微藻利用不同无机碳途径的定量方法

以莱茵衣藻和蛋白核小球藻为实验材料,通过向培养液中添加两种标记δ¹³C的碳酸氢钠来培养微藻。根据获得的微藻藻体的稳定碳同位素组成,运用双同位素示踪模型,成功计算出了微藻利用不同碳源的份额。并通过添加胞外碳酸酐酶特异性抑制剂(AZ),进一步获得了微藻利用不同无机碳途径的份额。本研究建立的双同位素示踪模型是一种快速定量碳源利用途径的实用方法。     

微藻利用不同无机碳途径的定量方法

以莱茵衣藻和蛋白核小球藻为实验材料,通过向培养液中添加两种标记δ13 C的碳酸氢钠来培养微藻。根据获得的微藻藻体的稳定碳同位素组成,运用双同位素示踪模型,成功计算出了微藻利用不同碳源的份额。并通过添加胞外碳酸酐酶特异性抑制剂(AZ),进一步获得了微藻利用不同无机碳途径的份额。本研究建立的双同位素示踪模型是一种快速定量碳源利用途径的实用方法。     

模拟干旱胁迫对诸葛菜无机碳利用的影响

为研究喀斯特适生植物的碳酸酐酶应对岩溶干旱机制,本实验以诸葛菜为研究对象,以聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)浓度为控制因子,已知δ13 C值的NaHCO3为无机碳源模拟喀斯特干旱逆境,测定分析不同浓度PEG下诸葛菜叶片的碳酸酐酶活力、稳定碳同位素组成、净光合速率和叶绿素荧光等指标。结果表明,诸葛菜的碳酸酐酶活力在PEG胁迫浓度低于40g·L-1时显著性增高;碳酸氢根离子利用份额随PEG浓度变化不同,10g·L-1时利用份额最多,20g·L-1时诸葛菜的碳酸氢根离子利用份额与对照相比无显著性差异;净光合速率随着PEG浓度的增加而下降,且下降趋势成非线性关系;PEG浓度低于40g·L-1时,荧光参数显示光合系统未受到损坏。适当的渗透逆境胁迫下,诸葛菜表现出高碳酸酐酶活力应对逆境。诸葛菜可凭借碳酸酐酶作用交替利用碳酸氢根离子和大气中的二氧化碳,补充诸葛菜因渗透胁迫造成的水分和二氧化碳的不足,保护光合系统,减缓净光合速率的下降。     

胞外碳酸酐酶对湖泊微藻稳定碳同位素组成的影响

本文以红枫湖、百花湖和阿哈水库中的微藻为研究对象,通过测定湖水中的DIC含量,微藻胞外碳酸酐酶活力和藻体的稳定碳同位素组成等信息,来研究湖泊微藻的碳同位素组成对全球气候变化的响应。结果发现:水体无机碳和微藻胞外碳酸酐酶活力是影响湖泊微藻稳定碳同位素组成变化的决定性因素。本研究所获得的认识将在全球气候变化方面具有重要意义。     

乌江梯级筑坝对河流碳酸氢根的影响机制

梯级筑坝显著改变了河流碳的生物地球化学循环。为了了解梯级筑坝对河流HCO_3~-的影响,本文对乌江中上游梯级水库的HCO_3~-浓度、溶解无机碳同位素(δ~(13)CDIC)及相关的环境参数进行了长时间跨度的分析。乌江中上游梯级水库-河流体系HCO_3~-浓度为1 42154～3 38752μmol/L,平均值为2 36321μmol/L;δ~(13)CDIC为-1066‰～-452‰,平均值为-854‰;梯级筑坝导致河流具有下游HCO_3~-浓度升高的变化趋势。河流筑坝发电,易形成峡谷型深水水库。碳同位素证据和相关性分析表明,上层的光合作用和下层的呼吸作用成为控制发电水库碳循环的主要因素。这导致HCO_3~-浓度在水库剖面上呈现出由上层至下层逐渐增高的变化规律,再加上水库底层泄水的发电方式,最终导致梯级筑坝河流下游HCO_3~-浓度逐渐升高。本研究将加深梯级筑坝对河流碳循环影响机理的理解。     

渗透胁迫下两种生物质能源植物的抗渗透胁迫能力及稳定碳同位素组成

本研究以麻疯树(Jatropha curcas L.)和油桐(Vernicia fordii H.)幼苗为材料,考察了麻疯树和油桐幼苗的生理指标和稳定碳同位素组成对渗透胁迫的响应情况。结果表明,麻疯树比油桐更具有抗渗透胁迫能力,主要体现在:随着渗透胁迫程度的加剧,麻疯树叶片相对含水量与叶绿素含量的下降幅度均小于油桐,脯氨酸含量和可溶性糖含量的增加幅度高于油桐,相对电导率的上升幅度小于油桐;随着渗透胁迫程度的加剧,两种植物幼苗叶片的δ13 C值也都显著升高,但是在同一渗透胁迫水平下,麻疯树幼苗叶片的δ13 C值较油桐高,表明其拥有较高的水分利用效率,能够在干旱胁迫下更好地生长,暗示着植物叶片的δ13 C值在一定情况下可以表征植物的抗旱性。     

