Institutional Repository of Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS
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Quantitative Analysis of The Impact of Climate Change and Human Activities on Grassland Ecosystem NPP in Xinjiang
No full text陆地生态系统是人类赖以生存的环境基础， 也是经济发展展必不可少的条件。 植被是陆地生态系统中分布最广泛的主体， 对陆地生态系统物质和能量的流动循环具有重要影响。 随着气候变化和人类活动的加剧， 如何量化人类活动对陆地生态系统植被的作用已成为目前重要的研究热点。量化人类活动对陆地植被的影响将为陆地生态系统管理和服务的完善提供理论依据， 对陆地植被资源的合理利用和陆地生态系统可持续发展的实现具有重要意义。草地是新疆维吾尔自治区分布最广泛的植被类型， 在陆地碳循环中扮演着重要的角色， 定量评估气候变化和人类活动对于草地可持续利用和防止草地退化具有重要意义。 所以以新疆草地为研究区， 基于 GIMMS NDVI 3g 数据， 采用朱文泉改进的 CASA 模型和 Miami 模型计算新疆草地 1982~2015 年的实际净初级生产力（NPPa） 和生产潜力（NPPp） ， 利用趋势分析、 相关分析、 和比较人类活动对净初级生产力占用程度（NPPh） 和潜在净初级生产力（NPPp） 在每个像元的趋势变化率的绝对值定量分析新疆不同区域草地生态系统NPP变化的驱动力。研究结果表明： （1） 北疆地区 NPPa 和 NPPp 值高于南疆地区， 其中 NPPa 和NPPp 的最大值出现在伊犁河谷以及北疆地区， 小值出现在南疆地区。 整体上新疆草地 NPPa 和 NPPp 呈现出北高南低、 西高东低的格局。 （2） 从不同草地种类来看， 1982~2015 年间， 5 种不同草地类型的 NPPa 和 NPPp 都呈现了波动上升的趋势， NPPp 与 NPPa 的变化趋势一致。 （3） 不同行政区草地 NPPa 和 NPPp也具有一致性， 其中伊犁地区的 NPPa 和 NPPp 最高； 阿勒泰地区草地 34 年平均 NPPa 为 348.6 g C·m-2·a-1， 排在第二位， NPPp 为 408.5 g C·m-2·a-1， 排在第四位； 博尔塔拉蒙古自治州的草地 34 年平均 NPPa 值为 314.8 g C·m-2·a-1， 排在第三位， NPPp 为 442.5 g C·m-2·a-1， 排在第二位； 塔城地区的草地 34 年平均 NPPa值 305.8 g C·m-2·a-1， 排在第四位， NPPp 为 425.9 g C·m-2·a-1， 排在第三位。 草地NPPa 和 NPPp 较低的地区大部分位于东疆和南疆， 包括南部的和田、 喀什、 巴音郭楞蒙古自治州以及东部的哈密和吐鲁番地区。利用实际净初级生产力（NPPa） 和潜在净初级生产力（NPPp） 计算人类活动对新疆草地生态系统 NPP 的占用程度（NPPh），并通过比较每个像元 NPPp 和 NPPh的趋势变化率的绝对值来分析新疆不同区域草地生态系统 NPP 变化的驱动力。以 2000 年作为分界点，将研究时段 1982~2015 年分成 1982~2000 年与 2000~2015年两部分来比较。 研究结果表明： 1982~2015 年新疆草地以恢复为主。 1982~2000年， 气候因素是新疆 NPP 增加的主要因素， 气候因素主导的区域占草地总面积的 79.41%； 2000~2015 年， 相比于上个时段， 人类活动的对新疆草地生态系统的占用程度明显增强， 人类活动主导的区域占总面积的 43.03%。 同时， 人类活动主导 NPP 增加的面积占比由 18.71%上升到 27.87%， 主要位于塔里木盆地边缘以及准噶尔盆地西南地区。 生态保护工程促进了草地的生长。 人类活动导致 NPP减少的面积占比由 1.78%上升到 15.22%， 主要位于伊犁河谷、 阿尔泰山区南部以及塔城地区， 主要由放牧导致。 因此， 政府应该坚持实施生态保护工程， 并对其进行细化和具体化； 另外， 还需减少伊犁、 塔城和阿勒泰等放牧强度过大地区的牲畜量， 从而实现草畜动态平衡。选取新疆维吾尔自治区草地作为研究对象， 定量分析了气候变化和人类活动对新疆草地的影响， 探究人类活动对新疆地区草地的恢复和退化的影响， 为新疆草地的管理和服务提供了依据和建议
