整合生物学期刊网 登录      注册

2024年, 第30卷, 第02期 
刊出日期:2024-04-25
  

  • 全选
    |
  • 廖达航, 白银萍, 李富程, 黄晶, 张荣萍, 黄鑫, 刘源, 丁已航, 杨刚
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 205-213. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.06001
    为揭示不同时间和空间维度上四川盆地耕地土壤化学计量的分布与变化特征,以四川东部盆地为研究区,运用地统计分析的方法分析不同时间点(1980年第二次土壤普查和2021年土壤调查)土壤总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)元素含量及其化学计量比.(1)半方差分析结果表明,四川盆地耕地土壤化学计量属于中等程度空间自相关,受随机因素(人为因素)和区域结构性因素的共同影响;(2)相较于第二次土壤普查的结果,2021年四川盆地耕层土壤TOC的含量提高了72%,TN提高了45%,TP提高了40%;(3)四川盆地碳氮磷化学计量比时空变化结果显示,土壤C/N、C/P和N/P空间分布较为相似,呈现中部平原低、四周高的分布.综上所述,2021年四川盆地耕地相较于1980年第二次土壤普查,整体上土壤碳、氮、磷的含量提高了,但其化学计量比存在空间分布差异.(图2表3参36)
  • 李欣蔚, 肖元明, 李春丽, 高永恒, 周国英
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 212-219. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.04034
    高寒草甸的生态化学计量特征是当前生态学研究的热点问题之一.以青藏高原高寒草甸为研究对象,测定3种微地形(阴坡、阳坡和沟底)的土壤养分含量以及与碳、氮、磷循环相关的酶活性;同时,调查植物群落特征、土壤pH和含水量(SWC),计算植物物种多样性指数、土壤关键元素及相应胞外酶的生态化学计量比,探究小尺度高寒草甸上微地形对土壤关键元素、胞外酶活性及相应生态化学计量比的影响因素.结果表明:(1)不同微地形条件下,植物群落组成和多样性差异极显著,阳坡植物多样性最高,阴坡最低(P <0.001).(2)在测定的所有指标中,土壤pH和酸性磷酸酶(AP)在阴坡最高,阳坡的土壤总磷(TP)含量最高,其余指标无显著变化.(3)微地形造成的植物多样性的改变是影响土壤C:N的重要原因,物种多样性与土壤C:N存在极显著的负相关性(P <0.01).(4)地下生物量与土壤C:N具有显著的正相关关系(P <0.05),说明生物量差异是主导土壤C:N变化的关键因素之一.(5)植被因素、土壤pH和土壤TP含量共同调控土壤关键元素和相应胞外酶的生态化学计量在微地形中的变化.本研究表明微地形导致的植物群落特征和土壤理化性质的差异对胞外酶活性及生态化学计量比变化具有重要影响,结果可为厘清未来气候变化背景下青藏高原高寒草甸关键元素循环过程提供重要的理论支持.(图4表5参50)
  • 胡璟, 刘兴良, 胡宗达, 冯秋红, 蔡蕾, 王轶浩, 符利勇, 李冰
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 220-228. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.05017
    土壤微生物量及其碳氮磷化学计量比(C:N:P)受到植被类型的影响.为探讨川滇高山栎灌丛不同林型对土壤微生物量及其碳氮磷化学计量比的影响,以米亚罗林区川滇高山栎灌丛4种类型[川滇高山栎-粉背黄栌灌丛(QC)、川滇高山栎-华山松灌丛(QM)、川滇高山栎-云杉灌丛(QP)、川滇高山栎-陕甘花楸灌丛(QS)和杜鹃灌丛(CK)]为研究对象,分析灌丛林下表层(0-20 cm)土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)和磷(MBP)含量及微生物熵(qMB)与微生物化学计量比(MBC:MBN:MBP)的变化特征.结果表明:(1)不同灌丛类型的土壤微生物量差异显著,MBC和MBN含量及其储量高低在川滇高山栎灌丛中表现为QC>QS>QM>QP,MBP及其储量则表现为QC>QM>QS>QP,其中MBC和MBP含量均显著低于CK.(2)MBC:MBN在不同灌丛植被类型中表现为CK>QM>QC>QS>QP(P<0.05);MBN:MBP则表现为QC>QS>QP>QM>CK(P<0.05);MBC:MBP变化趋势与MBN:MBP相似但未见显著性差异.(3)qMBC表现为QC>QM>QS>CK>QP(P<0.05),其中QP与CK无显著性差异;qMBN和qMBP在川滇高山栎灌丛中表现为QM>QC>QS>QP(P<0.05),CK的qMBN和qMBP分别低于和高于川滇高山栎灌丛.冗余分析表明,SOC和TP是影响土壤微生物量及其化学计量比和微生物熵的主要因素,说明土壤碳、磷含量是影响亚高山灌丛土壤微生物活性的主导因素.综上,不同灌丛植被类型具有不同的土壤微生物量和化学计量比,该研究区域土壤微生物量储量主要受到土壤有机碳、磷元素的影响.(图4表3参56)
  • 陕莎莎, 张鸾, 赵利华, 李素清
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 229-237. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.04020
