中国三种野生稻的遗传变异与保护生物学研究

稻属(OryzaL．)隶属禾本科(Poaceae)之稻族(OryzeaeDUmort.)，广布于全球热带与亚热带地区。目前认为该属约含20个野生种和2个栽培种，中国产4个种。亚洲栽培稻(O. sativaL．)是世界上最重要的粮食作物之一，而在中国则为第一粮食作物。在稻种基因库中，发掘野生稻中丰富的遗传多样性是解决当今人口与粮食矛盾的必由之路。因此，保护野生稻的遗传多样性举世瞩目。针对热带与亚热带地区的环境恶化而导致野生稻居群的大量绝灭与急剧萎缩的状况，制订有效的策略，最大限度地保护野生稻的遗传多样性已迫在眉睫。然而，目前对野生稻种内遗传多样性的知识十分贫乏，缺乏制订保护策略的科学基础。这一问题在中国尤为突出。本文基于1994-1995年对中国三种野生稻濒危状况的调查结果，利用等位酶分析对普通野生稻26个居群，药用野生稻8个居群和疣粒野生稻l7个居群进行了遗传多样性的研究，并重点对目前育种价值最大而濒危程度最高的普通野生稻从五个方面作了进一步的探讨。最后根据遗传多样性的研究结果讨论了它们的濒危原因，并提出了初步的保护策略。主要结果如下： 一．普通野生稻D．rufipogon Griff. 在中国的三种野生稻中，普通野生稻的遗传多样性水平最高(A=1.33，P= 0.227，Ho=0.033和He=_0.068)，遗传分化水平较低(Fst=0,310)。广西与广东的居群较其它地区的居群具有较丰富的遗传变异。因此，华南可能是中国普通野生稻的遗传多样性中心;云南现存的所有三个居群的遗传多样性水平偏低(A=1.10.p=0.148，Ho=0.007和He=0.079)，与该地区栽培稻丰富的遗传多样性形成鲜明对照，普通野生稻居群间的遗传一致度与地理距离无明显相关。 1．通过14个中央居群与5个边缘居群的对比研究表明了边缘居群的遗传结构明显不同于中央居群：其遗传多样性水平与遗传分化均低予中央居群，杂合子比中央居群更为不足。而且，从中央居群到边缘居群，位点的多态性逐渐丧失，遗传多样性水平递减，一些多态位点的等位基因频率逐渐地发生变化。 2. 通过7个受栽培稻基因渗入的居群与5个隔离较好居群的对比研究表明，被渗入居群虽然在形态上表现出复杂的变异式样，但遗传多样性水平并无相应的增高。栽培稻基因流对野生居群遗传结构的影响可能主要是遗传同化，即阻止其居群内与居群间的遗传分化。 3. 通过对2个低纬度居群与2个北缘居群两个生活史阶段的遗传多样性研究表明繁育系统是影响普通野生稻居群遗传结构的因素之一。在低纬度居群中种子阶段的遗传变异高于植株阶段，在高纬度居群中则相反。 4．通过对北缘居群(江西东乡)1980年，1985年和1994年的居群遗传结构的研究，发现该居群的遗传结构逐渐在发生变化，表现为遗传多样性水平不断下降，居群越来越偏移哈迪一温伯格平衡和杂合子变得越来越缺乏。 5．通过对一个典型的普通野生稻居群（元江居群）的居群内遗传结构的研究，表明遗传变异在3个亚居群间分布不均衡，基因型里聚集分布，使得亚居群间有一定的遗传分化。导致其居群遗传结构的亚划分的主要原因可能是有限的基因流(Nm=0.964

