RCE photodiodes at wavelength band of 1.06 μm

Resonant cavity enhancement (RCE) typed optical detector and modulator which operating at wavelength band of 1.06 μm is reported. The peak quantum efficiency of detector is reasonably high as 50% without bias, and the photocurrent contrast ratio of modulator is 3.6 times at -3.5 V as compared to 0 V. The incident angle dependence of RCE device's photoelectric response is investigated carefully.

GexSi（1-x）/Si（100）应变超晶格高分辨电镜研究

国家教委基金

辽河干流底质微生物群落结构及芘降解菌研究

辽宁省是以石油化工、煤炭化工和钢铁工业为主的重工业基地。辽河流域近年来经济发展迅速，城市化水平不断提高，但由于产业结构的不合理和污染治理水平的相对滞后，致使辽河流域水体污染严重。对辽河流域水体污染状况、污染物化学与生物学的相互作用、微生物群落结构与功能的关系开展调查研究，对开展污染水体的生物生态修复具有重要的指导意义。 本论文选取辽河流域干流8个水文监测站点的不同时期（丰水期和平水期）底质为研究对象，调查了有机污染物（总油TPHs）和有毒污染物（多环芳烃PAHs）污染程度以及主要来源；采用变性梯度凝胶电泳（DGGE）和磷脂脂肪酸（PLFA）两种分析方法，对其微生物群落结构及多样性进行了分析；并以13C标记的菲和芘为代谢底物，以PLFA为生物标记物，采用气相色谱-稳定同位素比率质谱（GC-c-IRMS）分析技术，鉴定了底质样品中参与菲和芘代谢的主要微生物类群；并利用不同的吸附性载体进行了芘降解菌的富集和筛选。 研究结果表明： 1）平水期总石油烃污染比丰水期严重，TPH 含量分别在276.1～560.6mg/kg（平水期）和157.9～462.2mg/kg（丰水期）之间，辽河入海口TPH污染最重；PAHs含量分别在124.1～270.4ug/kg（平水期）和93.5～209.1ug/kg（丰水期）之间；主要来源于石油类污染物和化石燃料的热解，汽车尾气的污染等。 2) 采用DGGE和PLFA两种方法分析微生物群落结构得到基本一致的结果。微生物多样性与总石油烃含量、总多环芳烃含量无显著相关性，多样性指数是多种污染物和环境因子综合影响的结果。 3) 稳定同位素代谢示踪实验表明，底质中存在菲和芘的降解菌群；参与菲和芘降解的微生物均以G-细菌为主，真菌次之；G+细菌和放线菌也参与代谢；参与菲和芘代谢的菌群有一定的相似性。 4) 利用不同吸附性载体从污染底质样品中筛选到6株降解菌。

抗菌不锈钢抗菌性能和机理初步研究

由于近年来有害微生物的肆虐和人们防病抗菌意识的增强，社会对各种新型抗菌材料的需求越来越迫切。抗菌不锈钢是一种兼具良好机械和抗菌性能的新型功能材料，具有广泛的应用前景。开发和推广抗菌不锈钢，具有重要的经济和社会意义。 本文以中科院金属研究所研制的两种抗菌不锈钢为研究对象，对其抗菌性能和抗菌机理进行了研究，以期为抗菌不锈钢的深入研发和推广提供理论依据。 本文获得了如下主要结论： 1．采用覆膜法研究了抗菌不锈钢的抗菌广谱性，铁素体和奥氏体抗菌不锈钢对供试的17株菌（除产气肠杆菌外），均显示了较强的杀灭作用，证明其具有抗菌广谱性。两种材料对非孢子（或芽孢）产生菌的杀灭作用强于孢子（或芽孢）产生菌。但是，两种材料对产气肠杆菌均无杀灭作用。 2．考察了铁素体和奥氏体的杀菌率随时间和菌浓度的变化情况。两种材料分别在作用3h时和9h时，对菌体浓度为1×107CFU/mL的大肠杆菌（ATCC25922）的杀菌率均达到99.5%。对菌体浓度≤1×107CFU/mL的大肠杆菌在24h内均可全部杀灭。 3．随打磨次数的增加，抗菌率没有变化，表明打磨不影响铁素体和奥氏体抗菌不锈钢的抗菌性能；抗菌率不受温度的影响，0～37℃之间，未观察到抗菌率受温度变化的明显影响。 4．从抗菌不锈钢中溶出的铜在杀菌过程中可能起重要作用。铁素体和奥氏体抗菌不锈钢与添加了终浓度为1mmol/L的EDTA的菌液作用后，杀菌率分别降为46.8%和38.8%，因为EDTA络合了溶液中的金属离子，间接表明铜离子在杀菌过程中起重要作用。 5．两种抗菌不锈钢中O2-的产生速率分别为0.117 nmol•min-1•g-1和0.107nmol•min-1•g-1，显著高于普通不锈钢（0.062 nmol•min-1•g-1）。细胞膜不饱和脂肪酸过氧化的终产物丙二醛含量分别为1.96 nmol/g和1.93 nmol/g。显著高于普通对照的1.08 nmol/g，表明存在脂肪酸被氧化的现象。这些结果为抗菌过程中存在O2-的氧化杀菌作用提供了间接证据。 6．通过透射电镜和原子力显微镜观察，与抗菌不锈钢作用后的细胞外形多发生变化，细胞壁和细胞膜破裂，细胞内容物漏出，有的菌体完全溶解为碎片，显示两种不锈钢对细胞膜和细胞壁形态的显著影响。随作用时间延长，菌液中钾离子浓度亦显著升高，在3h时，分别达到2.57mg/L和2.79mg/L（普通对照为1.61mg/L）。 7．在巯基氧化实验中，添加终浓度为5 mmol/L的L-cys，作用8h，铁素体的抗菌率降为11.1%,薄层层析结果显示，半胱氨酸可能被氧化成胱氨酸，表明抗菌不锈钢可能对还原性酶具有氧化作用。 8．提取与抗菌不锈钢作用后菌的DNA，凝胶电泳观察并未出现smear现象。表明在本实验条件下尚不能检测到抗菌不锈钢对细菌遗传物质的氧化切割作用。 关键词： 抗菌材料 抗菌不锈钢 抗菌性能 抗菌机理 O2-

大兴安岭冻土湿地泥炭有机碳矿化对气候变化因子的潜在响应

大兴安岭地区是我国地带性多年冻土和冻土湿地的主要分布区，近30年来，大兴安岭地区整体增温显著，气候变化的幅度加大，加之人类活动的频繁，冻土退化严重，冻土湿地出现了原有湿地萎缩和新生湿地扩张的现象。目前，对大兴安岭多年冻土湿地的研究还非常有限，且定性的研究较多，定量的研究极少，多数研究集中于冻土湿地的分布，冻土与湿地之间的机理探讨及描述多年冻土退化对湿地产生的影响等方面。 本论文通过室内培养实验，分析不同温度和湿度梯度及冻融作用下，大兴安岭不同多年冻土区湿地两层泥炭有机碳的矿化状况。结合回归模型，分析大兴安岭多年冻土湿地泥炭有机碳矿化对不同温度和湿度的响应，探讨在气候预案下，大兴安岭多年冻土湿地对气候变化的潜在响应。获得的主要结论如下： （1）大兴安岭多年冻土湿地存在着碳储层，其不同的冻土湿地区由于自然条件、融深等因素的不同，碳储层的厚度也存在着差异。多年冻土湿地含碳量和含氮量都很高，有机碳含量随剖面深度的增加有降低的趋势，泥炭全氮的含量随剖面深度变化复杂，这与湿地土壤形成的气候条件、微地貌和植被类型等有关。大兴安岭连续多年冻土区泥炭，C/N比要高于不连续多年冻土区湿地，并且有机碳含量与全氮含量存在着很好的耦合关系。 （2）大兴安岭多年冻土湿地泥炭有机碳矿化随温度的升高而升高，在培养温度5-20℃下，总的泥炭有机碳矿化量变化范围为18.55~112.91 mg g-1。虽然连续多年冻土区湿地泥炭有机碳矿化率和矿化量都要高于不连续多年冻土区湿地，但经过温度敏感性系数Q10分析，大兴安岭不连续多年冻土区湿地泥炭矿化对温度的响应更显著。从一元动力学方程分析结果来看，大兴安岭多年冻土湿地泥炭有机碳的矿化对15℃响应更显著。 （3）土壤湿度对大兴安岭多年冻土湿地泥炭有机碳矿化产生一定的影响，泥炭总矿化量出现了先随湿度的增加而增加，达到最适宜值后降低的趋势。从本论文的实验设置来看，大兴安岭多年冻土湿地泥炭有机碳矿化的最适宜湿度为60%WHC。利用二元回归模型很好地反映了湿度对大兴安岭多年冻土湿地泥炭矿化的影响，模型推测大兴安岭连续多年冻土区湿地泥炭有机碳矿化的最优湿度为10-20cm层63%WHC，20-30cm层65%WHC；不连续多年冻土区湿地有机碳矿化的最优湿度为10-20cm层65%WHC，20-30cm层59%WHC。 （4）大兴安岭多年冻土湿地泥炭有机碳矿化受温度和湿度的影响显著，其之间的交互作用同样显著。连续多年冻土区湿地有机碳矿化量要高于不连续多年冻土区湿地，这与其含有更高的有机碳和全氮有关。温度和湿度对泥炭有机碳矿化的影响可以用二元二次回归方程很好的表示（P<0.001），通过回归方程和方差分析，结果表明温度和湿度对大兴安岭多年冻土湿地泥炭有机碳矿化都非常重要。 （5）通过培养实验结果显示，虽然温度仍是影响大兴安岭多年冻土湿地泥炭有机碳矿化的主要因子，但随冻融作用处理次数的增加，冻土湿地泥炭有机碳矿化量和温度敏感性系数Q10值有增加的趋势，这意味着冻融作用对大兴安岭多年冻土湿地泥炭矿化产生了不小的影响。虽然冻融作用对大兴安岭多年冻土湿地的影响并不是很大，但大兴安岭处于寒温带，在气候变暖下，冻融过程的频率将加高，冻融作用对大兴安岭多年冻土湿地的影响不容忽视。 （6）大兴安岭地区近30年气候变化趋势分析表明，年均温增长显著，年降水量变化幅度大。在气候变化下，对于不连续多年冻土区，多年冻土不断的退缩及最终的消失，会使冻土湿地萎缩和消失，原有的典型的贫营养的泥炭藓沼泽湿地可能演化为富营养的苔草沼泽湿地或灌丛沼泽湿地，对于大片连续多年冻土区，冻土湿地的变化更加复杂，出现的湿地类型会更多。通过线性气候预案下的大兴安岭多年冻土湿地泥炭有机碳矿化分析，结果显示大兴安岭多年冻土湿地对气候变化响应显著，特别是对于变湿的环境。气候变化下，大兴安岭多年冻土湿地泥炭存在着潜在的分解，多年冻土湿地与气候变化之间存在着正反馈机制。 目前研究表明，大兴安岭地区对气候变化特别敏感，对大兴安岭冻土湿地的研究既填补了国内研究的空白，又对全球的碳循环研究提供了数据支持，并且加深了对冻土湿地生态过程的了解。

