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江西九龙山铁尾矿区3种树木对土壤重金属质量分数及微生物群落组成的影响

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林业科学 2024年第3期60卷 78-86页

作者：王文正宋立国王钱刘相荣孙启武厚凌宇中国林业科学研究院林业研究所、国家林业和草原局森林培育重点实验室、林木遗传育种国家重点实验室北京100091

【目的】探究种植湿地松、杉木、桤木对江西九龙山铁尾矿区土壤重金属质量分数及微生物群落组成的影响,为该矿区及相似立地区域植被恢复提供可靠的科学数据和理论依据。【方法】采用微波消解法处理湿地松、杉木、桤木的根际、非根际土... 详细信息

【目的】探究种植湿地松、杉木、桤木对江西九龙山铁尾矿区土壤重金属质量分数及微生物群落组成的影响,为该矿区及相似立地区域植被恢复提供可靠的科学数据和理论依据。【方法】采用微波消解法处理湿地松、杉木、桤木的根际、非根际土壤样品和根、茎、叶样品,通过ICP、AAS测定样品重金属质量分数,依据测定结果计算3种树木的生物富集和转移系数,分析其对不同重金属的富集和转移能力。应用宏基因组学测序分析3种树木根际、非根际土壤样品,探究各树种对应土壤中的微生物群落组成。【结果】1)3种树木对Hg、Cu、Pb、Zn的生物转移系数(BTF)均大于1,对Cr的BTF小于1,表明其对Hg、Cu、Pb、Zn的转移能力强,对Cr的转移能力弱。杉木的BTF(As)大于1,表明杉木对As的转移能力强。2)杉木对Hg、Pb的生物富集系数(BCF)均大于1,表明杉木对Hg、Pb的富集能力强。相较于其他重金属,湿地松对Hg、Pb的生物富集系数最高,桤木对Zn的生物富集系数最高,表明湿地松对Hg、Pb的富集能力强,桤木对Zn的富集能力强。3)在门水平上,对照组(J1)中酸杆菌门相对丰度最高(45.55%),其次为变形菌门(12.11%)。在湿地松根际土壤(J2)和非根际土壤(J3)、杉木根际土壤(J4)、桤木根际土壤(J5)和非根际土壤(J6)中变形菌门相对丰度最高(22.72%~44.56%),其次为酸杆菌门(13.49%~16.56%)。在属水平上,对照组优势属为短根瘤菌属和纤线杆菌属,J2、J3、J4、J5、J6中相对丰度占比最高的优势属为短根瘤菌属和鞘氨醇单胞菌属。【结论】1)根据3种树木对重金属的转移和富集能力评估结果,杉木、湿地松可作为Hg、Pb修复的先锋树种,桤木可作为Zn的修复树种与其间作。2)基于门、属2分类等级水平的分析,3种树木根际、非根际土壤中优势微生物群落均为变形菌门,3种树木种植均促进土壤中变形菌门微生物相对丰度增加,变形菌门可提高植物对重金属的吸收并对植物生长有促进作用,二者相辅相成,可有效提高植物吸收重金属的效率。

关键词：宏基因组学铁尾矿重金属污染植物修复效果微生物群落组成

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旱柳失水枝条中ABA介导的代谢组响应分析

西北植物学报 2024年

作者：胡耀芳李奥殷佳慧王元成刘俊祥孙振元中国林业科学研究院林业研究所国家林业局林木培育重点实验室

【目的】ABA是植物干旱胁迫的关键激素,通过代谢组学分析揭示旱柳离体枝条ABA介导的失水响应差异代谢物及其相关通路,为旱柳干旱胁迫响应提供研究基础和理论依据。【方法】以旱柳离体枝条为材料,探究ABA合成抑制剂钨酸钠溶液浸泡后旱柳... 详细信息

【目的】ABA是植物干旱胁迫的关键激素,通过代谢组学分析揭示旱柳离体枝条ABA介导的失水响应差异代谢物及其相关通路,为旱柳干旱胁迫响应提供研究基础和理论依据。【方法】以旱柳离体枝条为材料,探究ABA合成抑制剂钨酸钠溶液浸泡后旱柳失水至不同水势枝条木质部代谢组的差异响应。【结果】失水至P50(-1.9 MPa)旱柳枝条代谢组与未失水枝条相比,内源ABA含量显著增加了425.032%,D-果糖等可溶性糖含量与L-谷氨酸等氨基酸含量显著增加。ABA抑制剂处理后内源ABA含量显著降低了79.253%,D-1,5-脱水果糖等可溶性糖含量与苯丙氨酸等氨基酸含量显著降低。植物激素信号转导、类胡萝卜素生物合成和淀粉与蔗糖代谢途径等是旱柳枝条失水响应的关键代谢通路。【结论】旱柳枝条失水后ABA含量显著增加,介导多糖水解过程等降低了细胞渗透势以应对干旱胁迫。