    为探究晋西北丘陵风沙区人工针叶林林下枯落物–土壤养分特征及其对林间放牧的响应,以恢复年限约30年的油松和樟子松人工林为研究对象,对比其在有/无放牧干扰下枯落物(未分解层和半分解层)–土壤(0-20 cm)C、N、P含量、化学计量比、酶活性和土壤微生物生物量差异.结果表明:4个样地枯落物有机C、全N和全P含量分别为338.98-545.95、6.63-11.59和1.51-2.19 g/kg,C:N、C:P和N:P分别为31.80-78.93、161.29-361.84和3.45-6.58,蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分别为26.08-34.52、0.03-0.29和0.29-0.97 mg g-1h-1.土壤有机C、全N和全P含量变化范围分别为4.65-9.54、0.78-1.29和0.24-0.47 g/kg,硝态氮、铵态氮、速效磷和微生物生物量C、N含量分别为0.21-0.28、10.90-15.38、1.94-4.00和28.17-83.55、5.16-10.18 mg/kg,C:N、C:P和N:P分别为6.00-7.40、18.68-24.23和2.77-3.62,蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分别介于17.90-24.70、1.08-1.71、0.46-1.01 mg g-1h-1.放牧干扰使油松和樟子松林枯落物半分解层脲酶和磷酸酶活性,土壤有机C、全N、全P、微生物生物量C含量及磷酸酶活性均显著增加,还使油松林枯落物未分解层全N、N:P及土壤脲酶活性,樟子松林枯落物两层全P含量、未分解层脲酶活性和半分解层蔗糖酶活性及土壤硝态氮、速效磷和蔗糖酶活性显著增加,且樟子松林土壤有机C、全N、全P含量,尤其是微生物生物量C、硝态氮和速效磷,以及与C、N、P有关的土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性均显著高于油松林.因此,研究区枯落物–土壤养分循环主要受到N和P的共同限制,林间适度放牧可以缓解人工林枯落物-土壤N、P限制,加速枯落物分解和土壤C、N、P尤其是有效态转化,樟子松更利于增加土壤C、N、P的有效性,可以考虑在区域造林规划和小老树更新改造时适当增加樟子松人工林的比例.(图4表3参42)
  • 周佳茜, 蒋艳
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 238-246. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.05031
    长江中下游地区是我国重要的粮食产区,探究其耕地生产力对气候变化的动态响应,对于应对日益增长的人类需求和不断加剧的气候变化、保障粮食安全具有重要意义.以植被净初级生产力(NPP)作为耕地生产力的评价指标,从区域尺度和格网尺度上,分析2000-2020年长江中下游地区耕地NPP的时空变化特征,并量化NPP与气候因子(气温和降水)的相关性.结果显示:(1)从区域尺度上看,研究期间耕地NPP以3.42 g m-2 a-1的速率呈波动上升趋势,并且在2013年出现了突变点.长江以南地区的耕地NPP要高于长江以北地区,离长江越远的耕地NPP越高;从格网尺度上看,研究期间大部分耕地的NPP呈上升趋势,但是未来可能呈增长放缓或退化趋势;(2)研究区耕地NPP与年降水量、年均气温呈正相关关系,降水的影响要强于温度;降水量对耕地NPP的影响具有显著的南北差异,降水与NPP呈正相关的耕地大部分位于长江以北地区,呈负相关的耕地大部分位于长江以南地区.气温与耕地NPP的相关关系在沿长江的梯度带上具有显著的空间差异,离长江越近,NPP与气温呈负相关的耕地越多.本研究表明气候变化的湿暖化促进了耕地植被的生长,耕地NPP对气候变化的响应具有显著的空间异质性.(图7表1参45)
  • 吴妙兰, 官滢滢, 王艺颖, 刘悦, 何至杭, 张少纯, 曾睿楷, 莫其锋
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 247-253. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.04005
    非结构性碳水化合物(NSC)在植物抵御生物和非生物胁迫时发挥着不可或缺的作用.以马占相思作为研究对象,设置对照(CK,不加磷)、低磷(LP,+50 kg hm-2 a-1)、高磷(HP,+100 kg hm-2 a-1)3种处理,探究不同浓度磷添加对马占相思幼苗各器官的NSC含量及分配格局的影响.结果表明:(1)低磷(LP)处理显著增加马占相思幼苗苗高和地径的相对生长速率(RGR);苗高、地径的RGR在不同处理下均表现为LP>HP>CK.低磷和高磷均显著增加植株的总生物量;但是低磷显著提高了叶、枝、茎和粗根的生物量占全株生物量的比例,高磷仅改变了粗根的生物量占比.(2)磷添加显著增加叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素浓度,具体表现为HP>LP>CK,(3)与CK相比,LP和HP处理下枝的NSC含量显著降低;粗根的NSC含量在LP处理下显著低于CK和HP处理.磷添加显著增加粗根可溶性糖占整株的百分比,同时磷添加显著增加枝、茎和粗根淀粉与NSC占整株含量的百分比.本研究表明低磷添加显著促进马占相思幼苗的生长,并通过调整NSC在不同器官的分配比例来应对土壤磷供应水平,以更好地适应土壤低磷环境.(图4表3参46)
  • 曲泽坤, 陈廷廷, 姜琦, 贾林巧, 陈玉琪, 王小红, 陈光水
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 254-261. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.04033
