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林业科学
 
2017年 53卷 9期
刊出日期:2017-09-25

论文与研究报告 综合评述 研究简报 目录
      
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2017 Vol. 53 (9): 0-0 [摘要] ( 14 ) [PDF 3234KB] ( 50 )
论文与研究报告
北京市第一道绿化隔离区树冠覆盖特征与景观生态变化
贾宝全, 刘秀萍
[目的]以北京市第一道绿化隔离区建设为例,利用高空间分辨率的航、卫片信息源,分析城市林木树冠覆盖特征,力图一方面准确揭示北京市第一道绿化隔离区的生态建设成效,另外也试图从景观生态学视角揭示其格局内在变化过程与趋势,进而为北京市及其他城市未来的生态建设提供借鉴。[方法]以0.5 m分辨率的2002年航片和2013年的worldview2卫片为基础,利用econgnition面向对象的解译技术平台,以城市树冠覆盖为核心,利用景观生态学的分析方法,从景观动态、景观格局变化和景观斑块尺度变化等方面,探讨一道绿化隔离区内的林木树冠覆盖特征。[结果]一道绿化隔离区林木树冠覆盖面积从2002年的4 832.98 hm2增加到了2013年的10 095.01 hm2,11年间共增加了20.57%;绿地率净增23.94%,生态用地率净增24.11%;斑块平均分维数和斑块面积形状指数呈现不断增加的特点;小型斑块和巨型斑块的数量和面积变化幅度最为显著,11年间数量分别减少了42 286个和130个,面积分别减少了186.08和5 457.75 hm2;城市总体规划、2008奥运会的绿色需求、城市公园环建设决策和首都百万亩平原大造林是其变化的最重要驱动因素。[结论]与建设之初相比,一道绿化隔离地区内的林木绿地斑块更趋向于向自然化的方向变化,同时斑块规模呈现了小、中、大型斑块数量与面积同步减少,而特大型斑块与巨型斑块的斑块数量和面积同步增加的变化趋势。第一道绿化隔离区域城市林木和绿地不仅取得面积上的急速扩大,而且其在城市生物多样性保护中的作用也越来越大、越来越突出。
2017 Vol. 53 (9): 1-10 [摘要] ( 38 ) [PDF 1577KB] ( 148 )
小兴安岭阔叶红松林不同演替系列土壤有机碳及各组分特征
张玲, 张东来, 毛子军
[目的]了解中国小兴安岭阔叶红松不同演替系列土壤有机碳库和各组分的积累及分配特征,准确评价森林生态系统碳储量,为科学评价小兴安岭阔叶红松林土壤固碳功能和固碳潜力提供理论依据。[方法]以阔叶红松林不同演替系列(中生系列、旱生系列、湿生系列)的典型群落为研究对象,采用空间代替时间的方法,研究阔叶红松林不同演替系列土壤总有机碳、易氧化有机碳、惰性有机碳、矿化碳、可溶性有机碳含量,探讨有机碳各组分对总有机碳的贡献率,分析调控土壤有机碳及各组分的影响因子。[结果]小兴安岭阔叶红松林不同演替系列土壤总有机碳含量表现为湿生 > 旱生 > 中生;阔叶红松林不同演替系列土壤总有机碳表现为随土壤剖面的加深而减少的趋势,即40~60 cm土层 > 20~40 cm土层 > 10~20 cm土层 > 0~10 cm土层;中生、湿生和旱生演替系列土壤惰性碳占总有机碳比例分别为34.42%,13.27%和12.17%,可中生、湿生和旱生演替系列溶性有机碳占总有机碳比例分别为0.09%,0.07%和0.08%,旱生、中生和湿生演替系列易氧化有机碳占总有机碳比例分别为33.59%,65.18%和54.53%,湿生、中生和旱生演替系列矿化碳占总有机碳比例分别为0.58%,0.53%和0.37%;总有机碳含量与矿化碳含量、易氧化有机碳含量和惰性碳含量极显著正相关(P<0.01),惰性碳含量与矿化碳含量和可溶性有机碳含量极显著正相关(P<0.01),与易氧化有机碳含量显著负相关(P<0.05);不同演替系列土壤有机碳含量及各组分含量影响因子各不相同,总有机碳含量与土壤全氮含量极显著正相关(P<0.01),惰性碳含量与土壤全氮含量显著正相关(P<0.01),与沙粒比极显著负相关(P<0.01),矿化碳含量与土壤酸碱度极显著负相关,与凋落物现存量和土壤含水率极显著正相关(P<0.01)。[结论]小兴安岭阔叶红松林不同演替系列土壤碳库及各组分动态特征存在显著差异。群落演替时间及土壤理化性质是导致有机碳及各组分特征不同的主要原因。
2017 Vol. 53 (9): 11-17 [摘要] ( 20 ) [PDF 917KB] ( 129 )
光强和树体大小对锐齿栎树木水、碳平衡的影响
陈志成, 刘畅, 刘晓静, 万贤崇
