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放氧光合生物LHC捕光天线的结构、排布与功能

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中国科学：生命科学 2024年第8期54卷 1408-1423页

作者：申丽丽王源王文达中国科学院植物研究所光生物学重点实验室北京100093

在光合作用的原初光能转化过程中,光合膜上的光系统I和光系统II将吸收的太阳能转化为化学能,并释放氧气,产生的ATP和NADPH为二氧化碳固定提供能量.光合生物光系统核心外围的捕光天线负责收集光能,并向反应中心传递激发能,而且可以调节... 详细信息

在光合作用的原初光能转化过程中,光合膜上的光系统I和光系统II将吸收的太阳能转化为化学能,并释放氧气,产生的ATP和NADPH为二氧化碳固定提供能量.光合生物光系统核心外围的捕光天线负责收集光能,并向反应中心传递激发能,而且可以调节光合膜上的能量高效分配与利用.其中LHC类捕光天线在真核放氧光合生物进化过程中表现出丰富的多样性,研究它们的结构与功能对于探索光合作用原初反应和调控适应环境的分子机理有重要意义.本文围绕放氧光合生物LHC捕光天线的基因、蛋白、结构和功能,论述了从海洋绿藻到高等植物,以及红藻到硅藻进化过程中捕光天线的蛋白结构与功能细节,总结了它们与反应中心结合排布的不同形式,阐述了LHC捕光天线的多样性对于光合生物适应光环境的重要意义.

关键词：光合作用捕光天线光系统Ⅰ 光系统Ⅱ LHCII FCP LHC结构与功能 LHC天线排布

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植物重金属镉积累调控机制及其应用研究进展

植物生理学报 2024年第2期60卷 185-210页

作者：彭佳师王娅婷王梦琦卢玲丽汪鹏李柱李赛陈思颖孟栓顾天宇徐文忠晁振飞黄煜琪金崇伟晁代印陈彩艳吴龙华滕应赵方杰龚继明湖南科技大学生命科学与健康学院重金属污染土壤生态修复与安全利用湖南省高校重点实验室湖南湘潭411201 中国科学院分子植物科学卓越创新中心植物分子遗传国家重点实验室上海200032 浙江大学环境与资源学院教育部环境修复与生态健康重点实验室杭州310058 南京农业大学资源与环境科学学院作物遗传与种质创新国家重点实验室南京210095 中国科学院南京土壤研究所中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室南京210008 中国科学院亚热带农业生态研究所中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室长沙410125 湖南农业大学农学院长沙410128 中国科学院植物研究所北方资源植物重点实验室北京100093

镉(Cd)容易通过食物链对人体产生毒害,其引起的“痛痛病”是人类历史上重要的公共卫生事件。Cd是我国当前土壤中的主要无机污染物,“镉大米”等事件仍时有发生,严重威胁粮食安全和人体健康。植物作为初级生产者,是人体Cd暴露的的主要途... 详细信息

镉(Cd)容易通过食物链对人体产生毒害,其引起的“痛痛病”是人类历史上重要的公共卫生事件。Cd是我国当前土壤中的主要无机污染物,“镉大米”等事件仍时有发生,严重威胁粮食安全和人体健康。植物作为初级生产者,是人体Cd暴露的的主要途径。因此,阐释Cd向植物迁移、在植物体内的转运以及植物的Cd耐受机理,并依此指导低Cd作物的遗传改良和Cd污染环境的植物修复就具有重要的意义。本文综述了近10年来人们在植物Cd积累的调控机理、应对Cd污染的作物改良以及植物修复等方面的基础研究和应用成果,同时也探讨了该领域未来亟待解决的一些重要科学问题以及作物遗传改良设计的途径。

关键词：镉低镉作物育种植物修复重金属超积累修复型作物

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菌根真菌在陆地生态系统碳循环中的作用

植物生态学报 2024年第1期48卷 1-20页

作者：陈保冬付伟伍松林朱永官中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室中国科学院大学

在陆地生态系统中,土壤、植被与大气之间有着可观的碳交换通量,陆地生态系统碳循环也和全球气候变化密切关联。菌根真菌可与绝大多数陆地植物建立菌根共生关系,通过矿质养分-碳交换连接起生态系统地上与地下部分,深度参与和影响陆地生... 详细信息

