热带亚热带农作物和森林植物光合作用生态生理研究

该成果研究热带亚热带主要植物的光合作用途径和水分关系、光合作用对环境因子变化的响应及具有400多年历史的南亚热带自然林群落植物的主要生态生理特征。首次在国内应用稳定性碳同位素比技术对热带和亚热带植物以及广东鼎湖山片段保护区森林165种植物进行了光合途径的研究和鉴定，新发现36种C4植物和1种CMA植物，提出稳定碳同位素比值与植物生长习性、林地与冠层不同条件有关，可作为叶片受光状况的指标。具有多层次结构的森林中叶片形态结构、光合能力、氮和矿质元素含量、叶片水势和气孔运动的昼夜和季节变化等皆与群落微气候、植物生活型及其在冠层中的位置不同而异。受人类活动干扰的林地中，植物的这些生态生理特性发生了改变。在国内率先建立现代生理生态学整套方法，研究热带和亚热带植物个体和群体、群落结构和功能、植物光合作用与水分关系以及外界环境与植物适应性等关系。这些系统研究居国际先进水平。

Energy and momentum transfer in one-dimensional trapped gases by stimulated light scattering

In ultracold atoms settings, inelastic light scattering is a preeminent technique to reveal static and dynamic properties at nonzero momentum. In this work, we investigate an array of one-dimensional trapped Bose gases, by measuring both the energy and the momentum imparted to the system via light scattering experiments. The measurements are performed in the weak perturbation regime, where these two quantities-the energy and momentum transferred-are expected to be related to the dynamic structure factor of the system. We discuss this relation, with special attention to the role of in-trap dynamics on the transferred momentum.

Serological and Genetic Evidence for Altered Complement System Functionality in Systemic Lupus Erythematosus: Findings of the GAPAID Consortium

Systemic lupus erythematosus is a chronic autoimmune disease with multifactorial ethiopathogenesis. The complement system is involved in both the early and late stages of disease development and organ damage. To better understand autoantibody mediated complement consumption we examined ex vivo immune complex formation on autoantigen arrays. We recruited patients with SLE (n = 211), with other systemic autoimmune diseases (n = 65) and non-autoimmune control subjects (n = 149). Standard clinical and laboratory data were collected and serum complement levels were determined. The genotype of SNP rs1143679 in the ITGAM gene was also determined. Ex vivo formation of immune complexes, with respect to IgM, IgG, complement C4 and C3 binding, was examined using a functional immunoassay on autoantigen microarray comprising nucleic acids, proteins and lipids. Complement consumption of nucleic acids increased upon binding of IgM and IgG even when serum complement levels were decreased due to consumption in SLE patients. A negative correlation between serum complement levels and ex vivo complement deposition on nucleic acid autoantigens is demonstrated. On the contrary, complement deposition on tested protein and lipid autoantigens showed positive correlation with C4 levels. Genetic analysis revealed that the non-synonymous variant rs1143679 in complement receptor type 3 is associated with an increased production of anti-dsDNA IgG antibodies. Notwithstanding, homozygous carriers of the previously reported susceptible allele (AA) had lower levels of dsDNA specific IgM among SLE patients. Both the non-synonymous variant rs1143679 and the high ratio of nucleic acid specific IgG/IgM were associated with multiple organ involvement. In summary, secondary complement deficiency in SLE does not impair opsonization of nucleic-acid-containing autoantigens but does affect other antigens and potentially other complement dependent processes. Dysfunction of the receptor recognizing complement opsonized immune complexes promotes the development of class-switched autoantibodies targeting nucleic acids.

Carcinoma epidermóide invasivo de pênis: subexpressão dos fragmentos C3 e C4A/B do sistema complemento detectado no plasma pela plataforma proteômica ClinProt/MALDI/TOF