海南岛长昌盆地始新世孢粉植物群及其古植被和古气候研究

植物作为气候环境变化的敏感指示物，能够提供许多有价值的气候环境变化信息，通过保存在地层中的植物化石和孢粉研究第三纪气候和环境变化已成为当今国际上的重要研究领域。 近年来，随着许多定量化的古气候分析方法(如：叶相分析法、树木年轮气候学法、共存分析法和特有种气候分析法）的不断出现，研究精度愈来愈高，已从定性描述过渡到定量化重建的阶段。 在本研究论文中，我们利用德国科学家Mosbrugger和Utescher在1997年倡导的共存分析法对海南岛长昌盆地始新世气候进行定量研究，并对盆地当时的古植被进行了重建。 长昌盆地始新世孢粉植物群以被子植物花粉占绝对优势(94.5%)，主要以壳斗科个体极小的三沟、三孔沟花粉为主(88.9%)，其他热带一亚热带分子有枫粉、山矾粉、棕榈粉和桃金娘粉等;裸子植物花粉含量较低(<3%)，以松粉为主，铁杉粉、杉粉和麻黄粉零星出现;蕨类植物孢子含量低(<2.7%)。孢粉组合表明始新世时盆地中央的平原或丘陵地带生长着亚热带常绿落叶阔叶林，在盆地周围的山地生长着温带常绿落叶阔叶林和针叶林植被。 通过共存分析获得的长昌盆地始新世气候参数如下：年均温为14.2 - 19.4oC;最热月均温为24.1-29.1 0C;最冷月均温为1.7-8.6 0C;年较差为18.6-24.6oC;年均降雨量为797.5 -1113.3 mm;最大月降雨量为141.5 -268.1 mm;最小月降雨量为8.9- 14.1 mm。 我们将长昌盆地始新世孢粉植物群和古气候与吉林珲春始新世孢粉植物群和古气候进行比较，结果表明始新世时两地虽然相距23个纬度，但南北气候差异不大，均比较温暖湿润。其可能原因是：一方面，当时我国位于欧亚大陆的东南缘，受大气环流和洋流的影响比较均一;另一方面，始新世时青藏高原抬升并不剧烈，我国大部分地区的地势较为平缓，地面大气层的密度比较均匀，气温保持匀和状态。

葛属(豆科)的分类学修订

本论文对葛属（Pueraria DC.）进行了形态学、解剖学及植物地理学研究，重点分析了小叶、托叶、花序及花的形态变异规律。首次发现葛属生长习性和种皮纹饰特征在组的划分上具有重要的分类学意义，支持前人运用托叶着生方式、花序类型及每节簇生花的数目等特征划分组的观点。首次在光学显微镜下对葛属植物14种1变种叶表皮性状做了较为全面、深入的观察，发现葛属叶表皮细胞的形状、垂周壁的式样以及气孔大小有一定分类学意义，为葛属的分类修订提供了新资料。首次应用电子扫描显微镜观察了葛属10种1变种和2个外类群广西土黄芪Nogra guangxiensis C. F. Wei和琼豆Teyleria koordersii (Backer ex Koord.-Schum.) Backer的种皮纹饰特征，发现葛属的种皮纹饰有网纹型、断棱型、复网纹型和锐棱型等4种类型，他们与托叶的着生方式具有一定的关联性。托叶背着的类群为网纹型，其中采自中国和越南不同居群的山野葛Pueraria montana (Lour.) Merr.种皮次级纹饰有差别，这显示山野葛分化比较活跃。托叶基着的三裂叶野葛P. phaseoloides (Roxb.) Benth.、大花三裂叶野葛P. phaseoloides (Roxb.) Benth. var. javanica (Benth.) Baker、苦葛P. peduncularis (Graham ex Benth.) Benth.以及云南野葛P. yunnanensis Franch.的种皮纹饰为断棱形，小花野葛P. stricta Kurz种皮纹饰为复网纹型，喜玛拉雅葛藤P. wallichii DC.种皮纹饰为锐棱型。依据种皮纹饰推断，喜玛拉雅葛藤最原始，黄毛葛藤P. calycina Franch.最进化，与形态学特征演化方向相吻合。广西土黄芪种皮纹饰为网纹型，琼豆种皮纹饰为复网纹型，表明它们与葛属亲缘关系较近。这与形态学和分子证据相吻合。本文首次运用广义线形模型（GLM）结合地理信息系统（GIS）对葛属现有地理分布、潜在分布及50年后潜在分布进行了分析。所预测的潜在分布范围与观察到的地理分布范围一致，说明对特化的气候忍耐性是限制葛属物种地理分布的主要因素。温度、降水和海拔高度对葛属地理分布限制作用比较大。未来潜在分布预测显示葛属有向南、北扩散的趋势。 作者在研究了四千余份腊叶标本及野外形态考察的基础上，结合叶表皮及种皮纹饰资料，确认葛属分为3组，共19种3变种。其中，对Sect. Breviramulae Maesen ex Z. F. Le & X. Y. Zhu进行了合格发表，运用形态学、解剖学及种皮纹饰资料恢复了云南野葛种的地位，并为其指定了后选模式，P. pulcherrima (Koord.-Schum.) Merr. ex Koord.-Schum.正确的学名为P. sericans Schum.，对4个名称进行了归并。本文还给出了组和种的检索表、葛属各个种的形态描述、地理分布图及模式标本照片。