在陆地生态系统中,土壤、植被与大气之间有着可观的碳交换通量,陆地生态系统碳循环也和全球气候变化密切关联。菌根真菌可与绝大多数陆地植物建立菌根共生关系,通过矿质养分-碳交换连接起生态系统地上与地下部分,深度参与和影响陆地生态系统的碳循环过程。该文从碳的输入,土壤有机质的形成、稳定和分解等4个关键环节分别论述了菌根真菌在陆地生态系统碳循环中的作用。研究表明,菌根真菌在陆地生态系统碳的输入过程中扮演关键角色,其通过改善植物矿质营养,参与植物逆境响应,影响植物的光合作用强度,以及调控植物多样性与生产力之间的关系等多种途径,维持或提高植被初级生产力;大气中的CO2被植物固定后,一部分碳经由菌丝网络输送到土壤中,随后经微生物的分解和转化,与矿物结合或被团聚体包裹而被稳定在土壤中;同时,菌根真菌通过影响根际激发效应和菌丝际生物化学过程,如分泌特定胞外酶,与菌丝际微生物互作,驱动芬顿反应,以及与腐生微生物竞争等,调控土壤有机质的分解和转化过程。考虑到菌根真菌对环境和气候变化的敏感性,该文还探讨了全球变化因子对菌根真菌介导的碳循环过程的影响。最后,该文对未来研究方向进行了展望,并提出以下建议:依托联网研究,全面解析菌根真菌参与陆地生态系统碳循环的机理过程及其环境依赖性;加强定量研究,将菌根真菌的作用纳入生态系统碳循环模型;构建菌根应用技术体系,推进菌根真菌的生态和农业应用,提升陆地生态系统“碳汇”功能,为实现国家碳中和目标和应对气候变化提供可选择的技术方案。

关键词：陆地生态系统碳循环全球变化丛枝菌根真菌外生菌根真菌土壤有机质

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遮荫对盐胁迫下油葵生长和光合生理的影响

中国生态农业学报（中英文） 2024年第4期32卷 687-700页

作者：任羽飞封晓辉李静郭凯李伟柳吴玉洁刘小京河北省土壤生态学重点实验室/中国科学院盐碱地资源高效利用工程实验室/中国科学院农业水资源重点实验室/中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心石家庄050022 中国科学院大学北京100049

盐碱地光伏系统下作物生长受到盐分和遮荫的双重影响,研究双重逆境下作物的生理响应对该系统内作物种植有重要指导意义。本研究以油葵(Helianthus annuus L.)为试验材料,采用盆栽试验,设3个盐分水平(在初始含盐量的基础上外加NaCl含量0 ... 详细信息

盐碱地光伏系统下作物生长受到盐分和遮荫的双重影响,研究双重逆境下作物的生理响应对该系统内作物种植有重要指导意义。本研究以油葵(Helianthus annuus L.)为试验材料,采用盆栽试验,设3个盐分水平(在初始含盐量的基础上外加NaCl含量0 g·kg^(−1)、3 g·kg^(−1)和5 g·kg^(−1))和4个遮荫水平(0%、30%、60%和90%),探究遮荫对盐胁迫下油葵生长、光合特性、叶片解剖结构、生物量积累和分配及籽粒产量等的影响,为盐碱地光伏系统下开展作物种植提供理论依据。结果表明,不同盐分水平下,与不遮荫(遮荫水平0%)处理相比,遮荫会破坏油葵叶片光合反应中心,降低光能转换效率,减小叶片厚度和栅栏组织层,减少光合产物积累,进而抑制茎粗和花盘的生长,影响光合产物分配方向,最终降低籽粒产量;但适度遮荫下油葵会通过增加株高、增大叶面积、提高核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco酶)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC酶)活性等方式提高叶片的光捕获能力,促进光合作用进行。不同遮荫水平下,与无盐分处理相比,轻(3 g·kg^(−1)NaCl)、重(5 g·kg^(−1)NaCl)度盐胁迫均会降低油葵的光合效率,抑制株高、茎粗、花盘和叶片的生长,减少光合产物的积累,最终降低籽粒产量,且不同盐胁迫浓度下油葵生长和光合生理特性在不同遮荫水平的变化规律不一致。其中,30%遮荫水平能显著提高轻度盐胁迫下油葵叶片的Rubisco酶和PEPC酶活性,减小叶片厚度,增大栅栏组织层,提高水分利用效率,进而提高油葵光合效率,促进油葵生长。研究表明弱光环境下油葵会通过改变自身形态、光合酶活性、光合产物分配等方式来应对环境胁迫,且遮荫能在一定程度上缓解盐胁迫对油葵造成的负面影响。其中,30%遮荫水平对缓解轻度盐胁迫引起的油葵光合能力降低和生长抑制的效果较好。