[目的]测定锐齿栎在不同光强下不同大小树木的水分状况、光合作用和非结构性碳(NSC)差异,探索光强和树体大小对锐齿栎树木水、碳平衡的影响。[方法]以锐齿栎成年树树冠上部、树冠下部、林下幼树和林窗幼树为研究对象,用PMS1000压力室、LI-6400XT光合仪、PAM-2500荧光仪等仪器分别测定水势等水力参数、气体交换参数、光合光响应曲线参数和叶绿素荧光参数,用蒽酮-硫酸法测定不同组织NSC浓度,另外还测定叶片大小、比叶面积、Huber值等叶片和枝条的功能性状。[结果]1)在4个研究对象中,成年树树冠上部的小枝凌晨水势和中午水势均是最低,且叶片气孔密度最大、气孔长度最小;成年树树冠上部叶片的净光合速率、气孔导度、水分利用效率和暗呼吸速率显著低于林窗幼树。2)成年树冠层上部叶片和韧皮部的总非结构性碳(TNC)浓度显著高于林窗幼树,而木质部TNC浓度显著低于林窗幼树,说明树高造成的水力限制会降低细胞膨压并增大木质部栓塞风险。3)与光有效性低的树冠下部和林下幼树相比,光有效性高的成年树树冠上部和林窗幼树具有更大的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率、光补偿点、PSⅡ有效光化学效率(F'v/F'm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ);尤其是更为遮荫的林下环境显著降低了林下幼树的光合潜能和固碳,叶片和根的TNC浓度显著低于冠层下部叶片和成年树的根。[结论]锐齿栎成年树冠层上部存在明显的水力限制,造成生长下降使得成年树冠层上部叶片和韧皮部的TNC相对积累,而木质部经常性的栓塞修复大量消耗木质部TNC;光照因素对锐齿栎光合作用的塑造起主要作用;林下遮荫环境导致的碳饥饿可能是宝天曼锐齿栎树种难以更新的主要原因。
2017 Vol. 53 (9): 18-25 [摘要] ( 25 ) [PDF 1289KB] ( 93 )
振动胁迫对蓝莓果实品质和抗氧化酶活性的影响
许时星, 郜海燕, 陈杭君, 韩强
[目的]研究物流运输过程中不同振动时间对蓝莓果实品质和抗氧化酶活性的影响,为其采后物流运输提供参考。[方法]以‘园蓝’蓝莓为试材,将预冷处理后的果实挑拣、分装,按冰果比1.6:1的比例装入泡沫包装箱中,密封。采用模拟运输的方法,将泡沫包装箱固定于运输振动试验台上,在2.5 Hz振动频率条件下进行不同时长(12、24、36 h)的振动处理,以0 h处理为对照组。模拟运输振动试验结束后,立即测定不同振动时间条件下蓝莓果实品质和抗氧化酶活性。同时将其余样品继续贮藏于(0±0.5)℃保鲜冰箱中,进行贮藏期试验,每2天取样。[结果]与对照组相比,振动胁迫明显加速了蓝莓果实商品性的丧失,加速果实贮藏期内好果率、硬度及维生素C含量的下降,促使花色苷、总酚含量达到峰值时间缩短,加快了相对电导率、丙二醛含量的上升速度,加剧细胞膜结构的破坏,促进SOD活性增大及CAT、APX等抗氧化酶活性峰值提前出现。贮藏过程中,对照组的好果率、硬度及电导率与振动处理24 h、36 h差异显著(P<0.05),对照组、振动处理12 h蓝莓果实的维生素C、TSS含量与振动处理36 h呈显著性差异(P<0.05)。而对照组与振动处理12 h在果实硬度、TSS含量、Vc含量及SOD酶活性方面变化差异不显著(P>0.05),花色苷、总酚含量,CAT、APX酶活性差异较小。[结论]运输振动对蓝莓品质的影响是逐渐累积的,物流运输过程振动时间越久对品质损伤越大,果实衰老进程越快。模拟物流运输时间在12 h以内,振动胁迫对蓝莓果实品质损伤较小,有利于保持果实贮藏期间的品质。
2017 Vol. 53 (9): 26-34 [摘要] ( 13 ) [PDF 1301KB] ( 88 )
转桑树MAPK5基因拟南芥在不同逆境胁迫下的抗性分析
刘长英, 张梦, 魏从进, 许亚珍, 曹博宁, 郑莎, 范伟, 向仲怀, 赵爱春
[目的]植物促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)在响应生物与非生物胁迫中发挥重要作用。本研究通过分析桑树(川桑) B家族MAPK基因MnMAPK5的亚细胞定位和启动子活性,并将其转入拟南芥中进行过表达研究,探讨MnMAPK5在逆境胁迫下的作用机制。[方法]将MnMAPK5的上游启动子连接到pBI121载体上,通过花粉介导法转入拟南芥中,经高温、低温、NaCl和PEG处理后进行GUS染色分析。通过构建过表达载体,将MnMAPK5转化到拟南芥中,用T3转基因植株进行抗逆境胁迫分析。[结果]MnMAPK5基因的编码蛋白定位于细胞质和细胞核中。在拟南芥中检测MnMAPK5启动子驱动的GUS活性的结果显示,MnMAPK5启动子活性受到了高温、低温、高盐和干旱胁迫的诱导。