喀斯特地区土壤有机质的稳定碳同位素地球化学特征

以喀斯特地区二种主要的土壤类型石灰土和黄壤为例,对三种植被类型下土壤及土壤不同粒径组分中有机质的稳定碳同位素组成(δ13C值)进行了分析,结果显示:石灰土剖面中土壤有机碳含量均大于1.0%,最大值为表层土的7.1%,而三个黄壤剖面中土壤有机碳含量在0.3%～4.6%之间;石灰土剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围仅为-24.1‰～-23.0‰,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较小;而黄壤剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围较大,在-24.5‰～-21.1‰之间,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较大。对比研究表明,不同土壤类型中有机质的深度分布特征具有显著差异,土壤有机质的稳定碳同位素地球化学具有明显的区域性特征。     

桂江主要离子及溶解无机碳的生物地球化学过程

河流水体的化学组成记录了流域内各种自然过程与人类活动的信息.对西江一级支流桂江化学径流的分析结果表明,桂江水体的离子组成主要受碳酸盐岩化学风化过程的控制,CO2是这一过程的主要侵蚀介质;H2SO4对碳酸盐岩的风化影响桂江河水的化学组成.大气沉降、人类活动、碳酸盐岩和硅酸盐岩化学风化对桂江水体贡献的溶解物质分别占总溶解物质的2.7%、6.3%、72.8%和18.2%.河流溶解无机碳(DIC)的稳定同位素组成(δ13CDIC)揭示桂江河水中的DIC明显被浮游植物的光合作用所利用.浮游植物初级生产力对桂江颗粒有机碳(POC)的贡献达22.3%~30.9%,这表明岩石风化来源的DIC经浮游植物的光合作用转化为有机碳,并在迁移过程中部分沉积水体底部,进而形成埋藏有机碳.     

西南喀斯特流域土地利用对河流溶解无机碳及其同位素的影响

河流溶解无机碳(DIC)作为流域碳循环的重要部分一直备受关注,其稳定同位素(δ13CDIC)能够反映DIC来源和转化过程,而其受土地利用变化的影响的研究还较为缺乏.为了研究喀斯特河流水体DIC和δ13CDIC的影响因素,在典型喀斯特流域赤水河进行了河水样品采集与分析.赤水河流域上游主要分布碳酸盐岩而下游分布硅酸盐岩,且...     

利用δ18O信息分析冬小麦对浅埋深地下水的利用

黄河下游引黄灌区地下水埋深通常较浅,冬小麦生长季存在对地下水的利用,论文应用稳定同位素方法研究冬小麦对地下水的利用特征。在中国科学院禹城综合试验站开展实验,通过分析不同灌溉处理条件下土壤水和植物茎水δ¹⁸O值之间的关系,应用同位素线性混合模型估算了冬小麦不同生育期对地下水的利用比例。研究结果表明,水的¹⁸O信息能很好地揭示冬小麦对不同层次土壤水的利用特征,雨养处理,40%田间持水量处理和现行灌溉制度处理下冬小麦在返青后对地下水的利用分别占其总耗水量的28%,22%和4%左右。研究结果显示适度的灌溉有利于促进作物对不同层次土壤水分的稳定利用,而现行的大田灌溉方式则抑制了作物对地下水资源的利用。     

碳酸酐酶及其矿化捕获CO2研究

自然条件下CO₂水化速率十分缓慢,而CA(carbonic anhydrase,碳酸酐酶)作为一种以锌为活性中心的球状金属酶,可逆催化CO₂生成碳酸氢盐的水合反应,同时能加速该进程的反应速率,并且产物碳酸氢盐和氢根离子无毒害作用,是未来解决环境中CO₂吸收、贮存的可行技术. 但现阶段CA的大规模工业化生产和应用仍有诸多难点亟待解决:CA在使用时稳定性和活性均较低,易受到多种环境因素(如温度、pH、其他溶剂等)的影响;没有合适的含CA的生物载体;工业生产酶成本高昂且固载困难等. 这些问题也是目前CA研究的热点领域. 研究表明,常用的载体材料包括壳聚糖、无机纳米微粒、多孔材料、聚氨酯泡沫等, 这些材料各有优点,并且都能与CA较好地结合,固载CA的活性及稳定性也都不同程度的优于游离态CA,其中CA固载于无孔二氧化硅纳米颗粒上的热稳定性较好. 常用的结合方法有共价结合、吸附结合和交联结合,其中共价结合可以解决CA重复使用时的解吸和漏出问题. 对CA捕获CO₂实际应用中的诸多问题也正在积极解决:①混合气温度过高时,筛选热稳定性较高的菌种,或直接编码表达这类CA,亦或将CA与其他溶解CO₂能力强的溶剂(如胺液、MEA、MEDA等)配合使用;②针对液态膜易挥发的缺点,可以增加聚砜类增湿器;③对于捕获过程中HCO₃-不断增多的问题,可以加入Ca(OH)₂中和或是用离子置换装置去除.      