    杉木根系呼吸(特别是细根呼吸)能表征根组织新陈代谢水平,为根养分吸收提供能量(如ATP),对亚热带森林生态系统碳平衡有重要作用,但其对全球变暖、降水减少及其交互作用的响应则尚不清楚.在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站对杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗开展土壤增温和隔离降水双因子控制试验,包括对照(CT)、土壤增温5℃(W)、隔离降水50%(P)和土壤增温+隔离降水(WP),采用Oxytherm液相氧电极测定不同径级(0-1 mm、1-2 mm)细根比根呼吸速率,并同时测定根系形态指标,研究土壤增温、隔离降水及两者交互作用对杉木幼苗比根呼吸速率及其与细根形态特征相关关系的影响.结果表明:(1)土壤增温和隔离降水间交互作用对细根比表面积和组织密度均有显著影响,WP处理细根比表面积平均比W处理低31.2%,WP处理细根组织密度平均比CT高26.4%;WP处理细根组织密度平均比W处理高60.9%.此外,P处理1-2 mm细根的组织密度显著高于未进行P处理.(2)增温和降水减少对比根呼吸速率的影响并不存在交互作用;P处理1-2 mm的比根呼吸速率显著低于未进行P处理,但P处理对0-1mm细根比根呼吸速率无显著影响;(3)细根比根呼吸速率与比根长呈显著的正相关关系,且这种相关关系不受土壤增温、隔离降水及两者交互作用的影响.由此可见,1-2 mm细根比根呼吸速率主要受降水减少的影响而降低,这主要与降水减少导致1-2 mm细根组织密度增加以提高水分运输能力有关.此外,土壤增温、隔离降水及其交互作用并不会改变细根比根呼吸速率与细根形态特征间关系,细根比根呼吸速率与细根形态特征间稳定的相关关系可用于预测气候变化下根系呼吸速率的变化.(图5表3参63)
  • 彭双, 王一明, 华清清, 巫攀, 邱崇文, 林先贵
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 262-270. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.03042
    微生物肥料在现代农业生产中具有很大应用潜力,可在提高作物产量的同时减少化肥使用,从而创造环境友好型农业生产体系.通过田间长期试验对分离的一株紫色非硫细菌Rhodopseudomonas palustris ISP-1的5年花生增产效果进行研究,并探讨浇灌菌液(R1)和叶面喷施(R2)两种追肥方式对花生产量、花生仁品质和土壤细菌群落的影响.经过5年的连续施用,R1和R2处理分别使花生产量平均增加12.5%和17.9%,追肥时喷施菌液在植株的叶面比直接浇灌在植株根部增产效果更好.R1和R2处理显著促进了花生植株的生长,提高了花生仁中的蛋白质含量.在施肥第5年花生收获期,R1和R2处理土壤中的残留养分与对照处理相比无显著差异. R2处理显著改善了土壤pH并增加了细菌生物多样性,但R1和R2处理对细菌的丰富度和群落结构均没有显著影响,仅Verrucomicrobia门细菌丰度显著增加.细菌基因功能预测分析发现R1和R2处理的土壤细菌群落中参与磷吸收和转运的基因总相对丰度显著降低,而无机磷溶解和有机磷矿化的基因分别增加了2.71%和3.20%.偏最小二乘路径建模(PLS-PM)分析表明,施用R. palustris ISP-1菌液对花生产量和花生仁养分含量有显著的直接影响,而施用菌液导致的土壤细菌多样性增加、部分细菌群落结构以及细菌磷代谢功能的变化对花生增产的作用相对较小.本研究表明施用R. palustris ISP-1可以促进花生植株生长,提高花生仁蛋白含量,并在长时序年的田间试验过程中维持较高的花生产量,展示了紫色光养细菌作为生物肥料的应用潜力.(图6表3参44)
  • 刘莺歌, 李欢欢, 于世永, 李贺
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 271-281. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.05004
    草原灌丛化在全球干旱半干旱地区生态系统中普遍发生,并对草地生态系统的养分循环和植被组成产生显著影响;真菌群落作为土壤养分积累与转化、植物体生长与繁殖的关键调控因子,如何响应草原灌丛化目前尚不明确.以内蒙古地区典型的灌丛化草原为研究对象,选取与其配对的纯草原作为对照,采用高通量测序技术分析草原灌丛化对土壤真菌群落结构和功能的影响.所有已鉴别的土壤真菌隶属4门、10纲、18目、28科、29属,土壤真菌Sobs指数、Shannon指数、Ace指数和Chao1指数在0-10 cm和10-20 cm两个土壤深度下均为灌丛化草原>纯草原;土壤真菌群落组成有明显差异,例如镰刀菌属(Fusarium,+19.51%)、粗糙孔菌属(Trechispora,+16.20%)等真菌属在灌丛化草原中的相对丰度上升,而未分类子囊菌属(unclassified_p__Ascomycota,-19.30%)、角担菌属(Ceratobasidium,-13.20%)等真菌属的相对丰度下降,灌丛化草原土壤真菌群落和纯草原土壤真菌群落之间的差异显著大于其各自群落内部的差异(P <0.05);土壤真菌功能也发生变化,腐生营养和病理营养功能增加,其中木质腐生真菌增幅最大;另外还发现,土壤pH、有机碳、全氮和全磷是影响草原土壤真菌群落结构的主导因子.本研究表明草原灌丛化会显著影响内蒙古地区草原的土壤真菌群落的结构和功能.(图5表2参61)
  • 袁凌晨, 蓝鲜梨, 刘承羽, 金俊, 陈悦, 陈槐, 胡斌, 李玮
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 281-290. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.05026