柏科植物雌球果发育的研究

在裸子植物系统学研究中，雌球果的形态与结构是最重要的性状之一。山于不同学者对裸子植物雌性生殖构造的形态学本质有着不同的见解，从而导致对该类群植物系统发育研究结果的差异。柏科在裸子植物中是唯一一个广布于南北两半球的科，前人对该科雌球果发育的研究涉及很少，为了进一步了解柏科植物雌球果的形态学本质，并为裸子植物传粉生物学和系统学的研究提供重要资料，本文选取了分布于北半球柏科中的7个属14个种，应用扫描电镜、半薄切片、石蜡切片及整体透明等方法，对其雌球果各部分的形态发生与发育过程作了详尽的研究，同时对传粉前后雌球果中的维管系统作了深入的分析。主要结果归纳如下： 1)雌球花苞片的形态、结构和排列方式等与叶相似;但传粉后，随着苞片基部的居间生长，其形态结构变得多样化： 2)在柏科了个属中，均未观察到种鳞发育，成熟球果的苞鳞得到充分发育; 3)各苞片腋内的胚珠发育过程，几乎是同时发育或呈向顶发育过程; 4)在圆柏属和柏木属球果顶端的苞片腋内也有胚珠发育，其它各属雌球花顶端的1-2对苞片腋内均没有胚珠发育; 5)在柏木属中，每一苞片腋内形成的胚珠数目较多，一般排成2-3行，同～苞片腋内的胚珠呈向基发育，同一行胚珠为离心发育; 6)圆柏属的雌球果发育呈现多种式样，其中包括由数枚侧生胚珠过渡到一枚顶生胚珠等情况; 7)柏科植物雌球花的维管系统在传粉前较为简单，即在苞片内仅具单一的维管束延伸到顶端，与营养芽相似。传粉后随着苞片基部的居间生长，其维管系统也随之复杂化。主要是在苞鳞内有新的维管束形成，一般是在苞鳞中间维管束的两侧各发出一束维管束，这两束维管束由球果轴发出的位置略高于中间一束，并在苞鳞基部迅速分枝，形成不同的排列式样。 成熟球果维管系统的排列方式与球果和苞鳞的形态有关，通常可分为三类：(1)具球形球果的种类，包括圆柏属、扁柏属、柏木属和福建柏属，其苞鳞内辐射状分枝的维管束形成两组，即～个具有木质部倒转的近轴系列和一个维管束J下常排列的远轴系列;(2)在苞鳞中只形成一组倒转的维管束，如侧柏属和翠柏属：(3)崖柏属雌球果的苞鳞中没有倒转的维管束形成。 观察结果表明：柏科植物雌球果均为复轴性构造，其球果中胚珠着生在球果轴上是由于苞片腋内种鳞退化的结果，因而不支持柏科植物雌球果的种鳞与苞鳞完全合生的观点。 通过对柏科植物雌球果发育的研究结果，也为探讨松杉类植物雌球果的演化趋势提供了重要线索。长期以来，众多研究者均认为，松杉类植物雌球果的演化趋势是种鳞和苞鳞逐渐合并的过程，但从柏科植物雌球果苞鳞腋内种鳞退化现象的发现表明，松杉类植物雌球果的演化趋势可能是一种种鳞逐渐退化的过程。柏科的种鳞已完全退化，而苞鳞则相对发育。 依据雌球果发育中胚珠发育顺序及苞鳞数目等特征，认为福建柏属最原始，而圆柏属则较为进化，其它各属则介于上述两属之间。 江泽平和王豁然(1997)提出，柏木亚科和澳洲柏亚科的主要区别在于球果可育苞鳞的着生位置，如前者球果顶部苞鳞没有胚珠发育，而后者则是球果顶部苞鳞腋内有胚珠发育。这一观点显然与柏木属和圆柏属的多数雌球果顶部的苞鳞腋内有种子产生的情况不相符合。 依据本文的研究的结果及前人对柏科和相近类群的研究资料，赞同保留独立的柏科和杉科;另外，以往侧柏曾被置于崖柏属中，但依据其雌球果苞鳞中有倒转的维管束发育，崖柏属的崖柏和北美香柏雌球果的苞鳞中均无倒转的维管束发育，我们支持其独立为侧柏属。