应用负载型纳米铁去除饮用水中砷的研究

砷是毒性最强的元素之一，水体中砷的污染己经引起人们广泛的关注。我国的新疆、内蒙、山西和台湾等省和地区地下水砷含量严重超标。全球共有5,000多万人遭受高砷饮用水的威胁，其中中国有1,500多万，是饮用水砷污染最严重的国家之一。WHO推荐饮用水砷的最高允许浓度从原来的50 µg•L-1已降至10 µg•L-1。更为严格的砷卫生标准的颁布，对作为饮用水源的地下水中的砷去除工艺提出了更高的要求。吸附法除砷比膜法、混凝法和离子交换法更安全、简便，是砷去除工艺中最有效的方法之一。 首先，本研究通过优化制备条件（包括炭种类的选择、炭的粒径大小、还原剂的浓度及滴定速率、反应温度、铁盐的种类及浓度、分散剂的比例及浓度），制备了负载型纳米铁。考虑到砷的去除效率、工程应用的可行性以及经济性，最优的制备条件如下：选用粒径为20~40目煤质炭，在室温、一定的分散剂比例及浓度，0.2 M KBH4滴速为20 d•min-1时所制备的Fe/炭为82.0 mg•g-1；纳米铁在活性炭孔内呈针状，其直径为30~500 nm，长度为1,000~2,000 nm。绝大多数的铁都负载到活性炭内部，这在处理水时铁不流失很重要。 其次，利用制备的负载型纳米铁作吸附载体，进行了饮用水中As(Ⅴ)的吸附去除实验。研究了该吸附剂对As(Ⅴ)的吸附等温线、动力学以及影响动力学的各种因素（包括As(Ⅴ)的不同初始浓度、吸附剂用量、pH值、共存离子和不同温度）、pH值、共存离子等环境条件对As(Ⅴ)去除的影响；以及吸附剂的再生及再生后的吸附效率等。研究发现在前12 h内吸附较快，72 h时达到了平衡。用Langmuir 吸附等温式估算出As(Ⅴ)的吸附量为12.0 mg•g-1。该吸附剂在pH 6.5， (25±2)℃， As(Ⅴ)初始浓度为2 mg•L-1，吸附剂用量为1.0 g•L-1时，As(Ⅴ)的去除率为75.2%；当把吸附剂的用量增加到1.5 g•L-1时，As(Ⅴ)的去除率可达99.9%以上。吸附剂可以用0.1M的NaOH浸泡12 h后即可再生，再生效率较高。常见的阴离子中PO43-、SiO32-对As(Ⅲ)的去除抑制较大，而SO42-、CO32-、C2O42-等离子对砷的去除影响较小。Fe2+对As(Ⅲ)的吸附抑制作用较大而其它阳离子影响不大。吸附剂可用0.1 M NaOH 有效再生，并且具有良好的机械性能。实验室初步实验数据表明，该吸附剂对饮用水除砷具有较好的应用前景。 第三，利用实验室制备的负载型纳米铁对饮用水中As(Ⅲ)的吸附去除也进行了研究。考察了吸附等温线、动力学以及影响动力学的各种因素、pH值、共存离子等环境条件对As(Ⅲ)去除的影响；以及吸附剂的再生及再生后的吸附效率等。研究发现，该吸附剂在pH 6.5， (25±2)℃， As(Ⅲ)初始浓度为2 mg•L-1，吸附剂用量为1.0 g•L-1时， 对As(Ⅲ)的去除率为99.8%；其吸附容量为1.996mg•g-1。吸附过程中部分As(Ⅲ)被氧化。与As(Ⅴ)的吸附相比，该吸附剂对As(Ⅲ)的效率比较高-而常见的其它除砷吸附剂如载铁纤维棉等，对As(Ⅴ)的效率比As(Ⅲ)高，为有效去除As(Ⅲ)，常常需要专门加上氧化这一过程。 最后，利用负载型纳米铁对饮用水中As(Ⅲ) 的氧化性能进行考察，发现该吸附剂不但能够有效吸附去除饮用水中的砷，而且还能把As(Ⅲ)有效地氧化为As(Ⅴ)。经过对吸附剂的构成组分分析发现，活性炭表面因富含多种官能团而对三价砷的氧化作用最大；其次是纳米铁也能把As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)。

固氮植物菌根的普遍性及其联合共生的研究

豆科和非豆科固氮植物不仅能够固定大气中氮素，增加土壤中的氮素营养，而且由于具有较强的抗逆性，是恢复和重建退化农林生态系统的优良先锋树种。但在逆境条件下对固氮植物的固氮能力最经常的限制因子就是磷素供应，而菌根的形成保证了固氮作用对磷素的需求。目前国内外针对固N植物菌根这样联合共生的研究多停留在现象的描述上，对其机理缺乏深入研究。本文针对典型的固氮树种进行联合共生体人工纯培养研究，试图探讨联合共生体之间相互关系及作用机理，为更好地利用固氮植物资源及菌根技术提供理论依据。通过对共生资源的收集、培养及刺槐联合共生体的纯培养研究，得出如下结论：(1)固N植物同时受菌根侵染不仅具有普遍性，更有其生态学意义。在半干旱地区刺槐林下的VA菌主要有摩西球囊霉(Glomus mosseae)、聚丛球囊霉(G. aggregatum)、细凹无梗囊霉(Acaulospora scrobiculata)三种，外生菌根真菌有尖顶地星(Geastrum triplex)、笼头菌(Clathrus sp.)两种，初步证实了刺槐除具根瘤外以同时受VA菌和外生菌根真菌的侵染；在沙棘林下优势种较明显只有一种，即聚丛球囊霉(G. aggregatum)。(2)对外生菌根菌进行了营养条件的选择实验，供试菌种对碳源的利用较为广泛，葡萄糖、果糖为其最适碳源，平均生长量比对照高出4.4倍；供试菌种对有机氮的利用利用机氮，平均生长量比无机氮源高出1.6倍。(3)在人工纯增减条件下，接种的VA菌、外生菌根菌和根瘤菌均成功侵染了刺槐无菌苗，并形成了内生、外生菌根和根瘤，更充分地证实了刺槐与VA菌、外生菌和固N菌之间的联合共生关系。(4)联合共生对刺槐生长、菌根侵染、根瘤菌的结瘤固N能力均有不同程度的促进作用。VA菌根菌中的苏格兰球囊霉(G. caledonium)和外生菌根菌中的毛边华狙伞(H. mesophaseum)是刺槐比较适合的菌根菌；VA菌和外生菌双接种对宿主植物生长有明显的促进作用，混合接种苏格兰球囊霉(G. caledonium) + 毛边华锈伞(H. mesophaseum) + 劣味乳菇(L. insulsus)及混合接种摩西球囊霉(G. mosseae) + 苏格兰球囊霉(G. caledonium) + 毛边华锈伞(H. mesophaseum)的组合效果最好；接种固N菌对菌根菌的影响不明显，而接种菌根菌对刺槐固N能力有明显的促进作用，尤以两种VA菌混接和两种外生菌混接对刺槐根际结瘤量和固N活性的促进作用最为明显；同时接种VA菌、外生菌和固N菌无论是对刺槐生长、结瘤固N还是菌根侵染都有显著的促进作用。其中最佳接种组合是苏格兰球囊霉(G. caledonium) + 毛边华锈伞(H. mesophaseum) + 劣味乳菇(L. insulsus) + 根瘤菌，宿主植物株高、地径、生物量、侧根数分别比对照增加46%、102%、213%、82%，结瘤量、固N活性分别比单接种固N菌增加500%、451%，菌根侵染率高达100%。(5)接种Frankia菌同时配合适度的P肥施用对沙棘的结瘤固N有明显的促进作用。由于沙棘的固N和供N作用，杨树-沙棘混交林中土壤有效态N、P的含量比杨树纯林分别增加36.7%、17.1%。综上所述，本文在刺槐联合共生体人工纯培养实验中得出具有重要意交的结论：从形态解剖上观测到了VA菌、外生菌根菌的侵染特征；定量研究了不同接种方式对刺槐生长、菌根菌的发育状况及结瘤固N能力的影响，选择出了最佳的接种组合。对宿主植物、菌根菌、固N菌之间相互作用及机理进行了初步的探讨。为固N植物联合共生体接种技术提供了理论依据。

