玉米逆境响应基因ZmGST23克隆和表达分析

谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione S-transferases,GSTs)是植物抗氧化系统的重要成员,在初生代谢、次生代谢、细胞信号转导及逆境响应等生物学过程中发挥着重要作用.本研究以GenBank中公布的玉米谷胱甘肽-S-转移酶23基因(ZmGST23)mRNA序列(GenBank登录号:NM_001111524)为依据,采用RT-PCR方法从玉米(Zea mays)自交系F83中克隆得到ZmGST23基因669 bp的完整开放阅读框(open reading frame,ORF),编码222个氨基酸,蛋白分子量为24.84kD,理论等电点为5.68.保守结构域分析表明,该基因具有GSTs所特有的N端及C端结构域,并含有典型的G位点及H位点,属于Tau类谷胱甘肽硫转移酶.系统进化分析表明,ZmGST23编码蛋白与高粱(Sorghum bieolor)GST蛋白亲缘关系最近,且在不同物种间存在明显的种属特性.启动子序列分析结果显示,ZmGST23基因启动子区含有多个响应逆境及植物激素的作用元件,包括脱落酸(abscisic acid,ABA)响应元件、生长素(auxin,IAA)响应元件、赤霉素(gibberellin,GA)响应元件、厌氧响应元件、防御及逆境响应元件以及干旱诱导的MYB转录因子(v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog,MYB)结合位点.胁迫诱导表达分析表明,ZmGST23的表达显著受干旱脱水、水涝、盐、ABA、IAA、GA、低温及高温等非生物胁迫的诱导.组织特异性表达分析表明,ZmGST23基因在幼芽和成熟叶片中表达量较高,在幼根、花丝、苞叶、雌穗及雄穗中表达量较低,存在明显的组织特异性.将ZmGST23基因片段连接至原核表达载体pEASY-E1中,转化大肠杆菌(Escherichia coli)BL21,用0.5 mmol/L的异丙基硫代半乳糖苷(isopropylβ3-D-1-thiogalactopyranoside,IPTG)诱导表达1～4 h后获得30 kD的诱导蛋白.本研究结果为进一步利用该基因进行玉米抗性改良提供了一定的理论依据.     

烫漂时间对香椿嫩芽颜色及挥发性风味成分的影响研究

为了研究香椿嫩芽烫漂过程中颜色热降解规律及挥发性风味成分的变化,分别采用分光光度法和光电反射光度法对香椿嫩芽叶绿素含量和色差进行测定,同时利用顶空固相微萃取及GC-MS联用技术对不同烫漂时间下香椿嫩芽的挥发性成分进行鉴定,并对各种处理后的风味物质进行主成分分析。结果表明,香椿嫩芽叶绿素降解和绿色损失均属于一级动力学反应,且叶绿素的减少与绿色损失相关性较好,呈极显著水平。烫漂后香椿嫩芽挥发性成分种类增多,含硫类等呈刺激性气味的化合物相对含量减少,烯类等呈柔和气味增加,提升了香椿的香味品质。综合颜色及挥发性成分随烫漂时间的变化规律,确定最佳烫漂时间为30s。主成分分析结果显示,第1、第2和第3主成分累积贡献率达98.742%,能够较好的代表原始数据所反应的信息。第1主成分包含噻吩类、烯类、醇类和醛类,贡献率大小为噻吩类烯类醇类醛类;第2主成分包含酮类和其它类,贡献率大小为酮类其它类;第3主成分为烃类。本研究结果为香椿嫩芽精深加工过程中颜色和风味的控制提供了理论依据。     

山地流域土地利用时空演变的地形梯度特征——以乌江北源为例

地形因子是丘陵山区土地利用空间分布格局的重要影响因素之一,对土地的利用方式和空间格局有着直接作用。以乌江北源2000年、2005年和2010年Landsat TM/ETM遥感影像为数据源,采用高程、坡度、地形位指数3个指标,分析了山地流域土地利用时空演变的地形梯度特征。结果表明:（1）2000—2010年,林地、建设用地和水域用地面积增加,耕地和草地面积减少。土地利用类型以林地和耕地为主,反映了山地流域土地利用结构特点;（2）研究区土地利用类型的地形梯度特征明显。耕地、建设用地、水域用地在低地形梯度上有明显分布优势。林地、未利用地分布优势在高地形梯度上;（3）耕地、建设用地优势分布主要受坡度梯度的影响,高程梯度决定了水域用地的分布,这与其他平原、丘陵地区有所不同。地形因素是山地流域土地利用结构演变的决定性因素,其他社会、经济、人文因素都对该区域土地利用格局的转变起到推动作用。在对山地流域土地开发利用过程中,应兼顾生态效益和社会经济效益,保障河流源区生态经济的持续发展。     

