放牧对草地生态系统温室气体的影响
English
-
锌、锰、镍、铁、钴、铜等重金属是植物生长发育所必需的微量元素。这些微量金属元素作为多种酶的活化剂以及调节蛋白结构的辅助因子参与植物的生命活动[1]。但是，重金属的浓度过高则会对植物产生毒害。例如，过量的锌、锰或铜会影响植物的光合作用并导致植株黄化，还会造成细胞损伤以及干扰其他离子的吸收[2-3]。而植物生长发育非必需的其他重金属元素，例如镉、铅和汞在低浓度下也会对植物产生毒害。这些金属元素会在植物体内运转并富集到作物的可食用部分，从而对人类和动物的健康造成严重威胁[4]。为了避免重金属毒害，植物进化出了多种重金属胁迫耐受机制，包括严格调控重金属的吸收、外排和运输以及细胞内螯合[1]。
多个基因家族的成员在重金属转运的调控过程发挥重要作用[5-6]。其中，阳离子转运蛋白家族(cation transporter family, CDF)是一类重要的金属转运蛋白，其功能是将重金属离子运出细胞质或运入特定的细胞器[7]。研究表明，CDF家族广泛存在于细菌、酵母、拟南芥(Arabidopsis thaliana)等原核和真核生物中[2, 8]。CDF蛋白的运转底物是二价金属离子，例如Zn2+、Mn2+、Fe2+、Cd2+、Co2+和Ni2+[2, 9]。大多数CDF蛋白具有水溶性的N末端和C末端，6个脂溶性的保守跨膜结构域(transmembrane domain，TMD)，其中I、II、V和VI跨膜区域最为保守，CDF蛋白的两亲性可能与金属转运密切相关[10]。Montanini等[9]曾对多个物种的典型CDF家族成员进行了初步的系统发育分析和功能研究，结合其对不同金属离子的转运特性，CDF家族分为Zn-CDF、Mn-CDF和Zn/Fe-CDF共3个亚家族。植物中的MTP基因主要分为7个组(G1、G5、G6、G7、G8、G9、G12)[8]。其中，G1、G5和G12属于Zn-CDF亚家族，G6和G7属于Fe/Zn-CDF亚家族，G8和G9属于Mn-CDF亚家族[8]。当前研究普遍认为，MTP蛋白有促进重金属积累的功能[7, 11-12]，并且大多数MTP蛋白在各种植物中都发挥其独特的功能。
迄今为止，G1的MTP1～MTP4、G8的MTP8以及G9的MTP9～MTP11是在植物中研究最多的MTP蛋白[12]。另外在G9的MTP9～MTP11蛋白中，MTP9和MTP10的同源性更高，且形成了一个内部独立的进化枝，表明MTP9、MTP910与MTP11蛋白之间可能会存在一些功能差异[8]。尽管G1的MTP蛋白属于Zn-CDF亚家族，但其也能将其他金属离子(包括Zn2+、Cd2+、Co2+、Ni2+、Fe3+)运输到植物细胞的液泡中[7, 11, 13-15]。研究表明，MTP5与MTP12可形成复合物行使其功能，将Zn2+转运到拟南芥高尔基体中[16]。G8的成员MTP8蛋白与维持Mn2+的稳态相关[12, 17-18]。在黄瓜(Cucumis sativus)中，位于液泡膜中的Mn转运蛋白CsMTP8几乎只在根中表达，并参与黄瓜根细胞中Mn稳态的维持。在拟南芥和水稻(Oryza sativa)中，MTP11转运蛋白可增强植物对Mn2+的耐受性[19-20]，尽管MTP9/10蛋白也被归类为Mn-CDF亚家族，但是目前尚缺乏关于MTP9和MTP10蛋白参与Mn2+转运或提高植物对Mn2+耐受性的证据[12]。MTP蛋白和其他金属转运蛋白对于重金属集聚的功能可能会提高植物的金属耐受能力[8, 11]。但是，关于植物MTP具体功能的研究仍然不足。例如，到目前为止，MTP蛋白G6和G7组的功能特性尚未明确。
空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)是原产于南美洲的多年生草本植物，后经扩散、蔓延传播，在世界各地，包括中国、澳大利亚、美国、越南、瑞典等国家均有发现[21]。作为外来入侵物种，空心莲子草在水体中密集生长，在水面上大量覆盖，造成其他水生植物死亡，最终改变周围生态系统的结构和功能[22-23]。研究表明，空心莲子草可以改变水体的化学成分及其养分循环[24]，且能够对土壤中的重金属离子进行富集[25]。徐丽等[26]报道，空心莲子草对一种或多种金属元素的积累有一定的耐性，且对6种重金属都有吸收，吸收能力依次为Zn2+ > Mn2+ > Pb2+ > Cu2+ > Cd2+ > Cr3+。识别和鉴定空心莲子草的MTP家族基因，有助于研究者更好地了解其在重金属转运方面的作用。因此，本研究对空心莲子草的MTP基因进行了鉴定和系统的特征分析，包括多重序列比对、进化树构建、跨膜结构域、基因结构分析以及蛋白质结构和特征分析，旨为空心莲子草MTP基因功能的进一步研究提供理论基础。
1. 材料与方法
1.1 空心莲子草MTP基因家族的鉴定
