叶面喷施硫对镉污染土壤中水稻累积镉的机制研究

Cd（镉）污染稻田已成为影响全球农田土壤环境安全的重要问题,叶面喷施技术可以提高水稻对Cd的抗性,减少其对Cd的累积,保证农产品质量安全、维护土壤生态功能、防范环境和人体健康风险.通过两年四季的湖南省长沙县田间试验,探索叶面喷施S（以Na₂S计）在中轻度Cd污染稻田中的降镉、增产效果及其可推广性,进而设计水培试验,探究相关机制.结果表明:田间试验中,叶面喷施S可以将水稻产量提高6%~30%,水稻籽粒w（Cd）降低28%~50%.叶面喷施S能够增加水稻叶片的捕光能力和电子传递速率,与对照组相比,净光合速率提高2%~25%、气孔导度提高7%~25%、胞间CO₂浓度提高2%~10%、蒸腾速率提高1%~11%;实际光化学效率提升3%~21%,也可在一定程度上减缓光合系统结构和功能受到的损伤,同时提高光合作用碳同化的效率,提高水稻产量.傅里叶变换红外光谱图显示,叶面喷施S通过增强有机大分子类物质（如有机酸、多肽类等）的生成,可能直接与Cd发生螯合,区隔在细胞壁或者液泡上,降低Cd的侵害.研究显示,叶面喷施S在Cd胁迫水稻中积极参与生化过程的特定光合作用和蛋白质合成的调节,减轻了水稻Cd胁迫,可以尝试在同类型重金属污染农田土壤中推广.      

电磁环境胁迫对铜绿微囊藻氧化应激和光合固碳酶的影响作用研究

研究了3种典型电磁环境(射频电磁辐射(RF-EMF)、极低频电磁场(ELF-EMF)、交变电场(AEF))胁迫对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)细胞氧化应激(超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA))和光合固碳酶(核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)、果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(FBA))的影响作用.结果表明,短期和长期RF-EMF、ELF-EMF及AEF暴露胁迫铜绿微囊藻细胞,总体能极显著提高藻细胞的SOD活性(p0.01).铜绿微囊藻经RF-EMF、ELF-EMF及AEF短期暴露处理后,均极显著提高了藻细胞内MDA含量(p0.01);铜绿微囊藻经RFEMF、AEF长期暴露处理后,藻细胞内MDA含量极显著降低(p0.01).RF-EMF暴露处理铜绿微囊藻,总体能显著提高藻细胞Rubisco酶活性(p0.05).长期RF-EMF、AEF和ELF-EMF暴露下的铜绿微囊藻,总体表现出FBA酶活性极显著降低(p0.01).以上结果说明,RF-EMF、ELFEMF、AEF均能够诱导铜绿微囊藻发生氧化应激反应.而RF-EMF能够对铜绿微囊藻细胞参与光合作用的关键酶(Rubisco和FBA)产生一定的调控作用,表明射频电磁波能够在一定程度上影响铜绿微囊藻细胞的光合作用.     

流体自控振荡的机理及其对水环境维护的有益功能

从真实流体所具粘滞耗散特性出发,以数学解析法严谨地论证了淹没射流因沿程能量通量渐减,加以其动量通量沿程守恒,故其质量通量必然沿程递增,从而衍生出射流卷吸及附壁效应,于是,在专门设计的腔体中就会发生流控振荡现象.发生流控振荡的腔体的两个出口会交替地输出两股非共面动量通量射束并在其后形成顺流螺旋涡,在绕水平轴旋涡的流场中,重于水的沙粒将获得附加的悬浮功增量,而轻于水的气泡或藻菌团的上浮行动将受阻碍.前者会加大河流的挟沙能力,后者的影响将导致水藻所赖以滋长的光合能量锐减而枯萎,从而改善水质.     

桂江流域夏季水-气界面CO2脱气的空间变化及其影响因素

河流具有复杂的流域空间异质性,加之岩溶区河流富钙偏碱高溶解无机碳的特殊环境,使得河流水-气界面CO_2脱气出现显著的空间变化.为揭示岩溶区河流水-气界面CO_2脱气的空间变化特征及其影响因素,利用主要离子、物理化学参数、δ~(13)C_(DIC)等数据以及模型法和浮游箱法分析桂江流域水-气界面CO_2脱气特征.结果表明:(1)桂江流域水文地球化学表现出明显的空间变化特征,HCO_3~-、Ca~(2+)以及电导率、总溶解性固体(TDS)、SIc、p CO_2都表现出中游支流中游下游上游的相似的分布特征;(2)桂江流域在监测期间均表现出CO_2脱气,为大气CO_2的源,脱气通量平均值为237 mg·(m~2·h)~(-1),位于世界河流平均CO_2脱气通量范围内,但桂江流域CO_2脱气在不同的河段表现出明显的空间变化,中游支流和中游明显大于上游和下游;(3)桂江流域中游干流和支流CO_2脱气主要受到碳酸平衡系统的影响,但同时中游支流受到生物光合作用的影响.此外,上游CO_2脱气通量主要受到大气环境因素的影响,而下游CO_2脱气通量则受到诸多因素的共同影响.     

围隔实验中浒苔在不同营养盐条件下的生长比较

近年来浒苔在我国黄海海区大规模暴发,给沿海海区造成了严重的环境问题.为了探究营养盐对浒苔生长的影响,2012年5月在黄海海区进行了现场船基围隔实验.实验共设置12个围隔装置,9种不同的营养盐条件.实验发现,浒苔对营养盐有极强的吸收能力,生长能力很强,在营养盐适中时,相对生长率最高可达82%,即使在低营养盐条件下也会保持10%左右的生长速率.在磷酸盐含量适中时,高浓度的硝酸盐更能促进浒苔的生长;充足、连续的营养盐补充是浒苔绿潮暴发的物质基础.通过浒苔吸收的营养盐含量估算其光合作用产生有机物的质量,发现与浒苔湿重增加量有着良好的线性关系.     