植物释放 NO_2 与光照及相关生物化学过程关系的研究

N_2O 是影响全球气候变化的重要温室气体，其源汇估算是深入了解人类活动对环境变化的基础。目前 N_2O 源汇的估算仍有不确实性。大气 N_2O 主要来自生物排放。植物本身作为 N_2O 排放源的发现为 N_2O 源的估算开辟了新的研究领域，为提高 N_2O 源汇估算的精确度提供了可能。植物排放 N_2O 的研究己日益引起科学家的重视。本文采用田间栽种和室内培养实验相结合的研究方法，对植物 N_2O 排放与光照的关系，及相关生物化学过程进行了系统的研究。通过对大豆及叶菜类蔬菜的观测实验，进一步证实了植物释放 N_2O 这一重要植物生物生态现象的存在；对影响植物释放 N_2O 的重要环境因子-光照对 N_2O 排放通量的影响进行了深入的探讨；研究了植物体 N 代谢过程中涉及N_2O 产生过程的硝酸盐还原作用、亚硝酸盐还原作用和植物 N_2O 释放通量之间的关系。部分揭示了植物释放 N_2O 的机理，为植物释放 N_2O 及光调节机理模型的建立提供了必要的实验和理论依据。主要实验结果如下：1）通过对不同光照条件下，不同 N 素营养供给水平大豆N_2O 释放通量 叶片内的硝酸盐、亚硝酸含量的测定，结合使用硝酸盐同化（或异化）还原作用的抑制剂（如 CH_4 或 C_2H_2），对不同培养条件下大豆的 N_2O 释放进行了测定，进一步证明了光照对大豆释放 N_2O的影响，即强光照下大豆 N_2O 的释放较少，弱光照下大豆 N_2O 的释放较多。验证乙炔对大豆植物转化 N_2O 的抑制作用。硝酸盐培养同铵盐培养相比，在不同光照条件下，大豆苗 N_2O 释放明显增加，并有较高硝酸盐积累，光照强度的降低也能导致 NO_3~- 的积累，硝酸盐培养的大豆体内 NO_2~- 含量高于铵盐培养。2）用封闭式箱法和乙炔抑制技术，通过对 200 和 40 μmol·m~(-2)·s~(-1) 光照条件下不同苗龄大豆植株 N_2O 释放通量和叶片硝酸盐还原酶活性及硝酸盐和亚硝酸盐含量的同步测定，研究了不同光照对苗期大豆 N_2O 释放和硝酸盐还原酶活性的影响。首次揭示，在强光照条件下苗期大豆叶片硝酸还原酶活性呈现“V”形变化，在此期间 N_2O 释放通量逐渐增加，两者变化趋势不呈现相关性；在弱光照条件下，同一时期大豆体内硝酸盐还原酶活性与强光照条件下相比较低，而 N_2O 释放通量较高，也呈现逐渐增加趋势，硝酸还原酶活性和 N_2O 释放通量显著相关。强光照条件下大豆叶片硝酸还原酶活性和大豆叶片硝酸盐含量显著相关。两种光照处理下，亚硝酸盐含量均较低。3）利用 3 种不同光照条件处理，对苗期大豆亚硝酸盐还原酶提取液的活性进行了观测，同时结合三种不同处理亚硝酸盐还原酶提取液的 N_2O 释放通量测定，发现不同光照条件对 30-55 天大豆亚硝酸还原酶活性没有明显的影响，三种不同处理酶提取液 N_2O 释放或吸收呈现不同变化，发育时期和亚硝酸还原酶活性对酶提取液 N_2O 释放通量起主要作用；还原剂和三种亚硝酸盐还原提取液 N_2O 释放没有明显相关性。4）通过对除草剂 2，4-D 和溴苯腈处理的大豆 N_2O 释放的观测，首次发现 2，4-D 和溴苯腈处理的大豆 N_2O 释放通量分别是 14.1 和 19.7 ng N_2O g~(-1) fw h~(-1)。2，4-D 和溴苯腈处理的大豆中 N_2O~--N 含量为 8 μmol·m~(-2)·s~(-1)，是对照的 5 倍；除草剂处理的大豆体内 NO_3~--N 与对照相比，没有显著差别，因此推断 NO_3~--N 吸收过程中代谢积累的 NO_2--N 导致所观测的 N_2O 释放，N_2O 有可能是植物代谢过程中 NO_2~--N 植物代谢物反应或是 NO_2~--N 降解的副产物。5）通过对强弱两种光照条件下，高硝酸盐含量叶菜类蔬菜小白菜、菠菜和芹菜的 N_2O 释放的吸收随时间变化的观测，结合叶片中硝酸根、亚硝酸根含量的测定，发现光照强度对菠菜、芹菜、小白菜 N_2O 释放和吸收有影响，总体上表现为弱光照下三种植物 N_2O 释放量较高，强光下很少释放或表现为吸收。在 120 min 的观测中，三种植物释放和吸收曲线没有呈现明显的规则变化。喷洒除草剂 2. 4-D 增加芹菜在黑暗条件下 N_2O 的释放。强光照射与弱光相比三种植物的硝酸根含量均略低，而亚硝酸含量没有明显的差异。6）结合实验结果探讨了植物释放 N_2O 的三种机理：1）N_2O 是逆境条件下植物不正常代谢化学反应的产物的可能；2）植物将土壤中产生 N_2O 传输到大气中；3）N_2O 可能作为植物体硝酸还原代谢产物而被植物释放。综合后三种可能提出了在各种环境因子作用下植物释放 N_2O 的模型，认为植物N_2O 的释放可能是后两种途径共同作用的结果，硝酸盐代谢过程中相关酶的还原起主要作用，随环境条件的不同，三种释放途径的作用强度可能发生改变。