    湖滨带湿地是重要的甲烷排放源,甲烷氧化菌驱动的甲烷氧化作用在调控甲烷排放及在缓解温室效应中扮演着重要的角色.为探究滇池湖滨带甲烷氧化菌的分布特征和影响因素,以5个典型的滇池湖滨带芦苇湿地(西华湿地、大清河、捞鱼河、茨巷河和白鱼河入湖口湿地)土壤作为研究对象,采用荧光定量PCR和16S r RNA基因高通量测序方法研究典型湖滨带湿地土壤甲烷氧化菌的基因丰度和群落组成,并探讨土壤和上覆水理化性质对其影响作用.结果表明:滇池湖滨带芦苇湿地土壤的pmo A功能基因丰度为1.34×10~7-5.45×10~7 copies/g,ANME-2d基因丰度为9.92×10~4-8.90×10~5 copies/g,NC10基因丰度为9.54×10~5-6.85×10~9 copies/g.不同湖滨带芦苇湿地土壤甲烷氧化菌的基因丰度较高且具有显著差异,西华湿地的好氧甲烷氧化细菌pmo A功能基因丰度显著最高(P<0.01),茨巷河入湖口湿地的厌氧甲烷氧化古菌ANME-2d基因丰度显著最高(P<0.01),捞鱼河入湖口湿地的厌氧甲烷氧化细菌NC10基因丰度显著最高(P<0.001).滇池湖滨带芦苇湿地土壤中的甲烷氧化菌以typeⅡ型好氧甲烷氧化菌、反硝化型厌氧甲烷氧化菌(ANME-2d古菌和NC10细菌)为主导类群.相关分析和冗余分析发现,影响滇池湖滨带芦苇湿地土壤甲烷氧化菌的关键环境因子有土壤总磷、总氮和上覆水总磷、硝酸盐氮.由此可见,滇池的富营养化状态对湖滨带湿地土壤甲烷氧化菌的丰度和群落分布特征具有重要影响.(图5表2参93)
  • 何砚秋, 王宁, 何昌杰, 曲靖文, 蒋璐蔓, 陈俊橙, 肖嶙, 朱莉萍, 李思凡, 邹立扣, 赵珂
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 291-300. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.10004
    以三星堆遗址祭祀坑出土象牙为研究对象,采用扫描电子显微镜–能谱(SEM-EDS)和电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)对出土象牙形貌及元素组成进行显微观察和检测分析,结合可培养技术和高通量测序技术对象牙细菌群落组成进行分析,探究微生物对三星堆出土象牙的潜在危害.结果显示,出土象牙表面具有明显裂缝,具有类似竹木碳化后的形态结构以及明显微生物定植,保存状况差.高通量测序结果显示出土象牙细菌多样性丰富,象牙主要细菌群落为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、绿湾菌门(Chloroflexi)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、Candidatus_Saccharibacteria、疣微菌门(Verrucomicrobia)、浮霉菌门(Planctomycetes),其中酸杆菌门和变形菌门为优势菌门,不同祭祀坑出土象牙优势细菌组成和相对丰度差异明显,五号坑出土象牙的主要优势细菌更多,分布更均匀.细菌群落组成与重金属含量相关性分析显示象牙中的细菌群落结构受重金属种类和含量的影响,Cu、Cr、Mn、Ni、Pb的含量对象牙样品中的细菌群落结构均有影响.功能预测结果显示,辅因子和维生素代谢、氨基酸代谢、碳水化合物代谢以及萜类化合物和聚酮酸代谢是出土象牙的优势功能代谢途径.采用可培养技术从象牙中获得16个种的可培养细菌,分属于4个门13个属,产酸耐铜试验结果表明10株菌都具有一定的产酸能力,且细菌对CuSO4的耐受范围在500-1 000 mg/L,对象牙存在潜在危害.本研究表明三星堆出土象牙中细菌种类丰富,并存在对象牙保存具有潜在危害的细菌类群,结果可为三星堆出土象牙的保护提供科学依据.(图11表3参43)
  • 刘欣, 刘冉, 苏怡睿, 姜允斌, 邓欢, 张银萍, 韩成, 钟文辉
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 301-308. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.03023
    将除作物吸收氮外的化学氮肥尽可能固持在土壤中,有助于提升化学氮肥利用率、减少化学氮肥施用量及降低环境氮素污染.以无机氮作为唯一氮源进行富集培养,从酸性旱地红壤中分离筛选出一株无机氮固持真菌菌株X-16,经菌株形态观测及真菌ITS基因同源性分析,鉴定为路德维希青霉菌(Penicillium ludwigii).进一步监测菌株在不同有机或无机氮源液体培养基中的生长状况,发现菌株X-16能利用无机氮源、氨基酸氮源和复杂有机氮源(玉米醇溶蛋白)进行生长,尤其偏爱利用复杂有机氮源.X-16在玉米醇溶蛋白氮源处理下产生了最大的微生物生物量(1.93±0.50 g/L)、最高的无机氮固持速率(0.57±0.10 mg L-1 h-1)和有机氮矿化速率(0.57±0.13 mg L-1 h-1).相比于不接种处理,接种菌株X-16显著提升土壤化学氮肥固持速率,提升量为0.78±0.06 mg kg-1 d-1,提升幅度达492%.本研究从酸性旱地红壤中筛选出优势无机氮固持真菌菌株,该菌株能有效提升土壤无机氮固持能力,而且能将复杂有机氮源矿化后再利用,可为化肥源无机氮素固持研究及土壤源有机氮素释放研究提供理论依据和菌种资源.(图6参58)
  • 杨静茹, 吕树萍, 李巧, 宿彦鹏, 陶洪飞, 姜有为, 马合木江·艾合买提
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 309-316. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.03046
    微生物的群落结构特征对地源砷的释放及富集过程具有重要意义,地源砷是微生物群落结构变化的关键因素,研究微生物对砷的响应有助于认识微生物对不同砷浓度的适应与演变机理.通过野外调查、高通量测序、微生物分析的方法研究奎屯河流域不同浓度地源砷(S1:低砷浓度组;S2:较高砷浓度组)对微生物的多样性及群落结构的影响.结果发现,地源砷会导致微生物多样性和群落结构发生变化.微生物多样性分析发现,地源砷浓度的增加使S2组的Ace、Simpson指数的平均值分别降低87.2和0.04,Simpson指数呈先增加后减少的趋势.S1组和S2组之间的微生物组成具有异同性.相似性为S1组与S2组有3个相同的优势菌群,分别为Arothrobacter、Acinetobacter和Novosphingobium.然而S2组中优势菌群的占比分别比S1组大8.01%、1.32%和3.21%.db-RDA和网络分析发现砷和采样深度对微生物群落有较大影响,S2组的微生物种间相互作用较弱.本研究表明地源砷浓度升高会使微生物群落向高耐性、高稳定性、单一性发展.(图6表1参44)
