检索结果-内蒙古大学图书馆

北京林业大学学报 2006年第2期28卷 112-117页

作者：颜容刘红霞蔡怀頫葛颂北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室中国科学院植物研究所系统进化植物学开放研究实验室

该文对独花兰的菌根结构和真菌类群进行了初步研究,以期填补中国独花兰菌根真菌研究的空白,最终达到保护独花兰种质资源、开发和利用独花兰的目的.实验采用徒手切片,酸性品红乳酚油染色法,在光学显微镜下观察菌根的基本结构,并对独花兰... 详细信息

该文对独花兰的菌根结构和真菌类群进行了初步研究,以期填补中国独花兰菌根真菌研究的空白,最终达到保护独花兰种质资源、开发和利用独花兰的目的.实验采用徒手切片,酸性品红乳酚油染色法,在光学显微镜下观察菌根的基本结构,并对独花兰的菌根组织进行真菌分离.独花兰具有典型的兰科植物菌根构造,在光学显微镜下可以观察到菌根真菌从根毛进入根被和外皮层,通过通道细胞侵入到皮层薄壁组织,在皮层薄壁细胞内形成菌丝团.通过两次分离,共得到36个菌株,属于担子菌和有丝孢菌,其中优势种属为镰刀菌属.将16个菌株接种在华石斛组培苗上,有10个菌株对幼苗生长有不同程度的促进作用,其中有1个菌株(DHL--19)处理苗与对照差异达到显著水平(α=0.05),2个菌株(DHL--16、DHL--17)处理苗与对照差异达到极显著水平(α=0.01).在3个接菌处理苗的营养根中均分离获得了原接种菌,切片观察能看到少量菌丝团.因此,DHL--16、DHL--17、DHL--19这3个菌株初步确定是兰科植物的菌根真菌.

关键词：独花兰菌根菌根真菌

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滇牡丹类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶基因的鉴定及表达分析

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基因组学与应用生物学 2017年第4期36卷 1556-1562页

作者：王毅赵能原晓龙陈中华杨宇明王娟云南林业学科院云南省森林植物培育与开发利用重点实验室昆明650201 云南林业学科院国家林业局云南珍稀濒特森林植物繁育和保护重点实验室昆明650201 西南林业大学昆明650224

在植物中,类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶(F3GT)将不稳定的花色素转变为稳定的花色素苷,是花色素苷形成的关键酶。本研究采样RT-PCR技术从滇牡丹中成功克隆获得一个完整的F3GT基因(Pd F3GT1),其含有1 371 bp的开放阅读框(ORF),编码456个氨基... 详细信息

在植物中,类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶(F3GT)将不稳定的花色素转变为稳定的花色素苷,是花色素苷形成的关键酶。本研究采样RT-PCR技术从滇牡丹中成功克隆获得一个完整的F3GT基因(Pd F3GT1),其含有1 371 bp的开放阅读框(ORF),编码456个氨基酸。该基因推断的蛋白与葡萄(Vitis vinifera)3GT蛋白的相似性为64%;与已知功能的3GT基因进行系统进化分析,结果显示Pd3GT1与葡萄3GT聚类到同一个分支。氨基酸比对显示Pd3GT1蛋白序列还有糖基转移酶家族特有的PSPG-box结构域。半定量PCR结果显示:Pd3GT1在花蕾,花开时期的花瓣中大量表达,在叶和花芽中有微弱表达;在根和茎中没有表达。说明Pd3GT基因表达具有组织表达特异性。该研究将为研究滇牡丹花色素形成机理,以及对滇牡丹类黄酮糖基转移酶的功能鉴定和利用基因工程手段改良花卉品质提供理论依据。

关键词：滇牡丹 3GT c DNA克隆基因表达分析

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香茶藨子叶片总酚、总黄酮提取及抗氧化性研究

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食品工业科技 2017年第2期38卷 266-272页

作者：邹维娜王微徐启江杜伟伟李灵玉东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室东北林业大学林业生物制剂教育部工程研究中心东北林业大学生物资源生态利用国家地方联合工程实验室东北林业大学生命科学学院林木遗传育种国家重点实验室

目的:获得微波辅助提取香茶藨子叶片中总酚及总黄酮的最佳工艺,以及香茶藨子叶片中总酚及总黄酮的体外抗氧化活性。方法:在单因素的基础上,采用响应面法对影响总酚和总黄酮提取量的主要因素进行分析,探讨微波辅助提取香茶藨子叶片中总... 详细信息

目的:获得微波辅助提取香茶藨子叶片中总酚及总黄酮的最佳工艺,以及香茶藨子叶片中总酚及总黄酮的体外抗氧化活性。方法:在单因素的基础上,采用响应面法对影响总酚和总黄酮提取量的主要因素进行分析,探讨微波辅助提取香茶藨子叶片中总酚及总黄酮的最优工艺,并与超声提取、索氏提取进行比较。采用DPPH和FRAP法对香茶藨子叶片中总酚及总黄酮的自由基清除能力和总抗氧化活性进行评价。结果:最佳的提取工艺条件为:提取温度58℃,液固比39∶1 m L/g,乙醇浓度57%,提取时间15 min和微波功率600 W,此条件下总酚及总黄酮的提取量分别为99.89、38.16 mg/g。微波辅助提取得到的香茶藨子叶片提取物对DPPH自由基有很好的清除作用,IC50值为0.0445 mg/m L,此外其还有较高的总抗氧化能力,FRAP值为4.832 mmol/g。结论:优选的总酚、总黄酮提取工艺稳定可行,香茶藨子叶片中总酚及总黄酮有较好的抗氧化活性,为其研究开发提供一定的科学依据。