O carcinoma epidermóide de pênis (CEP) representa 95% das neoplasias penianas e afeta quase sempre pacientes não circuncidados estando muitas vezes associado à falta de higiene local adequada e à fimose. No Brasil a sua incidência é de 2,7 % porém em algumas áreas do país pode chegar a 17% dos casos diagnosticados por ano. O tumor pode ocorrer em qualquer parte do órgão sexual masculino e o tipo de estadiamento empregado é controverso. A classificação de Broders é a mais utilizada. Estudos sugerem a relação entre o desenvolvimento do carcinoma de pênis com a infecção por HPV (Papiloma Vírus Humano). O método de avaliação dos linfonodos inguinais permanece controverso sendo difícil a diferenciação entre linfadenomegalia inflamatória reacional e metastática. O exame físico não é um preditor confiável do comprometimento linfonodal pois pacientes com linfonodos palpáveis podem não apresentar metástases. Há poucas publicações sobre os mecanismos moleculares envolvidos na gênese e progressão do CEP. Apesar de vários marcadores terem sido avaliados, atualmente a aplicação clínica destes é limitada. A maior parte dos marcadores estudados requer procedimentos invasivos para obtenção do tecido tumoral. Existe a necessidade de encontrar através de uma técnica pouco invasiva marcadores tumorais circulantes capazes de diferenciar portadores de CEP com e sem envolvimento metastático. Neste tipo de neoplasia, a descoberta de biomarcadores que avaliem o prognóstico é relevante, pois o exame físico não é um indicador confiável do comprometimento linfonodal e da sobrevida.Os objetivos foram 1) revisar e discutir a epidemiologia, a etiologia, os diversos tipos de abordagem cirúrgica e as controvérsias no tratamento cirúrgico do câncer de pênis 2) investigar através da plataforma ClinProt/ MALDI / TOF a presença de marcadores plasmáticos capazes de discriminar indivíduos saudáveis de pacientes afetados por carcinoma epidermóide de pênis (CEP) 3) avaliar a importância destes marcadores na evolução da doença. Foram coletados e analisados pela plataforma ClinProt / MALDI / TOF o plasma de 36 indivíduos saudáveis e 25 pacientes com CEP invasivo, submetidos a tratamento cirúrgico entre junho de 2010 e junho de 2011, nos serviços de urologia do Instituto Nacional de Câncer e do Hospital Mário Kröeff (Rio de Janeiro). Nossos resultados apontaram para um conjunto de dois peptídeos (A = m / z 1897,22 + -9 Da e B = m / z 2021,99 + -9 Da) que foram capazes de diferenciar pacientes com CEP de indivíduos controles. Esses peptídeos foram posteriormente identificados como fragmentos C3 e C4 A/B do sistema complemento. A validação cruzada, utilizando toda casuística apresentou 62,5% e 86,76% de sensibilidade e de especificidade, respectivamente, com uma alta sensibilidade (100%) e especificidade (97%) nos pacientes que morreram pela doença. Além disso, os pacientes com envolvimento ganglionar obtiveram uma sensibilidade e uma especificidade de 80 % e 97%, respectivamente. Ficou demonstrado que à medida que a doença progride mais subexpressos está o conjunto de peptídeos quando comparados com indivíduos saudáveis. Estes resultados podem ser úteis como ferramentas para a avaliação do prognóstico destes pacientes.

Modelagem e simulação da formação de hidrocarbonetos na combustão do gás natural

A exaustão de um veículo de motor a diesel é uma importante fonte de poluentes atmosféricos, pois forma uma matriz complexa composta de poluentes regulados e não regulados pelos órgãos governamentais. Dentre os poluentes regulados podemos citar óxidos de nitrogênio (NOx) e material particulado. Os poluentes não regulados são pouco estudados até hoje e dentre estes encontra-se a classe dos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e seus derivados nitrados (nitro-HPA). Estes são encontrados na exaustão do diesel na forma gasosa ou agregados ao material particulado. Hoje, o interesse em estudos destes compostos vem aumentando, devido às suas atividades carcinogênicas e mutagênicas às quais estão sujeitas as populações dos centros urbanos. O impacto causado pelos nitro-HPA emitidos por motores a ciclo diesel ao ambiente não está ainda completamente estabelecido. Este estudo consiste na modelagem e simulação do processo de combustão de hidrocarbonetos na faixa de C1 a C4 com o objetivo de descrever a formação de compostos aromáticos, principalmente HPA, e óxidos de nitrogênio a partir de modelos cinéticos de combustão propostos na literatura como referência e fazendo uso do software de simulação Kintecus. Este projeto tem como objetivo em longo prazo propor um modelo cinético para combustão do óleo Diesel. Foi iniciada a construção de um modelo cinético de combustão a partir de modelos de hidrocarbonetos simples de C1 a C4, com formação de aromáticos, HPA e óxidos de nitrogênio. Os modelos originais foram avaliados e modificados a fim de estudar como parâmetros do modelo afetam a concentração das espécies de interesse. Foi observado a tendência de formação de benzeno e fulveno em baixas temperaturas e a tendência de formação de antraceno, pireno, fenantreno a temperaturas mais altas. Foi avaliado que a conversão NO-NO2 ocorre em maiores proporções em reações iniciadas a baixas temperaturas, 600 K. Os resultados indicam que propano é o maior responsável por esta conversão. O modelo final obtido resultou da união dos modelos de combustão Hori e Marinov mais inclusão do GRI-Mech 3.0 e reações adicionais de NOx retiradas da base de dados NIST

Obtenção de nanocompósitos a partir da co-coagulação da borracha nitrílica e hidrotalcita

