摘要: 构建基于三磷酸腺苷（ATP）为核心的活性指标——单位质量污泥ATP含量（SATP）的沉降性能早期预警与动态调控体系.结果表明, SATP是污泥膨胀的灵敏预警指标,其分级阈值可设定为0.06 nmol L^-1 mg^-1.高于该阈值表明污泥性能良好,接近时提示潜在风险,低于则指示膨胀发生.好氧池与缺氧池中ATP/SATP与污泥浓度（MLSS）均呈显著负相关,其中SATP与污泥沉降比(SV₃₀)、MLSS之间符合一阶指数衰减模型,与污泥容积指数（SVI）则呈线性正相关.在此基础上,针对某市政污水A²/O-MBR处理工艺,提出了以SATP为核心的好氧与缺氧单元关键参数优化区间（好氧池日用电量为6 931～7 307 kW·h,缺氧池碳源投加量为1 493～2 163 kg/d）,在维持污泥活性的同时实现了能耗物耗协同降低.该体系有望显著降低污水处理厂运行成本,并在较短时间内实现投资回收.本研究验证了ATP在线检测技术在污泥膨胀前馈预警与工艺智能调控方面的应用潜力,为污水处理系统精准调控提供了新技术路径.（图6表6参45）

摘要: 珠芽蓼(Bistorta vivipara)在青藏高原广泛分布,对环境变化具有较强的适应能力,其生态适应机制在理解高山植物对环境异质性的响应方面具有重要研究价值.以祁连山东段河滩草甸、阴坡灌丛草甸、青海云杉林下3种典型生境的珠芽蓼种群为研究对象,系统测定其营养性状、繁殖性状、生理指标及光合特性,揭示生境差异性对其功能属性的影响机制.结果表明:(1)河滩草甸土壤pH、土壤温度和地表温度显著高于其他生境,而土壤有机碳、总氮显著偏低,珠芽蓼的气孔密度、脯氨酸、最大净光合速率和光饱和点最高,地下生物量、根冠比、叶绿度指数、叶面积和光补偿点最低.(2)阴坡灌丛草甸土壤有机碳、总氮显著偏高,珠芽蓼地上生物量、叶绿度指数、可溶性糖和花朵轴长占比最高,丙二醛和暗呼吸速率最低.(3)青海云杉林下土壤含水量和环境温度显著偏低,珠芽蓼地下生物量、根冠比、叶面积、丙二醛和光补偿点最高,地上生物量、气孔密度、脯氨酸、可溶性糖、最大净光合速率和表观量子速率最低.(4)土壤含水量、总氮、土壤温度和地表温度是影响不同生境珠芽蓼功能属性的显著环境因子.综上,珠芽蓼通过能量分配权衡、代谢产物调控及光合参数优化实现生境特化适应,在不同生境环境因子的驱动下,形成了独特的环境适应策略.(图5表4参55)

摘要: 羧酶体（carboxysomes）是一种存在于蓝细菌（cyanobacteria）与部分化能自养菌（chemolithotrophs）中关键的细胞微区室（bacterial microcompartments, BMCs）,其蛋白外壳可形成天然的选择渗透性屏障,内部封存着固碳关键酶,在生物碳固定中发挥核心作用.基于相关研究,从羧酶体发现历程的角度出发,系统综述羧酶体的分类特征、组成结构、功能机制以及其在多个领域的应用进展.根据二氧化碳浓缩机制（CO₂ concentrating mechanism,CCM）,在羧酶体内部,碳酸酐酶（carbonic anhydrase, CA）可将碳酸氢盐（HCO₃^-）迅速转化为CO₂,随着1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, Rubisco）周围CO₂浓度的提高,其催化的氧化反应受到抑制,羧化反应的效率随之提高.基于羧酶体高效的CCM,通过合成生物手段在异源宿主中重构其基因模块并实现功能组装,将有望提高异源宿主的固碳效率并成为将CO₂转化为高价值化学品的有力方案.现阶段,对羧酶体组成基因、结构功能以及CCM的研究已逐渐成熟,但仍存在组装方式与封装机制不明、异源工程化表达效果有待优化以及进化关系不明等问题.未来对羧酶体的研究可重点关注异源宿主高效组装以及结构优化等方向,从而实现对羧酶体以及CCM的高效应用.（图5表1参87）