关键词：香茶藨子总酚总黄酮响应面法微波辅助提取抗氧化

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温控分子动力学研究迷你蛋白色氨酸笼的折叠机制

温控分子动力学研究迷你蛋白色氨酸笼的折叠机制

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第十届全国计算(机)化学学术会议

作者：吴晓敏祖元刚杨志伟杨刚东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室中科院大连化学物理研究所

迷你蛋白"色氨酸笼"(Trp-cage)由20个氨基酸组成,具有紧凑、明确的三级结构。由于其分子量较小,结构典型且可快速折叠,"色氨酸笼"是研究蛋白质去折叠和折叠机制的理想模型(PDB ID:1L2Y)。本工作运用温控分子动力学... 详细信息

迷你蛋白"色氨酸笼"(Trp-cage)由20个氨基酸组成,具有紧凑、明确的三级结构。由于其分子量较小,结构典型且可快速折叠,"色氨酸笼"是研究蛋白质去折叠和折叠机制的理想模型(PDB ID:1L2Y)。本工作运用温控分子动力学和常温分子动力学方法,深入细致地研究了"色氨酸笼"的折叠机制,总模拟时间为450.0 ns。通过温控分子动力学模拟,我们发现模拟温度高于600 K时,"色氨酸笼"结构相对于NMR实验的差别很大,呈全伸展的去折叠态(U),RMSD值大于0.89 nm,且构象稳定性差,波动幅度较大;当模拟降温降至550 K时,"色氨酸笼"折叠形成了第一个中间态构象I1;温度继续下降至500 K,折叠转变为一个能量较高并不稳定的过渡态I2,在此过程中"色氨酸笼"未发生明显的折叠过程;温度降至460-400 K范围内时,"色氨酸笼"结构发生了明显折叠,RMSD值降幅明显增大,折叠形成另外一个相对稳定的中间态构象I3;当温度达到380 K时,构象稳定性增强,形成了第四个中间态构象I4;经历了四个中间态构象后,在360-320 K范围内,蛋白形成了折叠构象(F1),这个构象在结构上和常温300 K下的折叠态构象(F2)十分接近(图1)。由于我们所采用的温控分子动力学在真空条件下进行模拟,未考虑溶剂效应,折叠态F1和F2中以Trp-6侧链上吲哚环为核心的疏水核未能折叠形成,但其α-螺旋(Residues:2-8)和3螺旋(Residues:11-14)结构都折叠形成。这表明温控分子动力学可以促使蛋白质跨越较高的构象能垒折叠形成全局能量最低的稳定结构。对于常温(300 K)分子动力学,未能观察到有效、稳定的中间态构象,另外其折叠态结构陷入了能量局域极小点,Trp-cage结构中的α-螺旋和3螺旋都未能折叠形成,与温控(300 K)的有较大差异,两者能量差高达34.83 kJ·mol。

关键词：色氨酸笼温控分子动力学中间构象折叠机制

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林分密度对水曲柳和落叶松人工林土壤碳储量的影响

林分密度对水曲柳和落叶松人工林土壤碳储量的影响

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作者：孙旭东东北林业大学

学位级别：博士

林分密度是森林生长的重要影响因子,同时调控着森林土壤的碳输入和碳输出,但到目前为止,关于林分密度对土壤碳储量影响的规律还不清楚,因此,研究不同林分密度条件下土壤碳储量的变化规律对于了解森林土壤碳循环过程具有重要意义。水曲柳... 详细信息