外源草酸对采后果实的保鲜效应及其生理机理研究

本文以桃(Prunus persica L. cv. Bayuecui.)栽培种‘八月脆’和芒果（Mangifera indica L.）栽培种‘圣心’为材料，研究外源草酸对采后果实的生理生化效应及其作用机理，为果实贮藏保鲜提供新方法。采后桃果实用1、5 mM的草酸溶液浸果10 min，以浸水10 min为对照，然后在常温下贮藏，测定果实在贮藏期间对草酸处理的一些生理生化反应。芒果经采后杀菌剂（post- P）、采后草酸（post-OA）、采前＋采后草酸（pre-OA + post-OA）、采前Ca ＋ 采后草酸处理（pre-Ca + post-OA）处理，以采后浸水为对照，然后分别将果实在常温(25 C)、低温（14 C）和控制性气调（3% CO2 + 2% O2 ，14 ± 1 C）下贮藏，测定草酸处理对芒果的成熟进程、病情发展及其相关生理指标的影响。研究结果表明如下： 1．与对照相比，草酸处理的桃果实在贮藏期间果实的电解质渗漏量和呼吸速率降低、果实硬度高、果实的抗氧化酶（超氧化物岐化酶、SOD;过氧化物酶，POD;过氧化氢酶、CAT;抗坏血酸过氧化物酶、APX）和多酚氧化酶（PPO）活性提高、脂氧合酶（LOX）活性降低。同时，在贮藏后期，果实的活性氧自由基（ROS）产量（超氧阴离子、O2.;过氧化氢、H2O2)和丙二醛（MDA）含量降低。草酸的这些生理效应有利于保持膜的完整性和延缓桃果实的成熟;草酸诱导POD、SOD、PPO活性可能有助于提高采后果实的抗病性。 2．外源5、10 mM浓度的草酸（pH值中和或不中和）对芒果炭疽病原菌（Colletotrichum gloeosporioides）孢子萌发和菌丝生长均表现出显著的抑制作用。这种作用不仅与草酸降低培养基（PDA）的pH值相关，而且与草酸独特的化学特性相关。 3．在常温、低温和控制性气调贮藏下，采后草酸、采前 + 采后草酸、采前Ca + 采后草酸处理均能有效减缓芒果果实的软化速率，延缓芒果的成熟进程，降低芒果的病情指数，同时改善芒果成熟时的表皮着色，对果实完全后熟时的可溶性固形物（SSC）、可滴定酸（TA）含量、果肉口感均没有产生负面的影响。 4．草酸处理增强芒果细胞膜的稳定性，诱导提高芒果抗氧化酶活性，特别是提高果皮SOD、APX活性，降低LOX活性，以及降低果皮O2.、H2O2 和果肉H2O2含量，抑制采后果实的乙烯生物合成。这些生理生化效应与延缓芒果的成熟衰老和提高果实的抗病性相关。 5． 采后草酸、采前 + 采后草酸和采前Ca + 采后草酸处理表现出高效低廉、无毒无副作用、易操作等优点，是芒果采后贮藏保鲜的可供选、具有实际应用前景的新方法。