在高盐、干旱、低温和H2O2处理条件下,过表达MnMAPK5抑制了转基因拟南芥的萌发和生长。在盐胁迫下,过表达MnMAPK5提高了转基因植株中的MDA含量和POD活性,降低了CAT活性、可溶性糖含量和H2O2含量;在干旱胁迫下,过表达MnMAPK5提高了转基因拟南芥中的MDA和H2O2含量,降低了CAT和POD活性;在低温下,转基因拟南芥相比野生型植株表现出更低的CAT活性、POD活性、脯氨酸含量和可溶性糖含量;在氧化环境胁迫下,转基因拟南芥的MDA含量显著高于野生型拟南芥,而脯氨酸含量和可溶性糖含量要低。此外,在各个胁迫环境条件下,AtPODAtCATAtRD22等胁迫相关基因的表达量在转基因植株低于野生型拟南芥。[结论]MnMAPK5启动子在转基因拟南芥中的活性受到了不同非生物胁迫的诱导。过量表达MnMAPK5降低了拟南芥对非生物胁迫的抵抗能力,表明MnMAPK5在逆境胁迫下起着负调控作用。
2017 Vol. 53 (9): 35-44 [摘要] ( 7 ) [PDF 1649KB] ( 63 )
鹅掌楸LcPAT8基因的克隆及功能初步分析
徐嘉娟, 李火根
[目的]基于前期鹅掌楸生长性状与EST-SSR分子标记关联分析结果,克隆分离与鹅掌楸生长性状相关联的SSR位点相对应的基因,通过分析其序列特征、结构特征、与其他物种同源基因的亲缘关系和表达特性,初步了解该基因在鹅掌楸生长发育过程中的作用。同时,利用遗传转化技术对分离的基因进行功能研究,以期为鹅掌楸生长发育的分子机制研究及功能基因挖掘奠定基础。[方法]以鹅掌楸叶芽为材料,借助其叶片转录组数据库,采用RT-PCR和RACE技术克隆分离与鹅掌楸生长性状相关联的642号位点对应的EST序列相关基因,对其进行生物信息学分析。通过实时荧光定量PCR检测该基因在鹅掌楸花芽、盛花期的叶芽、叶片、花瓣、雄蕊、雌蕊中的相对表达量。利用Gateway技术构建该基因的植物过表达载体,使用农杆菌GV3101介导的花絮浸染法转化拟南芥,获得T2代转基因植株,直接观察转基因植株表型。[结果]克隆获得与鹅掌楸生长性状相关联的642号位点相对应的基因,该基因全长1 968 bp (GenBank登录号:KU883608),开放阅读框为1 269 bp,编码422个氨基酸。生物信息学分析表明该基因编码的蛋白序列含有1个典型的DHHC-CRD结构域,属于DHHC型锌指蛋白家族成员,与其他植物预测的蛋白质棕榈酰基转移酶(PAT)高度相似,并根据与NCBI中拟南芥PAT基因的比对结果,将其命名为LcPAT8。组织表达分析表明,LcPAT8基因在鹅掌楸花芽、叶芽等6个组织中均有表达,在雌蕊中表达量最高,花瓣和叶片中的表达量高于叶芽和花芽,而在雄蕊中的表达量最低。利用Gateway技术,成功构建了鹅掌楸LcPAT8基因的植物过量表达载体,获得T2代转基因拟南芥。与野生型拟南芥相比,过表达LcPAT8基因的拟南芥植株的莲座叶片数目以及抽薹时间没有发生明显变化,而野生型植株大部分角果成熟、叶片枯黄掉落时,转基因植株依然生长旺盛,叶片鲜绿并且还有大量花絮,在野生型植株干枯死亡后,转基因植株还有大量侧枝生长、开花。[结论]鹅掌楸LcPAT8基因在雌蕊中表达量最高,其次是花瓣,可能参与花瓣的扩展、心皮及胚的发育;在拟南芥中过表达LcPAT8基因,明显延长了植株的生长期。因此,鹅掌楸LcPAT8基因可能在植物生长发育过程中起着重要的调控作用。
2017 Vol. 53 (9): 45-54 [摘要] ( 18 ) [PDF 1792KB] ( 45 )
模型和林分因子对区域尺度碳计量参数的影响——以杉木为例
李海奎, 欧强新, 赵嘉诚, 杨英, 全锋
[目的]研究模型和林分因子对区域尺度生物量碳储量转化和扩展系数(BCCEF)的影响,为区域尺度乔木林碳储量估算提供科学、合理的参数和估算方法。[方法]选择我国南方主要树种杉木,以福建、江西、湖南和广东4省固定样地为区组,选用区域内模型和区域外模型,按独立和兼容2种方式从单木到区域扩展,分一元和二元模型进行方差分析,确定稳定的模型;在此基础上,分起源、龄组,以林分平均胸径、平均高、胸高断面积和株数密度为定量因子,采用向后逐步回归和有交互作用的方差分析,确定林分因子与区域尺度地上部分和地下部分生物量碳储量转化和扩展系数之间的关系。