林分密度是森林生长的重要影响因子,同时调控着森林土壤的碳输入和碳输出,但到目前为止,关于林分密度对土壤碳储量影响的规律还不清楚,因此,研究不同林分密度条件下土壤碳储量的变化规律对于了解森林土壤碳循环过程具有重要意义。水曲柳(Fraxinus mandshurica)和杂种落叶松(Larixolgensis×***,落叶松)是中国东北地区重要的造林树种,具有较高的经济和生态价值。本文以不同密度的19年生水曲柳人工林和10年生落叶松人工林为研究对象,探讨了林分密度对土壤碳储量以及不同组分有机碳的影响,分析了不同密度林分凋落物和根系的碳输入变化,以及土壤呼吸导致的碳输出变化。同时,通过对不同密度落叶松人工林土壤添加硝酸铵和纤维素进行室内培养实验,深入分析了林分密度对土壤碳储量的影响机制。主要结果如下:(1)水曲柳和落叶松人工林土壤碳储量均随着林分密度增大而增加,在各土层也表现出相同的趋势。重组分有机碳储量在二林分各土层中均随林分密度增大而增加。轻组分有机碳储量在水曲柳人工林表层土壤随林分密度增大而增加,在底层土壤不随林分密度变化而改变;而在落叶松人工林则表现为在表层土壤不随林分密度变化而改变,在底层土壤随林分密度增大而增加。随着林分密度的增大,水曲柳和落叶松人工林土壤有机碳储量的增加量主要由重组分有机碳储量的变化导致,其增加量分别在土壤表层、中间层和底层占各层次总碳储量的变化的76.64%-99.83%、91.53%-125.98%以及94.11%-98.20%,而轻组分有机碳储量的增加量在各层次占比较小。(2)水曲柳和落叶松人工林凋落物的分解速率不随林分密度增加而变化,而凋落物年产量均随着密度增加而增大。水曲柳的凋落物分解速率高于落叶松凋落物,水曲柳凋落物年质量损失和年碳损失约为70%,而落叶松凋落物则约为30%。随着林分密度增大,水曲柳人工林凋落物对土壤的碳输入显著增加而落叶松人工林增加幅度较小。在地下部分,水曲柳人工林的细根生物量随林分密度增大而降低,细根根长密度和根表面积密度在不同密度林分没有明显差异;落叶松人工林的细根生物量、细根根长密度和根表面积密度均表现为随密度增加而增大的趋势,所以,随着林分密度增大,落叶松人工林土壤来自根系的碳输入显著增加而在水曲柳人工林增加幅度较小。因此,随着林分密度的增大,水曲柳和落叶松人工林土壤的碳输入均增加,其中在水曲柳人工林主要由凋落物碳输入增加导致,而在落叶松人工林主要由根系碳输入增加导致。(3)水曲柳人工林生长季平均土壤呼吸速率随着林分密度增大而增加,而落叶松人工林土壤呼吸速率随着林分密度增大而降低。在二林分中,土壤湿度与土壤呼吸速率相关不显著,而土壤温度与土壤呼吸速率呈显著的正相关关系,但是在水曲柳和落叶松人工林中土壤湿度和温度在不同密度林分间均无显著差异。同时,由于土壤的自养呼吸在水曲柳人工林随林分密度增大而变化较小,在落叶松人工林随林分密度增大而增加,因而水曲柳人工林的土壤的异养呼吸随着林分密度增大而增加,而落叶松人工林土壤异养呼吸随着林分密度增加而降低。因此,在水曲柳人工林,土壤碳库的碳输出随着林分密度增大而增加,而落叶松人工林土壤的碳输出随着林分密度增加而降低。(4)在室内培养试验中,各土层添加的纤维素分解量均随着林分密度增大而降低,各土层土壤来源的CO2累积释放速率在对照处理以及添加纤维素处理中均随着林分密度增大而呈现出降低的趋势。随着林分密度的增大,表层土壤有机碳累积的激发效应强度没有发生显著改变,中间层和底层土壤则表现出降低的趋势。硝酸铵的添加对各土层参与碳、氮和磷循环胞外酶的活性影响不大。而纤维素的添加在表层土壤刺激了参与碳、氮和磷循环胞外酶的活性,在底层土壤影响不大,而且纤维素对表层土壤参与碳循环胞外酶的刺激作用随着林分密度增大而降低。因此,林分密度对土壤碳储量影响可能是由于高密度林分土壤的为生物活性受到更强烈的抑制。在较高的林分密度下,植物可能会向土壤中输入更多的微生物抑制物质,从而抑制微生物的活性,降低高密度林分的土壤碳输出,同时也让输入的有机碳更多的保留在土壤中而不是被微生物消耗,进而导致土壤碳储量随林分密度增大而增加。

关键词：水曲柳落叶松林分密度土壤碳储量碳输入碳输出激发效应

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利用半球图像反演森林冠层叶面积指数的方法研究

利用半球图像反演森林冠层叶面积指数的方法研究

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作者：宋佳音东北林业大学

学位级别：博士

叶面积指数LAI(Leaf Area Index)是众多生态生理学模型、生态系统功能的全球变化模型的输入量,是生态学领域的重要指标之一。本文以生态研究领域的森林冠层LAI反演过程中的实际问题为背景,为解决基于光学模型的半球图像法反演LAI的低估... 详细信息