Partículas nanoestruturadas têm sido amplamente utilizadas como carga de reforço em matrizes elastoméricas, sendo substitutos eficazes das cargas convencionais, já consagradas, como o negro de fumo, mica, sílica. Em especial, as argilas têm mostrado grande potencial ao que se refere a melhor dispersão na matriz polimérica, em função de sua elevada razão de aspecto. Dentro do vasto universo de argilominerais, as argilas aniônicas, também conhecidas hidróxido duplo lamelar (HDL), apresentam como vantagem a possibilidade de ser projetada estruturalmente para as mais diversas finalidades, ao se modificar os ânions ou os cátions, ou até mesmo combiná-los na estrutura lamelar. E dentre os métodos existentes para se preparar compósitos a base de elastômero/argila, a co-coagulação do látex, é uma forma bastante eficaz e economicamente viável, uma vez que a borracha obtida após processo de coagulação já contém a carga incorporada. Este trabalho se dedicou a avaliar o processo de co-coagulação do látex de NBR e HDL, visando a obtenção de nanocompósitos. Para tanto HDL de composição Mg/Al-CO3 foi modificado com ânions DS, DBS e ST e foram preparadas suspensões aquosas, utilizando como ferramentas de dispersão ultraturrax e ultrassom de ponteira. As variáveis de processo avaliadas foram tipo e teor de HDL, tempo de mistura látex/suspensão aquosa de HDL, quantidade de coagulante e velocidade de agitação. Por fim, os coágulos obtidos foram formulados para avaliar a influência dos HDL na cinética de vulcanização e também para determinação das propriedades mecânicas convencionais. Os resultados obtidos comprovaram que a metodologia de dispersão de hidrotalcita ao látex nitrílico de modo prévio ao processo de coagulação é uma alternativa viável para a obtenção de nanocompósitos. O uso do ultrassom de ponteira como ferramenta na dispersão aquosa de HDL contribuiu para maior estabilidade da suspensão e o ajuste nos parâmetros do sistema de coagulação, levaram a obtenção de grumos uniformes do ponto de vista macroscópico e microscópico. As micrografias dos coágulos não vulcanizados obtidas por MEV-FEG confirmaram as informações apuradas a partir dos difratogramas de raios-X que apontou a formação de um sistema parcialmente esfoliado, em função da ausência dos picos característicos da hidrotalcita, além de indicarem a coexistência de partículas em dimensões micrométrica a nanométricas em uma mesma estrutura. A composição química do HDL, com a presença de átomos de magnésio e alumínio combinados com grupos hidroxila favoreceu a redução tanto o tempo de indução como de pré-cura. As propriedades mecânicas que se mostraram mais sensíveis ao grau de dispersão da carga foram a dureza, a deformação permanente à compressão (DPC) e o módulo de tração a 300% de deformação (E300), em especial para os compósitos contendo 10% m/m de HDL natural e modificado com estearato. A resistência à chama dos nanocompósitos de NBR-HDL vulcanizados apresentou um ligeiro aumento quando comparados à NBR pura, visto que esta é uma característica própria da hidrotalcita, decorrente da sua composição química

Populações de Chthamalus spp. em costões rochosos da baía da ilha Grande (RJ) e suas relações com o clima entre 2002 e 2012

Poucos organismos são aptos a suportar o alto estresse provocado pelas variações de temperatura e alta dessecação na faixa superior da região entremarés de costões rochosos, sendo um deles o cirripédio Chthamalus. Apesar da sua resistência, vivem constantemente próximos ao seu limite de tolerância fisiológica, o que pode influenciar suas populações. O objetivo deste estudo foi caracterizar as flutuações das populações de Chthamalus spp. na faixa superior da região entremarés em quatro costões rochosos na Baía da Ilha Grande entre 2002 e 2012, relacionando estas variações com os fatores ambientais temperatura do ar, temperatura superficial marinha e precipitação, verificando o potencial destes organismos como indicadores de variações climáticas. Para isso foram investigadas a temperatura do ar e precipitação a partir de dados da estação meteorológica de Angra dos Reis e temperatura da superfície do mar a partir de imagens de satélite (MODIS/AQUA), além das porcentagens de cobertura de Chthamalus spp. a partir de amostragens sazonais. Em geral o estudo indica que as populações foram influenciadas pelas variáveis biológicas recrutamento e competição intraespecífica. Foram verificadas grandes diferenças entre as populações nos costões rochosos estudados. A estação C1, apresentou altas coberturas de cirripédios jovens e adultos ao longo de praticamente todo o período de estudo. Na estação C2 ocorreram as maiores variações, enquanto nas estações C3 e C4 ocorreram coberturas menores e variações menos proeminentes. Estas diferenças provavelmente estiveram ligadas às características físicas de cada costão rochoso. Os anos de 2003 e 2010 foram caracterizados como de altas temperaturas (temperaturas do mar e do ar) quando comparados com os demais anos de estudo. Estes anos foram ainda caracterizados pela ocorrência do fenômeno El Niño, com altas anomalias térmicas, o que indica que este fenômeno climático influenciou as temperaturas da região. Nestes mesmos anos as coberturas de Chthamalus spp. foram relativamente baixas, o que indica que o estresse térmico afetou as populações deste cirripédio. Pode-se inferir através deste estudo que as populações de Chthamalus spp. sofrem influência direta dos fatores ambientais investigados, sendo com isso um potencial indicador de mudanças climáticas.