杉木人工林凋落物分解的研究

杉木是我国特有的速生针叶树种，栽培面积广泛（北纬21°41'－33°41'；东经102°-122°）。我国商品材的近1/4出自杉木人工林。杉木连栽地力衰退，生产力降低，是当前困扰杉木人工林发展的重大生产问题。在水热条件优越的亚热带山地，土壤肥力是影响林木持续保持高生产力的重要因素。因此，加速杉木人工林系统内养分循环是维持系统生产力稳定的关键，而凋落物分解又是养分循环的核心，于是对分解过程的调控便成为关键之关键。本研究的目的在于，探索促进杉木凋落物分解的途径，以增强林木自我培肥土壤的能力，为杉木人工林的可持续发展提供理论依据。研究所采用的实验材料全部来源于湖南省会同县广坪林区的中国科学院会同森林生态实验站。室内缩微模拟实验在英国陆地生态所完成，其它试验均在会同森林生态实验站进行。1. 杉木叶凋落物属难分解的凋落物，其原因是凋落物养分含量较低，尤其是N的含量偏低，为6.0mg.g~(-1)，仅为分解较快的桤木叶凋落物的41.6％；C/N比较高，为134.0，相当于桤木叶凋落物的2.38倍。杉木叶凋落物到第420天时的分解速率为43.3％，而桤木叶凋落物为67.2％。2. 根系凋落物也是杉木人工林生态系统凋落物的重要组分。杉木纯林细根年死亡量为497 kg.hm~(-2).a~(-1)，而火力楠人工纯林为595 kg.hm~(-2).a~(-1)。当火力楠与杉木混交后，细根年死亡量大幅度提高，达1149kg.hm~(-2).a~(-1)。杉木林死细根生物量年动态变化与地上部分生长规律基本一致。杉木细根象地上部分凋落物一样养分贫乏，除Ca以外，N、P、K、Mg分别比火力楠细根低53.0％、131％、595.9％、447.5％，而C/N比值高51.9％。杉木细根的年分解为32.78％，而火力楠为57.70％。因此，杉木纯林中通过细根归还的养分量相对较少，N、P、Ca、K、Mg归还量分别为0.32、0.007、0.58、0.52和0.83kg.hm~(-2)，而混交林中依次为2.59、0.046、1.87、6.06、7.86kg.hm~(-2)，大幅度增加。3. 杉木叶凋落物与阔叶树叶凋落物混合分解时表现出不同的相互作用形式。野外网袋法分解试验的结果表明，桤木与杉木叶凋落物混合分解，失重速率明显加快；火力楠与杉木叶凋落物分别以不同比例混合分解时，失重速率或强或弱得到促进；其它阔叶树并没有促进失重速率。除木荷外，其它阔叶树凋落物都不同程度地促进了Ca的释放。对于P，桤木和红栲，对于K，桤木和刺楸，明显促进了其释放，而其它阔叶树没有对这2种元素的释放产生任何作用。除木荷和樟树外，其它树种叶凋落物明显促进Mg的释放。实验中还发现，促进作用的强弱与阔叶树叶凋落物初始N含量高低有关。室内模拟实验中观察到的木荷叶凋落物明显抑制杉木叶凋落物分解的现象并没有在野外实验中发现。如果仅以凋落物分解过程中促进作用的强弱为标准选择杉木的混交林树种的话，选择这6种阔叶树的优先顺序为桤木、刺楸、红栲、火力楠、樟树、木荷。4. 本研究还用微型渗滤器进行模拟实验发现，投加NO_3-N促进了杉木叶凋落物的分解，在15周的时间分解速率提高2.38个百分点，而投加NH_4-N则未产生任何影响。投加NH_3－N和NH_4－N的负面效应是促进土壤养分的淋失。除Na~+以外，投加NH_4-N使NO_3-N、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的淋失明显增多。投加NO_3－N未明显合任何养分元素淋失增多。

外源硒对土壤和土壤-植物系统酶活性的影响

该文采用室内培养试验和盆栽试验相结合的方法,研究了不同浓度不同价态外源硒对东北黑土中主要的四种土壤酶活性、大豆产量及其氮磷含量的影响、土壤酶活性变化与土壤硒形态变化的关系.结果表明,室内土壤培养试验中外源硒对土壤酶活性基本起抑制作用,而盆栽试验中外源硒对土壤酸酶活性起抑制作用,对土壤脲酶和蔗糖活性起刺激作用.当亚硒酸钠形态的硒浓度在1μg.g<'-1>土时,脲酶与蔗糖酶活性与土壤水溶态和交换态硒含量呈极显著的二元一次相关关系.土壤磷酸酶和脱氢酶活性与亚硒酸钠之间无显著相关关系.施用外源硒后大豆生物量和大豆植株含氮量增加、含磷量减少.当Se<'6+>浓度为0.5μg.g<'-1>土时,大豆植株含氮量与土壤脲酶活性吾极显著的抛物线相关关系（y=0.02x<'2>-4.11x+228.74,r=0.9967**）;浓度为0.25μg.g<'-1>土时大豆植株含磷量与土壤磷酸酶活性呈显著的抛物线相关关系（y=-0.02x<'2>+0.32x+62.89,r=0.9859*）.亚硒酸盐处理大豆氮、磷含量和土壤脲酶和磷酸酶活性无显著相关性.

五枫藤、小驳骨和川西茶藨的化学成分研究

八月瓜属植物五枫藤(Holboellia latifolia Wall.)和驳骨草属植物小驳骨(Gendarussa vulgaris Nees)均为药用植物, 前者化学成分研究不深入, 后者的化学成分未见报道。川西茶藨(Ribes takare D. Don)为茶藨子属植物, 没有化学成分的报道。本论文对三个植物的化学成分和活性成分进行了研究, 主要通过色谱方法分离得到了48 个化合物, 采用波谱分析或与已知标准品对照等手段鉴定了它们的结构, 其中有1 个新的原小檗碱类化合物和3 个新的联苯类化合物,发现了具有细胞毒活性和α-葡萄糖苷酶抑制活性的化合物。1、从五枫藤地上部分的95%乙醇提取物中分离得到了12 个化合物: 五加苷K (1)、hederagenin 3-O- α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)- α-L-arabinopyranoside (2)、β-萘乙酸(3) 、3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[β-D-glucopyranosyl-(1→3)]-α-L-arabinopyranosyl oleanolic acid 28-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→4)-β-D-glucopyranosyl-(1→6)-β-D-glucopyranosyl ester (4) 、3-O- α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-O- β- D-glucopyranosyl-(1→2)- α-L-arabinopyranosyl oleanolic acid (5) 、3-O-( β-D-glucopyranosiduronic acid)-oleanolic acid 28-O- β-D-glucopyranoside (6)、lup-20(29)-en-3-one (7)、lupeol (8)、β-谷甾醇(9)、齐墩果酸(10)、乌苏酸(11)、β-胡萝卜苷(12)。化合物1 对Lu-06、N-04 和Bre-04 癌细胞株的GI50 分别是0.77µg/mL、1.26 µg/mL 和1.55 µg/mL, 化合物2 对N-04 癌细胞株的GI50 为2.44 µg/mL。2、从小驳骨地上部分的95%乙醇提取物中分离得到了1 个原小檗碱类新化合物13-hydroxyl gusanlung A (25), β-谷甾醇(9)、齐敦果酸(10)、β-胡萝卜苷(12)、棕榈酸(1-)甘油酯(13)、棕榈酸(14)、阿苯哒唑(15)、阿苯哒唑砜(16)、阿苯哒唑亚砜(17)、aurantiamide acetate (18)、华良姜素(19)、芫花素(20)、(-)-丁香树酯醇(21)、gusanlung B (22) 、eupteleasaponinsⅤ acetate (23)、gusanlungA (24)、刺五加苷E (26)、岩白菜素(27)、咖啡酸(28)。化合物25 对肝癌细胞株(HepG2) 的GI50 为2.08 µg/mL。3、从川西茶藨地上部分的95%乙醇提取物中分离鉴定了22 个化合物: β-谷甾醇(9) 、β- 胡萝卜苷(12) 、O-acetyloleanolic aldehyde (29),4,7,8-trimethoxy-2,3-methylenedioxydibenzofuran (30) 、3', 5-dimethoxy-3, 4-methylenedioxybiphenyl (31) 、桦木醇(32) 、6,7-dimethoxy-1-methyl-3,4-dihydroquinolin-2-one (33)、3'-hydroxy-5-methoxy-3,4-methylenedioxybiphenyl (34) 、7-hydroxy-4,8-dimethoxy-2,3-methylenedioxydibenzofuran (35)、桦木醛(36)、没食子酸(37) 、6β- 羟基-4- 烯-3- 酮- 豆甾醇(38) 、5α, 8α-epidioxy-(22E,24R)-ergosta-6, 22-dien-3β-ol (39)、verrucofortine (40)、6-methoxycalpogoniumisoflavone A (41)、2-羟基二苯甲酮(42)、桦木酸(43), 3, 5-二甲氧基苯甲酸-4-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(44)、洋芹素(45)、刺槐素(46)、水杨酸(47)、洋芹素-5-O- β-D-葡萄糖苷(48), 化合物30、31 和35 为新的联苯化合物。化合物30的α-葡萄糖苷酶抑制率为10.2% (1.00 mg/mL); 化合物35 的抑制率为17.2% (1.00mg/mL)。4、综述了1960 年以来原小檗碱类化合物药理活性研究进展。 Plants Holboellia latifolia Wall and Gendarussa vulgaris Nees, are used as folkmedicine. Ribes takare D. Don belongs to the genus Ribes. The three plants have notbeen chemically studied in detail. Chemical and bioactive study of three plants led tothe isolation of 48 compounds by chromatography. Their structures were elucidatedon the basis of spectroscopic evidence or comparison with authentic samples. Amongthe 48 componds isolated one protoberberine alkaloid and three biphenyls are newones. Cytotoxic and α-glucosidase inhibitory compounds had been found.1. Twelve compounds were isolated from the 95% ethanol extract of the aerial partof H. latifolia Wall. They were characterized as fellow: eleutheroside K (1),hederagenin-3-O- α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)- α-L-arabinopyranoside (2),2-naphthyl acetic acid (3),3-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[β-D-glucopyranosyl-(1→3)]-α-L-arabinopyranosyl oleanolic acid 28-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→4)-β-D-glucopyranosyl-(1→6)-β-D-glucopyranosyl ester (4), 3-O- α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-O- β- D-glucopyranosyl-(1→2)- α-L-arabinopyranosyl oleanolic acid (5),3-O-( β-D-glucopyranosiduronic acid)-oleanolic acid-28-O- β-D-glucopyranoside (6),lup-20(29)-en-3-one (7), lupeol (8), β-sitosterol (9), oleanolic acid (10), ursolicacid (11), and β-daucosterol (12). Compound 1 showed moderate cytotoxicity againstLu-06 (GI50, 0.77 µg/mL), N-04 (GI50, 1.26 µg/mL) and Bre0-4 (GI50=1.55 µg/mL)and compound 2 showed moderate cytotoxicity against N-04 (GI50=2.44 µg/mL).2. A new protoberberine alkaloid, 13-hydroxyl gusanlung A (25), was isolated fromthe aerial part of Gendarussa vulgaris Nees, together with β-sitosterol (9), oleanolicacid (10), β-daucosterol (12), glycerol monopalmitate (13), palmific acid (14),albendazole (15), albendazole sulphone (16), albendazole sufloxide (17), aurantiamideacetate (18), kumatakenin (19), genkwanin (20), (-)-syringaresinol (21), gusanlung B(22), eupteleasaponinsⅤ acetate (23), gusanlung A (24), eleutheroside E (26),bergenin (27) and caffeic acid (28). Compound 25 showed cytotoxicity against HepG2 cells (GI50, 2.08 µg/mL).3. Phytochemical study of the Ribes takare D. Don led to the isolation of three newbiphenyls, 4,7,8-trimethoxy-2,3-methylenedioxydibenzofuran (30), 3', 5-dimethoxy-3,4-methylenedioxybiphenyl (31) and 7-hydroxy-4,8-dimethoxy-2,3-methylenedioxydibenzofuran (35), along with nineteenknown compounds, β-sitosterol (9), β-daucosterol (12), O-acetyloleanolic aldehyde(29), betulin (32), 6,7-dimethoxy-1-methyl-3,4-dihydroquinolin-2-one (33),3'-hydroxy-5-methoxy-3, 4-methylenedioxybiphenyl (34), betulinic aldehyde (36),gallic acid (37), stigmast-4-en-6β-ol-3-one (38), 5α, 8α-epidioxy-(22E, 24R)-ergosta-6,22-dien-3β-ol (39), verrucofortine (40), 6-methoxycalpogonium isoflavone A (41),2-hydroxybenzophenone (42), betulinic acid (43), 3,5-dimethoxygallic acid-4-O- β-D-glucopryranoside (44), apigenin (45), acacetin (46), salicylic acid (47) andapigenin-5-O- β-D-glucopryranoside (48). α-Glucosidase inhibitory rates ofcompound 30 and 35 were respectively 10.2% and 17.2% at a concentration of 1.00 mg/mL).4. Pharmacological activities of protoberberines were summarized.

