羽毛针禾(Stipagrostis pennata)根鞘暗色丝孢菌降解功能的初步探究

羽毛针禾（Stipagrostis pennata）因其特殊的根鞘结构而成为新疆北部古尔班通古特沙漠中流动和半流动沙丘上的先锋禾草和优良固沙植物。通过多种方法对5株供试暗色丝孢菌的降解功能进行初步探究,以期为高效降解真菌的选育工作提供理论依据。结果表明：（1）通过羧甲基纤维素钠（CMC-Na）水解圈测定法挑选产纤维素酶的菌株,据透明圈直径与菌落直径的比值判断其产酶能力的大小,除0103菌株外其余株菌均具分解纤维素的能力,0104菌株Dp值高达1.70,其余菌株依次为0304 > 0105 > 0204。（2）采用滤纸条降解法、失重法,对产纤维素酶的菌株进行降解纤维素功能的验证,其中0104菌株降解能力较为明显,其滤纸失重率高达55.72%。（3）在以聚乙烯为唯一碳源的琼脂培养基培养上述菌株,发现0103菌株具降解聚乙烯能力,光学显微镜下观测到被降解的单个聚乙烯膜片面积达3.75 mm²。由上可知,0104和0103菌株分别在降解纤维素及聚乙烯方面有潜在的应用价值,其研究结果也拓展了对根鞘微生物功能的认识,除细菌微生物菌肥之外,真菌资源的挖掘和利用也值得更进一步的关注。     

沙漠植物羽毛针禾(Stipagrostis pennata)糖转运蛋白基因SpSWEET3的克隆与表达北大核心CSCD

糖转运蛋白(SWEET)在植物生长发育和逆境胁迫响应中发挥着重要作用。本研究旨在克隆和分析羽毛针禾(Stipagrostis pennata)糖转运蛋白SpSWEET3基因的表达特征,为进一步探究其影响羽毛针禾根部沙套发育的机制及功能奠定基础。利用分子克隆技术克隆获得羽毛针禾SpSWEET3基因的全长开放读码框序列;利用生物信息学方法分析SpSWEET3基因的理化性质;利用qRT-PCR分析基因的表达特征;利用激光共聚焦显微镜观察分析其亚细胞定位。从羽毛针禾中克隆获得576 bp的SpSWEET3基因的全长开放阅读框,该基因编码一个含有191个氨基酸的碱性强疏水性蛋白,相对分子质量为21.619 kD。SpSWEET3属于PQ-loop超家族并含有典型的MtN3_slv结构域,发挥催化胞内糖外排的功能。亚细胞定位分析显示该基因定位于质膜,暗示其可能作为跨膜蛋白发挥功能。qRT-PCR结果显示SpSWEET3基因在羽毛针禾根组织中具有较高的累积表达,表明其对于沙套发育的重要作用;SpSWEET3基因的表达显著受到PEG干旱胁迫的诱导表达,表明其对于干旱适应的重要作用。蛋白质相互作用分析显示SpSWEET3可能通过与参与维持核酸结构稳定、转录因子、跨膜转运等蛋白质相互作用进而发挥转运糖的作用。本研究结果为深入研究SWEET基因的功能及其调控植物组织发育和适应逆境的机制奠定了基础。     

沙土灭菌对羽毛针禾(Stipagrostis pennata)种子萌发、幼苗生长及根鞘形成的影响

荒漠固沙植物羽毛针禾(Stipagrostis pennata)具特殊的根鞘结构,由植物、微生物、土壤共同参与形成。分析了沙土灭菌处理对羽毛针禾种子萌发、幼苗存活及根鞘初期形成过程的影响。结果表明:(1)灭菌沙土中,羽毛针禾种子萌发较慢,萌发率不超过25%,始终低于对照;而在土壤微生物的参与下,种子萌发率在种植19d后即可稳定在25%的水平。(2)灭菌处理下,羽毛针禾幼苗成活率5%;而土壤微生物参与下,幼苗成活率可高达36.54%。(3)幼苗种植40d左右,灭菌沙土中的幼株出现萎蔫枯黄、最后整株死亡的现象;而自然沙土中的幼苗株高是灭菌处理组的1.72倍,并且仍保持鲜绿色。(4)沙土灭菌处理后,幼株出现黑根现象,根毛失水萎蔫,沙粒粘附性变差。可见,土壤微生物在羽毛针禾种子萌发、幼苗存活、根鞘初期形成中均发挥重要作用,是促进固沙植物生长的潜在生物菌肥资源。     