从文献[2, 19-20]中收集模式物种拟南芥、玉米(Zea mays)和水稻中已知的MTP氨基酸序列，并作为种子序列BLASTP搜索空心莲子草氨基酸序列数据库(从EnsemblPlants网站下载，http://plants.bl.org/index.html)，鉴定空心莲子草MTP候选氨基酸序列(e-value < 10–5)。为了进一步确认鉴定结果，利用NCBI-CDD (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi)对MTP候选的氨基酸序列进行结构域分析，将最终鉴定出来的空心莲子草的MTP基因命名为ApMTP基因。
1.2 ApMTP系统发育分析
使用ClustalW2软件将ApMTP与已知物种(拟南芥、玉米、水稻) MTP氨基酸序列进行多序列比对。然后利用MEGA7软件的最大似然法(maximum likelihood，ML)构建系统发育树(Bootstrap value = 1 000)。最后，在ITOL (V4.0，http://itol.embl.de/)中进一步美化系统发育树。
1.3 ApMTP蛋白质特征分析
利用ExPASy网站(http://web.expasy.org/compute_pi/)预测ApMTP蛋白的分子量(molecular weight，MWs)、等电点(isoelectric point，pIs)、跨膜结构域数量(number of transmembrane domains，TMDs)。利用TMHMM (http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)对ApMTP蛋白进行跨膜结构域预测。
1.4 ApMTP保守结构域和基序分析
利用MEME(http://meme-suite.org/tools/meme)在线分析工具对ApMTP氨基酸序列进行保守基序(motif)分析(参数设置：最优氨基酸残基宽度6～50 aa；任意数量的重复次数；最多预测20个motif)。这些预测基序由InterPro分析并利用TBtools软件(https://github.com/CJ-Chen/TBtools)进行绘制。
1.5 ApMTP基因表达模式分析
从NCBI的SRA数据库收集4组空心莲子草的转录组测序数据(PRJNA256237、PRJNA256235、PRJNA268359、PRJNA263573)，通过sratoolkit子例程fastq-dump将获得的SRA格式数据转换为fastq格式，使用Trimmomatic过滤低质量数据，Trinity(v2.0.6)进行从头组装，TransDecoder(v5.3.0)进行开放阅读框预测，最后通过RSEM(v1.2.19)计算转录本表达水平，所有程序均使用默认参数进行计算。基因表达水平通过片段按每百万碱基对外显子每千克碱基数(FPKM)模型进行归一化[27]。利用R软件包pheatmap，根据FPKM值绘制热图。
2. 结果与分析
2.1 空心莲子草中MTP基因家族的鉴定
本研究利用已报道的25个拟南芥MTP氨基酸序列、10个水稻MTP (OsMTP)氨基酸序列、20个玉米MTP (ZmMTP)氨基酸序列，对空心莲子草氨基酸序列数据库进行BLASTP搜索，去除冗余序列和可变剪切后，经过NCBI-CD-Search筛选，鉴定得到空心莲子草的40个候选ApMTP氨基酸序列。生物信息学分析表明，所有的候选ApMTP氨基酸序列都含有特定的保守结构域，表明它们具有MTP家族的基本特征。根据它们与拟南芥的MTPs氨基酸序列的相似性，将空心莲子草的ApMTPs氨基酸序列命名为ApMTP1至ApMTP12 (表1)。
表 1 空心莲子草MTP基因家族序列特征及其分子特征Table 1. Metal transporter protein (MTP) genes identified in Alternanthera philoxeroides基因号
Gene ID基因名
Name长度
Length/aa相对分子量
MW/kDa等电点
pI跨膜结构域数
TMDs同系物
Homolog相似度
Similarity/%TR112641|c0_g1_i1.p1 ApMTP1-1a 187 21.24 5.75 2 AtMTP1(AT2G46800) 82.39 TR112641|c0_g1_i2.p1 ApMTP1-1b 184 20.79 5.72 2 77.40 TR9621|c0_g1_i1.p1 ApMTP1-2 215 22.85 5.59 2 38.46 TR87830|c0_g1_i1.p1 ApMTP2a 223 24.18 6.21 4 AtMTP2(At3G61940) 68.83 TR87830|c0_g1_i3.p1 ApMTP2b 223 24.19 6.21 4 68.83 TR87830|c0_g1_i4.p1 ApMTP2c 223 24.22 6.21 4 68.83 TR114834|c0_g1_i1.p1 ApMTP3 337 37.51 6.17 5 AtMTP3(AT3G58810) 70.95 TR33041|c2_g1_i1.p1 ApMTP5a 379 42.13 8.78 6 AtMTP5a(AT3G12100) 