叶面积指数LAI(Leaf Area Index)是众多生态生理学模型、生态系统功能的全球变化模型的输入量,是生态学领域的重要指标之一。本文以生态研究领域的森林冠层LAI反演过程中的实际问题为背景,为解决基于光学模型的半球图像法反演LAI的低估问题开展研究,具体研究工作如下:(1)分析了光学模型反演叶面积指数的基本原理,结合光学模型中的参数特征,对影响图像法反演LAI的关键因素进行研究。为保证研究的时效性,本文在黑龙江凉水国家级自然保护区内的30个采样点,在相同条件下,分别应用LAI-2000(辐射测量原理)和Wincanopy2012a(图像测量原理)两种商业光学设备进行实地测量,结果出现了Wincanopy2012a的LAI测量结果明显小于LAI-2000的LAI实测结果。通过对比两种光学设备的光电测量原理发现,两种光电传感器的光谱测量范围不同是造成测量差异的主要原因;(2)在研究LAI-2000与Wincanopy2012a的计算原理基础上提出了适用于二维图像的LAI反演修正模型,提出面积加权法,修正了原始反演模型中的加权方式,完善了模型的数学意义;同时对光学模型中的叶倾角影响下的消光系数进行分析,对于选用天顶角57.3°所对应的叶倾角投影函数G=0.5应用于天顶角0-90度范围内的反演现状进行分析,在此基础上提出针对6种典型叶倾角分布的消光系数和叶倾角椭圆分布的消光系数,通过多项式拟合建立分段方程,总结出天顶角10度间隔的消光系数离散值,修正了原始模型中的单角度反演问题,完善了模型的物理意义;(3)分析半球图像有效成像区域的边界特征,根据边界点存在光源线性散射点的特征提出了应用形态学算法提取边界,再运用最小二乘法拟合有效成像区域的圆心及半径值。通过手工制作标准模板验证了方法的有效性。该方法与硬件采集设备参数无关,但受到光照强度影响,实验结果表明当光量子通量在55 μmol m-2 s-1到140 μmol m-2s1范围时,相机感光度设置在ISO100到ISO250范围时,圆心点坐标提取误差最小,该项研究同时也确定了半球图像采集的光照条件量化指标;(4)研究分割算法和分割数量对于孔隙度提取的影响,分别应用最小熵算法、最小误差算法、Winscanopy算法和K-mean算法提取孔隙度,发现不同的分割算法会引起孔隙度提取的差异,其中最小误差法具有较好的大孔隙抑制性。同时将有效区域分割成6环、9环和18环后提取孔隙度,对比发现当分割数量为18环时,能够有效减小因二值化分割算法不同引起的孔隙度提取差异;(5)聚集指数的修正性能分析,分别应用最小熵算法、最小误差算法、Winscanopy算法和K-mean算法所提取的孔隙度数据,计算Chen和Cihlar的聚集指数、Lang和Xiang的聚集指数和Leblanc的聚集指数,发现Leblanc的聚集指数对于孔隙差异具有较高的敏感性,能够有效修正因图像二值化分割算法不同所引起的LAI反演差异;(6)对比30个采样点的实测数据,在不考虑聚集指数的情况下,采用叶倾角椭圆分布对应的消光系数离散数据,运用最小误差算法提取孔隙度代入本文提出的修正模型中反演LAI的结果接近于LAI-2000的实测结果,验证了模型的有效性。本文在研究LAI反演方法的过程中解决了半球图像的有效区域提取难题,为实现自主搭建半球图像采集设备用于植被冠层分析或单株冠层分析创造了条件。本文提出的具有开放性的基于半球图像反演森林冠层LAI的方法,能够有效改善图像法反演LAI的低估问题,为提高森林冠层反演LAI的可控性和可观性提供了必要的技术支持。

关键词：叶面积指数半球图像森林冠层图像处理反演模型

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外源一氧化氮对盐胁迫下长春花生长及酚类代谢的影响研究

外源一氧化氮对盐胁迫下长春花生长及酚类代谢的影响研究

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作者：赵晓菊东北林业大学

学位级别：博士

目前,全球土壤次生盐渍化范围不断扩大,程度逐渐加重,严重影响农业生产和生态环境,盐渍土的改良和植被恢复是国内外研究者关注的热点问题。一氧化氮(nitric oxide,NO)作为一种重要的信号分子,参与调控植物种子萌发、生长、发育和衰老等... 详细信息