开垦和放牧对内蒙古草原土壤碳库和温室气体通量的影响

本文采用野外观测和室内测定相结合的方法，研究了内蒙古草原两种主要的土地利用方式（开垦和放牧）对土壤碳库和温室气体通量的影响，结果如下： 1．内蒙古草甸草原开垦后30年后，与天然草原相比，在休闲年份0～20 cm土壤有机碳和土壤微生物量碳含量均没有显著下降，但开垦导致土壤易分解碳下降了24%。土壤易氧化碳受季节性水热因子的驱动，表现出明显的季节变化动态。因此，土壤易分解碳的较土壤碳库的其他组分对开垦更敏感，是表征土壤管理措施引起有机质变化的一个重要指标。 草原开垦后，土壤-植物系统氧化大气甲烷的能力明显提高，农田和天然草原CH4平均吸收通量分别是48.9 和 29.0 μg C m-2 h-1，开垦后增加了1.7倍。开垦没有改变CH4吸收通量 “夏季高秋季低” 的季节变化规律（由降水决定）;开垦使N2O的平均释放通量增加了47%，农田和天然草原N2O平均吸收通量分别是56.6 和 38.6 ugN m-2 h-1;开垦同时也增大了通量的变异幅度;但没有改变N2O季节变化规律，只是出现高峰的时间较天然草原推后约10天左右。 2．开垦后的农田土壤在模拟添加厩肥后，刺激了土壤微生物的呼吸代谢，使CO2的释放量增加了5-7倍。试验期间总体排放的CO2中，约60%来源于羊粪，40% 来源于土壤。两种土壤即羊草顶级草原土壤（高碳高氮）和冷蒿－小禾草退化草原土壤（低碳低氮），在CO2的释放总量和释放比例上都没有显著性差异。添加厩肥均造成两种土壤碳库的净碳损失，并且退化草原土壤（7.0%）的土壤净碳损失要大于羊草草原（2.6%）。说明与开垦后的高C土壤相比，在已经退化草原的低C土壤上施厩肥将趋向于土壤更大的净碳损失。 3．自由放牧22年后，羊草草原0～10 cm土壤有机碳、微生物量碳和易分解碳分别下降了14.1%、27.9%和22.0%;大针茅草原0～5 cm土壤有机碳和微生物量碳分别下降了27.6%和38.2%。两类草原土壤碳组分的季节变化受水热因子的驱动，大针茅草原季节波动出现高峰的时间较羊草草原迟。土壤微生物量碳在表征羊草草原和大针茅草原土壤碳素的动态变化时，要敏感于土壤总有机碳。放牧对冷蒿-小禾草草原土壤各碳素组分影响不明显。在表征放牧对冷蒿-小禾草草原土壤的影响指示上，MB-C/ Org-C和Lab-C/ Org-C要比MB-C和Lab-C更加敏感。这说明在研究放牧对草原土壤碳库影响时，不同的草原类型应使用不同的指标来表征其变化。 内蒙古羊草草原是大气CH4的汇，自由放牧增加土壤对CH4的吸收。CH4平均吸收通量增加了27%，但CH4吸收的季节变化形式没有改变;放牧使。自由放牧还增大了N2O的排放通量，将原来N2O源、汇的双重功能改变为单一的源功能;放牧使N2O平均释放通量增加了1倍;放牧显著增加了羊草草原向大气排放CO2的量（p<0.05），并且年度排放量范围也有所增大。 4．草原羊尿斑土壤的pH和NH4+浓度在施后显著升高，但土壤微生物C和N没有明显变化，尿斑N素会发生大量的流失。粪斑和厩肥斑中各有46%和27%的N素分解后转移到植物中。羊草种群斑块上粪尿斑引起CO2和N2O通量的变化，要大于星毛委陵菜种群斑块。与植被类型的影响相比，羊粪尿斑尤其是尿斑对温室气体通量的影响更大。尿斑既降低了土壤对CH4的吸收，又增加了CO2和N2O的释放，使粪尿斑上相当于CO2的净排放量比对照土壤增加了15%。 在内蒙古草原中等放牧条件下，家畜粪尿斑在放牧草地上的覆盖面积约只有2%，与未被家畜排泄物覆盖的草原土壤 相比，粪尿斑对内蒙古草原温室气体总体收支产生的影响可以忽略不计。因此内蒙古草原地区温室气体减排措施的重点，应放在家畜的食性食量对温室气体的影响以及厩肥的科学利用上。但随放牧强度的加大，家畜排泄物覆盖草地的面积将大大增加，加之放牧生态系统中家畜瘤胃代谢产生的的大量温室气体，其对草原温室气体的核算将会产生的影响也是不容忽视的。

