵蚀红壤氮组分的影响

氮素是限制陆地生态系统生产力的重要因子。采用时空代换法,以红壤侵蚀区未治理、恢复12年和30年的马尾松林为研究对象,对比分析了林下芒萁覆盖地与裸地表层土壤之间氮同位素、不同形态氮组分含量以及不同组分氮含量所占比例之间的差异。结果表明:在所有马尾松林中,芒萁覆盖增加了表层土壤的全氮含量,δ^(15)N值则比林下裸地显著降低了33. 8%—83.1%(P<0.05)。随着恢复年限增加,林下芒萁覆盖地表层土壤δ^(15)N值显著下降,而林下裸露地δ^(15)N值没有显著变化(P>0.05)。不同恢复年限马尾松林的芒萁覆盖地表层土壤微生物生物量氮、可溶性有机氮和铵态氮含量显著高于林下裸地(P <0.05),而硝态氮含量则显著低于林下裸地(P<0.05)。随恢复年限增加,表层土壤微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮含量均呈增加趋势,而硝态氮含量则呈下降趋势,不同形态氮占全氮比例表现为:微生物生物量氮>铵态氮>可溶性有机氮>硝态氮。相关分析表明土壤δ^(15)N值与硝态氮极显著正相关,与其他氮组分极显著负相关(P<0.01)。由此可见,与林下裸地相比,芒萁覆盖在植被恢复过程中有助于提高表层土壤中全氮、微生物生物量氮、可溶性有机氮和铵态氮含量,降低硝态氮的淋溶损失风险,促进土壤氮保持和积累,从而有利于退化红壤生态系统的恢复。

施氏假单胞菌在玉米根际的固氮效率和促生效果研究

非豆科植物根际联合固氮作用广泛存在于水稻、玉米等根际,在农作物节肥增产方面具有巨大的应用潜力。施氏假单胞菌A1501是一株分离自水稻根际的模式联合固氮菌,接种该菌对水稻和玉米均具有良好的促生效果。为了进一步研究根际固氮与促生效果的关系,利用突变型泌铵固氮菌株(1568/pVA3)和转基因氮高效利用玉米品系共同构建高效固氮体系,并在温室条件下进行促生及生物固氮量评价。播种60 d后对玉米生长量和微生物固氮量进行分析,结果表明:固氮施氏假单胞菌接种后氮高效利用和对照玉米品系的地上和地下部生物量都显著高于不接种对照,但是固氮菌接种对氮高效利用玉米和对照玉米的总生物量没有显著影响。氮高效利用玉米接种1568/pVA3菌株后,植株生物量较施肥处理提高25.5%,全氮含量较不接种对照增加39%,15N同位素稀释法测定生物固氮量为0.8 g·株^(-1);接种野生型后植株生物量较施肥处理提高24.8%,生物固氮量为0.64 g·株^(-1)。研究结果表明,通过将固氮菌尤其是泌铵工程菌与氮高效利用玉米建立联合固氮体系可以显著提高根际固氮量和植株生物量,据估算每公顷可节省化肥约23%,而对照体系为7.5%。

不同生态修复手段对硝态氮和铵态氮脱除机制的影响

采集入贡湖亲水河原位底泥柱芯、上覆水及伊乐藻样品,搭建室内模拟实验,探究不同生态修复手段下硝氮和铵氮的脱除机制。采用^(15)N同位素配对技术,测定分析了裸泥组A、脱氮微生物(INCB)组B、伊乐藻组C和INCB^+伊乐藻组(D)中反硝化速率及植物吸收速率。结果表明,处理组D中反硝化速率最高,在添加^(15)NO_3^-和^(15)NH_4^+的处理组分别为258.6和156.49μmol/(m^2·h)。对比添加^(15)NO_3^-的处理组,添加^(15)NH_4^+的处理组中伊乐藻吸收速率大约是^(15)NO_3^-的2倍,而添加^(15)NO_3^-处理组中反硝化速率约是添加^(15)NH_4^+的处理组1.5倍。沉水植物在吸收氮素的同时促进了微生物脱氮作用,与植物吸收相比,反硝化脱氮是氮素脱除的主要途径。INCB和沉水植物的联合应用,提高了河道水体氮素的去除速率,促进河道水体净化。

伊乐藻和氮循环菌技术对太湖氮素吸收和反硝化的影响

从太湖梅梁湾采集无扰动泥芯样,分别添加固定化氮循环细菌、水生植物伊乐藻建立室内微宇宙,模拟生态修复,探讨不同修复处理下,硝氮的去除机制.采用15N标记结合同位素配对技术测定了各生态模拟柱中的反硝化速率和植物吸收速率.结果表明,不同处理的实验柱反硝化速率差异明显,同时添加了水生植物和固定化氮循环细菌的实验柱反硝化速率最高,为99.35μmol·(m2·h)-1,植物氮吸收速率为36.55μg·(m2·h)-1.沉水植物伊乐藻在自身吸收氮素的同时也提高了耦合硝化反硝化的作用.与植物吸收相比,反硝化过程是主要的氮去除途径.沉水植物与固定化氮循环菌组合生态修复技术促进了湖泊水体氮素的脱除,起到了净化作用.

西坡墓地再讨论

西坡墓地位于河南省灵宝市阳平镇,属仰韶文化庙底沟类型。2004年-2006年发掘墓葬34座。本文以考古学翔实而完整的发掘记录与深入的分析研究为基础,以碳氮稳定同位素古人类食物分析为主线,综合多学科的研究成果,尝试科技手段与考古学结合进行西坡墓地的新探讨。研究发现,西坡墓地似可划分为三部分,其中主要的为两部分。这样的划分不仅有利于食物分析关系上的理顺,而且还可以得到随葬器物的使用以及摆放上的支持。文章还对器物使用、墓葬年代以及墓葬等级划分及其方法等进行了讨论。