生物结皮演替对黄土高原水蚀风蚀交错区土壤氮素转化及微生物活性的促进效应北大核心CSCD

以黄土高原风蚀水蚀交错区六道沟小流域的生物结皮为研究对象,探索了土壤氮素含量、氮转化相关酶活性及微生物数量对生物结皮演替的响应规律及其在不同土层上的变化特征。结果表明:生物结皮演替显著增加了结皮层的有机碳(SOC)和NO3--N含量(P<0.05);结皮演替后期阶段的总氮(TN)、NH4+-N含量也逐渐增加;除脲酶、亚硝酸还原酶外,结皮层中固氮酶活性、蛋白酶活性、硝酸还原酶活性均随结皮演替呈显著增加趋势(P<0.05);微生物量碳和氮(MBC、MBN)亦随生物结皮演替而呈显著升高趋势(P<0.05);细菌、真菌同样在结皮演替后期数量增加。生物结皮层的土壤养分、酶活性和微生物数量等多数指标显著高于结皮下层土壤;生物结皮下层土壤的SOC含量、硝酸还原酶活性显著高于裸地下层,但不同结皮类型的下层土壤之间无显著差异;苔藓结皮下层土壤的脲酶活性和MBN最高,显著高于藻结皮和裸地下层土壤。土壤碳氮含量、微生物量与氮转化相关酶活性之间多数具有显著的相关关系。在生物结皮演替过程中,土壤SOC的积累增加了微生物量与细菌、真菌数量,氮功能微生物提高了氮素含量和相关酶活性,在氮素积累和转化过程中发挥着关键作用,为植物的繁衍与生长提供了宝贵的养分,促进黄土高原水蚀风蚀区的水土保持与地表稳定。     

荒漠草原不同退化阶段土壤微生物、土壤养分及酶活性的研究

 对我国荒漠草原生态系统不同退化阶段土壤微生物数量、微生物生物量、土壤养分及土壤酶活性进行研究。结果表明,随着草原退化程度加剧,土壤微生物数量、微生物生物量、土壤养分及土壤酶活性均表现出不同程度的变化。其中,土壤微生物数量、生物量和土壤酶活性随退化程度的加剧而有递减的趋势,各项值在总体上呈现出轻度退化>中度退化>重度退化;土壤养分中除了土壤钾含量无明显的规律性变化外, 其他含量表现出轻度退化>中度退化>重度退化的趋势;研究认为,荒漠草原的退化明显影响到土壤微生物的数量、生物量、土壤养分及土壤酶活性,土壤微生物对草原退化有响应。同时,相关性研究表明,土壤微生物数量、土壤养分和土壤生物活性之间呈较好的相关关系,这些指标可作为评价土壤肥力的有效指标。     

古尔班通古特沙漠生物土壤结皮影响下的土壤酶分布特征

对古尔班通古特沙漠典型沙垄生物土壤结皮分布区的土壤酶分布特征进行了定量研究。结果表明：①土壤酶的分布在典型沙垄的不同地貌部位具有空间异质性,表现为垄间低地>沙垄坡部>垄顶,垄顶与垄间低地的过氧化氢酶、脲酶、中性磷酸酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性存在极显著差异（P<0.01）;②垂直分布上,土壤酶的积累以表层0～2 cm为主,随土壤深度增加显著递减,以垄间低地表现的尤为明显;③地貌部位与土层深度的交互效应对中性磷酸酶、碱性磷酸酶、转化酶均有极显著影响（P<0.01）;④相关性分析表明,有机质、全N是影响土壤酶活性的重要因素;各种酶促反应既是专性的,又是相互联系的;⑤主成分分析表明,过氧化氢酶和脲酶能够较好地反映土壤综合状况,与大多数土壤因子均呈极显著相关（P<0.01）。尤其是脲酶,能够作为反映典型沙垄生物土壤结皮区土壤肥力的主要指标。     