67.78 TR33041|c2_g1_i2.p1 ApMTP5b 220 24.55 6.14 4 89.74 TR69867|c0_g5_i2.p1 ApMTP12-1 585 66.23 8.36 14 AtMTP12b(AT2G04620) 60.03 TR40874|c0_g3_i1.p1 ApMTP12-2a 313 35.36 6.57 2 66.67 TR40874|c0_g3_i2.p1 ApMTP12-2b 321 36.34 6.51 2 73.68 TR40874|c0_g3_i3.p1 ApMTP12-2c 313 35.35 6.58 2 59.07 TR45984|c2_g1_i2.p1 ApMTP6a 426 46.43 6.25 6 AtMTP6a(AT2G47830) 61.76 TR45984|c2_g1_i3.p1 ApMTP6b 426 46.38 6.31 6 61.76 TR45984|c2_g1_i4.p1 ApMTP6c 297 31.91 7.55 6 71.14 TR82237|c0_g1_i1.p1 ApMTP7a 459 51.09 7.39 6 AtMTP7(AT1G51610) 80.56 TR82237|c0_g1_i2.p1 ApMTP7b 459 50.96 7.09 6 80.56 TR82237|c0_g1_i3.p1 ApMTP7c 327 36.26 8.69 6 82.51 TR82237|c0_g1_i4.p1 ApMTP7d 336 37.25 9.02 6 82.67 TR106255|c8_g1_i1.p1 ApMTP8-1a 217 24.74 6.00 3 AtMTP8(AT3G58060) 60.62 TR106255|c8_g1_i2.p1 ApMTP8-1b 398 45.16 5.76 6 67.97 TR108025|c0_g1_i1.p1 ApMTP8-2a 204 22.85 4.65 3 63.64 TR108025|c0_g1_i2.p1 ApMTP8-2b 207 23.02 4.67 3 63.05 TR108025|c0_g1_i3.p1 ApMTP8-2c 204 22.87 4.61 3 65.15 TR120254|c0_g1_i2.p1 ApMTP8-3a 202 22.57 4.75 3 64.77 TR120254|c0_g1_i4.p1 ApMTP8-3b 230 25.74 4.85 3 65.20 TR120254|c0_g1_i5.p1 ApMTP8-3c 231 26.06 4.72 3 71.14 TR120254|c0_g2_i1.p1 ApMTP8-4a 185 20.97 5.96 2 78.92 TR120254|c0_g2_i2.p1 ApMTP8-4b 184 20.92 6.40 2 81.62 TR120254|c0_g2_i3.p1 ApMTP8-4c 183 20.73 6.07 2 80.43 TR120254|c0_g2_i5.p1 ApMTP8-4d 186 21.15 6.07 2 80.65 TR70117|c2_g2_i2.p1 ApMTP10a 403 46.24 5.98 6 AtMTP10b(AT1G16310) 80.00 TR70117|c2_g2_i3.p1 ApMTP10b 404 46.27 6.39 6 79.30 TR70117|c2_g2_i4.p1 ApMTP10c 257 29.75 6.73 4 80.89 TR70117|c2_g2_i5.p1 ApMTP10d 207 24.01 5.43 2 79.27 TR117430|c2_g1_i1.p1 ApMTP11a 343 38.68 5.07 6 AtMTP11(AT2G39450) 86.84 TR117430|c2_g1_i3.p1 ApMTP11b 408 45.66 4.87 6 83.47 TR117430|c2_g1_i5.p1 ApMTP11c 410 45.80 4.87 6 83.73 TR117430|c2_g1_i6.p1 ApMTP11d 410 45.95 4.88 6 83.52 MW: molecular weight; pI: isoelectric point; TMDs: number of transmembrane domains. 2.2 空心莲子草MTP家族成员的系统发育分析