假稻对铬的富集作用及其耐受能力研究

假稻属的李氏禾（Leersia hexandra）是中国境内发现的铬超富集植物。研究以其同属植物假稻（Leersiajapon ica）为材料,测定了假稻对铬（Cr^3＋）的富集能力及其在模拟铬污染的实验条件下的光合、生理和根系形态学指标。结果发现：（1）在0～40 mg·L^-1的Cr^3＋浓度范围内,假稻根茎和叶中铬的含量随铬质量浓度的提高而升高,在培养液中铬浓度为40 mg·L^-1时,根茎中铬含量高达2 292.00 mgLkg^-1,其生物富集系数为57.30;（2）浓度为10～40 mg·L^-1的Cr^3＋处理对假稻的叶绿素a和b含量、胞间CO2浓度（Ci）和气孔限制（LS）和净光合速率无明显影响;（3）叶片中脯氨酸含量变化趋势呈单峰型,在20 mg·L^-1的Cr^3＋时假稻叶片脯氨酸含量达到最高;（4）随着Cr^3＋浓度的升高,假稻根系的根尖数表现出升高的趋势,而根表面积（相对于对照组）也表现出增加的趋势。以上结果表明,假稻的根茎对Cr^3＋有很强的富集能力,且对Cr^3＋有较强的耐受性,这种耐受性有其光合生理和根系形态学上的基础,说明假稻在净化铬（Cr^3＋）污染的水体环境上很有应用前景。     

无机碳源对Chlorella sp. TCCC45058生长的影响

自然界中无机碳主要以CO2、HCO3-、CO32-三种形式存在,不同形式的无机碳源对微藻生长影响显著。实验结果显示,Chlorella sp.TCCC45058难以利用CO32-,却能够以CO2、HCO3-作为碳源,其最适浓度分别为12.83 mmol/L和16.51 mmol/L,实验中最高生物量达到0.95 g/L。CO32-浓度过高会显著抑制该藻的光合作用速率,而适当提高HCO3-浓度会使光合作用速率得到一定程度的提高,以CO2作碳源时该藻的光合作用速率最高,而且该速率不会因CO2浓度改变而发生明显变化。以CO32-为碳源时细胞叶绿素a含量很低,仅为9 mg/g;当HCO3-、CO2作碳源时无论浓度如何变化,细胞叶绿素a含量均无明显差异,约为14~17 mg/g。     

氮素影响陆地生态系统碳循环过程的模型表达方法

氮素是植物生长所必需的重要营养元素。人类活动引起的大气氮沉降增加对陆地生态系统碳循环过程具有重要影响。准确地定量表达氮素对陆地生态系统碳循环过程的影响是预测未来全球碳循环变化的关键环节。论文系统地归纳总结了国内外多个知名生物地球化学模型中氮素影响光合作用、呼吸作用、同化物分配等碳循环过程的数学表达方法,分析了不同碳循环过程中模型表达方法的不确定性及其原因。指出未来模型的发展需在加强机理研究的基础上,发展能反映氮饱和现象、能显式表达氮素与光合速率关系的光合作用过程算法,发展能显式表达氮素与植物体根、茎和叶呼吸速率关系的维持呼吸算法以及发展显式表达氮素对同化物分配过程影响的动态同化物分配方案。指出当今大部分主流模型在模拟氮素对光合作用影响时没有考虑氮饱和现象,因此利用模型预测未来陆地生态系统对氮素增加的响应时可能会高估氮沉降对光合速率的影响。研究综述可为准确评价陆地生态系统碳氮相互作用和发展碳氮耦合模型提供参考。     

Differential effects of UV-B radiation fluence rates on growth,photosynthesis, and phosphate metabolism in two cyanobacteria under copper toxicity

This work was undertaken to ascertain the impact of different fluence rates of ultraviolet-B (UV-B) radiation on two cyanobacterial biofertilizers, Phormidium foveolarum and Nostoc muscorum, growing under copper toxicity. Copper (2 and 5?µmol?L^?1) and high UV-B fluence rate (UV-B_H; 1.0?µmol?m^?2?s^?1) decreased the growth, pigment content, photosynthetic oxygen yield, phosphate uptake, and acid phosphatase activity in both the strains analyzed after 24 and 72?h of experiments, and combined exposure further enhanced the toxic effects. Respiration and alkaline phosphatase activities were stimulated appreciably. The damaging effect was shown on the order on pigments: phycocyanin?>?chlorophyll a?>?carotenoids, and on photosystems: whole chain photosynthetic reaction?>?photosystem II?>?photosystem I. Partial recovery in the photosystem II activity in the presence of artificial electron donors; diphenyl carbazide (DPC), hydroxylamine (NH₂OH), and manganese chloride (MnCl₂) pointed out the interruption of electron flow on the oxidation side of photosystem II. Unlike UV-B_H, low UV-B fluence rate (UV-B_L; 0.1?µmol?m^?2?s^?1), rather than causing damaging effect partially, alleviated the toxic effects of Cu. This study suggests that the cyanobacterium P. foveolarum is less sensitive against UV-B_H and excess Cu (2 and 5?µmol?L^?1), thus P. foveolarum may be used as a biofertilizer for sustainable agriculture.