钩藤和蹄叶橐吾的化学成分研究

本论文由三章组成。第一、二章分别报道钩藤、蹄叶橐吾的化学成分研究工作。从两种药用植物中共分离和鉴定了37 个化合物，其中有1 组6 个新的骨架相似的鞘糖脂类同系物及5 个新的倍半萜类化合物。第三章概述了艾里莫芬烷内酯类化合物的研究进展。 第一章报道钩藤(Uncaria rhynchophylla)带钩茎枝乙醇提取物的化学成分。采用正、反相硅胶柱层析等分离方法，运用NMR、MS 等波谱技术共分离鉴定得到22 个化合物，分属于五环三萜类化合物、鞘糖脂类化合物等，其中有1 组6个新的鞘糖脂类化合物同系物，另外有7 个化合物首次从该植物中分离得到。 第二章报道蹄叶橐吾(Ligularia fischeri)根部乙醇提取物化学成分的分离纯化和结构鉴定。通过正、反相硅胶柱层析等分离纯化和MS、NMR 等波谱解析，共分离鉴定得到18 个化合物，其中5 个是新化合物。它们的结构分别确定为3β-acetyl-6β, 8α, 10β-trihydroxyeremophila-7(11)-en-8, 12-olide (23), 3β-acetyl-8β,10β-dihydroxy-6β-(2-methylbutyryloxy)-eremophilenolide (24), 3β-acetyl-6β, 10β-dihydroxyeremophila-7(11), 8(9)-dien-8, 12-olide (25), 3β-acetyl-6β, 10β-dihydroxyeremophila- 7(11), 8(9)-dien-8, 12-olide (26), (3aR, 4R, 5S, 7aS)-2-acetyl-7ahydroxy-3a, 4, 5, 6, 7, 7a-hexahydro-1H-inden-5-yl acetate (27)。这5 个化合物经体外生物活性测试，结果表明化合物23 具有抑制酪氨酸磷酸酯酶的活性, 其IC50 值为1.30 μg/ml。 第三章概述了近二十年来艾里莫芬烷内酯类化合物的研究进展，包括其结构及药理活性两个方面，列举了从23 种植物中分到的114 个艾里莫芬烷内酯类化合物，同时也对其主要生物活性进行了总结。 This dissertation consists of three chapters. The first and second chapters elaborate the phytochemical investigation of Uncaria rhynchophylla and Ligularia fischeri. Thirty-seven compounds, including six new ones, were isolated and identified by spectroscopic methods and X-ray diffraction experiments. The third chapter is a review on the study progress of Eremophilanolides. The first chapter focus on the isolation and identification of chemical constituents from Uncaria rhynchophylla. Twenty-two compounds were isolated from the roots of U. rhynchophylla by repeat column chromatography over normal and reversed phase silica gel. Those compounds mainly belonged pentacyclic triterpenoids and sphingolipids. Among them, a series homologues of six sphingolipids were new compounds and seven compounds were firstly reported in this plant. The second chapter is about the phytochemical investigation of L. fischeri. Eighteen compounds were isolated and identified. Among them, four new erem-ophilanolides and a new dinoreremophilane derivative were characterized as 3β-acetyl-6β, 8α, 10β-trihydroxyeremophila-7(11)-en-8, 12-olide (23), 3β-acetyl-8β, 10β-dihydroxy-6β-(2-methylbutyryloxy)-eremophilenolide (24), 3β-acetyl-6β, 10β-dihydroxyeremophila-7(11), 8(9)-dien-8,12-olide (25), 3β-acetyl-6β, 10α-dihydroxyeremophila- 7(11), 8(9)-dien-8,12-olide (26), (3aR,4R,5S,7aS)-2-acetyl-7a-hydroxy-3a, 4, 5, 6,7, 7a-hexahydro-1H-inden-5-yl acetate (27) by spectroscopic analysis and confirmed by X-ray crystallography analysis. It was revealed that compound 23 has the ability to inhabit the PTP1B in vivo. And its IC50 is 1.30 μg/ml. The third part is a review on the study progress of Eremophilanolides.

