^(13)C稳定同位素在陆地生态系统植物-微生物-土壤碳循环中的应用

绿色植物通过光合作用吸收大气中的CO_(2),是陆地生态系统的主要碳(C)源,量化光合C在植物-土壤系统间的分配,对于明确C的周转与存留、预测气候变化背景下植被和土壤C库潜力具有重要意义。^(13)C稳定同位素技术具有准确性和易操作性,在C循环研究中被广泛应用,为探究植物-土壤系统C分配、土壤微生物群落结构、C利用效率和土壤C矿化为CO_(2)通量变化等特性提供重要技术支撑。本研究首先介绍^(13)C稳定同位素的发展和标记方法,主要有^(13)C脉冲(单次与多次)标记、^(13)C连续标记、借助C_(4)土壤种植C_(3)植物确定^(13)C丰度以及不改变植被条件鉴定自然^(13)C丰度等。其次总结该技术在植物-微生物-土壤系统C循环中的应用:主要包括^(13)C同位素标记在植物-土壤系统C分配,^(13)C自然丰度技术在树木生长轮和植物群落水平C循环、土壤有机C形成与分解过程中的应用;在土壤微生物方面,概述^(13)C稳定同位素在磷脂脂肪酸、氨基糖、芯片-稳定同位素探针、纳米二次离子质谱同位素成像、荧光原位杂交-纳米二次离子质谱技术等微生物标志物上的应用。接着总结^(13)C稳定同位素方法的缺点,即^(13)C样品检测价格昂贵、由于^(13)C分馏作用影响^(13)C丰度检测不准确及^(13)C标记与微生物标志物技术结合对^(13)C标记丰度要求较高等。最后,对未来^(13)C同位素示踪技术研究提出展望:在理论上,需探究^(13)C标记底物在植物-土壤-微生物系统C分配、转化和固持的作用机制和影响机制,构建统计与验证模型;在应用上,应注重交叉学科的运用,将地理信息系统、遥感等地学技术与^(13)C稳定同位素相结合,从更广泛、更全面的角度推进陆地生态系统C循环研究。

张家口市生态系统服务权衡与协同分区优化管理

【目的】以作为首都水源涵养功能区和生态环境支撑区的张家口市为例,探讨如何根据权衡与协同关系划分功能区,改善区域生态系统服务供给。【方法】基于Google Earth Engine云计算平台,构建2000—2022年张家口土地利用空间数据库,采用一元线性回归模型,计算5种主要生态系统服务年际变化趋势。在此基础上,首先采用Pearson相关系数评估代表年份2000、2008、2015、2022年的生态系统服务间权衡与协同关系变化;其次,采用地理加权回归模型,确定4个代表年份的服务权衡与协同空间格局;最后,采用自组织映射算法,进一步划分并勾绘生态系统服务簇。【结果】2000—2022年,粮食生产服务在西北部呈显著增加趋势,而产水服务在东部表现出显著增加趋势。Pearson相关分析和地理加权回归空间格局均表明,生境质量、固碳和水质净化服务间表现出显著稳定的协同关系,粮食生产与上述3种服务大体维持弱权衡关系,产水与其他服务保持复杂多样的关系。基于自组织映射算法,划分出4类服务簇:1号簇分布于张家口西部,以粮食生产与产水服务的协同关系为主;2号簇分布于张家口中部,反映出剧烈城市化地区各种服务关系的不确定性;3号簇分布于东南部官厅水库地区,以产水服务为主导,印证了该地区具有较高的水源保护重要性;4号簇稳定分布于张家口东部,负责生境质量、固碳和水质净化服务供给,生态安全意义重大。【结论】建议针对1~4号服务簇相应建立农业生产区、适度开发区、水源涵养区和生态保护区,改善生态系统服务管理和供给,实现“保护−发展”矛盾的最小化。