目前,全球土壤次生盐渍化范围不断扩大,程度逐渐加重,严重影响农业生产和生态环境,盐渍土的改良和植被恢复是国内外研究者关注的热点问题。一氧化氮(nitric oxide,NO)作为一种重要的信号分子,参与调控植物种子萌发、生长、发育和衰老等过程,同时在植物逆境响应中也发挥着重要作用。近年来研究表明,NO能通过改变植物代谢影响植物盐耐受性,但其调控基础还不清楚。长春花(Catharanthus roseus)因体内含有抗癌活性的生物碱类而备受关注。此外,大量研究表明长春花还富含酚类化合物,其中大部分酚类化合物因具有免疫调节、抗肿瘤、抗氧化等多种药理功效,现已成为新药、先导化合物和新化学实体的重要来源。已有研究证实盐胁迫和外源氮素都可促进长春花体内生物碱含量的提高,但对于同样是次生代谢产物的酚类化合物鲜有报道。本研究在外源NO供体硝普钠(sodium nitropptusside,SNP)处理NaCl胁迫下长春花生长、生理指标等分析的基础上,利用液相色谱-质谱联用(LC-MS)仪靶向分析NO对盐胁迫下长春花不同部位中酚类化合物组分及含量水平的变化,从代谢组水平揭示NO调控盐胁迫下酚类化合物的响应,为酚类代谢调控和NO提高长春花耐盐性机理奠定基础,并对盐碱地开发利用具有实践意义。主要研究结果如下:(1)短时间(10 d)25 mM NaCl处理下长春花幼苗(木质部未分化)与对照差异不显著,甚至部分程度促进植株生长,浓度大于50 mMNaCl时,与对照组差异显著,整体上看,NaCl抑制植株生长,且随着浓度的增大和时间的延长抑制效果越明显。长时间(85 d)NaCl处理长春花幼苗(木质部已分化),NaCl胁迫15 d内与对照相比各生长指标差异不显著,20 d后开始有差异显著性。株高主要靠节数目的增加,节间距变化不明显,形成木质部的长春花幼苗,对盐胁迫有一定的抵御能力。(2)NaCl浓度在100 mM以下时,植株上、中、下叶片内脯氨酸(proline,Pro)和丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量平均值均低于对照组,叶面积、叶长、叶宽等生长指标与对照相比生长缓慢;125 mMNaCl处理下Pro和MDA含量高于对照组,达到最高值,植株叶片面积、叶长、叶宽等生长指标表示明显抑制了植株生长。100-125 mM NaCl浓度是严重影响植株生长的临界范围。(3)SNP对盐胁迫下长春花种子萌发的影响实验中,50mM NaCl胁迫下的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、根长、芽长均低于正常对照,盐胁迫抑制了种子萌发;0.1 mM SNP有效缓解盐胁迫对长春花种子萌发的抑制作用,甚至能恢复种子正常发芽率;大于0.5 mM SNP会加重盐胁迫伤害,各项发芽参数、芽长、根长等均低于盐胁迫下。NO在盐胁迫下长春花种子萌发过程中起着重要的信号调控作用,低浓度缓解盐胁迫伤害,高浓度加重胁迫伤害。(4)外源SNP有效提高盐胁迫下长春花叶片中硝酸还原酶(nitrate reductase,NR)活性,4 d后NR活性达到最高值,活性变化情况为4 d>5 d>3 d>2 d>1 d;0.5 mM SNP处理条件下NR活性最高,其中0-0.5 mM SNP提升NR作用显著,1.0-2 mM SNP作用下降。0.1 mM SNP促进了 Pro含量积累,降低了盐胁迫导致的MDA含量上升,可溶性糖含量达到最高,有效缓解盐胁迫引起的伤害,增强植株的耐盐性。(5)SNP对盐胁迫下木质部成熟的长春花植株在生长指标上缓解效果不显著,其中125 μM SNP明显抑制株高生长,且株高的改变主要靠降低节的个数来完成的,同时基茎明显增粗,植物靠降低高度增加茎粗度来提高对外界胁迫的抵御。NO作为一种信号分子参与调节气孔运动,SNP处理盐胁迫下长春花叶片下表皮气孔数量和开放数量增多,施加次数增多,变化幅度加大,0.1 mMSNP处理气孔数量增加幅度最大。(6)采用LC-MS技术分析SNP对盐胁迫下长春花根、茎、叶、花四个部位酚类物质种类和含量变化,鉴定出18种酚类物质和L-苯丙氨酸,按照化学结构式把18种酚类物质分成C6C1酚类5种:香草酸、对羟基苯甲酸、丁香酸、原儿茶酸、没食子酸;C6C3酚类5种:对羟基肉桂酸、绿原酸、阿魏酸、肉桂酸、对香豆酸;C6C3C6(黄酮类化合物)8种:染料木素、木犀草苷、柚皮素、槲皮苷、杨梅苷、槲皮素、山柰酚、芦丁。其中槲皮素、绿原酸、原儿茶酸是长春花体内主要酚类物质,在不同部位中均有存在。(7)不同浓度SNP处理后长春花不同器官酚类化合物响应积累呈现出明显不同的变化。根和茎中积累较多的小分子酚酸类化合物,而叶片以及花中则表现为C3C6C3型酚类化合物的明显富集,相比之下,根和茎中酚类化合物对盐胁迫及SNP处理的响应更敏感一些。(8)酚类化合物在不同部位

关键词：长春花一氧化氮盐胁迫代谢组酚类

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东北地区典型森林植物多样性特征及其对土壤碳汇功能影响机制

东北地区典型森林植物多样性特征及其对土壤碳汇功能影响机制

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作者：张喜亭东北林业大学

学位级别：博士

东北森林是我国最大的国有林区,其生态系统碳汇功能被认为对碳中和目标实现至关重要。本研究在东北地区森林带建立了8块长期固定样地,合计面积16.2 ha,总计调查超过50000棵木本植物,形成了植物多样性-森林土壤碳汇耦合关系东北样带。本... 详细信息