[结果]扩展方式和选用模型对2种碳计量参数有显著影响,独立模型估计的参数大于兼容模型,选用模型会对参数造成8%~17%的误差,一元和二元模型对地上部分碳计量参数(BCCEFA)影响不显著,对地下部分碳计量参数(BCCEFR)影响显著;林分因子中起源对2种碳计量参数均有显著影响,天然林的碳计量参数大于人工林,龄组对BCCEFA有显著影响,从幼龄林到过熟林基本上呈下降趋势,而对BCCEFR影响不大,平均高、株数密度和胸高断面积对2种碳计量参数均有显著影响,对BCCEFR的影响大于对BCCEFA的影响,其中平均高、株数密度与2种碳计量参数呈负相关,胸高断面积与2种碳计量参数呈正相关,平均胸径对2种碳计量参数均影响不显著;使用区域内模型的湖南和广东间,除总BCCEFR外,2种总碳计量参数和分起源、龄组参数间差异均不显著,而同样使用区域内模型的福建和江西间,2种总碳计量参数和分起源、龄组的碳计量参数均差异显著。[结论]区域内二元兼容模型估计的2种总碳计量参数最稳定,林分起源、龄组、平均高、株数密度和胸高断面积对碳计量参数影响显著,即使使用同一区域内的模型,省际间林分因子的差异也可能造成碳计量参数的显著差异。
2017 Vol. 53 (9): 55-62 [摘要] ( 8 ) [PDF 1116KB] ( 80 )
基于遗传算法的森林抚育间伐小班智能选择
王建明, 吴保国, 梁其洋
[目的]探索在森林抚育间伐任务目标控制下,基于空间分析和遗传算法的森林抚育间伐小班智能选择方法,为以小班为单位的作业方案编制等后续森林经营活动提供决策支持。[方法]以内蒙古赤峰市桦木沟林场为例,根据抚育间伐任务和经营者指定的基本属性条件,基于空间查询或点缓冲区分析方式选择出空间分布连续的小班作为初始小班集合,设计环带控制算法(ACA)动态计算点缓冲区的初始半径和步长。以迫切度、难易度和立地因子构建目标条件函数,用目标条件值衡量小班与任务目标的符合程度,并以目标条件值最大为目标条件、任务面积为限制条件建立抚育间伐小班智能选择的数学模型,使用改进的遗传算法(IGSEGA)进行求解,从而对初始小班集合内的小班进行优选,得到最符合任务目标的小班集合。[结果]研究区内指定任务面积300 hm2、上限值5%和其他条件,基因交叉率0.6,变异率0.3,变长系数3,迭代次数100,目标函数各参数根据任务要求进行设置。ACA算法计算得到初始半径1 407 m,且只需1次半径扩增即可构造出初始小班集合,普通点缓冲区分析由于初始半径和步长的不确定性,分析效率明显低于ACA算法。以林场场部为中心点选择时得到小班40个,所选小班皆为符合基本条件且最接近目标条件值的小班,另外2个测试点得到的结果同样说明算法的智能性和有效性。由于IGSEGA算法构建的初始个体适应值已较为接近最优解,经14~15次迭代即可求解出任务目标小班集合,求解效率优于标准遗传算法(SGA)。[结论]提出森林抚育间伐小班智能选择概念,以迫切度、难易度和立地因子构建目标条件函数,同时构建小班选择的数学模型并采用IGSEGA算法进行求解。设计ACA算法优化点缓冲区分析,可提高空间分析效率,改进贪婪策略对遗传算法的编码方式及对应的遗传算子,为森林抚育间伐小班智能选择的实现提供一种有效方法,该方法还可应用于造林、林分改造等其他经营任务中对小班进行智能选择,为后续森林经营活动提供决策支持。
2017 Vol. 53 (9): 63-72 [摘要] ( 7 ) [PDF 1492KB] ( 44 )
偏肿革裥菌锰过氧化物酶酶学性质和染料脱色
张玉龙, 池玉杰, 冯连荣
[目的]研究白腐菌偏肿革裥菌(Lenzites gibbosa)所产锰过氧化物酶(MnP)纯酶的序列特征、酶学性质及其对染料的脱色能力,为其应用于木质素降解、染料脱色奠定基础。[方法]将纯化后的样品经SDS-PAGE检测后获得的唯一L.gibbosa MnP条带切割,采用Nano液相色谱-电喷雾串联质谱法联用(Nano LC-ESI-MS/MS)多肽测序技术对蛋白氨基酸序列进行测定。利用该SDS-PAGE图谱,建立蛋白分子量与迁移率的标准直线,从标准直线上求出MnP纯酶样品的表观分子量;参照酶活测定方法检测最适反应温度及温度稳定性、最适反应pH值及pH稳定性;采用lineweaver-Burk双倒数作图法求解米氏动力学常数Km值。研究L.gibbosa菌种培养液和MnP纯酶液对蒽醌类的茜素红、偶氮类的刚果红、杂环类的中性红和三苯基甲烷类的结晶紫等4种不同类型染料的脱色能力。[结果]串联质谱扫描出2条MnP的保守序列肽段,与克隆到的基因Lg-mnp1编码的Lg-MnP1(GenBank登录号:ACO92620)序列完全吻合,表明其所代表的酶蛋白Lg-MnP1就是唯一电泳带中主要的蛋白。Lg-MnP1的表观分子量为45.39 kDa,最适反应温度为35℃,在低于40℃的条件下都具有一定的催化能力,但温度超过50℃后迅速失活;其最适反应pH值为3.5,pH超过4.5反应程度就迅速下降,在pH为2~3时最稳定;在以2,6-DMP为底物时,在21℃条件下其米氏常数Km为6.124 mmol·L-1L.gibbosa培养液对染料在1 h的脱色率分别为茜素红100%、中性红22.17%、刚果红19.09%,对结晶紫的脱色率很低,在36 h脱色率仅为0.018%。