基于大型固定样地的生态学野外实践教学探索——以西北工业大学为例

生态学是理论与实践相结合的学科,具有很强的实践性,科学严谨的野外研究方法是学习生态学必不可少的。通过野外实践,可以使学生掌握基本的生态学野外实验调查方法,具备基本的野外工作技能,同时有助于培养学生的创新精神和吃苦耐劳精神,提高学生团队协作能力。西北工业大学依托已建立的秦岭皇冠暖温性落叶阔叶林25 hm2森林样地进行生态学野外实践教学体系探索,将长期定位监测与野外实践教学相融合,基础性实践与研究性实践相结合,建立跨越不同尺度的野外实践教学体系,以期为我国高校生态学野外实践教学改革和人才培养质量提升提供一定参考。

生态环境治理拔尖创新人才培养策略的思考

面向全球生态环境治理和人类可持续发展,西北工业大学生态环境学院致力于培养具有家国情怀,服务于国家生态文明建设和人类命运共同体构建,追求卓越、引领未来的科学精英和领袖人才,研究形成了生态环境治理拔尖创新人才培养的体系并提出了相应的系统化实施策略。

将“绿色低碳”理念融入《环境微生物学》课程的教学改革实践

在国家大力推动“碳中和、碳达峰”的目标实施的背景下,高校作为人才培育的摇篮,主动服务和融入新发展格局,将低碳理念融入课程教学,是高校与时俱进、顺应时代新发展要求的重要举措。环境微生物学是高校生态学、环境科学类专业本科生课程,探讨“绿色低碳”理念融入环境微生物学中的途径与方法对推动低碳理念融入育人全过程有重要意义。本文以环境微生物为例,以习近平生态文明思想为指导,分析目前课程中对绿色低碳理念等内容的融入现状,探讨将“绿色低碳”理念融入环境微生物学课程的教学改革的途径与方法,以期为我国高校完成绿色低碳理念在育人过程中的融入提供有益的理论与途径的借鉴和示范。

基于高通量实时荧光定量聚合酶链式反应技术探究铜对猪粪厌氧发酵产物中抗生素抗性基因的分布特征影响

抗生素抗性基因(ARGs)的环境污染问题已逐渐成为研究热点。在养殖业中,重金属铜和抗生素是饲料中主要的添加剂,但其在动物体内都未能完全吸收,大量重金属和携带ARGs的微生物会通过粪便排出,进而对环境介质中的ARGs产生长期的选择压力,增加ARGs的传播风险。厌氧发酵作为主要的粪肥无害化处理方式,其产物中仍存在丰富的ARGs,并且铜对厌氧发酵产物中ARGs分布特征的影响尚不清楚。因此模拟猪粪中不同程度铜污染(75、227 mg/L)进行厌氧发酵实验,利用高通量实时荧光定量聚合酶链式反应(HT-qPCR)技术分析不同浓度铜对发酵产物中ARGs分布特征的影响,及ARGs与可移动基因元件(MGEs)之间的关系。研究发现,受到铜污染的发酵产物中ARGs和MGEs相对丰度和数量显著(P<0.05)增加,75、227 mg/L铜污染下ARGs的总相对丰度相较于对照组分别提高了86%、91%,产物中检测到氨基糖苷类和多药类抗性基因最为丰富;且ARGs对不同浓度铜的响应也不同,高浓度铜污染的发酵产物中总ARGs相对丰度高于低浓度铜。总体来看,在厌氧发酵体系中铜的赋存促进了ARGs与MGEs的共选择,提高了ARGs的水平基因转移能力,增加了ARGs在环境中传播和转移的风险。

青铜文物的腐蚀特征及防护策略研究

青铜文物保护是金属类文物保护工作中的难点。介绍了青铜文物在不同影响因素作用下的锈层产生机制和典型青铜病害,重点以粉状锈为例概述了青铜文物有害锈防治策略的研究进展。在此基础上,提出了未来青铜文物保护的发展方向。