Adaptability of Several Desert Plants under Salt Water Irrigation Conditions
No full text干旱区土壤盐渍化条件下，土壤含盐量是植物正常生长的一个主要障碍因子，而灌溉量和灌溉水质又是控制植物正常生长的主要措施。因此聚焦盐渍化土地咸水灌溉条件下植物的抗盐生理与响应过程研究， 有助于耐盐植物的选育及其在盐碱地综合治理和生态植被恢复中的应用。光合作用是植物生长和生产的最基本的关键因素，运用快速叶绿素荧光诱导动力学能够快速无损伤的探测植物叶片光合机构 PSⅡ的状态， 同时， 叶绿素是光合作用的重要物质， 能够综合反映到植物表型生长水平上， 因此也是评价植物抗逆性强弱的重要指标。本文以极具耐盐耐旱的荒漠植物梭梭、大果白刺、唐古特白刺为主要研究对象，在轻度、强度盐渍化土壤上种植幼苗，控制 3 个灌溉周期和 2 种灌溉模式，将其交互实验设计。通过室外、 室内实验定量测量，研究植物的表型生长指标（株高、基茎、新枝长）、光合色素含量（叶绿素 a、叶绿素 b、总叶绿素含量）、丙二醛含量和叶绿素快速荧光诱导动力学参数的响应过程，揭示不同植物在不同因素及交互作用影响下的变化特征和响应机制， 探讨植物的适应特性以及最佳的管理模式， 主要研究结果如下：1） 在土壤盐渍化情况下， 梭梭、大果白刺、唐古特白刺在所有指标上都表现一致， 在强度盐渍化（8.2g/kg）条件下生长状态均好于轻度盐渍化（2.1g/kg）。2）灌溉周期对梭梭、大果白刺、唐古特白刺生长的影响,均是在 30d 的灌溉周期下生长状态最佳，具体表现为：梭梭在 30d>60d>15d，两种白刺在 30d>15d>60d。同白刺相比，可以看出梭梭耐旱性强，在延长灌溉周期下 30d-60d 都能生长。3） 纯咸水灌溉和咸淡交替灌溉模式下，对两种白刺都有极显著的影响，咸淡交替灌溉模式要好于纯咸水灌溉。4） 梭梭表型、叶绿素指标显示咸淡交替灌溉好于咸水灌溉，但并无显著差异，而从荧光角度来看正好相反，即咸水灌溉好于咸淡交替灌溉，因此需要进一步讨论。5） 在土壤盐渍化程度< 8.2g/kg 时，梭梭、唐古特白刺、大果白刺均可采用 30d灌溉周期+咸淡交替模式进行造林。综合结果分析， 分别针对三种不同植物，选择最佳灌溉方式组合。 在轻度盐渍化（2.1g/kg） 条件下，梭梭、大果白刺和唐古特白刺均适合采取 30d 灌溉周期+咸淡交替灌溉管理方式。 强度盐渍化（8.2g/kg）条件下， 大果白刺和唐古特白刺在 30d 灌溉周期+咸淡交替灌溉下生长最优， 梭梭宜采取 30d 灌溉周期+咸水灌溉的管理方式
Establishment of in vitro regeneration, genetic transformation and CRISPR/Cas9 gene editing systems in Malus Sieversii
No full text新疆野苹果(Malus sieversii)又名塞威士苹果， 隶属蔷薇科苹果属， 是世界栽培苹果的祖先种。新疆野苹果是第三纪孑遗物种，因其自交不亲和特性和自然选择的作用，遗传资源丰富。 以新疆野苹果为主要建群种的天山野果林是我国重要的自然林，在调节气候、涵养水源、保持水土等方面有着重要的生态作用。 近些年来由于农田开发、过度放牧、人为砍伐、苹小吉丁虫危害以及腐烂病爆发等原因，使得新疆野苹果群落面积急剧减少， 本物种已被列为国家濒危二级保护植物，有效保护这一宝贵种质迫在眉睫。为保存优质种质及其基因资源开发利用， 本研究以新疆野苹果为材料，探究了其再生体系、遗传转化体系及 CRISPR/Cas9 基因编辑系统在本物种中的应用。 结果如下：1. 建立了完整的基于愈伤组织分化的新疆野苹果再生体系。