为展示空心莲子草、拟南芥、玉米和水稻中MTP蛋白间的进化关系，构建了包含ApMTP、AtMTP、ZmMTP和OsMTP的系统发育树(图1)。根据Montanini等[9]的分类标准，将ApMTPs分为3个亚家族组，分别命名为Zn/Fe-CDF、Mn-CDF和Zn-CDF。除了MTP4和MTP9外，在空心莲子草中均发现了与拟南芥MTP同源的基因。例如，在Zn/Fe-CDF亚家族中，ApMTP6和ApMTP7分别与AtMTP6/OsMTP6/ZmMTP6和AtMTP7/OsMTP7/ZmMTP7同源性较高。在Mn-CDF亚家族中，ApMTP8至ApMTP11与AtMTP8/OsMTP8/ZmMTP8至AtMTP11/OsMTP11/ZmMTP11的进化关系最近。对于包含AtMTP1、AtMTP2、AtMTP3、AtMTP5和AtMTP12的亚组中，发现了进化关系最紧密的ApMTP，即ApMTP1、ApMTP2、ApMTP3、ApMTP5和ApMTP12，它们组成了Zn-CDF亚家族。本研究还发现，水稻MTP8中含有OsMTP8-1和OsMTP8-2这2个同源物，玉米MTP8中含有ZmMTP8-1a、ZmMTP8-1b和ZmMTP8-2这3个同源物，与水稻和玉米相似，空心莲子草中的MTP8也含有ApMTP8-1、ApMTP8-2、>ApMTP8-3和ApMTP8-4 这4个旁系同源物。
![]()
图 1 空心莲子草、拟南芥、玉米和水稻中MTP基因家族系统发育分析Figure 1. Phylogenetic tree of metal transporter protein (MTP) sequences from various plant species2.3 空心莲子草MTP氨基酸序列分析
进一步的序列分析结果表明(表1)：1) ApMTP与AtMTP的相似性普遍较高(60%～90%)，暗示它们的功能具有潜在的相似性；2) 结构域预测发现，除ApMTP12-1含有14个跨膜结构域外，其余ApMTPs均含有2～6个跨膜结构域；3) 多重序列比对显示Zn-CDF、Mn-CDF和Zn/Fe-CDF亚家族的ApMTP之间的同源性非常低。Montanini等[9]在Mn-CDF和Zn/Fe-CDF 2个亚家族中分析发现，在第5个跨膜结构(TMDV)上或附近识别有高度保守的包含天冬氨酸(aspartic, D)和组氨酸(histidine, H)的HXXXD基序(X =任何氨基酸)或以天冬氨酸为主的DXXXD的基序。本研究中，在Zn-CDF亚家族ApMTP的TMD-II和TMD-V上鉴定到保守基序HXXXD，在Zn/Fe-CDF亚家族ApMTP的TMD-II和TMD-V附近鉴定到保守基序HXXXD，以及在Mn-CDFs亚家族的TMD-II和TMD-V上鉴定到保守基序DXXXD (图2)。此外，与Zn-CDF和Zn/Fe-CDF 2个亚家族相比，Mn-CDF亚家族的ApMTP保守性更高(图2)。
![]()
图 2 空心莲子草MTP基因家族保守结构域分析蓝色和粉色阴影表示相似的氨基酸(蓝色表示相似度大于90%，粉色表示相似度70%～90%)。跨膜结构域(TMDs)显示为这些序列上方的线，编号为I～VI。共有序列HXXXD(X = 任何氨基酸)用红色标示，DXXXD用黄色标示。Figure 2. Conserved domain analysis of MTP sequences from Arabidopsis thalianaBlue and pink highlighting indicate similarities of > 90% and 70%～90%, respectively, and transmembrane domains (TMDs) I through VI are labeled and designated using lines above these sequences. The two conserved domains (HXXXD and DXXXD) are highlighted in red and yellow, respectively.空心莲子草的MTP蛋白理化性质分析结果(表1)表明，氨基酸序列长度最短的为183 aa (ApMTP8-4c)，序列最长的为585 aa (ApMTP12-1)；分子量最小的是20.73 kDa (ApMTP8-4c)，最大的为66.23 kDa (ApMTP12-1)；等电点在4.61 (ApMTP8-2c)～9.02 (ApMTP7d)；与拟南芥相比，序列相似度最低的是38.46% (ApMTP1-2)，相似度最高为89.74% (ApMTP5b)。
2.4 MTP基因结构和保守基序(motif)分析
蛋白质中的保守基序是指高度保守的氨基酸残基，在活性蛋白质中可能具有功能和/或结构作用。本研究使用MEME程序分析了MTP蛋白的基序分布，并鉴定了20个保守基序，分别命名为Motif1到Motif 20(图3、图4)。
![]()
图 3 MTP基因家族的保守基序分析Figure 3. Gene structure and evolutionary relationships of the metal transporter protein (MTP) gene family![]()