关键词：油葵遮荫及盐分互作盐碱地光合特性叶片解剖结构生物量籽粒产量

青藏高原源头河流水体溶解性有机物组分及其关键调控因素

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生态学报 2024年第3期44卷 1040-1051页

作者：王旭蒋浩谭香张全发王伟波西藏大学青藏高原生态与环境研究中心西藏大学理学院拉萨850000 中国科学院水生植物与流域生态重点实验室中国科学院武汉植物园武汉430074

水体溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)是河流生态系统的重要组成部分,其含量及组分的变化与生态系统功能密切相关。以青藏高原东缘龙苍沟流域27条Strahler 1级源头河流为研究对象,采用DOM荧光特性表示组分特征,同时调查各河... 详细信息

水体溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)是河流生态系统的重要组成部分,其含量及组分的变化与生态系统功能密切相关。以青藏高原东缘龙苍沟流域27条Strahler 1级源头河流为研究对象,采用DOM荧光特性表示组分特征,同时调查各河流地理特征、气候特征和水化学特征,探究源头河流DOM含量和组分的关键调控因素。研究结果表明:溶解性有机碳(DOC)浓度在0.35—1.50 mg/L之间,平均值为0.85 mg/L。荧光指数(Fluorescence index,FI)的均值分别为0.91和1.11,类色氨酸与类酪氨酸比值(Trypto/Tyro)的均值为0.76,新鲜度指数β/α均值为0.61,表明蛋白质的生物可利用性较差、微生物活性较低。随着海拔的降低,龙苍沟流域河流DOC浓度降低,DOM组分外源性降低,而微生物生物活性升高(P0.05)。荧光指数FI、新鲜度指数β/α与Ca^(2+)/Mg^(2+)和NO_(3)^(-)浓度显著正相关(P环境因素。综合以上分析,随着海拔降低,岩石风化加剧,同时人类活动的增加引起NO_(3)^(-)浓度的增加改变了水化学环境,导致DOM组分品质改善。对源头河流DOM组分空间变异和调控因素进行了研究,加深对源头河流有机物代谢过程的认识。

关键词：源头河流溶解性有机物组分环境因素人类活动岩石风化

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基于Web of Science数据库和CiteSpace文献计量学的植物内生真菌多样性研究综述

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微生物学通报 2024年

作者：郑涵蔡元黄先寒罗增远代兴汛刘鲁峰中国科学院昆明植物研究所中国科学院东亚植物多样性与生物地理学重点实验室云南农业大学资源与环境学院省部共建云南生物资源保护与利用国家重点实验室

【背景】内生菌几乎存在于所有目前已研究过的植物中，感染内生真菌的植物宿主往往具有生长快速、抗逆境、抗病害、抗天敌等优势。目前，植物内生菌多样性得到了广泛关注，然而现阶段对该领域进行定量统计、分析的研究报道较少。【目的... 详细信息