  • 赵博, 荆佳维, 王婷婷, 杨颖, 曲媛媛
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 317-323. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.03021
    菲和芘作为低分子量多环芳烃代表物质,具有溶解度低、难降解和毒性高等特点.多环芳烃污染场地中通常有多种污染物共存,且单一菌株降解能力有限,因此研究复合菌群降解混合底物对处理多环芳烃污染具有实际意义.从石油污染土壤中筛选出两株低分子量多环芳烃降解菌,经16S rRNA序列比对鉴定为纤维菌属和布鲁氏菌属,分别命名为Cellulosimicrobium sp. RS和Brucella sp. BZ.结果显示,两株细菌均能以菲或芘为唯一碳源生长,菌株RS、BZ在120 h内对100 mg/L菲的降解率分别为44.10%、34.20%,对100 mg/L芘的降解率分别为22.50%、25.30%.利用正交试验确定菌株RS、BZ构建成复合菌群PP-RSBZ的比例,并通过单因素法考察了pH对降解效果的影响.在菌株RS:BZ=3:1(V/V)、pH=7时,复合菌群PP-RSBZ在120 h内对菲和芘混合底物(150 mg/L)的降解率最高,为45.63%,相比单一菌株提高了1.65-1.84倍.通过全基因组测序结果,确定菌株存在的基因,进而推测了菌群对菲和芘的生物降解途径.本研究为低分子量多环芳烃的降解提供了新颖的菌株资源,构建了降解混合底物的复合菌群及适合条件,并推测了降解途径.(图6表3参30)
  • 宋思梦, 林冬梅, 张健, 张煜隆, 周扬, 李勋, 张艳, 彭彬, 刘斌, 林占熺
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 324-334. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.04025
    为揭示不同水分与肥力管理对巨菌草(Cenchrus fungigraminus)生长发育的影响,采用盆栽土培控水控肥设计W1-W4共4个水分梯度(25%、50%、75%、100%田间持水量)与F1-F3共3个肥力梯度(3.3、6.6、13.2 g/盆)的完全随机耦合组12组,以75%田间持水量不施肥为对照,研究不同水肥处理下巨菌草的形态特征与生物量.结果表明:茎粗、茎秆总长、叶宽受水分、施肥显著影响(P<0.05),株高、叶长、节间长、含水率、根冠比、茎叶比、生物量、干旱敏感指数、耐性指数及植株质量指数受水分、施肥及二者交互作用显著影响.随水分和肥力增加,巨菌草根冠比下降,地下生物量分配占比减少,其余形态指标与生物量及指数均增加.施肥可减弱巨菌草受干旱胁迫程度.各组间相比较,株高、茎粗、茎秆总长、叶长、叶宽、节间长最大值分别比平均值高出35.97%、18.26%、45.55%、14.82%、29.52%、27.58%,茎、叶、根含水率最大值分别比平均值高出34.69%、31.09%、23.10%;叶、茎、地上、地下及总生物量最大值分别比平均值高出96.46%、132.52%、114.88%、123.71%、113.04%,根冠比、茎叶比最大值分别比平均值高出139.67%、77.11%.巨菌草在正常水分(75%田间持水量)耦合中肥(6.6 g/盆)或高肥(13.2 g/盆)处理的形态特征较好,充足水分(100%田间持水量)耦合中肥(6.6 g/盆)处理的生物量积累、干旱耐性指数和植株质量指数较高.本研究表明正常水分耦合中肥与高肥、充足水分耦合中肥是巨菌草在干旱河谷生长发育与物质积累的优选水肥配比;结果可为干旱区巨菌草生长管理和植被生态恢复应用提供数据基础.(图10表1参37)
  • 王文波, 郝汉, 胡增辉, 冷平生, 卢存福
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 335-343. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.05009
    蒙古栎(Quercus mongolica)原生境为弱酸性土壤,而华北平原土壤多偏盐碱性,盐碱化土壤会抑制其生长发育.探究接种不同外生菌根真菌(ECMF)提高蒙古栎耐盐性的作用机制,可为蒙古栎在北方城市森林建设中的应用提供依据.以在灭菌基质中培养的一年生蒙古栎容器苗为材料,分别接种厚环乳牛杆菌(Suillus grevillea,Sg)与美味牛肝菌(Boletus edulis,Be),然后对菌根化幼苗和对照进行120 mmol/L Na Cl胁迫浇灌处理,并在处理后的第12、24、36、48天测定植株的生长量、叶片离子含量、光合荧光参数和生理指标,以未接菌苗为对照(CK).结果表明,随着Na Cl胁迫时间延长和基质中Na Cl浓度增加,Na+在3组处理叶片中不断积累,其含量在第48天CK组中显著高于接种组,达到1.4 mg/g,而K+的含量则呈下降趋势,接种Sg和Be的蒙古栎幼苗的株高生长量、叶片叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率及气孔导度均显著高于CK,且接种Sg和Be组的PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在光化学活性(Fv/F0)在第24、36天相较于CK也有显著提升,其中Sg和Be组的Fv/F0在第36天为CK的1.2和1.3倍.Be组的非光化学猝灭系数(NPQ)在第48天最高可达2.1,显著高于CK和Sg组.此外,接种组的相对电导率和丙二醛(MDA)含量显著低于CK,而可溶性糖和可溶性蛋白含量显著高于CK,并且在第48天接种组叶片的POD、CAT活性显著高于CK,分别达到143.4 U g-1 min-1和149.2 U g-1 min-1.本研究表明,对蒙古栎幼苗接种ECMF后,通过积累渗透调节物质和增强抗氧化酶活性,缓解了长时间盐胁迫对叶片细胞的损伤,从而保持蒙古栎幼苗叶片较高的光合活性,维持其正常生长,并且接种美味牛肝菌提高蒙古栎耐盐性的作用大于接种厚环乳牛杆菌.(图9参44)
