团聚体作为土壤基本结构单元,其各粒级全氮(TN)含量对土壤TN储量的贡献各不相同,而草地恢复过程中地上植被会影响土壤团聚体组成与各粒级TN的分布,这必然会对团聚体稳定性和土壤氮素累积产生影响.因此,以恢复10a、20a、30a、40a和50a草地和对照农田(CK)为研究对象,探究草地恢复过程中土壤团聚体氮素累积规律.结果表明:1)50年恢复过程中草地群落经历了茵陈蒿(Artemisia capillaries)茵陈蒿+铁杆蒿(Artemisia stechmanniana)铁杆蒿+兴安胡枝子(Lespedeza davurica)→铁杆蒿+本氏针茅(Stipa bungeanaTrin)→铁杆蒿+白羊草(Bothriochloa ischaemum)的演替过程,且草地群落物种多样性指数随恢复年限的增加呈先升后降的趋势,地上植物、细根和凋落物的碳和氮含量呈先上升后下降趋势.2)草地恢复过程中土壤pH和容重呈下降趋势,而土壤含水量呈先降后增趋势,土壤有机碳含量在恢复过程中显著增加(P＜0.05),土壤TN含量随恢复年限呈先增后降的趋势,而TN储量呈逐年增加趋势,恢复10-50a草地与CK相比增加了 8.10％-118.92％.3)不同恢复年限草地群落土壤微团聚体(0.053-0.25 mm)占比最大,但随恢复年限增加呈下降趋势,而大团聚体(＞2 mm)和中团聚体(0.25-2 mm)占比以及平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)呈上升趋势.4)不同恢复年限草地群落中团聚体TN含量最高,且各粒级团聚体TN含量随恢复年限呈先下降后上升趋势;草地群落微团聚体TN储量最高,大、中团聚体TN储量随恢复年限增加呈上升趋势,微、粘粉粒团聚体(＜0.053 mm)TN储量随恢复年限增加出现波动;各粒级团聚体TN储量与地上植物、细根和凋落物生物量以及碳氮含量显著相关(P＜0.05).5)草地恢复过程中大团聚体对土壤TN储量的贡献率达70％,且大团聚体占比增加是大团聚体贡献率高的主要原因.总之,草地恢复有利于土壤稳定以及氮素累积.

PIP是重要的水孔蛋白之一,与植物的抗逆性有关.本文用叶盘法将羊草LcPIP遗传转化露地菊火焰,通过常规PCR和GUS染色方法鉴定转基因株系,Real-time PCR检测盐胁迫下转基因和野生植株中CmPIP1和CmPIP2的相对表达量,并测定SOD、POD活性和MDA含量.结果显示,在转LcPIP基因的露地菊植株叶片中,CmPIP1和CmPIP2基因表达量均上升,是野生型植株的2倍;根部的CmPIP1与CmPIP2基因的表达量均上升,CmPIP1上升程度高于CmPIP2.在200 mmol·L-1 NaCl的胁迫下,野生型植株中CmPIP1基因表达量明显下降,而转基因植株中CmPIP1基因表达量在12～48h出现明显的上升;在盐胁迫12h后,转基因植株中CmPIP2基因表达量上升程度明显高于野生型植株.盐胁迫12h后,转基因植株的SOD活性提高更为明显.在盐胁迫前期(0～24h)转基因植株MDA含量增加幅度低于野生型植株;在盐胁迫后期(48～72h)转基因露地菊POD活性出现明显上升,而野生型露地菊呈下降趋势.

植物根呼吸是土壤呼吸的主要组成,研究根呼吸对生态系统碳收支及碳平衡有重要意义.采用13C脉冲标记技术,在3种供水条件下,对比不同根离体时间(标记后0,6,24,48,216,360 h)的白羊草离体根呼吸速率和根呼吸释放的δ13C同位素比值变化,分析根参数与离体根呼吸相关性.结果表明:1)不同离体时间的离体根呼吸速率变化趋势一致,3种供水条件下无显著差异,均在0-20 min急剧下降,下降范围为32％-39％.2)测定离体根呼吸释放的δ13C在不同离体时间的变化,为实时监测转移到白羊草根系的13CO2在根部释放的过程提供了新思路;不同离体时间,3种供水条件下根呼吸释放的δ13C在2h内均值大小呈:供水充分＞轻度胁迫＞重度胁迫.随离体时间(0-360 h)推移根呼吸释放的δ13C均值先增大后减小,在216 h达到峰值31.46‰;3)离体根呼吸速率和根呼吸释放的δ13C受根系根面积、比根面积、N含量、C/N及根组织δ13C的影响显著.4)轻度水分胁迫可促使根系生长(C固定)和根呼吸(C代谢)同时增加.