【背景】内生菌几乎存在于所有目前已研究过的植物中，感染内生真菌的植物宿主往往具有生长快速、抗逆境、抗病害、抗天敌等优势。目前，植物内生菌多样性得到了广泛关注，然而现阶段对该领域进行定量统计、分析的研究报道较少。【目的】对植物内生真菌多样性领域文献运用计量学方法进行分析，探讨该领域的研究现状及研究热点。【方法】本文通过文献计量学方法，基于WOS核心数据库，以“Endophytic fungal diversity and plant”为检索词进行主题检索，统计1992-2022年间“植物内生真菌多样性”研究文献的刊文数量、期刊、研究单位、主要作者和关键词的分布情况，并利用CiteSpace软件进行可视化分析。【结果】通过关键词突显分析发现biodiversity（生物多样性）、symbiosis（共生）、soil（土壤）三个关键词与该领域文献发表量突增的时段密切相关。并通过关键词聚类分析，得到9个关键词标签，具体3个热点研究方向。【结论】“Endophytic fungal diversity and plant”研究的英文文献数量从2019年开始快速增加，且内生真菌多样性、内生真菌促进宿主生长、内生真菌次生代谢产物药用性为现阶段的研究热点。未来应该加强该领域高影响力作者、机构的合作，针对本领域的3个热点及不足展开深入、系统的研究。

关键词：植物内生真菌多样性文献学统计 Web of Science CiteSpace

模拟增温对植物叶片δ^(13)C值的影响:全球Meta分析

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生态学报 2024年第12期44卷 5412-5421页

作者：张莉莉叶志成廖凯华朱青赖晓明郭长强中国科学院南京地理与湖泊研究所中国科学院流域地理学重点实验室南京210008 中国科学院大学南京学院南京211135 中国科学院南京地理与湖泊研究所鄱阳湖湖泊湿地综合研究站九江332899

温室气体大量排放导致的全球变暖是最为关注的环境问题之一,这会直接影响植物的生长与发育进而影响群落组成乃至生态系统的结构和功能。水分利用效率作为植物叶片通过光合作用调节水分生理过程的指标,是联系生态系统碳循环与水循环关系... 详细信息

温室气体大量排放导致的全球变暖是最为关注的环境问题之一,这会直接影响植物的生长与发育进而影响群落组成乃至生态系统的结构和功能。水分利用效率作为植物叶片通过光合作用调节水分生理过程的指标,是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键,反映了植被生态系统对立地环境快速调整和资源变化的适应策略,是当前全球变化研究中的重点。植物叶片碳稳定同位素比值(δ^(13)C)是反映植物长期水分利用效率的关键指标,但全球气候变暖对植物叶片δ^(13)C值的影响仍存在较大争议。该研究利用Meta分析整合全球范围内51份相关研究文献中的371组数据,较为系统地评估模拟增温对植物叶片δ^(13)C及其生理生态指标的影响。结果表明,模拟增温能够使叶片δ^(13)C值显著升高0.6%(P光合作用速率P_(n)、碳C的效应值分别为0.237、0.062、-0.140、-0.019 (P植物光合作用的同时提高了叶片呼吸速率(R_(d)),导致光合产物不断被消耗、叶片碳(C)降低,最终使叶片P_(n)降低并且叶片δ^(13)C产生富集现象。通过进一步对影响因素分析发现,叶片δ^(13)C值对增温的响应主要受增温时间、高程和年均气温等控制(相对重要性指数分别为1.00、0.97和0.92)。另外,模拟增温时选用不同的增温模式对叶片δ^(13)C值也具有显著不同的影响,采用红外线加热、土柱置换和电缆增温等方法对叶片δ^(13)C值具有正向促进作用(效应值分别为0.70、0.44和0.35),而采用遮阳屏与开顶箱增温等方法具有负向作用(效应值分别为-0.17和-0.09)。研究结论对于深入理解全球变化背景下植物水分利用的响应特征具有重要的理论意义,以期为今后该领域的植物生长研究提供理论依据和有效支撑。

关键词：模拟增温叶片δ^(13)C Meta分析气孔导度呼吸速率植物水分利用效率

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微塑料对湖泊生态系统初级生产者的影响

生态学报 2024年第11期44卷 4465-4477页

作者：吴凡哈咸瑞黎佳佳高扬中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

塑料的广泛应用导致大量微塑料进入环境,尤其是水环境,从而产生环境风险。浮游植物等自养生物是湖泊系统的主要初级生产者,是湖泊食物链的关键组成部分,为食物链的上游提供能量和物质基础。同时,浮游植物也是对微塑料响应最敏感的类群... 详细信息