东北阔叶红松林地表葬甲群落多样性及其空间变异特征

为了探明我国东北阔叶红松(Pinus koraiensis)林地表葬甲多样性及其空间变异特征,在胜山、丰林、凉水和长白山的4个大型森林动态监测样地内,通过布置900个陷阱调查了36 hm^(2)范围内的地表葬甲群落基本特征。基于群落物种数量、个体数量和总体长,分析了地表葬甲多样性及其空间变异性。结果表明:(1)东北阔叶红松林区域物种库包含12个葬甲物种,密度为0.018只/m^(2),总平均体长达0.32 mm/m^(2)。北方花葬甲(Nicrophorus tenuipes)是东北阔叶红松林内的广布物种,黑葬甲(Nicrophorus concolor)等五个物种具有明显的生境偏好,仅存在于单个局域物种库内。(2)物种数量、个体数量和总体长在胜山、丰林、凉水和长白山样地存在明显差异,其中纬度较低的局域物种库(凉水、长白山)可维持更高的物种多样性,纬度最高的局域物种库(胜山)维持较低的物种多样性。(3)地表葬甲群落在胜山和丰林样地存在显著的空间自相关性,在凉水和长白山样地则不显著。(4)葬甲群落具有较明显的空间异质性,长白山样地的空间变异性与其他样地差异较大,这些空间变异性主要受确定性和/或非确定性过程调控,但二者的作用强度在4个样地表现不同。本研究表明东北阔叶红松林内,地表葬甲的多样性和空间变异性在不同纬度存在差异,该研究为地带性顶极植被-阔叶红松林内土壤动物多样性维持和保护提供了理论依据和数据支撑。

基于零价金属材料的类芬顿氧化技术研究进展

芬顿与类芬顿氧化技术能够活化H_(2)O_(2),产生强氧化性的羟基自由基(·OH),可对绝大多数污染物彻底氧化.相较于其他类芬顿催化剂,以零价铁为代表的零价金属材料具有更优的理论电子供给潜力,活化H_(2)O_(2)能力突出,在污水治理领域被重点关注.本文综述了近年来零价金属类芬顿催化材料的研究进展,系统分析了铁基、铜基、钴基以及合金等零价态金属的反应机理和降解特点,并从异相催化角度探讨了类芬顿氧化处理废水的作用机制和催化剂性能提升策略.最后,对未来零价金属类芬顿催化材料的发展前景进行了展望.

三种植物生长调节剂对大豆生长发育及产量的影响

为提高单作大豆产量,本研究以大豆品种南豆12为材料,分别探究了不同浓度的3种植物生长调节剂拌种对大豆田间出苗的影响,及叶面喷施对大豆生长发育、产量及品质的影响。结果表明,不同浓度的褐藻胶寡糖、壳寡糖、冠菌素拌种均能提高大豆的田间出苗率,而叶面喷施均能提高大豆的株高与茎粗,褐藻胶寡糖和冠菌素拌种可增加大豆分枝数,壳寡糖拌种则减少了大豆分枝数。3种植物生长调节剂均能在一定程度上提高单株粒数与百粒重,进而提高大豆产量,同时还可提高大豆粗蛋白含量,降低粗脂肪酸含量以及满粒期大豆籽粒中可溶性糖与还原性糖的含量。此外,叶面喷施植物生长调节剂并不会影响收获子代大豆的萌发。褐藻胶寡糖、壳寡糖、冠菌素拌种推荐每公斤大豆使用100 mL植物生长水溶液拌种,浓度分别为25、100、0.05 mg·L^(-1);叶面喷施的推荐使用量分别为50、50、0.01 g·hm^(-2)。本研究结果为大豆丰产栽培提供了理论依据。