Função mitocondrial cardíaca de camundongos filhotes e adultos submetidos à hiperalimentação durante a lactação

Estudos demostram que a hiperalimentação no período pós-natal causa obesidade, alterações cardiometabólicas e resistência à insulina em longo prazo. O objetivo do estudo foi investigar as consequências da hiperalimentação na lactação nos corações de camundongos filhotes e adultos ao longo do desenvolvimento. Para induzir a hiperalimentação na lactação, o tamanho da ninhada foi reduzida a 3 filhotes machos no terceiro dia, grupo hiperalimentado (GH). O grupo controle (GC) permaneceu com 9 filhotes da lactação ao desmame. Avaliamos a massa corporal, gordura epididimária e retroperitoneal, morfologia hepática e cardíaca, ultraestrutura dos cardiomiócitos, peso do PVE/CT, glicemia de jejum, triglicerídeos, colesterol total, insulina plasmática e HOMA-IR. Analisamos o consumo de oxigênio das fibras cardíacas através da respirometria de alta resolução, atividade enzimática da PDH, CS e LDH no coração e glicogênio hepático. Biologia molecular, através das proteínas: IRβ, IRS1, pIRS1, PTP1B, PI3K, Akt, pAkt, GLUT1, GLUT4, AMPKα, pAMPKα, HKII, CPT1, UCP2, FABPm, CD36, PGC-1α, PPARα, 4HNE, complexos da CTE (I, II, III, IV e V), α-tubulina, GP91 e VADC. Diferenças entre os grupos analisadas por Two-Way ANOVA, com significância p<0,05. O GH apresentou aumento da massa corporal, gordura epididimária, retroperitoneal e colesterol total em todas as idades; glicemia de jejum, insulina, índice de HOMA-IR e triglicerídeos aos 21 e 90 dias. Aumento do índice de Lee aos 60 e 90 dias. GH apresentou diminuição: do IRβ e GLUT4 aos 21 e 60 dias; aumento do IRβ aos 90 dias; aumento do IRS1, PTP1B, aos 21 e 90 dias e da AKT, pAMPK/AMPK e GLUT1 aos 21 dias; diminuição da pIRS1/IRS1, PI3K, pAKT/AKT aos 21 e 90 dias; diminuição da HKII aos 21 dias e aumento aos 60 e 90 dias; aumento da PDH aos 90 dias; aumento da LDH aos 21 dias e redução aos 60 dias; aumento da CS aos 21 dias e diminuição aos 60 e 90 dias; aumento da oxidação de carboidratos aos 21 dias e redução aos 90 dias; diminuição na oxidação de ácidos graxos aos 60 e 90 dias. Adicionalmente, aumento do desacoplamento mitocondrial entre a fosforilação oxidativa e a síntese de ATP aos 60 e 90 dias. Diminuição da CPT1 e aumento da UCP2 aos 21 e 90 dias. Diminuição da PGC-1α aos 60 e 90 dias; da FABPm e CD36 em todas idades. Aumento da 4HNE aos 21 e diminuição aos 90 dias. Diminuição na expressão do mRNA para CPT1 aos 21, 60 dias. Diminuição na expressão do mRNA para PPARα e aumento na expressão do mRNA para UCP2 aos 21 dias; diminuição na expressão do mRNA para UCP2 ao 60 dias. Alterações morfológicas cardíacas e hepáticas, assim como na ultraestrutura dos cardiomiócitos, em todas as idades, maior conteúdo de glicogênio hepático aos 21 e 90 dias. Concluímos que a hiperalimentação na lactação levou à obesidade, com aumento da oxidação de glicose, alterações no metabolismo energético associadas à diminuição da sensibilidade à insulina, redução da capacidade oxidativa mitocondrial, levando ao desacoplamento e alteração da morfologia e ultraestrutura dos cardiomiócitos do desmame até a idade adulta.

