摘要: CYP121酶是结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）中的一种P450酶，可利用简单的氧供体H₂O₂催化其天然底物环酪氨酸（cYY）分子内C—C偶联反应以及催化底物甲氧基化产物（cYF-OMe）的去甲基化反应生成cYY.目前，关于CYP121酶如何催化H₂O₂活化反应以及底物氧化反应的活性物种是CpdⅠ还是Cpd 0等问题尚存在争议.通过分子动力学（MD）模拟和量子力学/分子力学（QM/MM）计算阐明不同底物在活性位点的结合对CYP121酶催化H₂O₂活化机制的影响，并探究蛋白环境对反应中涉及的Cpd 0中间体不同电子结构稳定性差异的影响.计算结果表明，不同的底物在活性位点的结合会在H₂O₂周围形成不同的氢键网络，从而影响CYP121酶中H₂O₂向CpdⅠ的转化.此外还对先前研究提出的Cpd 0可作为催化cYY底物氧化活化过程活性物种的假设进行了验证.计算发现Cpd 0催化的cYY氧化活化过程对应的活化能垒高于30 kcal/mol，而CpdⅠ催化的cYY氧化反应计算的能垒仅为1.6 kcal/mol，因此计算结果支持CpdⅠ作为CYP121酶氧化cYY的活性物种.通过对比在均一隐式溶剂模型和酶环境中的Cpd 0物种不同自旋多重度的稳定性发现，CYP121酶环境对Cpd 0六重态的稳定作用大于对其二重态的稳定作用.本研究发现不同的底物影响CpdⅠ的形成，CpdⅠ为CYP121酶氧化cYY的活性物种；结果加深了对P450酶催化H₂O₂活化机制的理解，为利用H₂O₂作为氧供体的人工酶设计奠定了理论基础.（图12参50）

摘要: 营养元素在植物生长和抵御病害中发挥着重要作用，其单位含量变化是植物适应环境变化的一种方式.了解植物养分单位含量在生长过程中对病害的响应对于理解植物健康与养分的关系具有重要意义.采集不同株龄期健康与白绢病（sclerotium blight）侵染下的七彩花生（Arachis hypogaea）叶片，利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）和元素分析仪测定其中的营养元素，探究不同株龄七彩花生叶片营养元素单位含量对白绢病的响应.结果显示，叶片中单位含量较高的元素依次为C、N、Mg、K、Ca、P，株龄对C、N、P、K、Ca、Al、B、Cu、Ni和Na单位含量有显著影响.总体上，花生叶片中的N、P、K元素的单位含量随着株龄的增大而逐渐降低，其他株龄期（60 d,90 d,120 d）N、K、Cu单位含量相对于30 d显著下降，分别下降了33.85%、23.66%、64.99%;C元素的单位含量随着株龄的增大而增加，其中30 d与其他株龄之间存在显著差异；P、S元素在株龄30 d和株龄120 d时差异显著；总体上，叶片中大部分元素单位含量在株龄30 d与120d之间存在较大差异，而60 d与90 d之间的差异性较小.白绢病显著增加了叶片Na单位含量，白绢病与株龄对Co、C、Na和B有显著的交互作用，表明白绢病对这些营养元素的影响在不同株龄期呈现不同的特征.此外，白绢病还影响了元素与生物量的耦合关系.病害植株在生长后期的生物量与微量元素之间存在紧密的耦合关系.本研究表明七彩花生营养元素对不同株龄期白绢病有着不同的响应特征，可能在病害植株的后期生长或抗病过程中发挥重要作用，结果为探明这些元素在七彩花生白绢病防控中的角色奠定了基础.（图5表3参28）