典型温带树种固碳速率研究

【目的】森林是陆地生态系统的主体,在陆地碳循环中起着关键作用,因此在碳中和背景下,如何持续增加森林碳库储量以及提高森林碳汇功能,已成为各方关注的热点。合理的树种配置是提升森林质量和碳汇能力的基础。【方法】以长白山阔叶红松林25 hm^(2)固定样地连续15年(2004−2019年)4次群落调查数据为基础,分析了主要树种对地上生物量碳库储量贡献,比较不同树种固碳速率差异及在时间上的相关性。【结果】(1)2019年阔叶红松林地上生物量为(282.5±102.8)Mg/hm^(2),过去15年间年均净固碳速率约为1.0 Mg/hm^(2),在3个监测周期(2004−2009年、2009−2014年和2014−2019年)内的固碳速率分别为1.54、0.73和0.76 Mg/(hm^(2)·a);(2)样地内地上生物量最高的7个树种(紫椴、红松、蒙古栎、水曲柳、春榆、色木槭和大青杨)累计贡献量占整个群落总地上生物量的96.2%,其中紫椴、水曲柳和蒙古栎3个树种贡献了73.6%;(3)紫椴、水曲柳、蒙古栎、红松和春榆5个树种种群数量持续下降,而其平均胸径和地上生物量均呈现增加趋势,表明其大径级个体的固碳作用持续增强;(4)主要树种固碳速率存在明显差异(−0.97%~0.77%),其中具有复叶结构的水曲柳是地上生物量积累速率最快的树种,年均增速约为0.77%,其后依次是紫椴(0.60%)、春榆(0.54%)、蒙古栎(0.38%)、红松(0.09%)、色木槭(−0.46%)和大青杨(−0.97%);(5)7个种群在3个监测周期内表现出不同的增长动态,其中紫椴和色木槭、蒙古栎和红松、水曲柳和春榆之间表现出较高的正向波动关系,大青杨和春榆呈负向关系。因此,固碳速率在树种间存在时间上的异步性。【结论】该研究揭示的典型温带树种固碳规律、树种间固碳速率在时间上的异步性特点可为本地区植树造林实践中树种选择及配置提供一定的参考。

雪里蕻对于Cd、Zn的耐性及富集特性研究

利用不同培养方式(土培和砂培)探讨了梯度浓度Cd、Zn胁迫下雪里蕻的重金属富集特性、耐受性及生理响应,以期为雪里蕻修复重金属污染场地提供基础理论依据。结果表明:雪里蕻种子发芽率受到Cd、Zn胁迫的抑制,在18.3%~37.8%之间;Cd、Zn胁迫下雪里蕻的茎叶和根系表现出不同程度的毒害症状,土培雪里蕻生物量在0.78~10.60 g之间,砂培生物量在1.83~3.16 g之间;土培和砂培雪里蕻叶片中叶绿素、可溶性蛋白含量均随Cd、Zn浓度升高呈下降趋势,雪里蕻通过调节体内抗氧化酶的活性来缓解由Cd、Zn胁迫引起的氧化应激;雪里蕻植株内(茎叶和根系)Cd、Zn含量随生长基质中Cd、Zn浓度的增加呈线性增长趋势,土培各处理下雪里蕻植株内最高可富集Cd、Zn的浓度分别为80 mg·kg^−1和3318 mg·kg^−1,砂培下为129 mg·kg^−1和5195 mg·kg^−1。根据雪里蕻植物提取指数计算结果可知,不同培养方式下雪里蕻对Cd、Zn胁迫具有较强的耐受性和富集、转运能力(且Cd>Zn),具有较大的潜力用于修复Cd/Zn中、低污染程度的土壤。

非生物逆境胁迫下的种子萌发调控机制研究进展

受全球工业化和气候变化的影响,具有固着生长特性的植物面临着多种非生物逆境的威胁,而种子在各类非生物逆境胁迫下的顺利萌发,对植物的繁殖与地理分布、作物的产量与质量等极其重要。随着植物分子生物学研究的不断深入,非生物逆境协迫下种子萌发的调控机制研究取得了诸多进展。本文重点综述了在盐胁迫、极端温度(高温和低温)胁迫、干旱胁迫、荫蔽胁迫、渗透胁迫和淹涝胁迫等非生物逆境胁迫下,植物通过介导激素、活性氧及能量代谢通路调控种子萌发的分子机制,并讨论了三大通路之间的互作,展望了未来该领域的研究热点,以期总结种子萌发过程中响应非生物逆境胁迫的主要调节模块/基因功能,为农业生产及环境改造中的育种设计提供参考。