  • 赵洋, 余雯静, 何易蔓, 余春霞, 吴承祯, 李键
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 344-352. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.05022
    探索营造异龄复层近自然混交林以期改善土壤肥力的经营措施,明晰套种对杉木纯林土壤肥力的影响趋势,对我国南方杉木低产低效林的改造具有重要意义.以福建闽北林区27年生杉木纯林、杉木(27年生)×南方红豆杉(7年生、8年生、9年生)混交林为研究对象,采用五点取样法选取4种林分样地的土壤,分成0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm 3个土层,对各土层的土壤理化性质及酶活性数据进行分析,探究林龄和土层对土壤肥力的影响.结果表明:(1)酶活性随土层增加逐渐降低,脲酶、蔗糖酶活性随套种年限的增加逐年递减.(2)混交林土壤的物理性质均在第8年升至最高,其中土壤持水量和土壤孔隙度在第9年下降,而土壤密度在第9年上升.土壤的水解氮、有效磷含量在第7年、第8年上升,在第9年下降,而速效钾含量则在第7年锐减后逐年递增.(3)土壤脲酶活性与全氮、有效磷、全钾含量呈极显著正相关;蔗糖酶与有机质、水解氮及有效磷含量呈极显著正相关;磷酸酶与土壤持水能力呈极显著正相关(P <0.01).(4)混交林的土壤肥力排序为第8年>第7年>第9年>CK.综上,混交林各营养指标均高于纯林,且混交林土壤理化性质和酶活性间相互作用明显,表明林下套种南方红豆杉可以显著改善杉木纯林的土壤理化性质,提升土壤肥力;结果可为营造异龄复层的近自然混交林,探索套种树种与原树种的养分分配利用关系以及养分补充年限提供参考.(图2表7参53)
  • 李安琳, 李文竞, 吴望, 张天煜, 张建, 吴瑜, 刘蓉
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 353-359. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.04001
    黄精是重要的药食同源类中药,其成分研究与利用颇多,但较少涉及不同种成分之间的比较.采用超高效液相色谱–串联质谱(UPLC-MS/MS)技术检测并分析多花黄精、黄精(鸡头黄精)和滇黄精根茎中的黄酮类、氨基酸和酚酸类物质成分及差异,采用主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析法(OPLS-DA)鉴定差异代谢物.结果显示,3种黄精根茎中共检测到268个代谢物质,其中黄酮类物质占比最高,为46%,氨基酸及衍生物占29%,酚酸类物质占25%.韦恩分析表明,3种黄精中共有的差异代谢物有184个,且含量差异显著.KEGG富集分析表明,这些差异代谢物显著被富集到了精氨酸生物合成途径、苯丙烷生物合成途径和黄酮生物合成途径中.特有代谢物质共有37个,在多花黄精中特有的物质有2个,黄精中特有的物质有14个,滇黄精中特有的物质有21个.如三羟基肉桂酰奎宁酸和圣草酚-5,3′-二-O-葡萄糖苷仅在多花黄精中被检测和鉴定到,且含量较高;4′,5,7-三羟基-6,8-二甲基高异黄酮、刺槐苷、木犀草素-7-O-(2″-O-鼠李糖基)芸香糖苷、1-甲基哌啶-2-羧酸和脯氨酸甜菜碱仅在滇黄精中含有;1-O-对香豆酰奎宁酸、芹菜素-6,8-二-C-阿拉伯糖苷和芹菜素-6-C-阿拉伯糖苷-8-C-木糖苷只在黄精中大量积累.本研究揭示了3种黄精根茎的化学成分差异,同时其特有代谢物可以作为化学标记,结果可为后续深入研究黄精种质鉴定或指纹图谱提供参考.(图4表1参35)
  • 关兆峰, 曾庆达, 吴昊, 庄永兵, 曹韫, 雍晓雨, 周俊
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 360-366. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.04035
    甘草的根茎是一种常用中药材,其原料利用率较低.因此以富含光甘草定的光果甘草渣为原料,开展微波辅助低共熔溶剂提取光甘草定等黄酮类化合物的研究.优化后的提取条件为:氯化胆碱:丙酸=1:4,含水率10%,液固比30 mL/g,80℃提取60 min。在此条件下,光甘草定和总黄酮提取率分别为0.58 mg/g和29.68 mg/g.经低共熔溶剂提取后,甘草渣中的木质素和半纤维素去除率均超过60%,超过80%的纤维素得以保留;纤维素的可及度提高,聚合度降低;纤维素晶体粒径增大,表面积增加;甘草渣孔隙度增大,生物质半透明化.这些变化共同导致了提取后甘草渣酶解效率的提高.本研究表明微波辅助低共熔溶剂提取甘草渣中功效组分的同时具有预处理的效果,研究结果为后续甘草渣中纤维素的利用提供了基础.(图9表2参31)
  • 蒋平, 胡运高, 高方远, 吕建群, 刘松, 郭鸿鸣, 刘利平, 任国胜, 苏相文, 任明鑫, 任光俊, 任鄄胜
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 367-376. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.05028