摘要: 气候变暖背景下季节冻土冻融变化引发土壤水分的改变并影响植被生长.以青藏高原东缘的青海省河南县为研究区，利用2003-2021年气候、冻土、土壤水分和植被物候及生物量长期观测数据，分析气候和冻土的长期变化特征及对土壤水分和植被的影响.结果表明，2003-2021年，气候呈暖化趋势，冻结开始日平均为9月26日，以21.8 d/（10 a）变化率显著推迟，完全融化日为5月21日，先推迟后提前，最大冻结深度为106.8 cm，变化不显著；0-10 cm土层土壤水分5-8月（生长季）平均为38.1%，以7.1%/（10 a）变化率显著增大，季节动态表现为5-6月（生长季前期）土壤水分变化呈显著增大趋势，7-8月（生长季后期）土壤水分变化增大不显著，5-6月土壤水分变化增大主要受5-6月降水和冻土最大冻结深度的共同影响；草地返青期和8月生物量分别为5月9日和906.2 g/m²，均未表现出明显的变化趋势，返青期与冻土完全融化日期显著正相关，6月生物量主要受水分条件的影响，而8月则受水热条件的共同影响.上述结果表明青藏高原东缘高寒草甸土壤冻融变化显著影响了其生态水文特征的变化，这为理解高寒草地生态系统对气候暖化与冻土退化的响应提供了科学依据.（图8参37）

摘要: 为促进黄土高原山地果园土壤肥力提升和健康发展，基于2016年开展的田间试验，设置化肥（CK）、化肥+有机肥（MC）和化肥+有机肥+秸秆覆盖（MG）3种培肥处理，分析土壤理化性质，采用Illumina Miseq测序技术分析微生物群落组成，利用KEGG数据库进行基因功能注释.结果表明，与CK和MC处理相比，MG处理的土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、有效磷、速效钾含量以及含水量（SW）分别显著提高了3.3和1.0倍、2.4和1.1倍、3.4和1.9倍、2.9和1.5倍以及0.2和0.1倍，pH值降低了2.1%和1.0%;MG处理显著影响了土壤微生物群落结构，提升了细菌群落多样性，但是降低了真菌群落多样性；在门水平上，MG处理增加了Proteobacteria、Acidobacteria、Actinobacteria和Gemmatimonadetes细菌以及Mortierellomycota和Basidiomycota真菌的相对丰度，但降低了Bacteroidetes、Firmicutes细菌以及Ascomycota真菌的相对丰度；在属水平，MG处理增加了Nitrospira、Sphingomonas等细菌以及Mortierella真菌的相对丰度.冗余分析表明细菌群落结构主要受SW、SOC和pH值的影响，真菌群落结构主要受SOC和TN的影响. KEGG注释发现，MG处理提高了参与碳、氮等养分代谢和营腐类微生物的相对丰度，降低了病原真菌的相对丰度.本研究表明长期施用有机肥和秸秆覆盖可显著提高果园土壤养分含量，增加参与养分循环和有机质分解的微生物群落的相对丰度，促进土壤中养分的活化与释放.（图7表4参33）

摘要: 秸秆还田腐解时间长、效果差，接种秸秆腐解菌可提高秸秆腐解速率和还田效果.为促进多种木质纤维素的高效降解及农业固废资源化可持续利用，采用平板稀释分离法、刚果红褪色试验结合菌株生长和产酶特性等筛选高效秸秆腐解菌并构建复合菌群，利用场发射扫描电镜观察秸秆样品表面的形貌，利用傅里叶变换红外光谱分析秸秆样品表面的官能团，利用X射线电子能谱分析秸秆样品的结晶度.筛选分离出3株秸秆高效腐解菌，分别是XX24（砖红链霉菌Streptomyces lateritius）、BD5（短密青霉菌Penicillium brevicompactum）与BJ9（木霉菌Trichoderma）.基于酶系互补与营养协同的原则构建复合菌群，最终复合成Z12(XX24+BJ9)、Z13(XX24+BD5)、Z14(BD5+BJ9)与Z15(XX24+BD5+BJ9)4组.其中，Z12的木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶、滤纸酶和木聚糖酶活性较单一菌株均高出3倍以上. 28℃腐解80 d后，Z12对小麦秸秆木质素、纤维素和半纤维素降解率分别为31.04%、45.48%和59.92%，较未接菌组（CK）分别提高了28%、104%和99%，且显著高于添加市售菌剂组（WJ）;Z12的菌丝能够穿透角质层和细胞壁进入小麦秸秆内部，使秸秆结构疏松、孔隙增大，促进了秸秆腐解.本研究构建的复合菌群Z12（砖红链霉菌+木霉菌）具有较好的秸秆腐解酶活性，能够加速秸秆结构瓦解，从而提高秸秆腐解速率，具有较好的应用潜力.（图6表4参51）