以新疆野苹果幼嫩叶片和非茎尖茎段为外植体，经过愈伤组织诱导及不定芽的再生、芽增殖、生根、壮苗和移栽过程，首次建立了完整的基于愈伤组织分化的新疆野苹果的再生体系，最短成苗时间为 2.5 个月。其中， 新疆野苹果叶片最佳诱导再生培养基为 MS+4mg/LTDZ+1mg/L NAA，茎段最佳诱导再生培养基为 MS+1mg/L 6-BA， 叶片和茎段不定芽最高再生率分别为 35%、 90%。 继代培养基为 MS+0.4mg/L 6-BA+0.1mg/L NAA，最佳生根培养基为 1/2MS+0.1mg/L NAA+15g/L sucrose。2. 建立了根癌农杆菌介导的新疆野苹果叶盘转化法。确定了 Kan 和 Hyg 两种抗生素的筛选压分别为 15mg/L， 4mg/L。确定了一种抑菌剂 Cef 的工作浓度（400mg/L）；对比了不同的浸染液、浸染时间以及叶片和农杆菌共同培养方式，确定了农杆菌浸染液为： MS+3% sucrose+150μM AS，共培养及延迟筛选时间分别为 2d为较好的培养方式。通过这种方法， 已获得了大量转基因的愈伤组织。筛选压的存在，会强烈抑制愈伤组织和不定芽的再生，所以又进一步探究了前期不添加筛选压进行稳定转化的可行性： 叶片外植体受到农杆菌浸染后培养基中不添加筛选压，待不定芽长出后再对不定芽进行筛选，已获得了阳性幼芽。3. 建立了新疆野苹果的 CRISPR/Cas9 基因编辑体系。本实验以 MsPDS 为靶标基因，此基因功能缺失会造成植物白化表型，设计了 5 个靶向不同位点的 sgRNA，共构建了 pYL/Cas9， pPTG/Cas9 两类共 8 种不同的载体，转化了叶片外植体，获得了一些阳性的愈伤组织和不定芽。获得了一些白化表型的愈伤组织，并通过测序检测到此基因被编辑的位点附近出现了不同程度的碱基的缺失，证明 CRISPR/Cas9 基因编辑系统可以在新疆野苹果物种中工作
Litter Decomposition Characteristics of Three Dominant Plants in Extreme Arid Regions
No full text凋落物在维持生态系统功能、物质循环和能量流动方面发挥着重要作用。 随着全球碳循环问题受到广泛关注，凋落物的分解对地球生态系统碳预算具有重要的科学意义。然而目前凋落物的分解研究主要集中在森林和草地生态系统，对干旱地区尤其是极端干旱地区凋落物分解的研究相对较少。在极端干旱区凋落物分解规律及分解机制上尚存在较多不明确之处。为探究极端干旱区凋落物的分解特征和规律，本文利用凋落物分解袋法，以塔克拉玛干南缘策勒绿洲边缘荒漠地区优势植物花花柴 (Kareliniacaspia)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和胡杨(Populus euphratica)的叶片凋落物为对象进行凋落物分解试验，探究极端干旱区凋落物分解特征及主要影响因素。结果表明：(1) 极端干旱区地表凋落物分解集中在凋落物凋落次年的 5-9 月份，有机物的损失是导致质量损失的重要原因。植物叶片掉落后的前 6 个月质量、有机物、水溶性盐和碳的残留率基本保持不变。 在分解时间第 6 个月至地第 9 个月时凋落物质量、有机物、水溶性盐和碳的损失较为迅速，而到分解时间为第 9 个月以后凋落物质量、有机物、水溶性盐和碳的损失又趋于平缓。(2) 水溶性盐含量较高的凋落物，水溶性盐在质量损失中占有较高比例。花花柴水溶性盐损失率高于骆驼刺和胡杨而导致质量损失率也高于骆驼刺和胡杨，而花花柴有机物损失率却低于骆驼刺和胡杨。传统分解模型中利用初始凋落物化学性质来预测凋落物分解特征并不适用于极端干旱区的凋落物分解。(3) 在极端干旱区，降雨同样是影响和限制凋落物分解的重要原因，降雨是导致凋落物质量、有机物和水溶性盐损失的直接因素，光照对凋落物分解的直接影响相对较小。(4) 与悬空处理对比，地表和 2 cm 埋深处理显著提高了凋落物的质量、有机物和水溶性盐的损失。光照下土壤中产生的过氧化氢和羟基自由基对地表和 2 cm 埋深的凋落物分解起到重要作用。(5) 与自然光照条件相比，遮 UV（紫外线） 和黑暗处理显著降低了凋落物的质量、有机物、水溶性盐和碳的损失率，表明极端干旱地区 UV 辐射是促进凋落物的分解的重要因素