    提高水稻单产是增加粮食产量的重要技术途径.解析杂交水稻亲本产量性状形成的分子基础,有助于优异等位基因聚合和亲本重要性状的改良,从而进一步培育强杂种优势水稻新品种.利用二代基因组测序技术,对新育成的13个杂交水稻亲本(5个不育系,8个恢复系)进行深度基因组重测序.通过对已克隆产量性状基因的模糊性检索,获得13个亲本产量性状基因的16 180个变异位点,涉及产量性状基因404个.通过基因型–表型关联分析,取P≤6.18×10–8(0.001/16180=6.18×10–8),有7个性状与107个基因的1 459个变异位点极显著性相关联,其中有外显子区域变异位点的基因33个.依据加性效应和显性效应P值,取P值为6.18×10–8,有极显著加性效应变异位点444个,关联45个基因,分别控制千粒重、株高、穗长、粒长、粒长宽比;其中22个位点关联两个性状,涉及9个基因、3个性状.极显著显性效应变异位点784个,关联41个基因,控制单株产量、抽穗期和株高;其中47个位点在两个性状上均表现显性效应,涉及5个基因、2个性状.加性和显性效应都不显著的变异位点有216个,关联42个基因,关联性状有抽穗期和株高.依据表型均值及外显子变异位点的关联性,筛选出36个优异等位变异,其中多个优异等位变异呈现恢复系和不育系分化.上述结果表明不同的优异等位变异组合是造成杂种F1产量差异的重要原因,为产量性状的分子改良提供了理论参考和相关基因资源.(图6表3参51)
  • 马建华, 杨艳君, 赵红梅, 冯玉杰, 罗爱国
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 377-384. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.05010
    为探究microRNA(miRNA)在高粱低氮胁迫反应中的调控作用,对高粱幼苗进行短时(8 h)和长时(15 d)低氮胁迫处理,采用Illumina HiSeqTM2000对其小RNA进行高通量测序,利用mireap软件预测novel-miRNA,分析其表达差异性.对差异表达的miRNA进行表达模式聚类分析及茎环RT-PCR荧光定量验证.采用TargetFinder软件对差异表达的novel-miRNA进行靶基因预测,并对预测的靶基因进行Gene Ontology(GO)注释分类.结果显示:123个novel-miRNAs中,有40个novel-miRNAs具有显著或极显著表达差异.根系中,短时胁迫下有6个为上调表达,10个下调表达,长时胁迫时,上调和下调表达数各3个;叶片中,短时胁迫4个为上调表达,22为下调表达,长时胁迫上调和下调表达数分别为2个和9个.这些差异表达的novel-miRNAs在根系和叶片中的表达模式不同,分别聚为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种类型.它们不均等分布在不同染色体上,2号染色体上分布最多,其次为4号、1号和7号染色体. novel-miRNAs预测到8个靶基因,这些靶基因涉及物质代谢、刺激反应、生物调控、生殖发育等多个生命过程.本研究从高粱中鉴定了40个低氮胁迫差异表达的novel-miRNAs,预测到8个靶基因,结果为高粱低氮胁迫调控机制研究提供相关miRNAs及优良候选基因.(图7表3参36)
  • 杨鸿飞, 吴建召, 胡祉昱, 刘颖, 贺静雯, 林勇明, 李键
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 385-393. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.03040
    我国西南山区地质灾害频发,对区域景观格局造成严重破坏,导致区域生态安全受到威胁.探究受干扰区域的景观时空变化并进行生态安全分析,可为维护流域生态安全提供一定的理论基础.以汶川地震重灾区的龙溪河流域为研究对象,结合2005-2015年4期遥感影像数据及野外考察,通过最小累计阻力模型(MCR)识别生态源地、构建阻力面并基于阻力值进行划分得到生态安全等级,进而构建景观安全格局,探讨景观格局变化对灾害的响应机制.研究结果表明:(1)2005-2015年,裸地、沟道和地质灾害对流域6类受威胁景观的影响强度发生了变化.裸地对水域影响持续增大,而对其他5类景观影响呈现先增后减的趋势;沟道对耕地、林地和灌草影响强度先减小后增大,对建设用地、交通用地和水域的影响则相反;地质灾害对水域几乎无影响,对其他5类景观呈现先增后减的趋势.(2)流域总体生态安全度呈现断崖式下降—缓慢增长—趋于稳定的变化趋势:由震前的71.01降至震后1年的28.60;震后7年,生态安全度呈增长的趋势,但仅恢复至震前的56.77%.(3)通过阻力值划分,将流域安全等级划分为4级.面积由大到小依次为低安全区(59.44%)、较低安全区(20.86%)、较高安全区(11.73%)和高安全区(7.99%),表明流域内总体安全性极低,且主要集中坡度较陡、表层处于失稳状态的流域中上游、西南及东南方向.可见,景观格局的变化对研究区的生态安全产生较大的影响,结果可为流域的生态恢复以及可持续发展提供数据参考.(图2表7参43)
  • 曲宣成, 张晓清, 刘华湘, 王秀玲, 袁亮
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 394-401. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.05029
    为揭示新疆北鲵适应高海拔高寒环境的繁殖策略,对新疆北鲵成年雄性生殖系统季节发育规律开展研究.在一个自然年里,每一个半月从北鲵自然种群中采集1尾成年雄性个体,由8尾个体组成连续的雄性性腺季节发育谱.基于解剖学和组织细胞学方法对不同季节北鲵雄性生殖系统发育规律特征进行描述和分析.北鲵雄性性腺发育周期分为繁殖期、营养期和冬眠期.其中繁殖期分春季Ⅰ期、春季Ⅱ期和夏季Ⅰ期,春季Ⅰ期睾丸内含有大量成熟精子,性腺指数(GSI)达全年峰值5.93%,脂肪体指数(FBI)为全年最低值0.06%,为繁殖活动做准备;春季Ⅱ期睾丸内精子全部移入输精管,GSI指数为全年最低值0.49%,为排精做准备,FBI指数微升至0.13%;夏季Ⅰ期输精管内精子完全排出,GSI指数微升至0.66%,暗示雄性性腺启动新一轮发育,同时FBI指数略升至0.14%.营养期分夏季Ⅱ期和秋季Ⅰ期,该时期生精小叶由内向外依次被初级精原细胞、次级精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞和精子细胞填充并逐渐充盈,GSI指数提升至1.62%,FBI指数达全年峰值0.51%.冬眠期分秋季Ⅱ期、冬季Ⅰ期和冬季Ⅱ期,该阶段睾丸内发育出成熟精子,GSI指数由1.87%升至3.75%,FBI指数先降到0.39%后升至0.45%,暗示其经历冬眠后为新一轮繁殖准备.上述研究表明成年雄性北鲵的精子一年发育成熟一次,即雄性北鲵繁殖周期为一年一次,属典型的不连续繁殖周期型两栖类,但在交配期(4月下旬至6月下旬)内雄性北鲵可多次参与交配和排精,直至精子排空;结果可为科学保护新疆北鲵和探索人工繁殖技术提供生殖生物学理论依据.(图6表2参41)