东北森林是我国最大的国有林区,其生态系统碳汇功能被认为对碳中和目标实现至关重要。本研究在东北地区森林带建立了8块长期固定样地,合计面积16.2 ha,总计调查超过50000棵木本植物,形成了植物多样性-森林土壤碳汇耦合关系东北样带。本研究分析了东北地区植物多样性特征及影响因素;并着重探究农田防护林、植物多样性、菌根类型、群落结构和土壤理化性质对土壤碳截获及其稳定性的影响。具体研究结果如下:1)东北地区森林木本植物丰富度均值为10.75,Simpson指数均值为0.72,Shannon-Wiener指数均值为1.69,Pielou均匀度指数为0.76。样地内树种混交度M均值为0.57,林分处于中度混交;角尺度W均值为0.54,林分为聚集分布;胸径大小比数U均值为0.51,林分整体生长处于中庸状态。方差分解分析结果表明,树木个体大小、林分空间结构特征和地理气候因素三者的共同影响对东北地区木本植物多样性变化贡献最大,解释量达到36.6%。排序分析得出纬度、混交度和角尺度是引起多样性变化的显著因子。可以通过上述因子的调整实现东北地区木本植物多样性的保护。2)森林生态系统的垂直结构是其功能发挥的一个关键,至少包括乔灌草和更新层。通过对大兴安岭地区双河国家级自然保护区和多布库尔国家级自然保护区的乔、灌、草、更新层个体大小特征、群落特征和植物多样性特征进行详细调查,冗余分析和方差分解分析相结合解析植物多样性与群落结构特征的耦合关系、排序影响多样性变化最重要个体与群落特征指标。双河保护区和多布库尔保护区树木胸径和树高仅相当于1970年代的一半;乔木和草本多样性较大兴安岭核心地区（呼中）高出50-60%左右。冗余分析结果表明,更新层株高对双河保护区多样性差异具有最大解释功能,乔木层树高对多布库尔保护区植物多样性变化具有最紧密关系（p<0.05）。3)杨树造林能显著影响土壤碳固持的稳定性。与对照农田相比,防护林土壤异养呼吸速率没有显著差异,但防护林中的土壤有机碳浓度（SOC）较农田高出15.8%（p<0.05）。防护林的建立可以降低温度敏感性Q10值15.4%（p<0.05）,较深的土壤中Q10的降低更为显著。在农田和防护林中没有发现显著的湿度敏感性Hs（线性梯度）差异。基于RDA排序的方差分解分析表明,农田的碳稳定性(Hs和Q10)受地理气候的影响更大。相比之下,防护林的碳稳定性受土壤性质的影响较大。我们的研究结果表明,上述SOC变化可以通过延长土壤中的SOC寿命至少7%和SOC浓度>15%来改善防护林的碳固存功能。未来应将此纳入评估中国三北防护林的地下土壤碳影响,并为世界其他地区类似林分的评估提供数据支持。4)以东北林业大学实验林场为研究区域,基于树种丰富度和不同功能组,测量土壤有机碳（SOC）、与球囊霉素相关的土壤蛋白碳（总提取球囊霉素碳,TG-C和易提取球囊霉素碳,EEG-C）、土壤碳稳定性(异养呼吸速率,Rh,温度敏感性,Q10和湿度敏感性,Hs)及原位土壤CO2、CH4、N2O通量,并且利用宏基因组技术鉴别六类CAZymes。我们发现,高丰富度导致SOC、TG-C、Rh和N2O通量增加16-126.6%。AM树种的SOC和Rh比ECM树种高34-39%。0-1 m深层土壤的丰富度和菌根效应比0-20cm表层土壤更明显。丰富度直接提高了土壤碳稳定性,而丰富度和优势种通过降低碳水化合物酶活性提高碳积累,糖苷水解酶、多糖裂解酶、碳水化合物酯酶、糖基转移酶、辅酶和碳水化合物结合模块共同调节。此外,土壤中团聚体有机碳的积累对于养分有效性和缓解全球气候变化至关重要。通过植物多样性和菌根类型对土壤团聚体碳截获及其稳定性的研究,我们发现,高丰富度导致团聚体碳、平均重量直径和几何平均直径增加7-64%,AM树种团聚体碳、平均重量直径和几何平均直径比ECM树种增加7-94%。表层和深层土壤团聚体碳截获稳定性受菌根优势种效应影响最大,植物多样性的补偿效应对深层土壤团聚体碳稳定性的解释力有所提升。高树种丰富度显著增加表层及深层土壤大团聚体、微团聚体和黏粉粒碳含量;外生菌根树种重要值与大团聚体碳、微团聚体碳、黏粉粒碳含量和团聚体稳定性显著负相关,丛枝菌根树种重要值与大团聚体碳、微团聚体碳、黏粉粒碳含量和团聚体稳定性显著正相关。5)通过对中国东北森林带树木多样性、林分空间结构、树木大小、土壤理化性质和地理气候对土壤碳截获及其稳定性的影响分析,我们发现,土壤碳截获稳定性受树种丰富度R的影响最大,植物多样性的补偿效应对土壤碳稳定性的解释力最大。高树种丰富度显著增加土壤SOC和Rh;此外树木空间结构对土壤碳汇稳定性也具有重要影响,林分混交度M、角尺度W与SOC、Rh、Hs显著正相关。地理气候可以对SOC、Rh和Hs产生显著的直接影响,也可以通过影响树种丰富度和土壤性质

关键词：树种丰富度菌根类型林分空间结构土壤有机碳温度敏感性温室气体

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林型转换对土壤无脊椎动物群落及其对凋落物分解的影响

林型转换对土壤无脊椎动物群落及其对凋落物分解的影响

引用

作者：马双娇东北林业大学

学位级别：博士

土壤无脊椎动物(soil invertebrates,SI)是土壤食物网重要组成部分,在森林生态系统养分循环中发挥重要作用。研究表明林型转换对生物多样性和生态系统功能产生重要影响。然而,目前关于天然林转换为人工林对SI群落结构的影响研究较少,对... 详细信息