关键词：旱柳水势 ABA 代谢组差异代谢物代谢通路

洋葱伯克霍尔德菌菌株JLS17对Cd^(2+)胁迫的生长及代谢响应机制

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林业科学 2024年第8期60卷 152-163页

作者：李仰龙魏书蒙陈详腾董玉红厚凌宇焦如珍林木资源高效生产全国重点实验室、国家林业和草原局林木培育重点实验室、中国林业科学研究院林业研究所北京100091

【目的】探究1株植物促生菌洋葱伯克霍尔德菌菌株JLS17对Cd^(2+)的耐受与去除能力以及在Cd^(2+)胁迫下的代谢响应,以期为菌株在土壤镉污染修复的应用提供基础理论依据,并为阐明具有抗镉功能分子与代谢途径的挖掘及微生物Cd^(2+)耐受机... 详细信息

【目的】探究1株植物促生菌洋葱伯克霍尔德菌菌株JLS17对Cd^(2+)的耐受与去除能力以及在Cd^(2+)胁迫下的代谢响应,以期为菌株在土壤镉污染修复的应用提供基础理论依据,并为阐明具有抗镉功能分子与代谢途径的挖掘及微生物Cd^(2+)耐受机制提供数据支撑。【方法】通过测定含不同Cd^(2+)浓度培养液的吸光度(OD600)值评价菌株对Cd^(2+)的耐受性,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定菌株对LB培养基中Cd^(2+)的去除效果,采用非靶向代谢组学技术(LC-MS)分析菌株在Cd^(2+)胁迫下的差异代谢物与代谢途径。【结果】1)不同程度的Cd^(2+)胁迫(50~800 mg·L^(−1))均对菌株JLS17的生长速率及生物量增长(OD600)有明显的抑制作用,且抑制作用随Cd^(2+)浓度的升高而不断加剧。2)菌株JLS17对LB培养基中Cd^(2+)的去除量随Cd^(2+)浓度的提高(10~100 mg·L^(−1))而增加,最高去除量可达55.90 mg·L^(−1),但去除率受Cd^(2+)浓度影响相对较小,维持在41.9%~66.0%。3)LC-MS分析结果表明,菌株JLS17在50 mg·L^(−1)和300 mg·L^(−1)的Cd^(2+)浓度胁迫处理下,共有147种差异代谢物表达趋势一致,其中92种共性上调,55种共性下调,主要涉及氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂质、有机酸及其衍生物、萜类、酮类、生物碱等。KEGG富集分析结果表明,菌株JLS17在50 mg·L^(−1)和300 mg·L^(−1)的Cd^(2+)浓度胁迫处理下显著富集的共有代谢通路为嘧啶代谢、氨基苯甲酸酯降解、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、色氨酸代谢、β-丙氨酸代谢、叶酸的生物合成与磷酸戊糖途径,其中嘧啶代谢、色氨酸代谢、磷酸戊糖途径共性下调,叶酸的生物合成共性上调。【结论】1)菌株JLS17对Cd^(2+)胁迫具有极强的适应性,并能有效去除LB培养基中的Cd^(2+),在镉污染修复中具有良好的应用潜力。2)菌株JLS17在Cd^(2+)胁迫下可通过氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂质等代谢物含量变化影响体内的代谢途径,其中色氨酸代谢、β-丙氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、嘧啶代谢、磷酸戊糖途径、叶酸的生物合成等代谢途径与JLS17的Cd^(2+)耐受性密切相关。

关键词：镉污染植物促生菌耐受机理重金属吸附代谢组

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原始森林的概念、生态功能及研究进展

林业科学 2024年第4期60卷 173-182页

作者：龚金玉马致远胡琛李田雷静品中国林业科学研究院林业研究所、国家林业局和草原局林木培育重点实验室北京100091 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037

原始森林是指由乡土树种自然演替而成,没有明显人为干扰痕迹,生态过程没有受到明显影响的森林,其具有复杂的结构和生态功能,是自然界最稳定的碳储库和资源库,对全球气候调节及人类生存发展具有重要作用。在研究领域内明确、规范原始森... 详细信息