塑料的广泛应用导致大量微塑料进入环境,尤其是水环境,从而产生环境风险。浮游植物等自养生物是湖泊系统的主要初级生产者,是湖泊食物链的关键组成部分,为食物链的上游提供能量和物质基础。同时,浮游植物也是对微塑料响应最敏感的类群。了解湖泊浮游植物等初级生产者对微塑料的响应是探究微塑料对湖泊生态系统功能影响的重要基础。总结了全球湖泊生态系统微塑料的丰度、类型、尺寸、来源等分布特征,系统分析了微塑料暴露对浮游植物等初级生产者细胞结构、基因表达和生长,以及对浮游植物叶绿素a含量、光合活性的影响,并总结了其中的影响机制。总体而言,微塑料会降低初级生产者的叶绿素a含量,剂量越高、尺寸越小,这种抑制作用越强烈;同时,微塑料也会作用于初级生产者,造成细胞膜损伤、DNA损伤,调控其相关功能基因表达,抑制其生长和光合活性等。然而,湖泊生态系统微塑料的实际检出浓度远低于室内暴露实验中的添加剂量,微塑料结构和组分也更为复杂,野外观测结果与室内培养实验之间还不能建立直接的对应关系。因此,未来的相关研究应集中在如何有效联系野外观测结果与室内培养实验结果,进一步聚焦建立可靠的、可应用推广的微塑料浓度与初级生产者之间的剂量-效应关系模型,探究微塑料对湖泊初级生产者的作用机制,为刻画微塑料对湖泊生态系统初级生产者及其功能的作用机制提供科学支撑。

关键词：微塑料浓度初级生产者细胞结构光合作用叶绿素a 剂量-效应关系

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施氮和增温对鄱阳湖灰化薹草(Carex cinerascens Kukenth.)湿地秋草生长期氧化亚氮排放的影响

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湖泊科学 2024年第4期36卷 1152-1162页

作者：程俊翔徐力刚樊龙凤陈曦游海林中国科学院南京地理与湖泊研究所中国科学院流域地理学重点实验室南京210008 中国科学院南京地理与湖泊研究所鄱阳湖湖泊湿地综合研究站九江332899 江西省生态文明研究院南昌330036 中国科学院大学南京学院南京211135 南京工业大学环境科学与工程学院南京211816 江西省科学院流域生态研究所南昌330096

湿地是地球上十分重要的氮库,而且对大气氮沉降增加、气候变暖等全球变化响应非常敏感。目前关于湿地氧化亚氮(N_(2)O)的研究还存在较大的区域不均衡性,湿地N_(2)O排放对全球变化的响应也具有很大的不确定性。因此,本研究通过在鄱阳湖... 详细信息

湿地是地球上十分重要的氮库,而且对大气氮沉降增加、气候变暖等全球变化响应非常敏感。目前关于湿地氧化亚氮(N_(2)O)的研究还存在较大的区域不均衡性,湿地N_(2)O排放对全球变化的响应也具有很大的不确定性。因此,本研究通过在鄱阳湖灰化薹草(Carex cinerascens Kukenth.)湿地开展N_(2)O通量原位监测及全球变化模拟实验,以揭示鄱阳湖灰化薹草湿地N_(2)O排放变化特征及其对施氮和增温的响应关系。结果表明,鄱阳湖灰化薹草湿地总体上是N_(2)O弱源,平均N_(2)O通量为(5.77±1.45)μg/(m^(2)·h)。施氮对鄱阳湖灰化薹草湿地N_(2)O通量有显著影响,相对于不施氮,施氮可显著提升2.7倍的N_(2)O排放通量。增温及其与施氮的交互作用对N_(2)O通量的影响不显著。鄱阳湖灰化薹草湿地N_(2)O排放过程主要由湿地植物调节,而与空气温度、土壤温度、土壤水分等非生物因素无显著相关关系。研究结果有利于深入认识全球变化与湖泊湿地N_(2)O排放的互馈作用,并为评估全球变化背景下湖泊湿地N_(2)O收支平衡提供重要支撑;未来还需要加强多因子交互作用研究并开展长期连续监测,从而为阐明湿地氮循环对全球变化的响应机制和构建气候预测模型提供验证数据和理论依据。

关键词：鄱阳湖湿地温室气体 N_(2)O 全球变化氮沉降气候变暖