摘要: 种植豆科绿肥毛叶苕子对培肥土壤、改善土壤氮循环具有重要意义.为了解种植毛叶苕子对红壤氨氧化微生物功能基因丰度的影响,利用实时荧光定量PCR测定氨氧化古菌、氨氧化细菌和完全氨氧化菌的amoA基因丰度.田间试验设置花生单作、花生+毛叶苕子轮作、甘薯单作和甘薯+毛叶苕子轮作4个处理,并在毛叶苕子翻压前和翻压后两个时期采集各处理的土壤样品.结果表明,种植毛叶苕子显著降低红壤pH值,提高总碳、总氮、铵态氮和硝态氮等养分含量.种植毛叶苕子和作物类型对土壤氨氧化古菌amoA基因丰度无显著影响,但毛叶苕子翻压后花生和甘薯红壤的氨氧化古菌amoA基因丰度分别降低了11.45%和28.72%.种植毛叶苕子对氨氧化细菌amoA基因丰度无显著影响,但作物类型显著影响氨氧化细菌amoA基因丰度.种植毛叶苕子和作物类型的交互作用显著影响完全氨氧化菌分支A(Clade A)amoA基因丰度.种植毛叶苕子后花生土壤Clade A amoA基因丰度降低了56.23%,甘薯土壤Clade A amoA基因丰度提高了42.04%.相关性分析表明, Clade A amoA基因丰度与土壤可溶性有机碳呈显著正相关.综上,种植毛叶苕子对土壤部分养分指标有促进作用,同时导致土壤pH下降,但对不同作物类型土壤氨氧化微生物amoA基因丰度的影响存在差异,在绿肥选择和管理时应予以考虑.(图4表2参44)

摘要: 榆属(Ulmus)植物是东北地区针阔混交林重要的组成部分,揭示不同生长阶段榆属种群的空间分布格局及其种间、种内关联性,有助于森林管理和生态修复.在吉林蛟河长期监测样地中选取3种榆属植物裂叶榆(Ulmus laciniata)、春榆(Ulmus japonica)、大果榆(Ulmus macrocarpa)作为研究对象,将其划分为3个龄级,分别归属为幼树(DBH≤5 cm)、小树(5 cm<DBH≤10 cm)、大树(DBH>10 cm),采用Ripley’s g(r)函数进行分析.基于完全随机模型(CSR)和异质泊松模型(HP)分析榆属植物种群的空间分布格局,表明生境异质性在大尺度上对榆属植物种群分布格局的形成具有显著影响.增长型裂叶榆种群幼树阶段表现聚集分布,随着径级增大聚集度逐渐降低,趋向于随机分布;稳定型春榆和衰退型大果榆种群各生长阶段呈现相似的空间分布格局,在幼树阶段表现随机分布,而小树和大树阶段又趋向聚集,表明不同生活型种群发育阶段存在各自的生存策略.种间、种内多呈正相关和无相关性,表现为正向的生态关系.综上,榆属植物种群的空间分布格局呈现显著的尺度依赖性特征,其形成机制受到生境异质性、生活型特征和树木生长阶段的共同调控;空间关联性显示种间正向生态关系是榆属植物大量共存的基础.(图8表1参37)

摘要: 聚乳酸(polylactic acid, PLA)被认为最具应用前景的生物基可降解材料之一,但是它在自然条件下降解比较缓慢,如不妥当处理将对生态环境造成破坏.本研究旨在揭示Talaromyces pinophilus YZL-01对PLA的降解特性,并从转录组学分析其降解PLA的分子代谢机理,为环境中PLA废弃物的生物修复提供依据.将PLA粉末埋于土壤中30 d富集降解PLA潜力的微生物,通过菌种的分离纯化及鉴定、降解PLA薄膜性能测试和对降解PLA菌株的转录组学测序及分析,研究降解菌参与PLA降解的关键基因.结果表明,筛选菌T. pinophilus YZL-01连续培养50 d对PLA薄膜的降解率可达32.7%.通过转录组学分析,发现T. pinophilus YZL-01在降解PLA的过程中脂质降解和物质转运相关的基因显著上调,脂质降解酶基因的上调可能是菌株分泌脂肪酶降解PLA为乳酸低聚物和单体从而被菌株利用,而转运相关基因的上调则可能是筛选菌通过特定转运蛋白协助PLA降解后的分子进入细胞,从而提供细胞正常生命活动所需要的物质.本研究表明脂质降解酶基因和转运相关基因在T. pinophilus YZL-01对PLA的降解和转化过程中可能发挥着重要作用;结果为PLA的生物降解提供了新颖的真菌资源和理论依据.(图8表2参38)

摘要: 病毒作为地球上最丰富的生物实体之一,凭借其基因组多样性与专性寄生特性,成为调控土壤生态系统的核心因子.据宏基因组学研究估计,土壤病毒丰度可达每克土壤10¹⁰个病毒粒子,其丰度与宿主微生物相当.农业集约化导致的连作障碍与微生物多样性丧失,正推动研究逐步揭示土壤病毒在根系分泌调控、养分周转及病原菌抑制中的关键作用,成为农业管理的新视角.通过整合土壤病毒类型特征及宿主互作网络、病毒裂解–溶原模型、基因组学证据发现,噬菌体的生活策略对微生物群落结构产生调控,病毒介入的辅助代谢基因（AMGs）成为宿主代谢的潜在驱动力,深度参与碳、氮、磷、硫等营养元素循环,成为影响有机质矿化和土壤元素循环的关键路径.然而,因土壤异质性和病毒遗传物质的高度不稳定性（如单链DNA、单链RNA）导致人们对土壤病毒的认识依然有限,因此建议未来研究应重点关注:一方面通过控制实验深入探究病毒与宿主的相互作用机制,并量化不同农业管理措施下病毒对生态系统养分周转的贡献;另一方面加大对RNA病毒研究的投入,进一步完善从土壤中提取并分析RNA病毒的技术路线和生物信息工具;同时开发病毒制剂应用,以期替代抗生素防控土传病害,为农业的可持续发展提供多维解决方案.（图4参85）