基于多时相遥感数据的常州市城市热景观变化特征

为分析20多年来常州城市热景观时空变化特征,选用4景TM/ETM+影像(1986年、1992年、2000年、2010年)为基本数据源,在RS,GIS技术以及景观分析工具的支持下,分析了常州市区热岛景观格局变化特征。研究结果表明:1986—2010年常州建成区均存在显著的热岛效应。随着城市化进程加快,到2010年城市与郊区的温差达到最大,为35.3K;城市强热岛及其以上等级面积从1986年的8 580.24hm~2增加到2010年的17 725.23hm~2,相应比例从4.58%增加到9.45%,增幅达106.33%;城市热岛等级类型的景观指数分析表明,到2010年高等级的热岛斑块分布范围和强度都明显提高,两环内高等级的热岛片状分布明显。受城市人类活动加剧的影响,各热岛等级斑块的形状逐渐趋于复杂。从景观水平尺度变化来看,2010年热岛景观多样性最丰富,分布最均匀,同时破碎化程度也最高。研究结论可为城市生态建设提供参考。     

基于能值的资源型城市新陈代谢过程对比分析

城市新陈代谢注重分析城市物质、能量和货币的流动过程,这为探讨不同职能城市的城市代谢过程提供了新的视角。为了探讨不同资源型城市的新陈代谢特点和变化规律,分别以山西省省会资源型城市太原市和传统资源型城市晋城市为例,基于太原市和晋城市2007—2014年的社会经济数据,运用能值理论构建了8项反映城市新陈代谢的评价指标体系,从城市新陈代谢系统能值结构、能值使用强度、能值环境压力和新陈代谢产出效率4个方面,对太原市和晋城市2007—2014年城市新陈代谢状况进行了对比分析。结果表明:2007—2014年,总体上,太原市的城市新陈代谢系统能值结构优于晋城市,晋城市的能值使用强度高于太原市,晋城市的能值环境压力大于太原市,太原市的新陈代谢产出效率高于晋城市。通过对比分析后对提高太原市和晋城市的城市新陈代谢过程提出了建议,为创造性地解决山西省新陈代谢资源与生态风险问题奠定基础,进而为城市生态管理提供科学依据。     

草海上游石漠化过程中土壤抗蚀性变化

以草海流域上游的石漠化区为研究对象,研究不同等级石漠化条件下土壤抗蚀能力的差异,利用空间代替时间的方法,探讨草海上游区石漠化过程中土壤抗蚀性变化规律,为当地石漠化治理和湿地保护提供参考。通过实地调研,采集不同石漠化程度区的土样并进行室内指标测定,利用主成分分析方法选取了10个土壤理化指标对样地土壤抗蚀能力进行评价。结果表明:(1)所选10项理化指标可以较为全面地综合评价不同石漠化程度土壤抗蚀能力,土壤团聚状况、分散率、分散系数、0.25mm水稳性团聚体含量、0.5mm水稳性团聚体含量、结构破坏率、0.05mm粉黏粒含量这7项可以作为评价的优选指标,有机质含量、0.001mm黏粒含量、土壤团聚度这3项指标次之。(2)无石漠化CK样地(2.19)轻度石漠化L样地(1.19)重度石漠化S1样地(0.85)中度石漠化M样地(-1.35)重度石漠化S2样地(-2.88),其中中度石漠化样地(M)和重度石漠化样地(S_2)为负值,其余均为正值,差异明显。在石漠化过程中土壤抗蚀能力总体呈下降趋势,但是在石漠化发展后期,土壤抗蚀能力反而会有上升的可能。     