黑胸散白蚁工蚁与工蚁型补充生殖蚁体内抗氧化酶和解毒酶的活性及基因表达变化

【目的】社会性白蚁的工蚁可以转化成补充生殖蚁参与生殖,提高自身适合度。本研究旨在探究工蚁转变成补充生殖蚁后,与氧化应激抗衰老相关的抗氧化酶和解毒酶活性的变化,为揭示生殖蚁的繁殖和抗衰老机制提供参考。【方法】利用生化方法分别测定黑胸散白蚁Reticulitermes chinensis工蚁、工蚁型补充生殖蚁和原始生殖蚁体内的2种抗氧化酶过氧化氢酶(catalase,CAT)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)与4种解毒酶酸性磷酸酶(acid phosphatase,ACP)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,AKP)、羧酸酯酶(carboxylesterase,CarE)和细胞色素P450(cytochrome P450,CYP450)的酶活性;同时利用qRT-PCR检测这些酶对应的基因RsCAT,RsSOD,RsACP,RsCYP450和RsCarE的表达量。【结果】与雌性工蚁相比,黑胸散白蚁工蚁型补充生殖蚁体内的CAT,SOD,ACP,AKP和CarE活性显著上升,分别达到雌性工蚁的5.82,1.41,1.39,2.27和2.70倍,CYP450活性在两品级间没有显著差异;RsCAT,RsSOD,RsACP,RsCarE和RsCYP450的表达量也显著增加。补充生殖蚁体内CAT和ACP活性显著高于原始生殖蚁的,而SOD和AKP活性在两品级间没有显著差异;雌雄补充生殖蚁RsCAT的相对表达量分别是原始生殖蚁的5.68和3.60倍,RsACP的相对表达量分别是原始生殖蚁的81.12和46.72倍。【结论】黑胸散白蚁工蚁由非生殖品级转化为生殖品级以后,体内抗氧化酶和解毒酶的酶活力和基因表达水平显著升高,从一定程度上揭示了生殖品级的抗衰老机制。

中央分析研究中心安全管理体系及启示

为促进我国高校实验室规范管理体系建设,提高高校实验室安全管理水平,对澳大利亚昆士兰科技大学中央分析研究中心管理体系进行了阐述与总结,并结合我国高校实际情况,提出了一些建议。该研究中心管理体系主要包括安全准入培训、安全防护与管理和安全应急管理三个环节。实验室使用人员通过严格的安全培训才可被授予进入实验室的权利。实验中必须做好安全防护,严格遵从安全防护和应急管理。结合中央分析研究中心成熟的安全管理经验,针对实验室人才队伍的建设和管理制度的完善这两方面,提出重视实验室群体,加强人才培养,完善各项规章制度,建立程序化、高科技、整合性管理模式等建议,为提升我国高校实验室安全管理水平提供借鉴和参考。

脊椎动物从水生到陆生演化过程中的遗传创新

泥盆纪时期(4亿年前)脊椎动物登陆事件是脊椎动物演化史上的一次巨大飞跃,需要脊椎动物在呼吸系统、运动系统和神经系统等诸多方面进行系统革新[1,2],从而适应从水生到陆生环境的改变。长期的古生物学和系统分类学研究显示,现存四足动物最近的鱼类近亲是肺鱼,而肉鳍鱼亚纲(包含空棘鱼、肺鱼和四足动物)与辐鳍鱼亚纲(常见的各种鱼)被统称为硬骨鱼纲。长期以来,肺鱼和早期辐鳍鱼类这些“活化石”鱼类基因组一直缺乏系统研究,特别是肺鱼拥有已知脊椎动物中最大的基因组(40 Gb以上),分析难度极大,因而硬骨鱼祖先到肉鳍鱼祖先再到陆生脊椎动物演化历程中的遗传创新机制这一重大科学问题始终没有得到很好解答。

海陆之间:分子生物学和古生物学共同揭示鱼类登陆

地球上的生命多姿多彩,每一物种都有其独特的DNA遗传密码,它由四种碱基组成,每个个体所有的DNA总和称为基因组。解析基因组不仅能探索生命万物运转的奥秘,也能追溯其中被漫长历史长河所刻下的痕迹。这些远古的痕迹让我们跨越数亿年时光,审视人类祖先在近四亿年前泥盆纪时代从海洋登上陆地那段伟大的征程。

青藏高原牦牛驯化的考古学与遗传学研究进展及展望

家牦牛在史前人类定居青藏高原的过程中起到了巨大作用,但牦牛的驯化过程仍存在诸多未解决的科学问题.本文梳理了牦牛驯化的考古学和遗传学研究进展,展望了开展牦牛驯化与人类定居青藏高原过程研究的未来方向.家牦牛最早的考古学证据来自距今3750年前的青藏高原南部拉萨河谷,但现代遗传学研究显示,牦牛的驯化可追溯至全新世中期,驯化地点最有可能位于西藏东南部的昌都地区,其种群数量增长与人类大规模长年定居青藏高原高海拔地区的历史高度相关,且黄牛的基因渗入对牦牛的驯化过程产生了深刻影响.基于现有研究进展,本文建议:(1)针对青藏高原考古遗址开展系统性的动物考古学研究;(2)应用ZooMS和古DNA技术筛选和鉴定牦牛骨骼遗存,结合古环境DNA进行遗传学研究,追溯牦牛驯化的时间和地点;(3)开展野牦牛与黄牛的杂交驯化模式研究,理解牦牛驯化及其扩散对史前人类在青藏高原生存和发展的促进作用.