以黄土丘陵沟壑区坊塌流域不同植被类型为研究对象,在野外调查的基础上,利用离心机法测定不同植被类型0-10、10-20 cm土层不同吸力下的土壤含水率,并利用Van Gennuchten模型对土壤水分特征曲线进行拟合,对比分析了不同植被类型不同土层土壤水分特征曲线、土壤水分有效性和持水性.结果表明:随着植被恢复的进行,不同植被类型土壤水分特征曲线出现了明显的差异,但是其斜率基本不变且不同植被类型0-10、10-20 cm土层土壤水分特征曲线都呈近似的“S”型;不同植被类型0-10、10-20 cm土层土壤有效水范围分别为22.65％-26.80％、23.97％-28.13％,除白羊草群落和刺槐林外呈现出多年生蒿禾类群落低于灌木群落而高于一年生草本群落的变化趋势;不同植被类型土壤持水能力在0-10 cm土层没有显著性差异,在10-20 cm呈现出多年生蒿禾类群落低于灌木群落而高于一年生草本群落,其中白羊草群落最大,刺槐林最低.刺槐林有效水分和土壤持水能力都较低,建议适当采取间伐并促进其近自然化恢复来实现土壤水分的可持续利用,尽量避免在阳坡缺水地区种植刺槐.对于研究地区土壤水分的可持续利用、植被恢复和科学合理的进行植被配置具有重要意义.

采用盆栽控制试验对黄土丘陵区白羊草在不同CO2浓度(400和800 μmol·mol-1)和施氮水平(0、2.5、5.0gN·m-2·a-1)条件下根际和非根际土壤水溶性有机碳(DOC)和水溶性有机氮(DON)的变化特征进行研究.结果表明:CO2浓度升高对白羊草根际和非根际土壤DOC、水溶性总氮(DTN)、DON、水溶性铵态氮(NH4 +-N)、水溶性硝态氮(NO3--N)含量均无显著影响.施氮显著提高了根际和非根际土壤DTN、NO3--N含量和根际土壤DON含量,显著降低了根际土壤DOC/DON.在各处理条件下,根际土壤DTN、NO3--N和DON含量均显著低于非根际土壤,根际土壤DOC/DON显著高于非根际土壤.短期CO2浓度升高对黄土丘陵区土壤水溶性有机碳、氮含量无显著影响,而氮沉降的增加在一定程度上改善了土壤中水溶性氮素缺乏的状况,但并不足以满足植被对水溶性氮素的需求.

本研究以黄土丘陵沟壑区4种不同坡向的草地植物群落为研究对象,探讨其物种组成和多样性特征,并运用幂乘方法则分析了群落的空间异质性和种群空间格局.结果表明:铁杆蒿在不同坡向均有分布,为群落优势种;其他物种在不同坡向群落中的地位及对群落空间格局的贡献不同.不同坡向植物群落的空间分布格局均为集群分布,且聚集程度大小为阳坡＞半阳坡＞半阴坡＞阴坡.群落空间异质性指数与Simpson多样性指数呈显著正相关,与Margalef丰富度指数、Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数呈显著负相关.优势种铁杆蒿、亚优势种达乌里胡枝子和长芒草,以及少数伴生种如猪毛蒿、臭草的相对空间异质性指数大于群落整体空间异质性指数,使群落趋于集群分布;多数伴生种如芦苇、苦荬菜、白羊草的相对空间异质性指数与群落整体空间异质性指数相近,它们与群落自身分布状态一致;刺儿菜、米口袋、茭蒿等偶见种的相对空间异质性指数小于群落整体空间异质性指数,降低了群落的聚集程度.综上,群落的聚集程度主要由优势种、亚优势种和偶见种共同决定,其中优势种、亚优势种和部分伴生种促使群落呈聚集分布,偶见种则降低了群落的集群分布.