川西亚高山两种针叶树幼苗对增温和施氮的响应

人类活动引起全球大气中温室气体（CO2、CH4、NOx）浓度不断增加，致使地球表面温度在过去的100 年中已经增长了0.74 ± 0.18℃，预计到本世纪末将会增加1.1-6.4℃。此外，氮沉降也是当今社会的重要环境问题，随着经济发展的全球化, 高氮沉降也呈现出全球化趋势。全球气候变暖和氮沉降给陆地生态系统的地上、地下生物学和生物地球化学过程所带来巨大影响越来越引起人们的关注。 本文以川西亚高山针叶林的两个重要树种云杉和油松幼苗为研究对象，采用红外辐射增温（空气增温2.1℃，土壤增温2.6℃）和根部施氮（施氮量25 g N m-2yr-1）的方法，从生长形态、光合作用、抗氧化能力和矿质营养等方面研究这两种幼苗对气候变暖和氮沉降的响应。该实验为室外控制实验，包括四个处理：(1)不增温+不施氮（UU）；(2) 不增温+施氮（UF）；(3) 增温+不施氮（WU）；(4) 增温+施氮（WF）。本研究旨在从生理生化、物质代谢 、生长及形态等不同水平上研究模拟增温和施氮对两种树苗的联合效应，提高我们对全球变化下亚高山针叶林早期更新过程的理解，同时也为森林管理提供科学依据。具体研究结果如下： 单独增温处理显著提高了云杉和油松幼苗的地茎、叶重、茎重、根重以及总生物量；单独施氮处理也增加了两种幼苗的株高和总生物量。而增温和施氮联合作用对两种幼苗生长的影响并不相同，联合作用对云杉幼苗生长指标的正效应显著低于单独施氮处理，但是联合作用比单独增温或施氮更大程度的促进了油松幼苗生物量的积累。 单独增温和施氮都有利于提高云杉和油松叶片中叶绿素含量、净光合速率(A)、最大净光合速率(Amax)、表观量子效率（Φ）、最大光能转化效率（Fv/Fm）和量子产量（Y）。与对两种幼苗生长指标的影响相似，加氮和增温共同作用下油松幼苗的以上光合指标比在单独增温或施氮处理下有更大程度的提高；而联合作用下云杉幼苗叶绿素含量、净光合速率、最大净光合速率、表观量子效率、最大光能转化效率以及量子产量比单独施氮处理明显地降低。 增温和施氮都显著地降低了云杉和油松幼苗针叶组织中活性氧和丙二醛的积累。交互作用降低了云杉幼苗叶片的抗氧化酶活性、脯氨酸和ASA 的含量，却显著提高了油松幼苗SOD、POD、APX 等抗氧化酶的活性，并且对油松幼苗脯氨酸和ASA 积累的促进作用比单一因子更加明显。因此，增温和施氮共同作用下油松幼苗叶片中O2-产生速率、H2O2 及MDA 含量明显降低，而云杉叶片中只有O2-产生速率出现降低趋势。 增温和施氮都降低了云杉体内的P、Ca、Mg 元素的含量，增加了Cu、Zn、Mn 在各器官内的积累。对油松幼苗而言，增温和加氮单独作用也显著降低了Ca 含量增加了Cu、Zn、Mn 的积累，但是不同于云杉幼苗的是P、Mg 也显著增加。增温和施氮联合作用对云杉幼苗体内元素的影响与单一施氮处理或增温处理相似，不同的是比单一因子作用更为明显降低了P、Ca、Mg 含量，增加了植株中N、Cu、Zn、Mn 的含量，但是油松矿质元素含量在联合作用下并没有产生类似于云杉幼苗的双因子叠加效应。 总之，尽管单独增温或者施氮都有利于云杉和油松幼苗生长指标、光合能力以及抗氧化能力的提高。但是，增温和施氮对云杉幼苗生长生理的促进效应非但没有在交互作用下有更大的提高，反而低于单独氮处理。与此不同的是，增温和施氮联合作用比单因子作用更有利于油松幼苗生长及生理指标的提高。 With the continued increase in atmospheric concentrations of greenhouse gases (CO2、CH4、NOx), the mean global surface temperature has increased by about 0.74 ± 0.18℃ over the past century and is predicted to rise by as much as 6.4℃ during this century. Besides global warming, nitrogen deposition is another serious environmental problem caused by human activities, and high nitrogen load has become globalization as a result of global economy development. Global climate warming and nitrogen deposition have induced dramatic alternations in above - and below- ground biology and biogeochemistry process in terrestrial ecosystems, and more and more attention has been invited to those problems. This experiment mainly studies two important species Picea asperata and Pinus tabulaeformis in subalpine coniferous forest of western Sichuan, China. Infared heaters are induced to increase both air and soil temperature by 2.1℃ and 2.6 ℃, respectively. Ammonium nitrate solution (for a total equivalent to 25 g N m-2 year-1) is added to soil surface. There are four treatments in this study: (1) unwarmed unfertilized (UU); (2) unwarmed fertilized (UF); (3) warmed unfertilized (WU); (4) warmed fertilized (WF). This study is conducted to determine the influences of experimental warming and nitrogen fertilization on physiolchemistry, nutrition metabolism, growth and morphology in the two coniferous species seedlings. The current study is favorable for increasing our understanding on the early phase of regeneration behavior in subalpine coniferous forest, and it also provide scientific direction for forest management under future global changes. The results are as follows: Artificial warming alone significantly increased basal diameter, leaf mass, stem mass, root mass and total biomass for Picea asperata and Pinus tabulaeformis seedlings, and single nitrogen fertilization are also favorable for growth of the two species and stimulate plant hight and total biomass. The two species seedlings respond differently to the combination of elevated temperature and nitrogen addition. Warming combined with nitrogen fertilization weakens the positive effects of nitrogen addition for growth of Picea asperata seedlings. However, the combination of elevated temperature and nitrogen fertilization further increase biomass accumulation of Pinus tabulaeformis seedlings. Both elevated temperature alone and nitrogen fertilization alone can increase photosynthetic pigments contents, net photosynthetic rate (A), maximum net photosynthetic rate (Amax), apparent quantity yield (Φ), maximum photochemical efficiency of photosystem II (Fv/Fm) and effective quantum yield (Y). Similarly with growth parameters, the combination of warming and nitrogen addition induced more increment of these above photosynthetic parameters for Pinus tabulaeformis seedlings. However, these photosynthetic parameters of Picea asperata seedlings under the combination of warming and nitrogen addition are lower than those under nitrogen fertilization alone. The levels of active oxygen species (AOS) and malodiadehyde (MDA) in needles of the two coniferous species seedling are obviously decreased by experimental warming or additional nitrogen. Warming combined with nitrogen fertilizer reduces the activities of SOD, CAT and APX, and the contents of proline and ASA of Picea asperata seedlings, but the combination significantly increases activities of these antioxidant enzymes in needlels of Pinus tabulaeformis seedlings and further improves the accumulation of proline and ASA compared to either artificial warming or nitrogen addition. Therefore, the rate of O2 - production, the contents of H2O2 and MDA in needles of Pinus tabulaeformis seedlings are remarkably reduced by the combination of warming and nitrogen addition, but the combination only significantly decreased the rate of O2 - production of Picea asperata seedlings. Elevated temperature or nitrogen fertilization decrease the contents of P, Ca, Mg but increase Cu, Zn, Mn contents for Picea asperata seedlings. For Pinus tabulaeformis seedlings, elevated temperature alone and nitrogen fertilization alone decreased Ca, but increased P, Mg, Cu, Zn, Mn contents. The effects of the combination of warming and nitrogen addition on these element contents in needles of Picea asperata seedlings are added or multiplied the effects of warming and nitrogen addition alone, resulting in less contens of P, Ca, Mg and more contents of Cu, Zn, Mn than either elevated temperature or nitrogen fertilization. Howere, these adding or multipluing single-factor effects on contents of these elements are not observed in the case of Pinus tabulaeformis seedlings. In conclusion, growth parameters, photosynthetic capacities and antioxidant abilities of Picea tasperata and Pinus abulaeformis seedlings are improved by experimental warming or nitrogen fertilization. Interestingly, the positive effects of warming and nitrogen addition on growth and physiological performances are not multiplied by the combination of elevated temperature and nitrogen fertilization, even dempened for Picea asperata seedlings. However, for Pinus tabulaeformis seedlings, growth and physiological performances are further improved by the combination.