图 4 ApMTP基因家族的保守基序及基因结构分析Figure 4. Gene structure and evolutionary relationships of metal transporter protein (MTP) genes from Alternanthera philoxeroides与Pfam网站的种子序列对比发现，Motif 2和Motif 4与阳离子外排家族(Cation_efflux；PF01545)相似，而Motif 3与锌转运蛋白二聚结构域(ZT_dimer；PF16916)相似。空心莲子草MTP氨基酸序列中也都至少包含这3个Motif中的一个(图3)，类似结果在拟南芥[28]和水稻[15]中也有报道，说明在空心莲子草的MTP结构是比较保守的，可能具备重金属转运的功能。
为了更好展示空心莲子草的保守基序，本研究单独绘制了40个ApMTP氨基酸序列的基序分布(图4)。结果显示，同一亚组的大多数ApMTP蛋白通常具有相似的基序组成。例如MTP6、MTP7和MTP8的氨基酸序列具有高度相似性。另外，除MTP1外，在所有ApMTP中都识别到了Motif 5。一些亚家族中包含几个相对特有的Motif。例如，仅在亚家族ApMTP2中识别到Motif 19，而仅在亚家族ApMTP7中识别到Motif 9和Motif 17。在大多数情况下，ApMTP可变剪切转录本编码的氨基酸序列相似，通常第1个或结尾4～5个Motif有所不同(图4)，例如ApMTP8-1相比于ApMTP8-2，ApMTP8-1在结尾处多出6个Motif。
为了进一步解析ApMTP基因结构，对其内含子–外显子结构进行了分析。结果表明(图4)，Mn-CDF中包含20个ApMTP基因，长度分布在550 bp(ApMTP8-4c)至2 000 bp (ApMTP8-1b)，具有1个外显子，其中有3个基因包含5'-UTR区域(ApMTP8-2a、ApMTP8-2b、ApMTP8-2c)，1个基因包含5'-UTR和3'-UTR区域(ApMTP8-1b)；在Zn/Fe-CDF中，共有7个基因，长度分布在900 bp (ApMTP6c)至1 550 bp (ApMTP7a)；在Zn-CDF中，共有13个基因，长度分布在680 bp (ApMTP1-1b)至5 000 bp (ApMTP12-1)，其中有2个基因包含3'-UTR区域(ApMTP1-1a、ApMTP1-1b)。
2.5 空心莲子草MTP基因的表达模式分析
为了进一步展示MTP基因的表达特征，本研究绘制热图展示40个ApMTP基因的表达模式。如图5所示，ApMTP8-1a、ApMTP8-1b、ApMTP8-3a、ApMTP8-4a、ApMTP11a、ApMTP1-1a、ApMTP1-1b和ApMTP2a在不同处理下的表达水平普遍较高，而ApMTP3和ApMTP1-2在不同处理下表达水平普遍较低。此外，ApMTP基因的表达受到不同生长环境条件和处理的影响。例如，同Up_CK相比，随着处理时间的增加，ApMTP1-1a的表达水平先降低后升高，于Up_24 h时表达水平最低。Pond_CK处理下ApMTP1-1a的表达水平低于Up_CK，但是随着处理时间的延长，Pond处理下ApMTP1-1a的表达水平呈现先升高后降低的趋势，且始终高于Pond_CK处理(图5，NCBI项目编号PRJNA263573)。MTP基因在同K+转运的关系研究较少，通过热图数据可知，部分ApMTP的表达水平受到低钾胁迫的影响，ApMTP8-1a、ApMTP8-1b、ApMTP7a、ApMTP12-2c、ApMTP12-1、ApMTP12-1、ApMTP10d、ApMTP10b和ApMTP8-4c等基因的表达水平在受到低钾胁迫后有所上升，而ApMTP8-4a、ApMTP8-3a、ApMTP8-3c、ApMTP8-4b、ApMTP8-4c等基因的表达水平则有所降低，这些结果表明ApMTP的表达可能受到一定胁迫条件的诱导。对于空心莲子草的不同种群(山东济南收集的“北方”种群和上海收集的“中央”种群，NCBI项目编号PRJNA268359)，ApMTP表达水平相差不大。
![]()
图 5 空心莲子草MTP基因表达水平热图Upland和Pond：从生长在陆地和池塘中采集的空心莲子草混合组织样本(NCBI项目编号PRJNA256235)。CK：根部对照；Low K+：根部低钾胁迫(NCBI项目编号PRJNA256237)。Pond_CK到Pond_288h：水中种植并且种植盆水面高度保持在50 cm，处理0～288 h的茎节组织样本(stem internode)；Up_CK到Up_288h：盆栽种植并且每天浇灌1 L自来水，处理0～288 h的茎节组织样本(stem internode) (NCBI项目编号PRJNA263573)。JN：山东济南收集的“北方”种群，上部第二和第三对叶片组织样本；SH：上海收集的“中央”种群，上部第二和第三对叶片组织样本(NCBI项目编号PRJNA268359)。