纯化后的Lg-MnP1溶液对染料的最大脱色率在2 h分别为中性红100%、刚果红95.55%、茜素红75.85%和结晶紫36.57%。[结论]SDS-PAGE得到的唯一一条电泳带中的MnP是Lg-MnP1。Lg-MnP1是一种中温性、偏酸性的酶,与2,6-DMP的亲和力较大。L.gibbosa含有菌丝的培养液对茜素红具有彻底的降解效果,但Lg-MnP1纯酶液对中性红、刚果红和结晶紫的降解效率要远高于同时含有菌丝、漆酶和MnPs的培养液。
2017 Vol. 53 (9): 73-80 [摘要] ( 2 ) [PDF 1360KB] ( 41 )
松树蜂入侵的混交林中针叶树种内生真菌多样性
王立祥, 刘晓博, 任利利, 石娟, 骆有庆
[目的]研究混交林内4种针叶树内生真菌的种类、数量和分布,以及与受松树蜂危害的樟子松优势内生真菌的差异,从微观角度揭示不同树种内生真菌的多样性与松树蜂危害的关系。[方法]以松树蜂入侵后混交林中樟子松、兴安落叶松、红松、红皮云杉4种针叶树健康木(未受松树蜂危害)的内生真菌为研究对象,采用组织分离法、形态学和分子生物学相结合的鉴定方法。[结果]从4种针叶树树干内共分离得到内生真菌22属35种,其中:樟子松9属13种,红松7属13种,兴安落叶松8属17种,红皮云杉15属20种。4种针叶树内生真菌的数量:兴安落叶松 > 红皮云杉 > 红松 > 樟子松;内生真菌的种类:红皮云杉 > 兴安落叶松>红松 > 樟子松。主干上部真菌检出率最多,基部最少;菌株数上部最大,中部最小。4种针叶树内生真菌多样性水平存在差异,其中红皮云杉的多样性指数(H'=3.342 5)、均匀度指数(J=1.097 9)和丰富度指数(R=3.374 4)均最高。不同树种间内生真菌的相似性水平均较低,4种内生真菌在4种针叶树内均分离到,占4种针叶树内生真菌种类总数的11.43%;20种内生真菌在1种针叶树内能分离到,占4种针叶树内生真菌种类总数的57.14%,说明不同针叶树内生真菌对宿主的专一性较高。[结论]4种针叶树的木质部内都会存在一定数量真菌,且真菌种类差异较大。受松树蜂危害的樟子松优势内生真菌与4种针叶树健康木的优势内生真菌差别很大。相比其他树种,樟子松内生真菌的种类和数量均最少,可能有利于松树蜂共生菌Amylostereum areolatum的入侵,这也可能是松树蜂在混交林中只危害樟子松的原因。
2017 Vol. 53 (9): 81-89 [摘要] ( 21 ) [PDF 1037KB] ( 79 )
野生沉香的鉴别方法
陈媛, 尚丽丽, 杨锦玲, 李改云, 殷亚方, 戴好富
[目的]建立有效、准确、科学的野生沉香鉴别技术,为沉香的鉴定和品质评价体系建立提供参考依据。[方法]采用醇溶性浸出物含量、显色反应、薄层色谱分析(TLC)和高效液相色谱(HPLC)方法,对10批次野生沉香进行鉴别。[结果]10批次野生沉香的醇溶性浸出物含量整体较高,明显大于《中华人民共和国药典》(2015年版)规定的10.0%;野生沉香的显色反应除呈现人工沉香的樱红色或浅樱红外,还出现紫堇色、浅红色和浅紫色在内的多样性显色,可辅助鉴别野生沉香;薄层色谱操作简单,节省材料,且野生沉香样品在薄层鉴别中呈现清晰的荧光斑点和较好的分离效果,对于大部分野生沉香样品可通过薄层色谱进行基础鉴别;通过相似度评价、峰面积比较,建立10批次野生沉香的HPLC指纹图谱,并确定9个野生沉香共有特征峰,确定野生和人工沉香HPLC特征指纹图谱的差异性。[结论]基于各方法的优势及精准程度,本文提出在显微鉴别的基础上,通过醇溶性浸出物含量、显色反应、薄层色谱分析和HPLC的指纹图谱及特征峰鉴别野生沉香,可为沉香品质评价体系建立提供参考。
2017 Vol. 53 (9): 90-96 [摘要] ( 12 ) [PDF 1199KB] ( 66 )
综合评述
热水预处理生物质原料及其生物转化研究进展
陈倩, 陈京环, 王堃, 蒋建新, 孙润仓