CO2倍增对禾本科植物幼苗形态结构的影响

本论文为国家自然科学基金重大项目“中国陆地生态系统对全球变化的反应模式研究”的部分研究内容。 本文对C02正常浓度(350ppm)和C02倍增(700ppm)条件下，小麦（Triticum, aestivum）、半野生小麦(Triticum aestivum spp．tibeticumShao)、大麦（Hordeum vulgare）、野大麦（Hordeum brevisubulalum）、水稻（Oryza sativa,）、野生稻（Or7za sativa ssp．）、谷子（Setaria italica）、狗尾草（Setaria viridis）、高粱（Sorghum vulgare）、玉米（Zea mays）、旱雀麦（Bromus tectorum）、旱麦草（Eremopyrum triticeum）等12种禾本科植物幼苗的叶片厚度、叶肉细胞密度、维管束鞘细胞中的叶绿体数、叶肉细胞中的叶绿体数、表皮细胞密度、气孔密度、气孔指数、气孔长度、气孔阻抗及平均株高、鲜重、茎秆直径、根的直径、种子的萌发率及叶绿体超微结构等进行了比较研究。 结果表明，C02倍增使不同种类、不同测试项目反应不一。总体上看，CO2浓度倍增，使10种禾本科植物（野大麦、玉米外）的吐片厚度普遍增加。除个别种类外，C4种类的平均株高、鲜重、根直径倍增组比对照组减小;气孔平均密度增加，而C3种类则呈相反趋势o C4种类比C3种类的叶片气孔开度对C02倍增反应更为敏感。在高浓度C02条件下，C4种类的叶绿体超微结构变化较明显，淀粉粒显著增加。野生种类的表皮细胞密度，叶肉细胞密度，维管束鞘细胞中的叶绿体数及茎秆直径，C02倍增组比对照组减少，栽培种类则显著增加。气孔密度与气孔指数基本呈正相关;而气孔长度与气孔密度则大体上呈负相关。 文中对高浓度C02条件下，供试植物形态结构的变化和规律，及全球大气变化对未来农业可能产生的影响进行了讨论。

I.小麦非叶器官碳酸酐酶活性与定位分析II.镉毒害导致芦苇胚性细胞死亡的激素调控研究

第一部分： 通过生理测定和化学染色分析了冬小麦品种小堰54和京411的叶片和非叶片组织的碳酸酐 酶活性。叶片碳酸酐酶活性(CA)在挑旗时期达到最大值，之后减少到最小，而在饱粒期又呈 增加趋势。从灌浆期到饱粒期，颖片和内稃的CA活性均减少，而外稃和种皮的CA活性均增加。在饱粒期，小堰54的叶片、颖片、外稃和种皮CA活性均高于京411。组织化学染色表明，CA主要分布在旗叶的叶肉细胞叶绿体中，也分布在非叶片组织颖片、外稃和内稃的叶肉和维管束鞘细胞的胞质中。这些结果表明，小麦非叶组织叶肉和维管束鞘细胞的胞质中的CA可能对饱粒期冬小麦的C4光合途径起作用。饱粒期小堰54的C02传递到Rubisco酶速率和抗旱性较京411高。 第二部分： 以继代培养的芦苇胚性细胞为材料，利用台盼兰拒染法检测了悬浮细胞死亡过程，并利用石蜡切片法及苏木精染色法观察了不同浓度镉对芦苇细胞的毒害作用。1000μM的CdCl2迅速导致芦苇悬浮细胞死亡，200μM的CdClz在接种后第5天引起悬浮细胞死亡，100μM的CdCl2在接种后第7天引起悬浮细胞死亡，≤50μM的CdClz在接种后7天不引起悬浮细胞死亡。同时对不同浓度镉处理的芦苇胚性细胞的内源植物激素和可溶性蛋白质进行分析，≤50μM的镉浓度显著地降低胚性细胞内IAA、ZR、GA3和GA4的含量，却提高ABA的含量，抑制可溶性蛋白质的合成：≥100μM的镉浓度显著地提高IAA、ZR、GA3和GA4的含量，却降低ABA的含量，促进可溶性蛋白质的合成。这些结果表明，镉的毒害至少包括镉浓度决定的两种细胞死亡机制，高浓度的镉(1000μM)引起的细胞死亡应当为坏死，而100μM的镉引起植物悬浮细胞发生程序性死亡。在较高浓度(≥100μM)的镉处理下，芦苇细胞内内源IAA、ZR、GA3和GA4的浓度较高，可能调控可溶性蛋白质的合成而促进细胞发生程序化死亡。

Hybridization between two serranids, the coney (Cephalopholis fulva) and the creole-fish (Paranthias furcifer), at Bermuda