小麦胚乳蛋白组分和Glu-B3位点基因核心编码区差异与小麦品质关系的研究

小麦加工品质改良已成为我国小麦育种的主要目标之一。特别是我国加入WTO以后，对小麦产品的质量提出了更高的要求，小麦品质改良的任务将更加艰巨和重要，小麦胚乳蛋白是影响小麦加工品质性状的重要因素。因此，深入了解小麦胚乳蛋白对加工品质性状的影响及其分子基础，为品质改良提供理论依据和科学指导，对加速我国小麦品质育种和优质小麦生产具有重要意义。本研究选用在麦谷蛋白5个基因位点(Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1、Glu-B3和Glu-D3)上均含不同等位基因的小麦品种99G45和京771及Pm97034和京771杂交F9代共164个麦谷蛋白纯合系，及228个中国推广普通小麦品种和高代育成品系为试材，研究了麦谷蛋白Glu-1和Glu-3位点基因等位变异对籽粒蛋白、湿面筋含量、Zeleny沉降值和SDS沉降值间的关系；本研究还利用小麦A、B和D基因组中低分子量麦谷蛋白亚基（LMW-GS）基因特异引物，通过PCR方法克隆了1个Glu-A3位点和3个Glu-B3位点LMW-GS基因片段，在此基础上分析了不同等位基因对品质造成差异的分子基础；另外，本研究对中国近年推广的部分品种和育成的高代品系资源的多样性进行了分析。现将主要研究结果简述如下： 1. 对来自三个麦区的148份材料的醇溶蛋白组成进行了分析，结果表明，各麦区醇溶蛋白模式具有较大差异。在ω区,A7、B、E、F、G、J、P、Q、S和U仅存在于西南秋播麦区；A3、M、N、R、W和X仅存在于黄淮特种麦区；K仅存在于北方冬麦区；A6是北方冬麦区出现频率最高的带型模式，而西南秋播麦区中D出现的频率最高。ω-区的E、H和M几种模式是以前国内外未曾报道的。且初步确定，这些模式对品质性状具有正效应。至于γ区,A、B、D、E和F在各区均有出现，其中B和E在各区出现的频率都很高，在26.1-39.6％之间。相反，H 仅出现在黄淮特种麦区，J仅限于西南秋播麦区。对于β-区醇溶蛋白，B型模式在所有区中都相当高，而模式A仅存在于第三区.对于α-区，模式A在Ⅲ区而模式D在Ⅱ区出现的频率很高。1BL.1RS易位系在中国小麦品种中出现频率高达41.2％，在I, II和Ⅲ麦区的出现频率分别为 45.5、43.5和35.2%。各生态区模式的差异可能是品种适应不同生态条件和人为选择的结果，但这有待进一步证明。由于醇溶蛋白位点（Gli-1）与LMW-GS位点（Glu-3）紧密连锁，本结果可为下面确定普通小麦LMW-GS等位基因变异所用。 2. 利用Gli-1与Glu-3的紧密连锁，以228个小麦品种/系为材料，首次对中国小麦品种麦谷蛋白亚基的6个位点进行综合分析，研究小麦籽粒蛋白与品质性状间的关系，结果表明6个高分子量（HMW）和低分子量（LMW）麦谷蛋白位点对蛋白质含量的效应大小为，Glu-D1>Glu-B3>Glu-A1=Glu-B1> Glu-A3=Glu-D3；对GMP含量的效应大小为, Glu-A3>Glu-B3>Glu-D1> Glu-B1>Glu-A1>Glu-D3；对湿面筋含量的效应大小为, Glu-B1>Glu-B3= Glu-D3>Glu-A3>Glu-A1>Glu-D1；对Zeleny沉降值的效应大小为, Glu-A1> Glu-B3>Glu-D3>Glu-D1>Glu-B1>Glu-A3；对SDS沉降值的效应大小为, Glu-B3>Glu-A1=Glu-D1=Glu-A3>Glu-D3>Glu-B1。对蛋白含量而言，各位点的最佳组合方式为1、17+18、5+10、Glu-A3e、Glu-B3g、Glu-D3b；对湿面筋含量而言，各位点的最佳组合方式为1、6+8、5+10、Glu-A3d、Glu-B3c、Glu-D3b；对Zeleny沉降值而言，各位点的最佳组合方式为N、17+18、5+10、Glu-A3d、Glu-B3d、Glu-D3b；对SDS沉降值而言，各位点的最佳组合方式为1、7+8、2.2+12、Glu-A3b、Glu-B3g、Glu-D3b。另外，分析了稀有亚基对5+12与2.2+12与品质性状的关系，认为5+12对品质有负效应，2.2+12对品质有正效应。在品质育种时，应对优异组合或优异亚基加以利用。 3. 首次利用重组自交系（RILs）为材料，研究麦谷蛋白亚基表达量与品质性状的关系，通过对重组自交系中各HMW-GS表达量的分析，认为，就单个亚基的表达量而言，7亚基最高；其次为2亚基、5亚基、12亚基和10亚基；亚基9和1的表达量最小；N亚基不表达。对成对出现的亚基对而言，x型和y型亚基的总表达量2+12>5+10>7+9>17+18。就单个亚基与品质性状的关系而言，仅有10亚基的表达量与蛋白含量的相关性达5%的显著水平，2亚基的表达量与湿面筋含量呈负相关，显著水平也达5%，其余单个亚基对品质性状均无显著影响；就x型/y型亚基的比例来看，2/12和5/10对湿面筋含量都有显著的负效应；对某一位点等位基因控制的亚基表达总量来看，2+12对SDS沉降值有显著负效应。另外，本研究得出：2＋12的亚基对的负效应主要体现在2亚基上，且在同一位点上，x型亚基的表达量大于y型。所以推导稀有亚基组合2+10很可能也是劣质亚基。 4. 以 Glu-A1、Glu-B1、Glu-D1、Glu-B3和Glu-D3作为5个因素对99G45/京771和Pm97034/京771杂交后代的蛋白质含量和SDS沉降值进行多因素方差分析。结果表明，Glu-A1和Glu-D3对蛋白含量的加性效应达5％显著水平；Glu-D1 * Glu-D3对蛋白质含量的互作效应也达5%显著水平；其余位点的加性和互作效应对蛋白质含量的影响均不显著。对SDS 沉降值而言，Glu-D1的加性效应最大,贡献率为4.2 % ,达1 %显著水平,其次是Glu-B1位点,贡献率为3.3% ,达5%显著水平。其余位点对SDS 沉降值的加性和互作效应均未达5%显著水平。总体而言, 各位点对蛋白含量的效应大小为Glu-D3 > Glu-A1 > Glu-D1>Glu-B1>Glu-B3；对SDS沉降值的效应大小为Glu-D1>Glu-B1> Glu-D3>Glu-A1> Glu-B3。Glu-D1和Glu-D3位点上等位基因变异对蛋白含量有显著或极显著影响，含Glu-D1d和Glu-D3 GD、Glu-D3 JD基因的株系分别比含Glu-D1a和Glu-D3 PD基因的株系有较高的蛋白含量；在该遗传背景下，麦谷蛋白各基因位点对蛋白含量的效应大小依次排列为：Glu-A1位点1>N；Glu-B1位点7+9>17+18>14+15；Glu-D1位点5+10>2+12；Glu-B3位点GB>JB>PB；Glu-D3位点GB>JB>PB。对SDS沉降值的效应大小依次排列为：Glu-A1位点1>N；Glu-B1位点7+9=17+18>14+15；Glu-D1位点5+10>2+12；Glu-B3位点GB>JB>PB；Glu-D3位点GB>JB>PB。所以，对蛋白含量和SDS沉降值均较好的组合为1，7+9，5+10，GB，GD。 5. 因为GB和PB对品质的效应有显著差异，选取LMW-GS位点特异扩增引物对京771、99G45和Pm97034的Glu-B3位点进行扩增，结果得到三个不一样的扩增片段（Genebank号为DQ539657－DQ539659），得到的基因片段与Genebank中已报道的同类序列高度同源。通过克隆片段组成的分析，发现对Pm97034的序列较京771和99G45段少一个7氨基酸的重复单元，这可能是它较另外两个片段对面筋强度影响小的主要原因；另外，在99G45的序列中，124位处出现L（亮氨酸）代替P（脯氨酸），158位处出现了T（苏氨酸）代换M(蛋氨酸)，这可能是99G45Glu-B3位点序列对SDS沉降值的效应显著优于Pm97034的原因。 6．通过对RILs各位点同普通小麦品种（系）各位点与品质关系的比较，发现对SDS沉降值的效应，各位点在不同研究材料中是不同的，普通小麦中：Glu-B3>Glu-A1=Glu-D1=Glu-A3>Glu-D3>Glu-B1，RILs中：Glu-D1>Glu-B1> Glu-D3>Glu-A1> Glu-B3。利用重组自交系材料（完全排除了1BL/1RS易位干扰）所得到的结果与Gupta and MacRitchie (1994)所得结论一致。进一步证实了1BL/1RS易位对小麦品质的重要影响。对蛋白含量而言，普通小麦品种（系）中，Glu-D1>Glu-B3>Glu-A1=Glu-B1> Glu-A3=Glu-D3，RILs中，Glu-D3 > Glu-A1 > Glu-D1>Glu-B1>Glu-B3，和对SDS沉降值的效应一样，推断在非1BL/1RS易位的情况下，各位点对其效应应为Glu-D3 > Glu-A1 > Glu-D1>Glu-B1>Glu-B3。 对同一位点的等位基因而言，普通小麦和重组自交系中Glu-A1和Glu-D1上的等位基因对品质性状的贡献是一致的，但Glu-B1上的等位基因对SDS沉降值的贡献发生了变化，普通小麦中17+18>7+9，RILs中7+9>17+18，这可能也是1BL/1RS造成的。 Baking quality improved is one of the main object of wheat bread in China. The overall objective of the present studies was to increase the understanding about protein quality in wheat, i.e. to make it possible to improve the production of wheat with desired quality for different end-uses. With the analysis of gluten protein in RILs, 99G45/Jing 771 and Pm97034/Jing, and 228 wheat cultivars or lines in China, the correlations between glutenin compositions and protein content, glutenin macropolymer(GMP), wet gluten content, Zeleny sedimentation value and SDS sedimentation value contentand breadmaking quality were studied. Also a rapid and efficient detection method of geneticpolymorphism at Glu-B3 loci in wheat was established using polymerase chain reaction(PCR).The results obtained were as follows: 1. Cultivated Chinese wheat germplasm has been a valuable genetic resource in international plant breeding. Patterns of gliadin among cultivated Chinese accessions are unknown, despite the proven value and potential novelty. The objective of this work was to analyse the diversity within improved Chinese wheat germplasm. The electrophoretic banding patterns of gliadin in common wheat cultivars and advanced lines were determined by acid-polyacrylamide gel electrophoresis. For 148 leading commercial cultivars and promising advanced lines used in our study, 48 patterns were identified, 29 corresponding to ω-gliadin, 9 to γ-gliadin, 5 to β-gliadin and 5 to α-gliadin. The most frequent patterns were A6 in ω; B in γ; B in β and A in the region of α. 116 band types appeared in the148 samples: 94 accessions had unique gliadin types, and 22 gliadin types while not unique were found in 54 accessions. The gliadin patterns of Chinese wheat cultivars and lines greatly differed from the patterns of wheat lines from other countries. Three patterns, E, J, H, M, N and O in the ω-zone had not previously been reported. Three wheat zones，the Northern Winter Wheat Region, the Yellow and Huai Valley River valleys Winter Wheat Region and the Southwestern Winter Wheat Region，in China showed different frequencies in their gliadin patterns. This information can be used to monitor genetic diversity with Chinese wheat germplasm. 2. To analyse the relationship between the loci and characteristics quality, we utilized the 228 cultivars/lines. The results showed that : For protein content, Glu-D1 >Glu-B3>Glu-A1=Glu-B1>Glu-A3=Glu-D3. For GMP content, Glu-A3>Glu-B3 >Glu-D1>Glu-B1>Glu-A1>Glu-D3. For wet gluten content, Glu-B1>Glu-B3= Glu-D3>Glu-A3>Glu-A1>Glu-D1. For Zeleny sedimentation value, Glu-A1>Glu-B3> Glu-D3>Glu-D1>Glu-B1>Glu-A3, For SDS sedimentation value, Glu-B3>Glu-A1= Glu-D1= lu-A3>Glu-D3>Glu-B1。For protein content, the best combination of 6 loci is (1,17+18,5+10,Glu-A3e, Glu-B3g,Glu-D3b). For wet gluten content, the best combination of 6 loci is (1,6+8,5+10,Glu-A3d,Glu-B3c,Glu-D3b). For Zeleny sedimentation value, the best combination of 6 loci is (N,17+18,5+10,Glu-A3d, Glu-B3d, Glu-D3b). For SDS sedimentation value, the best combination of 6 loci is(7+8,2.2+12,Glu-A3b, Glu-B3g,Glu-D3b)。Additional, we analysed the relationship between the subunits 5+12 and 2.2+12, think that 5+12 was negative for quality, 2.2+12 is postive for quality. It should be effective utilized. 3. It’s the first time to utilize RILs to study the relationship between subunits expression quantity and characteristics quality. The results showed that: For single subunit, the expression quantity of 7 is the highest. Then the 2, 5, 12 and 10. The expression of subunit 9 and 1 is the lowest. Subunit N is not expressed. For subunits, the expression quantity of x type and y type are 2+12>5+10>7+9>17+18. The significant relation of 5% only showed between the expression quantity of subunit 10 and protein content. The relationship between expression quantity of others and characteristic quality was not significant. For x type/ytype, 2/12 and 5/10 is negative relation insignificant level. For the subunit(s) in a loci, Only 2+12 effect SDS sedimentation value negative in significant level. 4. With RILs 99G45/Jing 771 and Pm97034/Jing 771, we found that: The effective of Glu-A1, Glu-D3 and Glu-D1 * Glu-D3 for protein content is significant at 5% level. The effect of other loci for protein wre not significant. For SDS sedimentation value, the effect of Glu-D1is the highest, which contribution is 4.2 % .Then the Glu-B1, contribution is 3.3%. The effect of other loci for SDS sedimentationvalue were not significant. In total, for protein content: Glu-D3 > Glu-A1 > Glu-D1>Glu-B1>Glu-B3; for SDS sedimentationvalue: Glu-D1>Glu-B1> Glu-D3>Glu-A1>Glu-B3. The effect of alleles in Glu-D1 and Glu-D3 loci are significant at 1% or 5%. In Glu-A1, 1>N; Glu-B1, 7+9>17+18>14+15; Glu-D, 5+10>2+12; Glu-B3, GB>JB>PB; Glu-D3, GB>JB>PB. For SDS sedimentation, Glu-A1, 1>N; Glu-B1, 7+9=17+18>14+15; Glu-D1, 5+10>2+12; Glu-B3, GB>JB>PB; Glu-D3, GB>JB>PB. The best combinations for SDS sedimentation value is 1，7+9，5+10，GB，GD. 5. Because of the difference of GB and PB for SDS sedimentation value, we selected the specific primer for LMW-GS loci to amplified the Glu-B3 of Jing771, 99G45and Pm97034. We got 3 amplify fragment (Gene Bank accession number are DQ539657－DQ539659）. We found that the fragment of Pm97034 were deleted a repetitive 7 amino acid domain, which is perhaps the reason effect the gluten strength. Furthermore, in the position 124 of sequence 99G45, L has been replaced with P. Position 158, T replaced M, which may be the reason why the Glu-B3 locus of 99G45 is prefer to Pm97034 when refer to SDS sedimentation value. 6. Comparing the results of RILs and common wheat, we found that perhaps just the1BL/1RS made the difference of loci in different accession.