内蒙古多伦典型草原植物多样性与生产力的关系及其对水分梯度的响应

为了研究草地群落发展的初期阶段物种多样性和生产力的关系及对降雨梯度的响应，同时确定草地群落面对降雨量的波动时物种多样性和地上生物量稳定性的关系，我们在2004-2005年在内蒙古草原进行一个为期二年的实验。我们在降雨梯度内（增雨、对照、减雨）模拟群落物种丰富度（4种，8种和14种）。我们的结果表明，在草地群落早期阶段观测到的物种丰富度及地上生物量的关系不同于群落发展成熟稳定时的关系。我们发现：1）无论是在群落水平还是功能群水平，盖度相对物种丰富度都是一个决定群落地上生物量的重要因素； 2）不同植物功能群表现出不同的物种丰富度-地上生物量的关系。这可能是因为不同功能群植物的横向扩展能力不同导致；3）在群落水平和豆科固氮功能群，地上生物量随着土壤含水量的增加而增加，但禾本功能群和非豆科非禾本功能群的关系不显著；4）降雨量变化对物种多样性和地上生物量的关系影响不大；5）在我们实验中，具有较高的物种丰富度植物群落的地上生物量比那些物种丰富度低的群落较为稳定，我们的研究结果因此支持“保险假说”；6）土壤含氮量和含碳量呈现非常显著的正相关关系。 为了补充2004-2005年实验结果，我们在2006年同一个实验样地进行了另一个实验。2006年实验土壤经过翻耕平整，然后选择植物幼苗移载。在这种情况下，我们发现：1）物种组成是决定地上生物量一个关键因素；2）降雨量变化对物种多样性和地上生物量的关系影响不大; 3）混合群落表现出超产效应，物种丰富度高的群落超产的比例较高；4）在三个水分处理梯度都没有发现物种丰富度和群落可靠度存在相关关系；5）在所有水分处理样方都发现地上生物量和土壤含氮量呈现非常显著的负相关关系；6）土壤含氮量和土壤含碳量与土壤湿度呈现非常显著的正相关关系；7）土壤含氮量和含碳量呈现非常显著的正相关关系。