在能源问题日益紧张的时局下,寻求可再生清洁能源是亟待解决的关键问题。由农林废弃物转化获得新能源、新材料已经成为重要的发展趋势,其中生物乙醇作为环保、可持续的新型能源得到了广泛关注。预处理作为生物乙醇制备的第一个重要环节备受重视,传统化学预处理技术能量消耗大、对设备要求高、半纤维素降解严重且对环境造成污染,没有充分考虑半纤维素和木质素的高值化回收利用,单一化降解纤维素使得经济利用价值很低;生物预处理作为一种环境友好和低成本的预处理技术,也存在着转化效率低、作用周期长和碳水化合物损失严重的缺点。热水预处理通过条件参数优化可在尽量保留天然大分子原位结构的基础上,一定程度地破坏植物细胞壁的致密结构,且仅利用水作为反应试剂,具有无化学药剂使用、对环境友好、操作成本低等优点,其对生物质细胞壁的主要作用为使木素-碳水化合物复合体(LCC)连接键断裂并除去部分半纤维素,使木质素性质发生改变并进行再分配,且在一定程度上降低了纤维素的聚合度。热水预处理过程中生成的糠醛、5-羟甲基糠醛、甲酸、乙酸等产物,会对生物降解产生抑制作用,可以通过优化条件来控制其含量。酶解过程是指利用纤维素酶及其辅助酶将预处理后的纤维素降解为可发酵单糖,若直接将预处理后的产物进行发酵则需要较长时间且仅能获得极低浓度的乙醇。酶水解过程中由于半纤维素和木质素的保护作用,阻碍了纤维素酶与纤维素底物的接触,而预处理过程则会削弱或完全破坏这种阻碍作用,增大酶与纤维素的接触面积使酶解效率提高。提高预处理温度会使乙醇发酵得率提高,但是预处理温度过高会导致纤维素降解从而使乙醇得率降低。本文对热水预处理过程中纤维素、半纤维素、木质素物理化学性质的改变和处理过程中抑制物的转化生成进行总结,分析比较在不同预处理条件下生物质中各主要组分和降解产物不同程度的变化及其对后续酶水解、酵母发酵的影响。
2017 Vol. 53 (9): 97-104 [摘要] ( 4 ) [PDF 1287KB] ( 69 )
研究简报
热带海岸香蒲桃天然次生林群落优势种群种间联结性
杨青青, 杨众养, 陈小花, 余雪标, 薛杨, 王小燕
[目的]研究热带海岸香蒲桃天然次生林群落乔木层、灌木层、草本层各优势种群的种间关联性,以期阐明群落演替与种对间关联性的内在规律,为海岸香蒲桃天然次生林的保护、恢复与重建提供理论依据。[方法]选取海南文昌热带海岸典型香蒲桃天然次生林群落,采用方差比率法测定乔木层、灌木层、草本层优势种群的总体关联性,使用χ2检验2个种群关联与否,进一步用Ochiai指数来表征关联程度。[结果]乔木层的总体关联性表现出不显著正关联,正关联种对数为54对,负关联种对数为49对,无关联种对数为17对,分别占总对数的45.0%,40.8%和14.2%;香蒲桃与群落中其他乔木树种无关联,具有较强的独立性;灌木层负关联种对数有33对,占总对数的43.6%,这些负关联的树种多以阳性植物组成为主;竹叶木姜子和九节易与其他物种形成正关联种对,亦是灌木层互利共生的主要树种;草本层的总体关联性为显著负关联(P<0.05),正关联种对数较少(12%),负关联种对数比例较高(78%),群落处于不稳定状态,容易受外界干扰而演替;海金沙和铺地黍这2物种在草本层中互利共生。[结论]热带海岸香蒲桃天然次生林群落优势种群种对间种间关联明显,物种之间存在一定的独立性,整体趋向稳定发展。实践中为加快热带海岸次生林演替进程,应以正联结性较强的树种对(山楝-黄槿、竹叶木姜子-九节、东风桔-露兜树)作为海防林的造林树种。
2017 Vol. 53 (9): 105-113 [摘要] ( 7 ) [PDF 1307KB] ( 52 )
中华金叶榆和银水牛果苗木的生长和光合作用对土壤锌污染的响应
崔振, 李昌晓, 贺燕燕, 李晓雪, 任庆水
[目的]筛选合适的植物物种用于重金属锌污染土壤的修复。[方法]以2年生中华金叶榆和银水牛果盆栽苗木为研究对象,采用向锌本底浓度为125 mg·kg-1的土壤添加外源锌(Zn (CH3COO)2·2H2O)的形式,依锌添加量不同,设置了CK (0)、T1(300 mg·kg-1)、T2(500 mg·kg-1)、T3(1 000 mg·kg-1)4个处理组(以添加的纯锌和风干土计),研究中华金叶榆和银水牛果苗木在处理90天后的株高、生物量、叶绿素含量、光合作用参数及锌含量,并通过基于植物生长和生物量指标的耐性指数Ti (%)评价苗木对锌的耐受能力。[结果]2树种株高、生物量和耐性指数Ti随土壤锌浓度的增加而下降(P<0.05),中华金叶榆在锌处理浓度为T1、T2时Ti为81%、66%,银水牛果在锌浓度为T1、T2时Ti为73%、57%,均具有较好的锌耐受能力。中华金叶榆生物量的根冠比在T1、T2浓度与对照组相比无显著性差异,T3浓度显著下降(P<0.05);银水牛果各处理组生物量的根冠比随锌浓度增加均显著降低(P<0.05)。锌胁迫可抑制植物生长发育过程中光合色素的合成,随锌胁迫浓度的增加,中华金叶榆和银水牛果的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均表现不同程度的降低趋势(P<0.05);净光合速率(Pn)显著下降(P<0.05),气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)与净光合速率表现出相同的下降趋势,均分别显著低于对照组(P<0.05)。