摘要: 城市林地抚育过程中产生大量林木废弃物，如何妥善处理这些废弃物关系到林地碳汇功能的进一步强化.林木废弃物制备生物炭还田是主要措施之一，但林木废弃物及其生物炭还田对盐碱化林地土壤微生物群落结构和碳周转过程的影响尚缺乏深入认识.在上海市崇明区盐碱化人工幼林中开展不同林木废弃物还田模式的研究，包括废弃物直接还田（W）、制备生物炭还田（B）、混合还田（WB）和空白对照（CK），生物质施用量分别为11.25 t/hm²、3.60 t/hm²和5.63 t/hm²林木废弃物+1.80 t/hm²生物炭.结果显示，不同还田模式对土壤微生物量和细菌群落结构未产生显著影响，但显著改变了真菌群落结构；细菌群落交互作用也未有显著差异，但W处理显著强化了土壤真菌群落交互作用，其共现网络全局结构复杂度以及全局连接强度均显著高于CK、B和WB；夏季是土壤呼吸（SR）主导土壤碳输出过程的主要时期，与W和WB相比，夏季B中SR分别可降低46.39%和31.13%.相较于W和WB,B的有机碳保留率均值提高了47.70%和12.41%；相较于B,W和WB中木质素分解能力强的木霉属（Trichoderma）和曲霉属（Aspergillus）相对丰度分别提高了2 425.67%、1 736.19%和306.32%、280.70%.本研究表明相较于林木废弃物直接还田，生物炭还田通过降低真菌属Trichoderma、Aspergillus的丰度和削弱真菌群落的交互作用，降低了土壤呼吸，促进了土壤有机碳的留存.（图7表1参97）

摘要: 微生物群落结构多样性是土壤生态恢复的重要指标.以贵州某典型煤矸石堆场自然恢复的4种优势植物根际土壤及根系为研究对象，测定植物根际土壤速效氮（AN）、速效磷（AP）、速效钾（AK）、有机碳（TOC）含量，以及土壤重金属元素Cd、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Pb、Zn的全量.采用高通量测序法分析植物根际土壤及根系微生物群落组成特征.结果显示：4种优势植物都显著提高了煤矸石层土壤的pH值和AK(P<0.05)，显著增加了土壤细菌和真菌操作分类单元（OTUs）数量（P<0.05），根际土壤细菌OTUs数量表现为光皮桦>鳞毛蕨>马尾松>五节芒>煤矸石层土壤，4种植物根际土壤细菌OTUs数量达显著性差异（P<0.05）.根际土壤优势细菌群落为变形菌门（Pseudomonadota）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、放线菌门（Actinomycetota）、绿弯菌门（Chloroflexi）.植物根内生细菌优势菌门为变形菌门和蓝菌门（Cyanobacteria），根内生细菌OTUs数量显著低于根际土壤细菌数量. pH、AK含量极显著影响根际土壤微生物OTUs(P<0.01)，根际土壤AN、AK含量和根内Mn、Mg含量极显著影响植物根内生菌OTUs(P<0.01).本研究表明不同植物种类根际微生物OTUs数量存在较大差异，根部内生菌微生物OTUs数量普遍低于根际土壤，煤矸石堆场优势植物根际招募的微生物在矿区生态恢复中具有应用潜力；结果可为后期金属矿山废弃地植物-微生物联合生态治理提供理论依据.（图8表5参50）