内蒙古温带草原群落结构和生态系统功能对火烧、氮素添加和地形的响应

我国北方温带草原是欧亚大陆草原生物群区的重要组成部分，对于区域和全球的碳循环和平衡起着重要的作用。频繁的自然或人为干扰能够改变草原生态系统的群落结构和生态系统功能，从而影响生态系统为人类提供的产品和服务。本研究选取位于内蒙古多伦县的半干旱温带草原，研究火烧、氮素添加和地形以及它们的综合作用对该地区植物生产力、植物多样性、盖度和土壤呼吸的影响；另外，我们比较研究了由于地形因素而存在于草原地区的林地群落与其邻近草地的碳氮库和循环；旨在探讨我国北方温带草原地区人为干扰对草原生态系统结构与功能的影响以及该地区林地和草地碳氮库和循环的差异机理，以期为模型模拟本地区的生态系统碳循环提供理论依据和数据支持，具体研究结果如下： 1. 2006–2008 年，通过研究植物多样性和盖度对地形、火烧和氮素添加及其交互作用的响应，结果表明：半干旱草原植物物种数、香农威纳指数、均一性指数和盖度均表现出显著的年际变化。坡下的物种数、香农威纳指数和均一性指数均低于坡上。坡下较高的羊草(Leymus chinensis)、冰草(Artemisia frigida)、唐松草(Thalictrum petaloideum)和冷蒿(Agropyron cristatum)的盖度导致坡下的群落总盖度、禾本科草和非禾本科草盖度分别比坡上高22.5%、9.6%和13.2%。春季火烧提高了物种数、香农威纳指数和均一性指数。火烧对群落总盖度影响较小是由于火烧后非禾本科草冷蒿盖度的降低抵消了禾本科草羊草、冰草和针茅(Stipa kryroii)盖度的增加。施氮肥后物种数、香农威纳指数和均一性指数均降低。禾本科草羊草、冰草和针茅以及非禾本科草唐松草盖度的增加导致施肥后群落总盖度、禾本科草和非禾本科草的盖度分别增加了23.6%、35.1%和21.2%。火烧对禾本科草和非禾本科草盖度的作用受地形和氮素添加的影响。地形、火烧和氮素添加对植物盖度的影响主要受土壤水分调控。 2. 2005–2008 年，通过研究净初级生产力(NPP)对火烧、氮素添加和地形及其交互作用的响应，结果表明：半干旱草原的NPP 具有显著的年际变化。火烧后地上净初级生产力(ANPP)、地下净初级生产力(BNPP)和BNPP/ANPP 分别增加了12.8%、22.2%和14.9%。ANPP 的提高是由于火烧后禾本科植物(主要是羊草、冰草和针茅)生物量的增加。与之相反，火烧降低了非禾本科草，特别是冷蒿的生物量。氮素添加提高了ANPP (54.8%) ，对BNPP 没有影响，导致施氮肥后BNPP/ANPP 显著降低(33.4%)。禾本科草羊草、冰草和针茅以及非禾本科草唐松草生物量的增加，是氮素添加提高ANPP 的主要原因。坡下的ANPP 和BNPP 分别比坡上高14.1%和8.2%，但地形对BNPP/ANPP 没有影响。坡下ANPP 的提高主要是由于坡下禾本科草羊草、冰草以及非禾本科草唐松草、冷蒿的生物量高于坡上。氮素添加和地形影响ANPP 和BNPP/ANPP 对火烧的响应。火烧、氮素添加和地形对NPP 和植物碳分配39%–75%的综合效应可由这三个因素的简单加和效应来解释。 3. 通过研究2005 和2006 年生长季内土壤呼吸对地形、火烧和氮素添加的响应，结果表明：坡下的季节平均土壤呼吸比坡上高6.0%。春季火烧在整个生长季内促进土壤呼吸，平均增幅达23.8%。另外，火烧对土壤呼吸的效应受到季节和地形的影响。施用氮肥增加了11.4% 的土壤呼吸。火烧和地形对土壤呼吸的影响主要受土壤水分和植物生长的调控；而施氮肥后土壤呼吸的增加，主要是由于氮素添加促进植物生长后根系活性和呼吸的提高。 4. 2006–2007 年，通过对林地群落及其邻近草原生态系统土壤温度、土壤水分、土壤机械组成、地上和地下生物量、凋落物现存量、土壤碳氮储量、土壤呼吸、氮矿化和土壤微生物生物量的比较研究，结果表明：林地的土壤温度比草地低5°C，而其土壤水分却比草地高3.1%(绝对差异)。尽管林地(11,928.1 g m–2)和草地(11,362.2 g m–2)的土壤碳储量差异不显著，由于林地较高的植物生产力导致其碳储量高于草地。与草地相比，林地具有较高的凋落物现存量及碳氮含量、土壤无机氮含量、矿化氮的累积量、微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤呼吸和微生物呼吸。草地和林地的氮矿化速率没有显著差异。由地形因素引起的水分差异对于调控林地和草地生态系统碳氮库和循环(土壤碳氮储量、BNPP、矿化氮的累积量)具有重要作用。林地与草地生态系统碳储量的差异影响了我国北方草原地区碳的评估。