中华金叶榆和银水牛果的根和地上部分锌含量均随土壤锌浓度的增加而上升,均在T3组达到最大值;根部的平均锌浓度分别为25.31~345.31 mg·kg-1 DW和29.01~159.51 mg·kg-1 DW,地上部分平均锌浓度分别为21.32~296.18 mg·kg-1 DW和17.98~139.75 mg·kg-1 DW。在T1、T2浓度,中华金叶榆将锌转移到地上部分的转移系数分别为1.20和1.01,银水牛果为1.11和1.39。[结论]中华金叶榆和银水牛果在土壤中锌含量为625 mg·kg-1时均具有较好的锌耐受性、较高的地上部分锌迁移能力。中华金叶榆作为乡土适生树种,可在西部土壤锌污染地区作为绿化树种应用;银水牛果作为外来引进物种,对土壤锌污染具有较好的耐受能力,因而其在西部土壤锌污染区也具有一定的绿化应用潜力。
2017 Vol. 53 (9): 114-122 [摘要] ( 8 ) [PDF 1309KB] ( 60 )
杏李不同品种果实香气成分分析
李泰山, 韩卫娟, 杜改改, 刁松锋, 冯延芝, 杨绍彬, 岳华峰, 李芳东, 傅建敏
[目的]了解不同品种杏李果实香气成分及含量特征,为杏李果实评价和品种改良提供理论依据。[方法]以3-辛醇为内标,采用顶空固相微萃取-气质联用技术(HS-SPME-GC-MS)分别对杏李品种‘风味玫瑰’、‘味帝’、‘味王’、‘恐龙蛋’、‘味厚’和‘风味皇后’的果实香气进行定性和定量分析,并根据香气阈值确定杏李各品种的香气值和特征香气。[结果]6个品种的果实中共检测出6大类77种化合物,包括9种醇、16种醛、29种酯,9种内酯、4种萜和10种酮。6个杏李品种均含有己醇、甲基庚烯酮、苯乙酮、己醛、辛醛、5-羟甲基糠醛、苯甲醛、γ-癸内酯和芳樟醇,香气种类由多到少依次为:‘风味玫瑰’ > ‘味王’ > ‘恐龙蛋’ > ‘味帝’ > ‘风味皇后’ > ‘味厚’。杏李果实香气相对含量为37.22~277.05 μg·kg-1FW,平均含量为114.95 μg·kg-1FW,香气含量从高到低依次为‘味王’、‘风味玫瑰’、‘味厚’、‘味帝’、‘风味皇后’、‘恐龙蛋’。6个杏李品种中,醇类和内酯类含量最高的品种为‘风味玫瑰’,醛类和酮类含量最高的品种为‘味厚’,酯类含量最高的品种为‘味王’,萜类含量最高的品种为‘味帝’。‘风味玫瑰’的特征香气成分种类最多,有己醇、癸醛、乙酸丁酯、醋酸辛酯、己酸丁酯、己酸乙酯、γ-己内酯、γ-癸内酯和芳樟醇9种;‘味帝’的特征香气成分有己醛、壬醛、辛醛、乙酸丁酯和芳樟醇;‘味王’有己醇、乙酸丁酯、乙酸己酯、己酸丁酯、己酸乙酯、γ-癸内酯和芳樟醇7种特征香气,其中乙酸丁酯的香气值达到877.72 μg·kg-1FW;‘恐龙蛋’的特征香气成分有己醇、己醛和辛醛;‘味厚’的特征香气成分有己醇、己醛、辛醛和芳樟醇;‘风味皇后’的特征香气成分有己醛、辛醛、反式-2-壬醛和芳樟醇。在风味方面,‘风味玫瑰’和‘味王’果实风味以杏香味为主,并伴有少量李香味;‘味帝’以李香味为主,并伴有少量杏香味;‘恐龙蛋’、‘风味皇后’和‘味厚’具有明显的李香味特征。[结论]杏李果实香气资源丰富,不同品种间差异较大。‘风味玫瑰’和‘味王’属于酯香型品种,‘味帝’、‘风味皇后’和‘味厚’为萜醛混合香型品种,‘恐龙蛋’为醛醇混合香型品种。本研究筛选出‘风味玫瑰’和‘味王’2个高酯型品种,1个高萜类品种‘味帝’和2个高醛类品种‘风味皇后’和‘味厚’。
2017 Vol. 53 (9): 123-132 [摘要] ( 9 ) [PDF 1183KB] ( 64 )
覆盖经营对雷竹林土壤细菌群落结构演变及多样性的影响
翟婉璐, 钟哲科, 高贵宾, 杨慧敏
[目的]研究覆盖对雷竹林土壤细菌群落结构及多样性的影响,为科学评价该种植模式的生态风险提供科学依据。[方法]调查并采集不同覆盖年限(0、3、6、9、12年)雷竹林土样,采用Illumina Miseq高通量测序技术分析16S rDNA土壤细菌基因V3-V4区域,鉴定细菌类群,并结合测定土壤的N、P和有机质等化学指标分析覆盖经营土壤细菌群落结构演变及多样性影响。[结果]1)测序共获得598个OTUs,计280 548条读数,平均读长453.5 bp。调查林地土壤细菌优势门为变形菌门、酸杆菌门和放线菌门(平均相对丰度分别为30.80%、22.0%和13.9%)。2)不同覆盖年限土样的多样性指数及丰度指数存在较大差异。覆盖初期,随着覆盖物的投入,林分土壤细菌的多样性指数及丰度指数均呈增加趋势,在覆盖6年时达到最大值,之后则呈现一定程度的下降,覆盖12年与覆盖初期无较大差别。