摘要: 为了解不同尺度环境因子对河流着生藻类群落结构及季节动态的影响机制，选取贵州省安顺市打邦河为研究对象，于2022年8月（夏季）、11月（秋季）和2023年1月（冬季）、5月（春季）开展了水环境和着生藻类群落野外调查.基于野外调查获取的样品，于实验室鉴定、计数、计量获取着生藻类群落结构指标数据，结合不同尺度环境因子数据，识别不同季节着生藻类群落结构的影响因子.四季共鉴定出着生藻类6门10纲22目34科70属396种，其中主要类群为硅藻门与绿藻门，且四季优势种均以硅藻门占据优势.夏季、秋季优势度最大的物种分别为束丝藻（Aphanizomenon sp.）和鞘丝藻（Lyngbya sp.），冬季、春季均为双对栅藻（Scenedesmus bijuga）.各位点Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson多样性指数和Margalef丰富度指数四季均值分别为1.85±0.65、0.73±0.19、0.24±0.19和3.09±1.52，各多样性指数季节变化较小，空间上变化较大.冗余分析（RDA）结果表明着生藻类群落物种多样性受营养元素、化学需氧量（COD）和土地利用类型的显著影响.方差分解分析（VPA）结果表明冬季影响着生藻类多样性的最佳贡献源为样点尺度环境因子，夏、秋和春季为流域尺度环境因子.综上，打邦河着生藻类群落的季节演替与不同尺度环境因子密切相关，基于河流着生藻类群落的管理措施应考虑不同尺度环境因子的影响.（图9表4参51）

摘要: 为了明确CpxA/R双组分调控系统基因缺失对粘质沙雷氏菌生理特征的影响及相关基因的调控关系，我们开展了系列研究.已知CpxA/R双组分调控系统是广泛存在于革兰氏阴性细菌中的压力感受应答系统，前期研究发现其基因缺失后，粘质沙雷氏菌的耐酸性、耐热性和细胞能动性有所提高，而胞外多糖和生物被膜合成能力有所下降.基于此，进一步对原菌株及CpxA/R双组分系统基因缺失菌株进行转录组学分析，筛选出actP、agaW、argO、asr、betI、betT、bioC和bglF这8个显著差异基因，并通过基因敲除和功能互补实验，验证这些基因与粘质沙雷氏菌胞外多糖和生物被膜合成能力以及耐酸性、耐热性、细胞能动性等生理特征的相关性.结果显示，在胞外多糖合成方面，betT起负调控作用，bioC起正调控作用；在生物被膜合成上，actP与asr负调控，bioC和bglF正调控；就耐热性而言，argO和bglF负调控；对于耐酸性，actP、asr和betT正调控；在蜂群与泳动运动性方面，asr正调控，而betT、bioC和bglF负调控.综上，本研究明确了CpxA/R双组分调控系统基因缺失对粘质沙雷氏菌生理特征的影响，确定了上述8个显著差异基因与该菌相关生理特征的具体调控关系，这为深入理解粘质沙雷氏菌的生理特性及调控机制提供了重要依据，也为后续针对该菌的相关研究和应用提供了新的思路和方向.（图6表2参29）

摘要: 为了解赖草光合特征对高寒草原长期围封处理的响应及其与环境因子的关系，以青海湖流域高寒草原为研究对象，测定围封9年后土壤环境因子、赖草光合特征及其叶片功能性状，评估赖草叶片光合特征差异，测算不同类型因子对赖草净光合速率的相对效应值，明确影响赖草净光合速率的关键生态因子及其与叶片功能性状之间的关系.结果表明，长期围封显著增加了土壤含水量、铵态氮含量、全碳及全氮含量.赖草叶片形态性状、叶绿素a以及总叶绿素含量在长期围封后均发生显著变化.长期围封显著降低了赖草叶片净光合速率、气孔导度及蒸腾速率，对胞间CO₂浓度和水分利用效率无显著影响.进一步分析发现土壤因子对赖草净光合速率总解释率达90.00%，其中土壤全磷含量和土壤含水量对赖草净光合速率分别具有显著的正效应（7.86%）和负效应（–11.32%）.叶片形态性状与赖草净光合速率的相关性显著强于叶绿素性状.上述结果意味着赖草净光合速率的变化与赖草对长期围封后土壤含水量变化的适应过程有关，青海湖流域高寒草原围封9年后土壤含水量变化使赖草叶片形态性状改变是降低其净光合速率的重要原因；研究结果为理解青藏高原高寒草地围封处理后植物的适应机制提供了重要的科学案例.（图6表1参45）