Figure 5. Expression patterns of metal transporter protein (MTP) genes in Alternanthera philoxeroidesUpland and Pond: pooled samples of Alternanthera philoxeroides were collected from Upland and Pond environment (Bioproject ID PRJNA256235); CK: control, root; Low K+: low-potassium stress, root (Bioproject ID PRJNA256237); Pond_CK to Pond_288h: the potted plants were completely submerged in a series of plastic tanks containing tap water to a depth of 50 cm; Up_CK to Up_288h: Plants were supplied with 1 L water per day in the upland treatment and the soil was kept well-drained. Stem internode tissues were harvested for each treatment (Bioproject ID PRJNA268359). JN: “Northern” population (the top 2nd and 3rd leaf pairs) collected in Jinan, Shandong; SH: “central” population (the top 2nd and 3rd leaf pairs) collected in Shanghai.3. 讨论与结论
迄今为止已报道了许多植物中MTP成员的功能研究，例如拟南芥[17, 19, 28]、水稻[15, 20]、芥菜(Brassica juncea)[13-14]、黄瓜[7, 12]、遏蓝菜[11]和山茶(Camellia japonica)[18]，但对MTP家族功能和作用的理解仍然不是十分全面。基于不断增加的基因组信息，通过比较基因组学分析基因家族是现代功能基因组学研究的有效方法[13]。Gustin等[8]将植物MTP蛋白分为7个组，其中第1组(MTP1至MTP4)、第5组(MTP5)和第12组(MTP12)属于Zn-CDF亚家族，第6组(MTP6)和第7组(MTP7)属于Fe/Zn-CDF亚家族，第8组(MTP8)和第9组(MTP9至MTP11)属于Mn-CDF亚家族。已证明MTP基因参与耐受和转运各种重金属，包括植物微量元素和非必需元素[11, 13-14, 19]，因此它们可能在植物矿物质营养的维持和抗金属胁迫方面发挥重要作用。其中，在拟南芥、黄瓜和水稻中，AtMTP1[28]、AtMTP3[29]以及CsMTP4[7]被证实不仅可以转运Zn，还能够将Cd(CsMTP1[7]、CsMTP4[7]和OsMTP1[15])、Co(OsMTP1[15])、AtMTP3[29]以及HvMTP1[30]或Fe(OsMTP1[15])转运至植物细胞的液泡[30]。本研究筛选并鉴定了40个ApMTP基因，这些ApMTP基因编码的蛋白质长度为183～459个氨基酸不等(表1)。尽管不同空心莲子草MTP蛋白的氨基酸数目差异较大，但这对于MTP蛋白而言并不罕见。例如在拟南芥MTP蛋白中，氨基酸数目从398(AtMTP1)[28]～789(AtMTP12)个[31]氨基酸不等。有研究表明，预测MTP蛋白主要定位于含有6个TMDs液泡膜中上[32]，但6个TMDs也并非是绝对的，例如在小麦中TMD具有4～14个[33]。本研究中跨膜结构预测结果表明，在空心草中ApMTP6、ApMTP7和ApMTP11含有6个TMDs，ApMTP12-1含有14个TMDs，其余ApMTPs含有2～6个TMDs。在蛋白质的保守基序分析中，40个ApMTP与拟南芥、玉米和水稻相似，都含有阳离子外排家族结构域(Cation_efflux；PF01545)，大部分Mn-CDF亚家族和MTP7亚组含有锌转运蛋白二聚结构域(ZT_dimer；PF16916)，并且其中Zn-CDF和Mn-CDF的成员中存在保守序列HxxxD和DxxxD(图2)。在黄瓜中，CsMTP8含有保守结构DxxxD，并且经验证CsMTP8是位于液泡膜中的Mn转运蛋白，参与黄瓜根细胞中锰稳态的维持[12]，这表明Mn-CDF亚家族的ApMTP也可能参与维持植物中的锰稳态。
系统发育分析可用来比较鉴定出的ApMTP序列与已知物种，如水稻、玉米和拟南芥MTP序列的系统发育分布，并可以帮助研究者推测ApMTP潜在功能[33]。在系统发育树上，Mn-CDFs、Zn/Fe-CDFs和Zn-CDFs表现出清晰的分离，其中单子叶植物水稻和玉米中的MTP蛋白OsMTP8-11和ZmMTP8-11，以及双子叶植物拟南芥中的MTP蛋白AtMTP8-11被鉴定为ApMTP中Mn-CDF亚家族的功能性直系同源物；OsMTP6-7、ZmMTP6-7和AtMTP6-7被鉴定为ApMTP中Zn/Fe-CDF的功能性直系同源物；以及OsMTP1、5、12，ZmMTP5和AtMTP1-5被鉴定为Zn-CDF亚家族中12个ApMTP的功能性直系同源物。在拟南芥中，AtMTP5-AtMTP12蛋白仅包含MTP家族的一项功能，而AtMTP1-AtMTP4包含了所有MTP功能[34-35]，表明ApMTP整个家族可也能存在功能多样性。由此推测，可能与水稻、玉米和拟南芥中已有功能研究的MTP类似，空心莲子草MTP同样具有重金属离子转运功能，但这些通过生物信息学分析获得的ApMTPs的确切功能还需要进一步试验验证。