短时间尺度雄安新区旱柳根际土壤细菌群落特征分析

土壤细菌在土壤生态过程中发挥重要作用,明确雄安新区“千年秀林”植物根际土壤细菌群落组成和多样性,有助于揭示土壤微生物与环境因子的互作关系,为新区森林生态系统可持续发展提供理论支持。以雄安新区重要乡土树种——旱柳(Salix matsudana)为对象,利用高通量测序和生物信息学技术,系统研究基于短时间尺度“千年秀林”旱柳根际土壤细菌群落组成和多样性,并分析菌群和环境因子的互作关系。结果表明,放线菌门、变形菌门和鞘氨醇杆菌属、黄杆菌、固氮菌属等富营养细菌占优势。8月和10月土壤样品中不同菌门相对丰度变化较小,9月波动较大。采样时间与Chao1和PD指数显著相关(P=0.0315,P=0.0137),与Shannon指数相关性不显著(P=0.631),日最高/低气温可显著影响PD指数,且日最低气温升高可显著降低细菌群落的丰富度。Beta多样性在每周时间尺度差异不显著(P=0.363),每两周差异显著(P=0.027),每三周差异极显著(P=0.006)。土壤偏碱性,养分含量差异不显著,全氮平均含量为中上等级,全磷和全钾平均含量处于中下等级。共现性网络互作关系中,协同作用多于拮抗作用。研究结果为明确不同时间尺度森林土壤微生物群落特征研究提供重要补充,可为雄安新区“千年秀林”制定高效的可持续经营管理措施提供科学依据。

冷水鱼固着类纤毛虫PCR检测方法探讨及感染因素分析

针对冷水鱼养殖中固着类纤毛虫检测难和污染源不明确、种类鉴定难的问题,对冷水鱼养殖环境中固着类纤毛虫的主要寄生种类及感染因素进行调查分析,在不同季节于河北省内采集冷水鱼和水环境样本。首先,采用形态学方法对鱼体及水环境中的固着类纤毛虫进行初步鉴定;然后,建立PCR方法进行分子水平鉴定,并进行系统发育学分析;最后,对冷水鱼感染寄生虫的原因进行分析。形态学鉴定结果表明,冷水鱼寄生的固着类纤毛虫主要有累枝虫(Epistylis sp.)和钟虫(Vorticella sp.)2类;引物设计、敏感性和特异性试验结果显示,建立的寄生虫PCR检测方法有效,测序比对和系统发育分析结果进一步验证了其形态学结果;运用已建立的PCR方法检测出固着类纤毛虫在水环境中高达94.38%,鱼体广泛寄生,感染率达到了100%;且无季节差异,水体中的虫体可能是造成鱼长期感染的原因之一。研究数据可为冷水鱼病害的科学预测、预防和治疗提供依据,同时为冷水鱼养殖产业的可持续发展提供疫病防治参考。

军曹鱼寄生线虫物种鉴定与形态学观察

寄生线虫是鱼类的重要病原,会严重影响鱼类健康.采用形态分类学方法对采自美国南卡罗来纳州海域军曹鱼Rachycentron canadum(Linnaeus)(Perciformes:Rachycentridae)肠内的寄生线虫进行了准确的物种鉴定.研究发现,该线虫体表具有发达的环带,唇前缘无角质齿,间唇较小,排泄孔位于神经环略后端,胃盲囊明显长于肠盲囊,左交合刺长3.05~4.17mm,右交合刺长3.50~4.43mm,尾乳突37~38对,阴门距头端7.71~13.2mm,尾具指状尾突等特征,根据形态特征将其鉴定为军曹带蛔线虫Iheringascaris inquies(Linton,1901).此外,通过与采自我国福建厦门海域军曹鱼体内的长刺海豹蛔线虫Phocascaris longispiculum Wang&Wu,1991进行形态特征比较,发现二者非常相似,研究认为长刺海豹蛔线虫P.longispiculum应是军曹带蛔线虫I.inquies的同物异名.

转运蛋白提高凝结芽孢杆菌酸耐受性

光学纯乳酸作为可降解生物材料——聚乳酸(polylactic acid,PLA)的前体物质,正在受到广泛关注。乳酸发酵过程中酸性产物的积累会影响菌株的生长,提高菌株酸耐受性具有重要意义。本研究以乳酸生产菌株凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)DSM1为出发菌株,通过对凝结芽孢杆菌DSM1及其乳酸脱氢酶双敲除菌株(ΔldhL1ΔldhL2)进行比较转录分析,筛选酸耐受相关的转运蛋白基因。对关键基因RS16330、RS06895、RS16325、RS10595、RS00500、RS07275、RS10635及RS01930进行实时定量PCR分析,发现基因RS06895、RS10595、RS00500和RS10635在发酵12 h和24 h转录水平显著增强。过表达RS10595基因的菌株,在中性(pH 6.0)条件下生长状况和发酵性能均受到抑制,但在酸性条件下(pH 4.6),其乳酸生成相比对照组显著提高。上述结果表明,RS10595基因与菌株DSM1的酸耐受性密切相关。本研究有助于进一步探究凝结芽孢杆菌酸耐受的机制,也为构建耐酸菌株提供了基础。