原始森林是指由乡土树种自然演替而成,没有明显人为干扰痕迹,生态过程没有受到明显影响的森林,其具有复杂的结构和生态功能,是自然界最稳定的碳储库和资源库,对全球气候调节及人类生存发展具有重要作用。在研究领域内明确、规范原始森林的概念和监测方法,有利于世界原始森林资源的清查、保护及监测。本研究在梳理国内外原始森林概念的基础上,归纳总结了原始森林特征,分析了国内外原始森林资源清查和监测的现状,综述了原始森林的重要生态功能:1)原始森林固碳能力存在的碳中性、碳源及碳库假说;2)原始森林具有优于其他森林的水文调节功能;3)原始森林是物种基因库,具有突出的生物多样性保护功能。基于目前对原始森林概念和监测中存在的问题,提出未来研究建议:在森林资源清查中将原始森林单独分类;加大对原始森林生态功能研究,开展原始森林固碳潜力、土壤呼吸的研究;增加原始森林水文调节能力研究,探索原始森林在缓解全球气候变化中的作用;探究原始森林生物多样性保护功能,减少全球生物多样性丧失。

关键词：原始森林天然林概念生态功能可持续经营

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基于分层叠加的机载LiDAR点云单木分割

林业科学 2024年第3期60卷 87-99页

作者：孔丹庞勇梁晓军杜黎明白羽中国林业科学研究院资源信息研究所国家林业和草原局林业遥感与信息技术重点实验室北京100091

【目的】提出一种基于分层叠加的单木分割算法,以充分利用高密度激光雷达点云信息,提高林分中下层单木分割精度。【方法】区别于传统将冠顶点作为聚类种子点的单木分割算法,基于分层叠加的单木分割算法以点云水平切片后各层的局部最大... 详细信息

【目的】提出一种基于分层叠加的单木分割算法,以充分利用高密度激光雷达点云信息,提高林分中下层单木分割精度。【方法】区别于传统将冠顶点作为聚类种子点的单木分割算法,基于分层叠加的单木分割算法以点云水平切片后各层的局部最大值为种子点进行分层聚类,并通过分层叠加与迭代优化,减少枝杈等因素导致的过分割现象,在保证上层树单木分割精度的同时提高对中下层单木的提取能力。【结果】基于分层叠加的单木分割算法在不同密度落叶松林分均有较高单木分割精度,提取单木与实测单木总体匹配成功率最高达94%,在中高密度林分匹配成功率最高达92%,相较其他算法,对中下层单木的匹配率可提高20%~40%;在单木树高提取精度方面,单木提取树高与实测树高相关系数为0.8,相对均方根误差为8.45%,提取冠幅与实测冠幅相关系数最高为0.83,相对均方根误差为16.5%。【结论】通过分层聚类、聚类种子点优化选取,充分利用林分各层次点云信息,可提高单木分割精度,为森林经营管理提供高精度数据支持。

关键词：机载激光雷达落叶松树冠下层单木分层叠加单木分割聚类种子点优化

NaCl胁迫下‘心文41号’核桃的生理响应及耐盐基因表达

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林业科学研究 2024年第5期37卷 105-115页

作者：郑旭李敖姬新颖聂瑞宁吴承勖唐佳莉张俊佩林木遗传育种全国重点实验室、国家林业和草原局林木培育重点实验室、中国林业科学研究院林业研究所北京100091

[目的]旨在研究不同NaCl胁迫条件下‘心文41号’(Juglans cordiformis‘Xinwen No.41’)核桃幼苗的生理特性及离子转运、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联信号基因表达的响应差异。[方法]采取盆栽控盐的方法,选择长势一致的‘心文41号’核... 详细信息