被子植物性系统的多样性、生态功能及分布规律

性系统是被子植物繁育系统的核心,决定着植物种群的遗传特征、进化方向与速度,在种群动态、群落结构及生态系统的构建与维持中具有重要意义。本文回顾了被子植物性系统的发展历程及研究方向,总结了近30年基于性系统研究的前沿科学问题,包括性系统的多样性和进化、与其他功能性状的生态关联、沿环境梯度的分布格局及变化规律、与群落物种共存机制和群落动态的关系及其对干扰的响应。尽管有关植物性系统的研究已经延伸到生态学领域的诸多方面,有力地推动了各方面的发展,但仍有很多值得关注和需要着重研究的方向和问题。本文对未来基于植物性系统的研究方向等提出了展望,并指出,在当前全球气候变化背景下,性系统可作为重要的功能性状应用于指导生物多样性保护和生态系统管理政策的制定。

持之以恒推进秦岭保护写发展

习近平总书记指出,秦岭和合南北、泽被天下,是我国的中央水塔,是中华民族的祖脉和中华文化的重要象征。从地理的角度来说,秦岭是中国南方和北方的分界线,长江与黄河的分水岭。从生态的角度来说,秦岭具有调节气候、保持水土、涵养水源、维护生物多样性等多项功能,是我国重要的生态安全屏障。从文化的角度来说,秦岭是中国古代文明的发源地,是中华文化的根脉所在。

秦岭皇冠暖温性落叶阔叶林优势树种的径级结构和数量特征

该研究以秦岭皇冠暖温性落叶阔叶林25hm2森林动态监测样地为研究平台,以样地内4个优势树种(锐齿槲栎(Quercus aliena var. acutiserrata)、栗(Castanea mollissima)、油松(Pinus tabuliformis)、华山松(Pinus armandii))为研究对象,运用数量分析等方法对4个优势树种的年龄结构和数量动态特征进行分析,以期揭示种群的生存现状,预测种群的发展趋势。结果显示:锐齿槲栎、油松和华山松种群个体数随胸径增大而减少,幼龄林木个体数较多,自然更新能力较强;栗种群的径级结构呈“正态”分布,幼龄个体少,后期结构较稳定。栗种群小径级个体的存活率是该种群更新和发展的关键,初步推断种子的留存情况主要受到动物取食和人为影响,进而影响种群的更新,因此需进一步了解栗种群种子的留存情况,加强对小径级个体的生长监测,提高其存活率和生存质量。锐齿槲栎、油松和华山松3个优势树种的存活曲线均更符合Deevey-II型,其幼龄个体数具有一定优势,但个体死亡率也较高。3个优势种群不同的生存状况反映了其生存能力的差异,总体上表现为幼龄个体在整个种群中占据优势,但随着时间的推移,个体的生长存活受到周围生物与非生物环境的影响。该研究对秦岭优势树种种群数量特征等进行了详细描述,为进一步探讨种群发展提供数据支持。

种子际微生物研究展望

种子际是围绕在种子表面,受到种子萌发影响而使微生物活性增强的狭窄土壤区域。萌发期间的种子和微生物相互影响,对种子萌发和随后的幼苗生长具有促进或抑制作用;同时也通过垂直传播参与植物根际和叶际微生物群落构建,影响植物后续发育及生物/非生物胁迫响应。尽管种子际对于植物生长发育影响很大,但由于种子萌发持续时间短、种子际的空间范围小且微生物量较小,种子际研究要比根际和叶际更为复杂。通过基因组学和多组学联合分析等方法对种子际微生物群落组成进行深入探究,有助于理解植物与土壤生态系统的相互作用和生态过程。该文综述了种子际微生物对种子生物学的影响、种子际微生物与根际和叶际微生物的关系以及相关研究方法,并展望了未来的研究方向。