摘要: 青稞(Hordeum vulgare Linn. var. nudum Hook. f)是青藏高原的主要粮食作物之一.为揭示青藏高原持续变暖背景下青稞生育期的响应特征,以西藏青稞种植区最高海拔(岗巴绿)和最低海拔(察瓦龙)的地方品种,以及育成品种藏青2000和藏青336为研究对象,开展了为期两年的红外增温控制试验,共设置3种增温处理(1℃增温、2℃增温、4℃增温)和对照(不增温).结果显示:(1)增温对生育期的影响呈非线性特征:所有增温处理均显著缩短青稞生殖生长期(P<0.05),导致全生育期缩短(2.88～13.60 d).值得注意的是, 4℃增温处理的全生育期缩短天数显著低于2℃增温处理,部分品种甚至低于1℃增温处理,表明青稞全生育期对增温幅度的响应呈现"U"形曲线.(2)不同青稞品种对增温的响应存在差异:低海拔地方品种对增温更敏感,不同品种温度敏感性为察瓦龙(缩短9.35～13.60 d)>藏青336(8.23～12.84 d)>岗巴绿(3.40～8.73 d)>藏青2000(2.88～5.45 d);全生育期与土壤含水量呈显著正相关,与土壤温度呈负相关,察瓦龙的全生育期对土壤含水量依赖性最强.(3)全生育期缩短显著影响产量构成因素:青稞全生育期缩短对分蘖数、有效分蘖数无显著变化,但不利于株高、穗长、主穗粒数和千粒重的形成.上述结果表明未来气候变暖将缩短青稞全生育期,制约产量形成,需通过优化种植管理及选育耐高温、耐旱品种以应对气候变化的挑战.(图7表2参38)

摘要: 甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT)介导甘油脂质生物合成的起始步骤,在植物生长发育、细胞代谢和抗逆过程中起着关键作用.为了解全缘叶绿绒蒿中GPAT基因的作用,基于全缘叶绿绒蒿的全基因组数据,通过生物信息学和实时荧光定量PCR方法,鉴定全缘叶绿绒蒿GPAT基因家族成员,对MiGPAT基因编码蛋白进行理化性质分析,并分析MiGPAT基因在全缘叶绿绒蒿不同组织中的表达量.结果表明,全缘叶绿绒蒿中共有28个MiGPAT基因家族成员,不均匀地分布在20条染色体上.系统进化分析将其分为4个亚组,第4亚组基因与拟南芥AtGPAT基因与水稻OsGPAT基因不存在聚类关系,推测为全缘叶绿绒蒿特有MiGPAT基因.该家族基因启动子上存在大量激素响应和逆境响应元件.蛋白质二级结构以α螺旋和无规则卷曲为主.表达模式分析表明, MiGPAT基因在不同组织部位的表达具有显著差异,多数成员在茎和花瓣中高表达,在根和叶中表达量较低.本研究表明MiGPAT基因对于全缘叶绿绒蒿在高原逆境环境中的生存发挥了重要作用,结果可为进一步探究全缘叶绿绒蒿GPAT基因家族的功能提供参考.(图5表2参41)

摘要: 生物炭（BC）作为富碳固态材料,广泛应用于土壤改良、环境修复及工业能源领域.施用后BC会与环境中的溶解性有机质（DOM）共存并经历老化过程,进而引发物理结构退化、化学性质改变及污染物释放等环境风险.为了解BC的环境行为,选取分布广泛且环境危害较大的入侵植物喜旱莲子草为BC原料,基于多种光谱分析技术和方法,探究在紫外（UV）和UV+H₂O₂两种老化方式下, BC及其所释放DOM（BDOM）的理化特征变化,并揭示多种来源DOM对老化过程的影响.结果表明:两种老化方式下,老化后的BC结构均发生断裂和破碎,表面絮状物减少,小粒径颗粒和表面微孔增多, C、H、O元素占比分别增加12.28%、0.36%、5.18%,芳香性下降,亲水性和极性提升,同时BC表面含氧官能团增加.本研究中BDOM含有3种类腐殖质组分和1种类蛋白质组分,老化后, BDOM中发色团和荧光物质显著增加,尤其是小分子荧光物质的增加更显著.并且,近紫外区芳香族化合物的增加与类富里酸物质有关.种子萌发实验显示,老化后BDOM的植物毒性明显下降.与单独UV老化方式相比, UV+H₂O₂的老化作用更强,并使BC表面官能团及BDOM的荧光强度呈现显著增加又减少的变化特征.本研究表明不同来源DOM对BC老化的影响程度小于不同UV老化方式的影响,各DOM体系的差异主要与DOM的浓度及物质组成有关.（图12表4参70）