通过对北方铜业铜矿峪矿十八河尾矿坝的优势植被白羊草进行叶鞘内生真菌分离,并对白羊草内生真菌的形态特征及孢子形态进行描述,同时,选取其中7个菌株进行actG、tefA和tubB扩增、测序和系统发育分析.结果表明,从白羊草中分离出的内生真菌属于为Epichlo(e)属,菌落正面呈白色,背面浅黄色,白羊草内生真菌生长速度较慢,孢子大小为1.208-8.048 μm之间,孢子形态椭圆、球型.根据分子系统发育学分析结果,将白羊草内生真菌鉴定为Epichlo(e) sibiria.通过对白羊草内生真菌进行不同浓度的重金属胁迫处理,发现其对重金属具有一定耐受性,具体表现为:Zn2+(120 mg/L)、Cu2+(160 mg/L)、pb2+(240 mg/L)和Cd2+(8 mg/L).对丰富天然禾草内生真菌资源,以及铜矿区生态修复过程中,白羊草内生真菌提高宿主抗性方面的应用具有重要意义.

VRN2基因是受春化作用负调控的开花抑制子.为揭示非生物胁迫下高羊茅(Festuca elata)春化基因的分子调控机制,本研究以高羊茅为实验材料,采用cDNA末端快速扩增技术,克隆得到基因全长 cDNA序列,命名为FeVRN2.基因cDNA全长为1 219 bp,具有一个完整的长度为657 bp的开放阅读框,编码蛋白质产物长度为218个氨基酸,并包含一个CCT保守结构域.同源性分析表明与禾本科植物圆锥小麦(Triticum turgidum)、节节麦tauschii)、山羊草(Aegilops speltoides)、二穗短柄草(Brachypodium distachyon)、大麦(Hordeum vulgare subsp. vulgare)的亲缘关系非常近.荧光定量PCR结果显示:FeVRN2基因在高羊茅叶片中的表达受高温、干旱与高盐胁迫特异诱导,说明该基因参与了高羊茅对高温、干旱与高盐胁迫的适应性调控.

该研究从羊草(Leymus chinensis)中克隆得到1个脱水素(Dehydrin,DHN)编码基因LcDHN3.通过序列分析表明,LcDHN3开放阅读框为501 bp,编码167个氨基酸,分子量为17.01 kD,理论等电点为8.05,为亲水性蛋白.LcDHN3蛋白具有脱水素的保守结构域,含有1个Y-片段、1个S-片段和2个K-片段,属于YSK2型脱水素.亚细胞定位预测LcDHN3蛋白定位在细胞质和细胞核.同源比对分析显示,LcDHN3与大麦(Hordeum vulgare)等6种植物的DHNs整体相似性为84.27％.进化分析显示,LcDHN3和大麦的DHN亲缘关系最近.荧光定量PCR结果显示,LcDHN3基因的表达受干旱、冷、热、NaCl、高pH和机械损伤胁迫诱导,同时受植物激素ABA和JA的诱导.研究表明,LcDHN3参与了羊草响应逆境胁迫的信号途径.

群落共存种对环境变化的生理生态响应差异是群落演替的重要因素,其中活性氧清除是生理生态响应的重要方面.该研究以黄土丘陵区10个常见撂荒群落共存种(阿尔泰狗娃花、猪毛蒿、铁杆蒿、茭蒿、小花棘豆、达乌里胡枝子、白羊草、冰草、中华隐子草和无芒隐子草)为研究对象,测定了不同水分处理条件下(适宜水分、中度胁迫及重度胁迫)生长季中3个月份(8、9和10月)个体和种群的生长表现(个体株高、生物量和种群存活率),及主要活性氧清除指标[类胡萝卜素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和谷胱甘肽(GS H)含量],分析群落共存种的生态适合度和活性氧清除指标对水分处理的响应差异及其相互关系,以明确演替生态位置上各指标的变化趋势.结果表明:(1)随水分胁迫程度的增加,演替前期种——猪毛蒿的的适合度有所下降,后期种——白羊草有所上升.(2)GSH和类胡萝卜素含量均随水分胁迫程度增强显著升高.(3)类胡萝卜素含量、SOD活性和GSH含量存在显著的种间差异,其中达乌里胡枝子的类胡萝卜素含量、小花棘豆的SOD活性、中华隐子草的SOD活性和GS H含量、无芒隐子草的类胡萝卜素含量和GS H含量均相对较高,且这3个指标的生长季变化也较为明显,8月份类胡萝卜素含量和GSH含量相对较高,而10月份GSH含量和SOD活性相对较高.(4)演替生态位置上,10个共存种在演替序列上以前期种的适合度和类胡萝卜素含量相对较低,而演替后期种相对较高,表明演替后期的植物较为耐旱.