水稻幼苗的低温伤害及其和能量代谢的关系

本实验研究了水稻幼苗低温伤害的机理，并比较了两个抗寒性不同的水稻品种在2—4ºC低温处理一至四天期间和在30℃恢复期间，膜透性、呼吸作用和腺苷酸含量及能荷变化，丙酮酸激酶活性质膜ATPase水解活性和线粒体ATPase磷酸化活性的变化和蛋白质合成速率的变化。结果表明，水稻幼苗相对电导率随低温处理天数的增加而迅速地增加，在抗寒的早二六14中增加较慢，在抗寒性差的二九丰中增加较快。受冷四天的幼苗在3 0ºC下恢复一天后，早二六14的相对电导率能大幅度地下降，而二九丰仍然保持高水平。呼吸活性在低温处理l一3天起伏不定，但到第四天又剧烈地下降，若这时在30℃恢复一天后，呼吸活性又迅速增加。早二六14和二九丰的呼吸活性变化趋势十分相似。低温使幼苗中ATP含量和总腺苷酸含量显著地下降。处理一天后，早二六14和二九丰的ATP含量分别下降75%和78%，总腺苷酸含量都下降68%左右，ADP和AMP含量变化趋势与ATP相似，但下降幅度不如ATP明显，能荷分别从0.80和0.81降低至0.70和0.69 , ATP ∕ ADP比率分别从3∙ 4 7和4.45下降至1.60和1.46。之后继续低温处理，ATP、ADP和AMP含量和能荷及ATP/ADP比率基本上维持稳定。当受冷四天的幼苗在30ºC恢复一天后，ATP含量和总腺苷酸含量在这两个品种都显著地恢复上升，但上升的幅度在早二六1 4中大于二九丰。能荷也能恢复至正常的水平，AT P/ ADP在早二六14中从1.90上升至2.4 4，而在二九丰中没有增加。低温处理后，质膜ATPase活性明显上升，其变化幅度二九丰大于早二六14 ,尤其在2.5天的低温处理后，在二九丰中增加100%，而在早二六14中只增加12%。此外，通过分析质膜人ATPase对不同温度的反应情况，进一步证明了品种间的差异性。利用完整的线粒体在底物ADP的存在下直接侧定ATP产生速度证明了线粒体ATPase磷酸化活性在低温处理四天后显著下降。同时，丙酮酸激酶活性也下降。以3H一亮氨酸标记的实验结果表明，水稻幼苗经低温处理后，蛋白质合成速度显著下降，但在早二六1 4中下降幅度较小，在二九丰中下降幅度较大，并且在低温期间，早二六14的蛋白质合成速度总是明显大于二九丰。当受冷4天的幼苗在30ºC恢复一天后，蛋白质合成速度迅速上升，并超过未经低温处理的对照水平，在早二六14中恢复上升幅度大于二九丰。以上这些结果表明，低温损伤了水稻幼苗细胞膜的结构，使膜透性增加，引起非正常的呼吸，改变了与膜结合的质膜ATPase水解活性和线粒体ATPase磷酸化活性，同时也改变了糖酵解中的丙酮酸激酶活性，造成AT水平、能荷或ATP/ADP比值的下降。由于能量代谢的失调，蛋白质合成过程受到严重障碍，超过一定限定，幼苗不能正常生长而死亡。品种间抗寒性的差异也在上述变化中反映出来。