Intergeneric hybridization between the epinepheline serranids Cephalopholis fulva and Paranthias furcifer in waters off Bermuda was investigated by using morphological and molecular characters. Putative hybrids, as well as members of each presumed parent species, were analyzed for 44 morphological characters and screened for genetic variation at 16 nuclear allozyme loci, two nuclear (n)DNA loci, and three mitochondrial (mt)DNA gene regions. Four of 16 allozyme loci, creatine kinase (CK-B*), fumarase (FH*), isocitrate dehydrogenase (ICDH-S*), and lactate dehydrogenase (LDH-B*), were unique in C. fulva and P. furcifer. Restriction fragments of two nuclear DNA intron regions, an actin gene intron and the second intron in the S7 ribosomal protein gene, also exhibited consistent differences between the two presumed parent species. Restriction fragments of three mtDNA regions—ND4, ATPase 6, and 12S/16S ribosomal RNA—were analyzed to identify maternal parentage of putative hybrids. Both morphological data and nuclear genetic data were found to be consistent with the hypothesis that the putative hybrids were the result of interbreeding between C. fulva and P. furcifer. Mean values of 38 morphological characters were different between presumed parent species, and putative hybrids were intermediate to presumed parent species for 33 of these characters. A principal component analysis of the morphological and meristic data was also consistent with hybridization between C. fulva and P. furcifer. Thirteen of 15 putative hybrids were heterozygous at all diagnostic nuclear loci, consistent with F1 hybrids. Two putative hybrids were identified as post-F1 hybrids based on homozygosity at one nuclear locus each. Mitochondrial DNA analysis showed that the maternal parent of all putative hybrid individuals was C. fulva. A survey of nuclear and mitochondrial loci of 57 C. fulva and 37 P. furcifer from Bermuda revealed no evidence of introgression between the parent species mediated by hybridization.

根瘤菌、铵态氮、光照强度对大豆固氮和光合作用影响的研究

生物固氮和植物光合作用作为全球生态系统的两个基本生物学过程, 在碳氮循环、自然生态系统的维持和演替，以及农业生产中起了重要作用。尽管过去关于共生固氮与光合作用的研究取得了巨大成就，但是，很少将两者直接联系起来。本研究通过比较低光效和高光效大豆接种高效固氮根瘤菌后固氮与光合作用的差异，比较接种根瘤菌和施用铵态氮肥对大豆光合生理的影响或光照强度对大豆光合固氮的影响，以及C4基因转化C3 豆科植物—苜蓿的研究，试图将两者偶联起来。研究获得以下结果： 1．用nifA和dct工程根瘤菌接种低光效和高光效大豆后，与出发菌株比，均提高了大豆的固氮和光合作用。两者相比，nifA工程菌对低光效大豆黑农37号发挥了比较好的作用，大豆的光合作用参数，固氮活性和植物株高、株重等产量参数比dct工程菌好;dct工程菌接种高光效大豆黑农40号后，尽管固氮酶活性与nifA工程菌相比没有明显差异，但是大豆光合作用和产量参数有了比较明显的提高。 2．光照培养条件下，对大豆进行了接种根瘤菌（108细菌/ mL）、低氮（5 mmol/L (NH4)2SO4）和高氮（30 mmol/L (NH4)2SO4）处理。测定的大豆生长状况和光合作用系列参数结果表明：低氮处理的最好，接种根瘤菌的次之，高氮处理的最差。由此说明单纯接种根瘤菌满足不了大豆发育过程中的氮营养要求，其光合作用和生长受到不利影响。但是，高氮处理也并没有提高大豆的光合作用，其生长发育甚至受到抑制。该结果为生产实践中合理施肥提供了光合生理方面的参考。 3．接根瘤菌和不接根瘤菌的大豆在正常光强（150μmol photons m-2s-1）下生长三周后进行遮光（15μmol photons m-2s-1，7天）和复光（正常光强，7天）处理，大豆的光合作用有下降和回复。测定的一系列光合参数、叶绿素荧光参数，以及植物的生长生理参数结果表明：接根瘤菌大豆与不接根瘤菌的大豆对遮光的响应有不同。正常光照下，接种根瘤菌能促进大豆生长与光合作用;遮光处理后，根瘤菌对大豆的促进作用不显著。 4．获得了不同苜蓿品种的愈伤组织及其诱导的再生植株。并作了用小米、甘蔗的PEPC基因转化苜蓿的研究。由于在实验过程中，考虑转基因植物的安全性，着重于用甘露糖筛选转化体系的研究工作，忽略了用抗生素筛选转化体。用PCR法从苜蓿中扩增出甘露糖异构酶基因（pmi），表明苜蓿体内含有自己的甘露糖异构酶基因，使得甘露糖筛选没有成功。