锡林郭勒草原蒸散发月季动态及相关因子分析

蒸散发(Evapotranspiration,ET)的时空动态对理解水热对植被的影响具有重要作用。利用MODIS MOD16A2和MOD13A3月产品数据及气象数据,通过回归分析和相关分析等方法,研究了锡林郭勒草原不同类型草地近15年(2000—2014年)的ET月季动态及相关因子。结果表明:3—10月的ET均表现出草甸草原典型草原和沙地植被荒漠草原,1—2月和11—12月的ET均表现出草甸草原典型草原和沙地植被荒漠草原。荒漠草原11月ET最大,其余各类草原均在7月达到最大值;各类草原的最小ET均为5月。各类草原3—5月和10月的ET均为下降趋势,而1月、6月、7月和12月的ET均为上升趋势。春季、夏季和秋季的ET均表现出草甸草原典型草原和沙地植被荒漠草原,而冬季的ET表现出草甸草原典型草原和沙地植被荒漠草原。荒漠草原冬季ET最大,其余各类草原的ET均在夏季达到最大值。各类草原春季和秋季的ET均为下降趋势,而夏季和冬季的ET均为上升趋势。Pearson相关分析表明3—10月及春季、夏季和秋季的ET与NDVI和降水量显著正相关,与平均气温显著负相关(p0.05);相反,1—2月、11—12月及冬季的ET与降水量负相关,而与平均气温显著正相关(p0.05)。     

城市土地集约利用与社会经济时空耦合协调发展评价——以湖北省12个地级市为例

土地集约利用与社会经济发展的耦合协调发展可有效推动城市的可持续发展。首先运用主成分分析法对湖北省12个地级市的土地集约利用与社会经济发展水平进行了评价,在此基础上运用耦合协调度模型对两者之间的协调度进行了分析。结果显示:2003—2013年,湖北省12个主要城市间土地集约利用水平、社会经济发展水平差异较大,且差距总体呈逐年递增态势。其中,武汉、黄石、十堰、宜昌4个城市优势明显,处在平均水平以上,其他8个城市发展较为缓慢。从时空耦合发展状况来看,研究期内湖北省12个城市之间的耦合协调性地域带动性不强,城市的耦合协调性受相邻城市的影响不大;局部分析上,黄冈、鄂州、咸宁、孝感4个城市有明显高值极化分布,耦合协调度高但是没能带动周围城市的发展;武汉市耦合协调度较低,发展速度明显没有跟上周围城市的发展,有待提高。     

应用物元分析法评价矿区周边土壤重金属污染的变化

为分析煤矿开采对土壤重金属污染水平的影响,尝试利用物元分析和主成分分析(PCA)方法对宿州市矿区周边土壤重金属污染水平进行评价。结果表明:(1)煤矿开采、堆放对土壤重金属污染具有重要影响,与非矿区背景值相比,Cr含量达到非矿区土壤背景值的2~4.17倍,Cd含量达到非矿区土壤背景值的1~3.05倍,Pb和Cu含量达到非矿区土壤背景值的2倍左右,As的含量略高于非矿区土壤背景值。(2)综合关联度结果显示,土壤重金属污染在100 m处未达到轻度污染的标准要求,但具备向轻度污染转化的条件;200 m和400 m处分别达到轻度污染和清洁等级要求,但隶属该等级的程度不强,且随着距离增大土壤重金属含量和污染程度均在下降。(3)物元模型能够揭示每个土壤重金属元素的分异信息和综合评价的中间信息,适用于土壤重金属污染水平评价。     

基于多光谱影像反演土壤盐分的建模方法研究

土壤盐分的定量遥感反演,为快速、准确、全面地监测盐渍化状况提供了可能。本文以黄河三角洲地区垦利县为例,实地调查采集土壤样本,并获取同时相Landsat 8影像,建立土壤盐分遥感反演的BP神经网络、偏最小二乘回归、主成分分析、多元线性回归多种模型,进而进行精度对比分析,评价、优选最佳建模方法,最后,基于最佳模型进行研究区土壤盐分的空间分布反演分析。结果显示:遥感影像的反射率与土壤盐分含量并不是单纯的线性关系,构建的盐分估测模型BP神经网络预测决定系数为0.8467,均方根误差为0.071,明显高于传统线性统计模型,能较好地模拟土壤盐分与光谱数据的关系。该研究既能为盐渍土的治理、利用提供数据支持,又能推动盐渍化区域遥感研究的定量发展。