鲜甘薯快速乙醇发酵条件的初步研究

本文对不同菌种（酵母菌和运动发酵单胞菌）快速生产燃料乙醇的条件进行了研究，实现了鲜甘薯快速转化为燃料乙醇。全文分为两部分： 第一部分：酵母菌快速生产燃料乙醇的条件研究。通过单因素试验，酵母菌快速生产燃料乙醇的条件为：发酵方式采用边糖化边发酵（SSF），蒸煮温度为85 ℃，料水比2:1（初始糖浓度 210 g/kg），糖化酶用量0.75 AGU/g 鲜甘薯，接种量10%（v/w）。在最优条件下，经过24 h发酵，乙醇浓度可达97.44 g/kg, 发酵效率为92%，发酵强度为4.06 g/kg/h。由于采用了低温蒸煮和SSF，可以大大节约能耗，从而降低乙醇生产的成本。同时，利用摇瓶优化的条件，进行了10 L，100 L，500 L发酵罐的放大试验，由于发酵罐初期可以人为通氧，使菌体能迅速积累，发酵时间缩短2 h，发酵效率在90%以上。 第二部分：运动发酵单胞菌快速生产燃料乙醇条件研究。通过单因素试验和正交试验获得了发酵的最佳参数：初始pH值6.0-7.0，硫酸铵5.0 g/kg，糖化酶量1.6 AUG/kg淀粉，初始糖浓度200 g/kg，接种量12.5%（v/w）。经过21 h发酵，乙醇浓度为95.15 g/kg，发酵效率可达94%。同时对不灭菌发酵也进行了研究，发酵效率可达92%。为鲜甘薯运动发酵单胞菌燃料乙醇的工业化生产打下基础。 对发酵结束后的残糖进行了研究。通过薄层层析和葡萄氧化酶测定证明：无论是酵母菌还是运动发酵单胞菌发酵结束后的发酵液中都不含葡萄糖。经过HPLC进一步分析残糖说明：发酵液中已没有葡萄糖成分；经糖化酶水解后仍没有葡萄糖出现；但经酸水解后又出现了葡萄糖，说明结束后的残糖是一些低聚糖结构。有关残糖的结构需要进一步研究。可以通过开发高效的低聚糖水解酶来降低发酵液的残糖，提高原料的利用率。 A new technology for rapid production fuel ethanol from fresh sweet potato by different microorganisms (Saccharomyces cerevisiae and Zymomonas mobilis) was gained in this research. The paper involved two parts: Part 1: The study on fuel ethanol rapid production from fresh sweet potato by Saccharomyces cerevisiae. The following parameters of Saccharomyces cerevisiae was investigated by a series of experiments: fermentation models, cooking temperature, initial sugar concentration and glucoamylase dosage. The results showed that SSF (simultaneous saccharification and fermentation) not only reduced the fermentation time (from 30 to 24h) but also enhanced the ethanol concentration (from 73.56 to 95.96 g/kg). With low-temperature-cooking (85 ℃) using SSF, the Saccharomyces cerevisiae was able to produce ethanol 97.44 g/kg which the fermentation yield could reach to 92% and ethanol productivity 4.06 g/kg/h from sweet potato enzymatic hydrolysis. Furthermore, the savings in energy by carrying out the cooking (85 ℃) and saccharification (30 ℃) step at low temperature had been realized. The results were also verified in 10 L, 100 L and 500 L fermentor. The fermentation yield was no less than 90%. The fermentation time of fermenter was shorter than Erlenmeyer flask. This may be that the aeration in the early fermentation period is available, which lead to the rapidly commutations of biomass. Part 2: The technology of ethanol rapid production with simultaneous saccharification and fermentation ( SSF ) by Zymomonas mobilis，using fresh sweet potato as raw material was studied. The effects of various factors on the yield of ethanol were investigated by the single factor and the orthogonal experiments. As a result, the optimal technical conditions were obtained from those experiments：initial pH value 6.0-7.0, nitride 5.0 g/kg，(NH4)2SO4, glucoamylase 1.6 AUG/kg starch, inoculums concentration 12.5% (v/w). The Zymomonas mobilis was able to produce ethanol 95.15 g/kg, with 94% of the theoretical yield, from fresh sweet potato after 24 h fermentation. The fermentation efficiency of non-sterilized was also reach to 92%. We also analyzed the final fermentation residual sugars of Saccharomyces cerevisiae and Zymomonas mobilis. When the residual sugars were analyzed by thin-layer chromatogram and glucose oxidase, there was no glucose. The analysis of reducing sugars by HPLC showed that there was no glucose existed in the fermentation liquor. However, the glucose appeared after being hydrolyzed by acid. It is indicated that the residual sugars in the final fermentation liquor were the configuration of oligosaccharide, which was linked by the special glycosidic bonds. It was feasible for reducing residual sugars to develope the enzyme that can degradation the oligosaccharide.