3)覆盖对土壤微生物群落结构造成一定影响,未覆盖林地土壤细菌群落结构与覆盖后林地出现差异;变形菌门丰度由17.60%(对照)上升为37.77%(覆盖12年),酸杆菌门丰度呈现下降的趋势,而放线菌门丰度变化很小。4)覆盖造成的土壤理化性质的改变在一定程度上对细菌群落结构可造成影响,随着覆盖时间的增加,细菌菌落结构与土壤环境的关系也趋于复杂化,覆盖造成土壤严重酸化,对照和覆盖12年的pH值分别为5.23和3.42,但土壤中的嗜酸菌群落酸杆菌门的丰度反而出现下降的趋势。5) RDA分析排序轴前两轴解释了覆盖竹林土壤微生物群落变异的88.5%,土壤中各细菌种群对土壤环境因子变化的适应性不同,土壤中速效K、全N和有机质的积累会提高Proteobacteria、Bacteroidetes的相对丰度,土壤酸化会降低Chloroflexi的相对丰度。[结论]竹林覆盖经营对土壤细菌群落结构和多样性产生较大的影响,短期覆盖(小于6年)能增加土壤细菌的丰度和多样性,但随着覆盖时间增加,土壤细菌的丰度和多样性下降,土壤各环境因子的变化会对覆盖竹林土壤微生物群落结构造成影响,对土壤中微生物多样性的研究能够从微生物角度分析土壤退化程度,为竹林土壤修复提供理论依据。
2017 Vol. 53 (9): 133-142 [摘要] ( 7 ) [PDF 1606KB] ( 52 )
黑颈长尾雉春夏夜栖地特征与差异性分析
原宝东, 闫永峰, 程志营, 鲁长虎
[目的]分析黑颈长尾雉春夏夜栖地特征与差异,为其保护和管理提供合理的依据和建议。[方法]2012年春季和夏季,通过直接观察法测量12个黑颈长尾雉夜栖地,利用无线电遥测跟踪黑颈长尾雉(6♂,2♀)测量34个夜栖地,其中春季20个,夏季26个。[结果]对春季和夏季的夜栖树进行卡方检验表明,春季和夏季的栖树选择差异不显著(χ2=0.34,P=0.51),黑颈长尾雉主要以油桐为夜栖树,其次为西南木荷、杉木和云南松。栖树选择与样地内乔木的数量和种类相关性很低(r=0.401,P=0.028)。利用独立样本T检验和Mann-Whitney U检验黑颈长尾雉春季和夏季夜栖地数据的差异性,除了灌木盖度、栖树胸径、栖枝上方盖度和栖枝高度存在差异性(P<0.05),其余生态变量差异不显著(P>0.05)。利用主成分分析法,比较影响黑颈长尾雉春季和夏季夜栖地选择的主要因子,夏季为栖枝因素、地理性因素和干扰因素;春季为栖枝因素和安全性因素。[结论]黑颈长尾雉春夏季节夜栖地的特征有差别,夜栖树微环境的安全性和舒适性影响夜栖地的利用。
2017 Vol. 53 (9): 143-150 [摘要] ( 12 ) [PDF 1277KB] ( 47 )
纳秒脉冲激光切削木材的理论与试验
杨春梅, 路遥, 马岩, 任长清, 白岩, 曹方迪
[目的]对微米纤维形成过程进行定性分析,本着节能降耗原则,提出纳秒激光加工法加工微米木纤维的切削理论;对微米纤维表面细胞壁进行爆裂试验,得出木材表面细胞壁等效切削力所消耗的功率。[方法]采用扫描电镜(SEM)法研究微米木纤维灼烧变形。通过激光加热和切削,沿着细胞裂解纹理对木材表面细胞内的组织液进行加热,细胞内的组织液随之气化,组织液瞬间气化使得细胞体积迅速膨胀,内部压力骤升,进而导致细胞壁爆裂,形成毛刺状的纤维丝,利用激光切割头沿木材纹理方向将木材切削成微纳米细丝。通过对纤维加工的功耗分析,将细胞学、超精加工理论、纤维学等一系列现代分析手段运用到木纤维的形成过程中,提出激光微米木纤维切削的概念和细胞裂解能力的计算方法。[结果]通过激光器对微米木纤维的切削,从微观角度得到了细胞壁切削过程中等效切削力和切削功率的公式。随着频率增加,对试件的灼烧程度依次增强,所产生的裂纹和沟槽更加密集和加深。所产生的绝对温升较大,试样产生滑移的沟槽面现象,绝对温升ΔT=∫0εfβσ)/(ρCm)dε。[结论]利用激光对微米木纤维的能量方程对微米木纤维的等效切削力和切削功率公式进行推导,阐明了微米木纤维灼烧过程中纤维受力情况和相应的参数关系,从而将激光切削微米木纤维研究上升到对细胞裂解能力的微观结构研究中,并通过对纤维产生和等效切削力变化的分析,提出了沿木材表面纵向激光加热的方式爆裂细胞壁的节能降耗观点。借助Drescher的精密理论,构建了微纳米木纤维的力学模型,并推导出细胞壁切削功率的理论计算公式。以水曲柳为示例进行木材表面细胞壁爆裂试验,对微米木纤维的加工细胞壁切削功率进行计算,可以加工出质量较高的微米级长丝木纤维,为我国微纳米木纤维的应用和推广奠定了理论基础。
2017 Vol. 53 (9): 151-156 [摘要] ( 10 ) [PDF 1020KB] ( 49 )
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