土壤无脊椎动物(soil invertebrates,SI)是土壤食物网重要组成部分,在森林生态系统养分循环中发挥重要作用。研究表明林型转换对生物多样性和生态系统功能产生重要影响。然而,目前关于天然林转换为人工林对SI群落结构的影响研究较少,对转变为不同树种组成人工林的影响的研究结果尚无定论。天然林转换成人工林,土壤无脊椎动物群落结构和凋落物组成均发生变化。然而目前研究尚不能对SI与不同质量凋落物分解相互作用关系做出明确的结论。为此,本研究以东北林业大学尖砬沟森林培育实验站在天然次生林皆伐迹地上营造的33年生人工阔叶、针叶纯林、针阔混交林及邻近保留次生林为研究对象,探究林型转换对SI群落结构的影响及影响机制。同时采集不同树种凋落物,采用1mm及0.01mm凋落物袋进行为期1年的分解实验,研究SI对不同凋落物分解的贡献及其群落结构随分解阶段的变化,从维持土壤生物多样性的角度为林型转换中树种的选择提供理论依据,同时探究土壤无脊椎动物在森林生态系统中的功能。主要研究结果如下: (1)林型转换对大型及中小型SI群落结构的影响因人工林树种组成而异。大型SI以线蚓科(53.75%)和正蚓科(12.20%)为优势类群,腐食性大型SI是所有林分的主要营养类群。次生林与针叶纯林大型SI组成具有较高相似性,针叶纯林与混交林差异显著。多度、类群数、多样性均受到取样季节和林分类型的显著影响,各指标在6月份最高,阔叶纯林及针阔叶混交林与次生林差异较小。中小型SI优势类群为甲螨亚目和棘跳科,分别占总个体数的52.5%和10.8%。针叶纯林腐食性类群数量比例明显低于次生林,而捕食性类群比例更高,阔叶纯林则有相反的变化趋势,混交林与次生林群落组成在所有研究季节均具有较高相似性。针叶纯林中小型SI多度小于其它林分类型,阔叶纯林多样性指数最小,混交林在多度与多样性方面均与天然林相似。 (2)林型转换显著改变林下植物优势度及大部分土壤性质,其中大型及中小型SI组成均受到林下植被的影响,此外大型SI组成变化还受到土壤速效养分的驱动,中小型SI群落组成与土壤C/N显著相关。土壤湿度、pH和硝态氮是影响大型SI群落多度、类群丰富度变化的主要因素;而中小型SI的α多样性主要受到土壤全氮含量的驱动。 (3)中小型SI对凋落物分解及凋落物混合效应的影响因凋落物种类而异。凋落物叶和根质量损失及C、N、P残留率均受到凋落物种类、分解阶段及孔径的显著影响。总体上,阔叶单一及阔叶混合凋落物叶分解更快,分解12个月的0.01mm孔径叶凋落物质量和元素残留率大于1mm孔径。水曲柳单一根分解最快,1mm孔径水曲柳单一与水落混合根差异不显著;3种根N元素含量在0.01mm和1mm孔径凋落物袋中差异不显著,C、P、K元素仅在个别分解阶段差异显著。凋落物初始养分C、N含量、C/N及木质素/N显著影响凋落物质量损失,中小型SI贡献与凋落物初始养分含量相关性不显著。凋落物叶混合对质量损失和元素释放的影响受凋落物叶组合及中小型SI的影响;水曲柳落叶松根混合仅在1mm孔径下分解12个月时显著促进质量损失,在1mm和0.01mm孔径均表现为混合促进C、N、P元素释放,抑制K元素释放。 (4)参与凋落物分解的中小型SI的群落结构受分解阶段和凋落物类型影响,且与凋落物残留质量和养分元素变化密切相关。甲螨亚目是参与叶分解的主要类群,随分解进行多度占比逐渐增加,而弹尾目减少。捕食性类群在混合凋落物叶分解前期占据一定比例,随分解进行比重降低。凋落物叶种类、分解阶段及两者交互作用显著影响参与叶分解的中小型SI多度、类群数和多样性。甲螨亚目也是参与根分解的优势类群,但随不同树种根分解阶段变化趋势不同,仅在落叶松根中多度比随分解增加。参与根分解的中小型SI多样性仅受到根种类的影响,与分解阶段无关。凋落物叶混合对中小型SI多度和类群数的影响随分解由促进变为抑制,对多样性整体表现为抑制作用。水曲柳与落叶松根混合增加中小型SI多度和类群数,降低多样性和均匀度。阔叶单一和落叶松单一凋落物叶质量损失主要受中小型SI多度和类群数影响,而混合凋落物叶质量损失与多样性显著负相关。凋落物根质量损失与类群数和弹尾目多度显著正相关(P<0.05)。综上所述,天然林转换时营造人工混交林有利于维持SI群落结构,林型转换影响林下植被和土壤特性,大型和中小型SI群落结构变化受不同土壤因子的驱动。中小型土壤无脊椎动物对针叶单一凋落物分解贡献更大,在混合根分解中贡献率大于单一根分解。不同种类凋落物分解过程中中小型土壤无脊椎动物群落结构变化不同,凋落物混合降低参与分解的中小型土壤无脊椎动物多样性。研究结果为森林可持续经营及转换时树种选择提供参考,且有助于深入了解SI群落在森林生态系统养分循环中的作用。