植物个体的生理生态动力学模型

GCTE（全球变化和陆地生态系统），作为IGBP的核心计划之一，其目的是研究陆地生态系统与全球气候变化及人类社会经济和土地利用改变之间相互作用的耦合机理关系，预测生态系统结构、功能的未来变化。其中，植物个体水平的生理生态学模型研究是GCTE中必不可少的重要环节，它不仅可以揭示植物在个体水平上对全球变化的动态响应机制，而且可通过揭示大尺度响应所隐含的微观生物学机理，为大尺度研究提供重要的生理学参数和规律，在全球变化各尺度研究中发挥着不可替代的作用。本文主要围绕植物个体的生理生态学模型开展了如下研究：在开顶式气室CO2倍增大豆生长实验基础上，建立描述植物主要生理过程的生理生态模型，分析植物个体的光合作用、气孔传导度、蒸腾作用以及水分利用效率在全球场变化下的动态响应机制;在此基础上，建立起以统计性天气模型驱动的植物个体生长发育系统动力学模型，通过敏感度分析探讨植物个体的生理生态特性，如光合、呼吸、绿色及非绿色生物量等，对全球变化，特别是对CO2增加，气温升高及降水改变共同作用的响应机制;针对固氮植物的特点，将前一模型发展成为基于共生固氮和同化过程相互作用机制的植物个体生理生态系统动力学模型，模拟不同CO2浓度、气候变化以及固氮与不固氮条件下植物个体生物量的动态响应，并分析CO2浓度、气候条件和是否具固氮能力在对植物生长发育影响方面的相互作用;以中间锦鸡儿为研究材料进行水分控制实验，观测水分对植物同化物分配等过程的影响;将水分利用效率模型应用到NECT样带的主要植物种，得出各植物种的描述其水分利用效率特性的参数，结合样带上各植被类型的结构特征，得到沿样带各植被类型在植物种类组成方面的水分利用效率参数;应用系统聚类分析、因子分析等多元统计方法对样带上锡林河流域122种植物的化学成分与植物类群和所处生境的关系进行了定量分析。结果表明： 1）CO2倍增情况下，净光合速率提高45%，其中光量子效率显著增加，而CO2传导系数略有下降;气孔传导度、蒸腾速率下降约30%;水分利用效率随CO2浓度增加几乎呈线性增长，倍增后提高近一倍。（当气温，水分适宜，光合有效辐射为1000μmol photons m-2 s-1); 2）在北京地区仅CO2倍增而气候条件维持现状的情况下可导致大豆总生物量峰值提高70%，绿色部分提高56%，其中，全生育期内总净光合量增加，而单位干重的暗呼吸速率下降;由于受同化物分配中物候因素的影响，绿色生物量比总生物量提前10日左右到达其峰值。 3）CO2浓度增加和具固氮能力在模拟范围内对植物生长均产生正效应;而在水分为植物生长限制因子的干旱半干旱地区，降水增加对植物生长产生正效应，气温升高则具负效应; 4）随着C供给条件的好转，具固氮能力对植物生长的影响增强;反之随植物吸收N能力的提高，C供给对植物生长的作用加剧。 5）气温、降水在对植物生长发育影响方面，随着一方条件的好转，另一方对植物生长产生的效应增强; 6）具固氮能力对植物生长的正效应随气候条件的好转而增强，气候变化对植物生长的影响随植物具备了固氮能力而加剧; 7）气候条件越恶劣，如在此半干旱区变得更为干旱，CO2浓度增加对植物生长的正效应越加显著;且随CO2浓度的增加，气候因子的效应逐渐减弱。这主要是因CO2增加提高了植物个体的水分利用效率，从而使得CO2的正效应在水分胁迫下更为明显;同时由于水分利用效率的提高，使得植物个体抵御和适应外界环境变化，特别是由气温、降水改变导致的水分条件变化，的能力得到增强。 8）锦鸡儿水分生理生态实验的初步结果表明，土壤水分状况影响着植物的同化物分配，随着水分胁迫的加剧，同化物分配向根部集中，植物的根冠比增加。 9）沿样带水分递减梯度，植被类型在植物种类组成方面的反映水分利用效率特性的参数kv逐渐增加，从而显示出随着水分条件的不足，植被类型中耐旱品种，尤其是C4种增加;人为活动干扰，主要是对草场等的过度利用而导致的盐渍化、沙化，使得退化了的植被类型中k_v值显著提高，表明原有的植物种逐渐被耐旱、耐盐碱的品种，特别是C4植物所代替;在样带动上，这种由于人为活动干扰所引起的植被类型在植物种类组成方面反映水分利用效率特性的参数kv的变化明显大于因样带水分梯度改变而带来的变化。 10）锡林河流域草原植物化学成分一方面与植物类群有关，受自身历史演化的决定，另一方面更受到所处生境条件的极度大影响和制约。其中，禾本科、豆科植物分别具有明显的化学成分特征;撂荒地群落与自然群落中植物、沙质与非沙质生境中植物化学成分差异较显著;因子分析中认为存在大量元素与微量元素两个公共因子，豆科与禾本科相比，豆科植物因其固氮能力，所含大量元素水平较高，而禾本科植物因细胞壁硅质化，含微量元素稍高;沙质生境因其养分贫瘠，植物的大量与微量元素均较非沙质生境中的低;特别是本区地带性土壤-栗钙土与特异性生境沙带中的疏林沙土相比，疏林沙土上植物大量与微量元素含量较栗钙土区植物明显偏低。