据报道，植物MTP的成员参与转运不同的金属，包括Zn、Cd、Co、Ni、Fe和Mn[7, 11-15, 17-18, 20]。因此，这些MTP基因在重金属污染土壤生长的植物修复中具有潜在的应用价值[8, 11]。拟南芥中MTP8提高了对缺铁诱导的萎黄病的耐受性[17]，该研究为MTP蛋白在植物中的功能提供了新的认识。然而，MTP家族是否有助于植物在缺乏离子及水分不同的生长条件下的作用尚不清楚。为了扩展有关这些问题的信息，本研究利用NCBI保存的转录组数据分析了揭示空心莲子草中ApMTPs可能的表达模式。数据分析显示，ApMTP基因的表达具有组织和处理的特异性，且随着处理时间点的不同而有所差异，表明ApMTP基因参与空心莲子草对环境变化和胁迫处理的响应。其中ApMTP1-1a、ApMTP2a、ApMTP1-1b、ApMTP11a、ApMTP8-1a、ApMTP8-4a、ApMTP8-3a在不同组织(叶片、根系、茎节、混合组织)和不同处理下(低钾胁迫、不同水分环境等)的表达水平普遍较高，且这些基因的表达随着处理种类和时间点的不同而有所波动。例如ApMTP1-1a、ApMTP8-4a、ApMTP11b等，其表达水平均受到Up和Pond处理的影响，且随着处理时间的延长而有所波动(图5，NCBI项目编号PRJNA263573)。这些结果表明ApMTPs基因的表达一定程度上受到水分条件的影响，这与空心莲子草容易在水中大面积覆盖生长的特性相吻合[36]。此外，低钾处理对ApMTP1-1a的表达水平影响不大。ApMTP1-1a的表达水平在不同组织中也有所不同，其中，该基因在茎节中的表达水平整体较高，而在叶片中表达水平最低(NCBI项目编号PRJNA268359)。类似结果在其他基因中也有表现，例如ApMTP10b、ApMTP10d和ApMTP10a只在根系中表达水平较高(NCBI项目编号PRJNA256237)，在其他组织中基本无表达或者表达水平较低。ApMTP2c在茎节中的表达水平较高(图5，NCBI项目编号PRJNA263573)，在根系和叶片中的表达水平较低，且低钾胁迫处理后进一步降低了ApMTP2c的表达水平。对于空心莲子草的不同种群(山东济南收集的“北方”种群和上海收集的“中央”种群，NCBI项目编号PRJNA268359)，ApMTP表达水平相差不大。尽管不同纬度环境条件，包括温度、湿度、光照、光周期等存在差异，但是大部分叶片中ApMTP基因表达水平变化不大，暗示ApMTP的表达可能受到特定环境条件的诱导。通过对NBCI上4组空心莲子草转录组数据分析，初步揭示了ApMTP基因的表达模式，其中ApMTP1-1a、ApMTP2a、ApMTP1-1b、ApMTP11a、ApMTP8-1a、ApMTP8-4a、ApMTP8-3a等在不同组织和不同处理下普遍较高表达，可作为候选基因开展后续的功能研究。但是ApMTP在重金属胁迫下的表达模式以及受到重金属处理后的可能响应机制需进一步试验验证。
本研究探讨了空心莲子草中ApMTP家族基因成员的生物信息学特征以及不同生长条件下的表达模式。本研究的分析结果与先前的研究结果部分一致，因此本研究为空心莲子草MTP成员的后续研究提供了一些重要的参考信息。然而，仅从基因表达反应来预测MTP转运蛋白转运的离子是不完全可信的，因为离子间的相互作用或受离子影响的生理代谢过程可能会间接引起其他离子的表达变化。因此，每个ApMTP基因成员需要通过现代分子生物学技术进行进一步的基因功能研究。
-
[1] 张卫建,许泉,王绪奎,卞新民.气温上升对草地土壤微生物群落结构的影响.生态学报,2004,24(8):1742-1747. [1] Zhang W J,Xu Q,Wang X K,Bian X M.Impacts of experimental atmospheric warming on soil microbial community structure in a tallgrass prairie.Acta Ecologica Sinica,2004,24(8):1742-1747.(in Chinese)
[2] Laan S V D,Neubert R E M,Meijer H A J.A single gas chromatograph for accurate atmospheric mixing ratio measurements of CO2,CH4,N2O,SF6,CO.Atmospheric Measurement Techniques & Discussions,2009,2(2):549-559.