[目的]旨在研究不同NaCl胁迫条件下‘心文41号’(Juglans cordiformis‘Xinwen No.41’)核桃幼苗的生理特性及离子转运、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联信号基因表达的响应差异。[方法]采取盆栽控盐的方法,选择长势一致的‘心文41号’核桃幼苗作为试验对象,设置100、150、200 mmol·L^(-1)3个NaCl浓度进行处理,同时以清水作为对照组(CK)。经过20 d的胁迫处理,对幼苗的表型、光合等指标进行了测定,通过非损伤微测技术(NMT)评估了根系Na^(+)、K^(+)、H^(+)通量。提取叶片和根部的RNA测定MAPK级联信号传导和离子转运相关基因的表达。通过冗余分析(RDA)探究了生理指标与基因表达之间的相关性,旨在揭示心形核桃幼苗对盐胁迫调节机制的反应特征。[结果]随着NaCl浓度增加,心形核桃幼苗的根系体积和总生物量显著减少,叶片出现枯黄和萎蔫现象。光合生理参数(净光合速率、蒸腾速率和气孔导度)呈下降趋势,胞间CO_(2)浓度逐渐增加。叶片和根系中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,脯氨酸(Pro),丙二醛(MDA)和过氧化氢(Hydrogen peroxide,H_(2)O_(2))含量均出现不同程度的增加,根系中Na^(+)含量显著积累,随盐浓度增加其外排趋势明显,叶片中K^(+)外排和H^(+)内流以维持胞内渗透势的稳态。耐盐相关基因质膜Na^(+)/H^(+)逆向转运体(Salt Overly Sensitive,SOS1)在叶片表达量高于根系,液泡膜Na^(+)/H^(+)逆向转运体1(NHX1)呈先上调后下调的趋势,且液泡H^(+)-ATPase c亚基(VHA-C1)在根系中显著上调。在100 mmol·L^(-1)NaCl浓度胁迫下,WRKY65(WRKY transcription factor 65)、MKK9(Mitogen-activated protein kinase kinase 9)和MPK3(Mitogen-activated protein kinase 3)基因的表达呈上升趋势,且叶片中的表达量显著高于根系。[结论]NaCl胁迫条件下,心形核桃根系受胁迫影响大于叶片,JrSOS1、JrNHX1、JrNHX2与抗盐能力密切相关,是作为抵御盐胁迫的关键基因。

关键词：心形核桃 NaCl胁迫基因表达非损伤微测技术冗余分析

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盐胁迫对核桃幼苗解剖结构和营养元素的影响

生态学报 2024年第15期44卷 6795-6810页

作者：唐佳莉姬新颖李敖郑旭张俊佩林木遗传育种全国重点实验室国家林业和草原局林木培育重点实验室中国林业科学研究院林业研究所北京100091

为揭示盐胁迫下不同核桃基因型的适应机制及耐盐性差异,筛选耐盐性较强的种资资源,研究了盐胁迫下3种不同基因型核桃幼苗叶、根解剖结构和营养元素的变化。以北加州黑核桃(J1)、杂种核桃‘中宁异’(J2)、‘新新2号’核桃(J3)一年生实生... 详细信息

为揭示盐胁迫下不同核桃基因型的适应机制及耐盐性差异,筛选耐盐性较强的种资资源,研究了盐胁迫下3种不同基因型核桃幼苗叶、根解剖结构和营养元素的变化。以北加州黑核桃(J1)、杂种核桃‘中宁异’(J2)、‘新新2号’核桃(J3)一年生实生幼苗为材料,在盆栽条件下进行NaCl胁迫(0、50、100、200 mmol/L),研究幼苗叶、根解剖结构和Na、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn含量的变化及其吸收、运输和分配特征。结果表明:盐胁迫下,J1的叶片、上表皮、下表皮、栅栏组织和海绵组织的厚度、根维管束直径下降;J2的叶片、上表皮、下表皮、栅栏组织、海绵组织和皮层的厚度、栅海比、组织紧密度、维管束和导管的直径、皮层厚度占径比随盐浓度的增加呈先增加后降低趋势;盐处理下,J3的叶片、下表皮、栅栏组织的厚度、栅海比、皮层厚度占径比下降。随盐浓度的增加,Na含量呈上升趋势,在200 mmol/L下大幅度增加,J1、J2、J3叶中Na增幅为412.00%、130.05%、577.08%;K、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn的吸收受到盐胁迫影响,K/Na、Ca/Na、Mg/Na降低,其中J2叶的K/Na、Mg/Na降幅最小,营养元素转运能力高于J1和J3。核桃幼苗通过加强根输导组织对K、Ca、Mg的选择性吸收和运输能力,维持叶片的基本结构与功能,从而抵御盐胁迫。主成分分析与隶属函数相结合得出耐盐强弱依次为杂种核桃‘中宁异’>‘新新2号’核桃>北加州黑核桃。