关键词：林型转换人工林土壤无脊椎动物群落结构凋落物分解

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土壤动物对森林生态系统凋落物分解影响机制研究

土壤动物对森林生态系统凋落物分解影响机制研究

引用

作者：昝鹏东北林业大学

学位级别：博士

凋落物分解在陆地生态系统的物质循环和C循环中起着关键作用,其分解速度直接影响全球生态系统的能量周转和C收支平衡。了解土壤动物对凋落物分解的影响机制,对于深入理解森林碳循环和能量循环具有重要意义。目前,我国对土壤动物与森林... 详细信息

凋落物分解在陆地生态系统的物质循环和C循环中起着关键作用,其分解速度直接影响全球生态系统的能量周转和C收支平衡。了解土壤动物对凋落物分解的影响机制,对于深入理解森林碳循环和能量循环具有重要意义。目前,我国对土壤动物与森林凋落物分解之间关系的研究较少;因此,无法准确评价土壤动物对森林凋落物分解的贡献。本研究首先基于现有研究结果建立数据模型,分析土壤动物与凋落物分解的关系;同时,于2016年10月至2018年10月,通过优化设计PVC分解环模拟微观环境的野外微缩环境实验方法,对温带森林进行野外分解实验并进一步验证模型的可靠性。从而揭示土壤动物对森林凋落物分解的影响及其调控机制。主要结果如下:(1)基于已发表研究,建立涉及64种不同植物物种、120种不同凋落物组合,总计126个分解常数的数据库分析。结果表明,土壤动物促进中国森林生态系统凋落物分解提高了 65%。因气候类型差异,土壤动物对不同森林类型影响程度不同。温热潮湿环境中,土壤动物促进分解速率提高更明显,而干冷的温带森林贡献率相对较低。土壤动物对凋落物分解的影响程度依次为:热带森林>亚热带森林>温带森林。(2)中国森林生态系统中,凋落物基质在很大程度上影响土壤动物对凋落物的分解作用。通过拟合发现,土壤动物效应随着年均降水量、年均温度、凋落物中N和纤维素升高而降低(P<0.05);土壤动物效应随木质素、木质素/纤维素、木质素/N、C/N和N/P升高而升高(P<0.05)。综合分析发现,土壤动物效应受年均降水、凋落物中N含量和C/N比(P<0.001)共同调控。(3)以东北帽儿山次生林中16种常见温带乔木树种凋落物为研究对象,经2年野外分解实验后,与对照相比,土壤动物参与条件下16种凋落物分解速率表现为不同程度的提高。土壤动物参与凋落物分解时,山桃稠李(Padus maackii)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)和黄檗(Phellodendron amurense)凋落物分解速率较快,分解常数(k)依次为:1.427、1.087和0.922;而蒙古栎(Quercus mongolica)、红松(Pinus koraiensis)和春榆(Ulmus davidiana ***)凋落物分解较慢,k值依次为:0.374、0.369和0.278。但是,土壤动物对不同物种分解的影响、贡献率均有差异。其中,山桃稠李凋落物2年后质量残留率仅0.5%,春榆凋落物质量残留率则高达52.9%;土壤动物对青楷槭(Acer tegmentosum)凋落物分解贡献率达的34.0%,对水曲柳凋落物分解贡献率仅2.0%。(4)温带森林土壤动物与凋落物分解的实验发现,区域环境内凋落物基质是影响土壤动物对其分解贡献的主要因素。同时,土壤动物对山桃稠李、黄檗、青楷槭和水曲柳的影响程度明显高于其他物种;蒙古栎、胡桃楸(Juglans mandshurica)和水榆花楸(Sorbus alnifolia)对土壤动物影响程度相对较小。分析土壤动物效应与初始凋落物基质关系发现,凋落物基质中N含量、Ca含量和非结构性碳水化合物(NSC)含量与土壤动物影响呈显著正相关;木质素含量、单宁酸含量、C/N和木质素/N与土壤动物效应具有较强的显著负相关关系。结果表明凋落物基质中,易分解物质含量越高(如N、NSC等)土壤动物对该物种凋落物分解影响越大;反之,难分解的木质素、单宁酸等含量越高,土壤动物效应对该物种的分解影响越低。(5)温带森林16种常见乔木凋落物按照菌根类型分为丛枝菌根(arbuscularmycorrhiza,AM)宿主和内生菌根(ectomycorrhiza,EM)宿主。经 2 年野外分解发现,土壤动物对AM宿主凋落物分解速率较EM宿主凋落物分解速率提高一倍以上。比较两种菌根类型凋落物基质,AM宿主凋落物具有较低C/N和较高NSC的特点,这种差异导致了土壤动物对凋落物分解快慢的影响。(6)凋落物种累积的氨基糖成分一定程度反应了土壤动物刺激微生物对分解的影响。凋落物中氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸含量随着分解进行而逐渐增加。同时,拟合土壤动物效应与氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸含量相关关系显著(P<0.01),微生物对凋落物分解的影响离不开土壤动物对凋落物物理结构的破坏,经土壤动物参与分解的凋落物中C源、N源等养分更容易被微生物利用。此外,凋落物基质通过影响土壤动物参与分解,进一步吸引微生物参与分解。

关键词：土壤动物凋落物分解野外微缩实验凋落物基质氨基糖

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