古尔班通古特沙漠生物结皮中微生物量与土壤酶活性的季节变化

研究了古尔班通古特沙漠生物结皮土壤中微生物N量与酶活性的季节变化。结果表明：微生物N量及蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶、过氧化物酶和多酚氧化酶的活性在不同月份差异极显著;微生物N量春季>夏季>秋季>冬季,在3月达到最高值;蔗糖酶在4-9月均保持较高的活性,酶活性在4月份最高;碱性磷酸酶、脲酶、多酚氧化酶、过氧化物酶的活性均呈单峰曲线变化,其峰值分别出现在3-7月;土壤有机质和全N含量在3月和9月明显高于其他月份;微生物N量与碱性磷酸酶、脲酶之间,蔗糖酶、多酚氧化酶及过氧化物酶与土壤温度之间,蔗糖酶、脲酶和过氧化物酶与土壤水分之间均具有极显著的正相关关系。微生物N量的增加为脲酶和碱性磷酸酶提供反应底物或能源物质从而增加酶的活性。土壤酶活性的季节变化可能是由土壤水分和温度共同影响的。     

古尔班通古特沙漠南缘干季土壤水分含量空间异质性

土壤水分含量是荒漠植被发育的主要制约因子。对古尔班通古特沙漠南缘个体、群落、丘间地0~100 cm干季土壤水分含量的空间异质性进行分析。结果表明：（1）同尺度下,土壤水分含量随土层深度增加呈显著升高趋势,且表层土壤水分含量的变异系数高于其他土层。（2）个体尺度,梭梭树干基部周围土壤水分含量在垂直和水平方向存在格局分异。垂直方向,土壤水分含量随土层深度增加呈升高趋势。水平方向,随距树干基部距离增加,坡顶土壤水分含量呈升高趋势,坡中和坡底土壤水分含量呈降低趋势,但没有显著差异。（3）梭梭群落尺度上土壤水分含量异质性较强,且呈斑块状分布。（4）地形是影响丘间地尺度土壤水分含量空间分异的主要因素,形成坡底土壤水分含量最高、坡中次之、坡顶最低的空间分布格局。     

Distribution of plant species and species-soil relationship in the east central Gurbantunggut Desert,China

The distribution of plant species and relationships between species and soil factors in the east central part of Gurbantunggut Desert was studied to provide more insight into the flora and determine differences in vegetation across various parts of the desert. Two-way Cluster Analysis showed that the vegetation in the area could be divided into three groups, the first group was dominated by the shrub species, Ephedra przewalskii and the grass species, Carex physodes mainly in areas of flat grounds and gentle slopes; the second group was dominated by C. physodes, Artemisia songorica and A. xerophytica mainly on the slope of sand dunes and the third group was dominated by the shrub species, Haloxylon persicum mainly on the top of sand dunes. There was no difference in plant density between Groups 1 and 2 but there was a significant decrease in Group 3. Soil water under vegetation Group 3 was much lower than that in the other two groups at all soil depths. The EC, organic matter, total P and soluble Na, Ca and Mg varied very similarly with soil water. Canonical correspondence analysis (CCA) satisfactorily assessed the species-soil relations in the area. The distribution of plant species was strongly correlated with the soil factors of water content, organic matter, EC and nutrients. The variations in species occurrence explained by the three CCA axes were about 70%, indicating that some explanatory site variables may exist outside our studied parameters. Soil texture is suggested to be included in future studies to improve the explanation of CCA.     

古尔班通古特沙漠88°E沿线风沙土理化性状的纵向分异

纵穿古尔班通古特沙漠中部对风沙土理化性状分析结果表明:沙漠腹地风沙土含水量低于边部。风沙土颗粒物主要由极细沙-细沙-中沙组成,并且北部较中部和南部粗。个体沙垄垄间地风沙土φ1值最高,垄顶的平均粒径最大。北部风沙土分选性差,绝大多数为极正偏分布,峰态很窄。中部、南部风沙土分选性中等和较好,呈窄峰态和近对称的分布形式。沙漠腹地风沙土全盐含量均较低,pH值适中,二者和沙垄固定程度成一定的正相关。风沙土中有机质、N、P、K等营养物质含量较低。相比之下北部风沙土全K和有机质含量高于中、南部,而植被茂盛的垄间地和垄坡有机质和全N含量一般高于固定、半固定垄顶。局地气象条件、微地形地貌以及植被状况的差异是引起沙漠风沙土上述理化性状空间分异的重要因素。     

中国古尔班通古特沙漠东部中心地区植物分布与植物—土壤关系(英文)