  • 邹泓光, 孔维静, 杜彩丽, 赵琛, 殷旭旺
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 402-411. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.08011
    为阐明喀斯特地貌区河流大型底栖动物群落功能摄食类群特征,于2022年8月对贵州省打邦河38个样点的大型底栖动物群落进行了调查,同时获取了各样点的河流生境以及水环境因子数据.基于获取的数据,分析大型底栖动物群落功能摄食类群的组成和空间分布,表征基于功能摄食类群的生态系统功能,研究影响大型底栖动物群落功能摄食类群数量和生态系统功能的主要环境因子.自打邦河夏季共采集到大型底栖动物102种,直接收集者、刮食者、过滤集食者、捕食者、撕食者分别有38、30、10、17和7种,相对丰度分别为23.27%、47.88%、16.47%、10.71%、1.67%;空间上,各河流等级存在不同的大型底栖动物群落优势功能摄食类群;冗余分析结果显示,影响打邦河功能摄食类群数量的主要环境因子是Ca2+、HCO3-、NH4+、Na+、TW和河道变化,影响生态系统功能的主要环境因子是HCO3-、NH4+、NO3-、堤岸稳定性和植被多样性.本研究表明打邦河夏季大型底栖动物群落功能摄食类群以刮食者为主,水中HCO3-浓度是影响功能摄食类群数量和生态系统功能的重要原因.(图3表5参48)
  • 许燕, 袁奕, 杜凤, 董娟, 崔欣, 王启卫, 唐卓
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 410-414. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.04018
    目前基于核酸的蛋白质水解-靶向嵌合体(PROTAC)为降解一些不可成药的靶标提供了强有力的工具.我们报告过基于核酸适配体的PROTAC作为一种拓宽靶标的降解工具,目标蛋白RNA适配体作为靶向降解弹头,异双功能分子Dth可以将E3泛素连接酶招募到基因编码的适体RNA支架上,促进靶蛋白的泛素化并将其降解.通过将膜蛋白表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)的适配体在RNA支架上表达,小分子Dth适当浓度作用下,实现了对EGFR的选择性降解,将此工具的靶标扩展到膜蛋白.另外,通过在RNA支架上共同表达EGFR和p50的适配体,小分子Dth适当浓度作用下,实现了同时对p50和EGFR的降解.本研究基于核酸适配体的PROTAC降解工具提供了一个通用平台,可用于后续生化研究和潜在的疾病治疗.(图4表1参25)
  • 高仪芸, 刘佳, 孟维, 刘凡, 胡炫, 竺建荣
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 415-420. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2023.07017
    纤维素是自然界中一种可再生能源物质,纤维素酶将纤维素降解为简单可用的小分子单糖或寡糖且转化过程绿色、低碳,被认为是纤维素资源化利用的可持续方法.实际工程应用中纤维素酶存在成本高、活性低等问题,因此,越来越多的研究致力于探索纤维素酶产生的机制、促进和优化纤维素酶的生产.对提高纤维素酶活性和促进纤维素酶生产的一些最新基因工程技术及研究进展进行综述.借助启动子强化与转录因子调控、密码子优化、CRISPR基因编辑技术等分子生物学手段改善或提高纤维素酶活性,通过将多种纤维素酶或是与其他酶建立共表达系统,将纤维素酶进行异源表达或过表达进行酶活性强化,拓宽纤维素酶的应用范围.现阶段,在优化纤维素酶的生产与活性研究方面已取得较大成就,但仍存在纤维素酶优化效率不高、难以工业化生产等不足.未来关于纤维素酶的研究在致力于开发优化纤维素酶基因的新技术的同时,可重点关注纤维素酶的协同作用与双/多功能纤维素酶系统的潜在优势,并借助荧光标记系统简化纤维素酶的测定,从而为实现纤维素酶的高效资源化利用提供方向指引.(图1表2参53)
  • 朱丹, 李霞, 许哲平, 陈学娟, 蒋甜
    应用与环境生物学报. 2024, 30(02): 421-429. https://doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2024.02021
    风景园林学是一门实践性非常强的服务于生态环境保护和资源利用等的学科.新的相关科研理念和技术方法不断出现,为了顺应时代和学科的发展,迫切需要风景园林学科与相关学科交叉和融合发展.收集整理了675篇近10年的WebofScience数据库相关主题论文,采用文献计量和可视化技术对发文年份、发文机构和研究主题变化进行分析,并围绕开放科学知识、开放科学基础设施、开放参与、开放对话及其案例,系统性揭示风景园林学的开放科学表现特征.在数据和技术的联合驱动下,风景园林学已经具备了一定程度的开放科学的学科特点、资源平台、基础设施、准则规范和用户社区的对话机制等,但也存在理论研究滞后、技术交叉应用不足、学科教育和人才培养竞争能力弱、资源建设共享不方便、国际化影响力较小等问题和不足.未来应在风景园林学的理论研究、技术应用、能力建设、国际合作、信息化基础设施建设等方面加大力度,推进相关学科协同的专业领域开放科学的发展.(图3表3参74)