关键词：盐胁迫核桃解剖结构营养元素 K/Na

盐胁迫下东部黑核桃生理生化与营养器官结构的动态响应

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果树学报 2024年第2期41卷 294-313页

作者：唐佳莉姬新颖郑旭李敖张俊佩林木遗传育种全国重点实验室·国家林业和草原局林木培育重点实验室·中国林业科学研究院林业研究所北京100091

【目的】研究盐胁迫下东部黑核桃生理生化与解剖结构的动态响应,探索适应盐胁迫的变化机制。【方法】以东部黑核桃实生幼苗为材料进行42 d的盆栽试验,对4个盐分梯度(0、50、100、200 mmol·L^(-1))下的生理生化与营养器官解剖结构的动... 详细信息

【目的】研究盐胁迫下东部黑核桃生理生化与解剖结构的动态响应,探索适应盐胁迫的变化机制。【方法】以东部黑核桃实生幼苗为材料进行42 d的盆栽试验,对4个盐分梯度(0、50、100、200 mmol·L^(-1))下的生理生化与营养器官解剖结构的动态变化特征进行比较,通过相关性和主成分分析明确幼苗的耐盐评价指标。【结果】盐胁迫下,相对含水量呈下降趋势,丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、总黄酮、总多酚的含量以及超氧化物歧化酶、抗坏血酸过氧化物酶的活性总体上呈上升趋势;随着盐浓度和胁迫时间的增加,栅栏组织、根皮层、茎周皮、海绵组织、叶片的厚度呈先增加后降低的趋势;叶表皮、茎韧皮部、茎木质部、根周皮、根皮层的厚度,维管束、叶主脉、根的直径,组织结构疏松度,组织结构紧密度,栅海比,叶脉凸起度在不同的胁迫浓度和时间下呈不同的变化模式。盐胁迫下的解剖特征的主成分有差异,生理生化指标与解剖特征之间具有一定的相关性。【结论】东部黑核桃在盐胁迫下通过改变营养器官结构特征、提升渗透调节物质含量和抗活性氧物质活性等方式应对盐胁迫;栅海比、茎周皮、茎木质部、根粗可作为幼苗耐盐品种筛选的参考指标。

关键词：东部黑核桃盐胁迫营养器官解剖结构生理生化综合分析

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秦岭3种优势栎树叶脉性状与生态因子的关系

应用生态学报 2024年第3期35卷 597-605页

作者：孙婧依黄睿智王奇赵倚霈杨绍微程向芬刘建锋中国林业科学研究院林业研究所林木资源高效生产全国重点实验室/国家林业和草原局林木培育重点实验室北京100091 中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所北京100091

本研究以秦岭地区东部的牛背梁自然保护区(亚热带湿润气候)和西部的桃花沟自然保护区(暖温带半湿润气候)2个生境中的3个优势种辽东栎、锐齿槲栎和栓皮栎为对象,研究一级叶脉宽度、二级叶脉宽度、细脉平均宽度、一级叶脉密度、细脉密度... 详细信息

本研究以秦岭地区东部的牛背梁自然保护区(亚热带湿润气候)和西部的桃花沟自然保护区(暖温带半湿润气候)2个生境中的3个优势种辽东栎、锐齿槲栎和栓皮栎为对象,研究一级叶脉宽度、二级叶脉宽度、细脉平均宽度、一级叶脉密度、细脉密度、网眼直径、网眼密度、细脉三维表面积和细脉体积9个叶脉性状的种间、种内差异,以及生物和非生物因子对叶脉性状的影响机制与调控路径。结果表明:树种对除细脉三维表面积外的8个叶脉性状均影响显著;生境对一级叶脉宽度、二级叶脉宽度、网眼直径、细脉密度和网眼密度影响显著;海拔对一级叶脉密度、细脉平均宽度、网眼直径、细脉密度和网眼密度影响显著。树种、生境和海拔的交互作用对一级叶脉密度、细脉三维表面积和细脉体积影响显著。辽东栎的一级叶脉宽度、细脉平均宽度、网眼密度、细脉三维表面积、细脉体积和一级叶脉密度在不同生境间存在显著差异,而锐齿槲栎和栓皮栎的二级叶脉宽度、网眼密度在不同生境间存在显著差异。叶脉性状受生物因子和非生物因子影响且其相对影响率不同:在生物因子中,叶柄长和叶片长宽比对叶脉性状的相对影响率最高;在非生物因子中,叶脉性状主要受气候和土壤因子的影响,且气候因子的影响高于土壤因子。生物因子对叶脉性状有直接影响,非生物因子(土壤和气候因子)则通过调控生物因子(叶片化学计量、叶片表型性状)间接影响叶脉性状。

关键词：叶脉性状生物因子非生物因子生境栎树