内蒙古锡林河流域主要植物种、功能群和群落水分利用效率的研究

近二十年来，碳同位素技术己被广泛应用于植物生态学，特别是植物“碳一水”关系的研究中。植物的碳同位素组成（δ13C值）是叶片组织合成过程中光合活动的整合，它反映了植物长期的水分利用效率。内蒙古锡林河流域位于我国温带典型草原的核心区域，水分是制约本区植物生产力和群落稳定性的限制因素。因此关于本区植物水分利用效率和水分利用状况的研究，对探讨植物对生境干旱化的适应与响应机制具有十分重要的理论和实践意义。本研究沿土壤水分梯度在锡林河流域选取了沼泽化草甸、盐化草甸、草甸草原、典型草原、退化草地和疏林沙地等8个代表性植物群落，研究主要植物种、功能群和群落的碳同位素组成及叶片含水量、脯氨酸含量等与植物抗旱性相关的生理指标的变化，从植物种、功能群和群落三个层次研究了不同水分条件下植物水分利用效率的变化及其对不同水分生境的响应与适应机制。 　　1）在所调查的8个植物群落中，C3植物占绝对优势;C3植物的δ13C值和水分利用效率越大，其在整个流域中的分布频度越高，生物量也越大;与生长在湿润生境中的植物相比，生长在较干旱生境中的植物能积累更高水平的脯氨酸。以上结果表明，锡林河流域的植物可能通过两种机制适应当地的干旱生境：一是通过调节气孔导度提高植物的水分利用效率;止是通过积累高水平的脯氨酸增强植株的渗透调节能力并维持相对稳定的水分含量。 　　2）依照生活型将锡林河流域主要植物种划分成6个植物功能群：乔木、灌木、半灌木、多年生禾草、多年生杂类草和一年生植物。在较湿润生境，多年生杂类草更加丰富并构成了群落地上生物量的绝大部分;而在较干旱生境下，多年生禾草在群落中起更重要的作用;随着土壤含水量下降，灌木和半灌木逐渐增多，且在退化草地和沙地中其相对生物量迅速增加;多年生禾草别3c值显著高于其它功能群;随着土壤水分可利用性降低，多年生禾草和杂类草的别3c值表现出增加的趋势，而灌木／半灌木则表现出相反的趋势。以上结果进一步证明了，在典型草原区以生活型为基础划分的植物功能群可以用来进行较大尺度植物一水分关系的研究。 　　3）依照植物的水分生态类群，将锡林河流域主要植物种划分为六个植物功能群：旱生植物、中旱生植物、旱中生植物、中生植物、湿中生植物和湿生植物。在较湿润生境中（沼泽化草甸和盐化草甸），湿中生和湿生植物成为优势种并构成地上生物量的主体;在干旱生境中（草甸草原、典型草原和退化草地），旱生和中早生植物占绝对优势并构成群落生物量的90％以上;随着不同水分生态类群所适应的生境从干旱到湿润逐渐转变，植物的δ13C值和水分利用效率显著降低;旱生植物叶片脯氨酸含耸最高，湿中生和湿生植物脯氨酸含量最低，不同水分生态类群脯氨酸含量与其δ13C值和地上生物星．显著正相关关系。 　　4）不同群落类型的平均δ13C值有显著不同，表现为：典型草原＞退化草地＞沙地＞退化恢复草地＞草甸草原之盐化草甸＞沼泽化草甸。C4植物的出现、不同物种δ13C值的差异和同一物种在不同生境下δ13C值的变化是影响群落平均δ13C值的主要因素，而这些因素与土壤水分状况和干扰历史（特别是放牧）密切相关。 　　此外，本文还研究了氮素添加对羊草和大针茅光合和水分利用效率的影响。土壤含氮量的增加可以显著提高羊草叶片光合能力和叭JE，而对大针茅的影响不大。作为锡林河流域两种优势植物，羊草和大针茅通过不同的生理机制来维持较高的WUE适应干旱生境：羊草为高光合、高蒸腾，而大针茅为低光合、低蒸腾。羊草较高的WUE是以降低氮利用效率 （NuE）为代价的;而大针茅在维持较高WUE的同时仍能维持较高的NUE，这一特征使大针茅可以广泛分布于更加干旱和贫瘩的地区。 　　以上研究结果，为深入开展典型草原生态系统植物与水分关系的研究提供了有价值的信息，进一步证实了稳定性碳同位素技术可以有效地指示不同群落类型中主要植物种长期水分利用效率。同时，通过对其它相关生理指标的测定，可以更好地探讨植物对水分限制的适应策略。我们的研究结果从植物种、功能群和群落三个层次进一步揭示了植物对干旱生境的适应机制，并初步阐明了人类干扰特别是过度放牧对草原群落建群种和优势种的生态替代或／和灌丛入侵的影响。这些研究对生物多样性保护、全球变化和区域可持续发展等热点问题的研究都具有重要的意义。在今后的研究中，结合其它稳定性同位素（如2H，18O和15N）技术，将有助于我们进一步深入研究蒙古高原植物对气候变化和过度放牧的适应与响应机制。