基于碳同位素组成的大气NMHCs光化学寿命研究

利用热解析-气相色谱-同位素质谱联用仪测定了兰州市冬季和夏季昼夜大气非甲烷烃(NMHCs)的稳定碳同位素组成.结果表明,兰州市冬季大气NMHCs的δ13C值为-30.5‰～-24.3‰,夏季为-31.9‰～-24.2%,受燃煤烟气排放的影响,冬季大气NMHCs的δ13C值明显大于夏季;冬季大气NMHCs的δ13C值夜晚大于白天,夏季不同时间点C4、C5化合物的同位素值相差不大,正己烷和正庚烷的δ13C值白天比夜晚要高.利用"碳氢化合物同位素时钟"计算出正己烷和1-丁烯在兰州市夏季大气中的平均光化学寿命分别约为6d和25min.     

固定化碳酸酐酶的特性及催化吸收CO_2的实验研究

采用海藻酸钠包埋和戊二醛交联法固定碳酸酐酶,比较游离酶和固定化酶的酶学性质,并用固定化酶催化吸收CO2.实验结果表明:固定化酶的酶活力回收率是56.3%;最适反应温度为30℃,最适p H为7,在T=30~40℃和p H=6~10区间有稳定和很高的相对酶活力;固定化酶在60℃温浴1 h后,能保持39.8%的相对酶活力,而游离酶已经基本完全失去活性,固定化酶在p H=5.0~11.0范围内p H稳定性显著;固定化酶在T=30℃下催化吸收CO2效果显著,10%的反应时间完成了80.2%的催化反应,催化吸收CO2的量是空白试验的4.2×103倍,SEM显示反应后的固定化酶表面出现大量形状不规则的小孔,空隙结构变得发达;固定化酶具有良好的储存稳定性和操作稳定性.     

安图红松树轮稳定δ~(13)C、δ~(18)O序列记录的气候变化信息

测定了安图红松树轮稳定碳、氧同位素组成。选取与安图县毗邻的敦化市气象记录 ,分析了气象记录与树轮稳定碳、氧同位素的相关关系 ,发现红松树轮碳、氧同位素对气候变化均有显著的响应。合成了复合温湿指标 (TH) ,相关分析表明树轮碳、氧同位素对复合温湿指标的响应更加灵敏 ,而且碳同位素和氧同位素均对 5～ 8月的平均复合温湿指标有显著的响应。建立了碳、氧同位素对气候因子的响应函数 ,重建了安图地区近 2 0 0年来的气候变化。功率谱分析发现碳、氧同位素组成在 95 %的置信水平上存有准 2 0 0年、准 11年、准 4年和准 2年的变化周期。前两个周期变化基本上与太阳活动周期变化一致 ,后两个周期分别对应于“厄尔尼诺现象”和东亚夏季风的“准 2年振荡”。     

黔中木本植物叶功能性状对退化喀斯特土壤特性的响应

研究不同退化背景下优势木本植物功能性状的适应机制,有助于从功能生态学的角度来解释喀斯特山区的群落演替过程。本研究以贵州普定不同退化背景样地优势木本为研究对象,测定LT、LA、SLA、LDMC、LTD、Chlc6个叶片功能性状指标,分析土壤特性对区域内植被叶片功能性状的作用及影响,揭示喀斯特山区植物对不同环境的适应策略及其演替过程。结果表明:①喀斯特区退化环境下植被叶片向增大化趋势发展,以退耕地经济林最显著;火烧、火烧砍伐、退耕下植被性状差异显著,以LA、LTD、SLA变化范围最大,在相应样地可分别高达121.9%、118.08%、86.00%。②退化样地内叶片性状在乔木、灌木和藤本物种间差异显著,总体上灌木与藤本物种种间变异高于乔木物种,群落处于演替前中期阶段。③不同退化背景下土壤特性差异较大,与植被叶功能性状间具有显著相关性,其中土层深度、土壤养分与土壤含水率是植被叶功能性状的关键土壤特性因子。④退化区域植被叶性状表现出LA大、LT较小、SLA和LTD低、LDMC高、Chlc较低,趋向于发展贫瘠干旱性状组合。揭示了黔中退化喀斯特次生林内在差异性的演替规律,为喀斯特次生林的管理和生物多样性保护提供科学依据。     

喀斯特植物的生境利用

本文以贵州荔波茂兰喀斯特区植物为研究对象,调查植物对各种小生境的利用状况,同时调查各种生境类型的小气候特征,包括大气温度,光照强度和大气相对湿度等,从以上角度探讨喀斯特区植物对各种生境类型的利用率。结果表明,该研究区土面石面生境绝对面积较大,所以土面石面生境是本研究区植物利用的主要生境。若以各生境中单位面积的平均株数而言,即从株密度角度而言,植物对生境的利用率为:石缝>土面>石面>石沟。