The distribution of plant species and relationships between species and soil factors in the east central part of Gurbantunggut Desert was studied to provide more insight into the flora and determine differences in vegetation across various parts of the desert. Two-way Cluster Analysis showed that the vegetation in the area could be divided into three groups, the first group was dominated by the shrub species, Ephedra przewalskii and the grass species, Carex physodes mainly in areas of flat grounds and gentle slopes; the second group was dominated by C. physodes, Artemisia songorica and A. xerophytica mainly on the slope of sand dunes and the third group was dominated by the shrub species, Haloxylon persicum mainly on the top of sand dunes. There was no difference in plant density between Groups 1 and 2 but there was a significant decrease in Group 3. Soil water under vegetation Group 3 was much lower than that in the other two groups at all soil depths. The EC, organic matter, total P and soluble Na, Ca and Mg varied very similarly with soil water. Canonical correspondence analysis(CCA) satisfactorily assessed the species-soil relations in the area. The distribution of plant species was strongly correlated with the soil factors of water content, organic matter, EC and nutrients. The variations in species occurrence explained by the three CCA axes were about 70%, indicating that some explanatory site variables may exist outside our studied parameters. Soil texture is suggested to be included in future studies to improve the explanation of CCA.     

古尔班通古特沙漠表层土壤凝结水水汽来源特征分析

水分条件是决定干旱沙漠区生态环境的关键因素,凝结水是干旱区植物和低等生物的重要水分来源。利用自制蒸渗计在春、夏、秋3个季节对古尔班通古特沙漠苔藓、地衣、藻类及流沙4种地表类型表层原状土壤凝结水形成进行了观测研究。结果表明,在2 cm、5 cm、10 cm、20 cm 4种高度原状土中,用纱网封底土壤表层2 cm和5 cm土壤的凝结水测定结果能够真实的代表古尔班通古特沙漠不同类型地表土壤凝结水形成特征;凝结水主要集中产生在土壤表层2 cm范围内;凝结水的水汽来源于空气和土壤且以空气来源为主,春季由于表层土壤含水率较高,来自于土壤的水汽所占的比重较高,地衣0~2 cm表层凝结水来源于土壤水汽补充的比例春季为35.5%,夏季和秋季分别降到15.5%和11.3%;秋季55 d的观测结果表明,凝结水形成总量随流沙、藻类、地衣和苔藓依次增加,分别为3.46 mm、4.07 mm、4.89 mm和5.15 mm,说明在干旱的沙漠地带,凝结水是除降水以外补充表层土壤水分最重要的水分来源。     

生物土壤结皮对温带荒漠植物凋落物分解的影响

环境和微生物群落的变化会影响凋落物的分解过程。生物土壤结皮是干旱荒漠区地表普遍存在的生物覆盖,对土壤物理化学性质有显著影响,但对于是否影响荒漠植物凋落物分解缺乏深入了解。选择8种在古尔班通古特沙漠广泛分布的荒漠植物（白梭梭Haloxylon persicum、梭梭Haloxylon ammondendron、黑沙蒿Artemisia ordosica、粉苞菊Chondrilla piptocoma、羽毛针禾Aristida pennata、刺沙蓬Salsola ruthenica、紫翅猪毛菜Salsola affinis、钩刺雾冰藜Bassia hyssopifolia）,分析生物土壤结皮覆盖对这8种凋落物质量损失率和分解速率的影响。结果表明：生物土壤结皮和植物种对凋落物质量损失率有极显著影响（P<0.01）,生物土壤结皮的存在增大了荒漠植物凋落物质量损失率,不同物种的分解率差异显著。8种植物凋落物的质量损失率在结皮覆盖条件下为13.67%~64.56%,去除结皮处理下为13.58%~54.13%。其中,结皮覆盖条件下白梭梭、梭梭、紫翅猪毛菜的质量损失率（46.12%、41.26%、64.56%）显著高于去除结皮处理（35.85%、36.97%、54.13%,P<0.05）。生物土壤结皮的存在缩短了凋落物的半分解和95%分解时间,缩短长度随物种差异而不同,受凋落物的初始全碳和全氮含量调节。荒漠地表生物土壤结皮对植物凋落物分解具有促进作用,且这种作用具有显著的种间差异,地表生物土壤结皮的存在对初始全碳含量较低而全氮含量较高的凋落物促进作用更明显。