[2] Wang L,Jiang Y L.Advances in greenhouse gases emission in farmland soils.Agricultural Science & Technology,2012,13(8):1738-1743.(in Chinese)
[3] Jones S K,Helfter M C,Anderson M C,Campbell C.The nitrogen,carbon and greenhouse gas budget of a grazed,cut and fertilised temperate grassland.Biogeosciences Discussions,2017,14:1-55.
[3] Zhai Y Y.Greenhouse gases emission of farm soil eastern Gansu Loess Plateau.Master Thesis.Lanzhou:Lanzhou University,2015.(in Chinese)
[4] 王璐,蒋跃林.农田土壤温室气体排放研究进展.中国农业与技术,2012,13(8):1738-1743. [4] Yan Y Y.Study on the N2O emission characteristics and microbial community succession during the shortcut simultaneous nitrification and denitrification process.Master Thesis.Guangzhou:South China University of Technology,2014.(in Chinese)
[5] Intergovermental Panel on Climate Change.Summary for Policy Makers.In Climate Change 2007:The Physical Science Basis.Contribution of Working Group to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change,2007:710-719.
[5] Wang M X,Zhang R J,Zheng X H.Sources and sinks of green house gases.Climatic & Environmental Research,2000,5(1):75-79.(in Chinese)
[6] Benson R G,Scanlon T J,Czerepuszko P A.Thermography camera tuned to detect absorption of infrared radiation in a selected spectral bandwidth.US:US8653461,2014.
[6] Ma G.Responses of CO2 and N2O emissions to alternating wetting and drying in alpine meadow eco-system.Master Thesis.Lanzhou:Gansu Agricultural University,2014.(in Chinese)
[7] Niu S L.Wan S Q,Ma K P.Acclimation and mitigation of terrestrial ecosystem and biodiversity to climate change.Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2009,24(4):421-427.(in Chinese)
[7] 翟洋洋. 陇东黄土高原农田土壤的温室气体排放特征.兰州:兰州大学硕士学位论文,2015. [8] Wang C T,Long R J,Ding L M.Species diversity,community stability and ecosystem function-extension of the continuous views.Pratacultural Science,2005,22(6):1-7.(in Chinese)
[8] Mosier A R,Pendall P,Morgan J A.Soil-atmosphere exchange of CH4,CO2,NOx,and N2O in the colorado shortgrass steppe following five years of elevated CO2 and N fertilization.Atmospheric Chemistry & Physics,2003,3(3):2691-2706.
[9] 严迎燕. 短程同步硝化反硝化过程的N2O释放特性及其微生物群落特征研究.广州:华南理工大学硕士学位论文,2014. [9] Zhang L,Han J Y,Wang D H.Review on responses of soil respiration to stock grazing in grassland ecosystems.Ecological Science,2017,36(2):201-207.(in Chinese)
[10] 王明星,张仁健,郑循华.温室气体的源与汇.气候与环境研究,2000,5(1):75-79. [10] Cui W,Zhao L P,Zhao F R.Effects of fencing and grazing management on bud bank in a semiarid steppe on the Loess Plateau.Pratacultural Science,2017,34(1):9-15.(in Chinese)
[11] Baoyinhexige.Effect of grazing on grassland ecosystem.Animal Husbandry & Feed Science,2013,34(z1):71-74.(in Chinese)
[11] Jia B,Zhou G,Wang F,Wang Y,Weng E.Effects of grazing on soil respiration of Leymus chinensis,Steppe.Climatic Change,2014,82(1/2):211-223.
[12] Novak S M,Fiorelli J L.Greenhouse gases and ammonia emissions from organic mixed crop-dairy systems:A critical review of mitigation options.Agronomy for Sustainable Development,2010,30(2):215-236.
[12] Gao C.Study on the characteristics of soil organic matter of alpine meadow under different degradation degrees in eastern Qilian Mountains and its effect on productivity.Master Thesis.Lanzhou:Gansu Agricultural University,2007.(in Chinese)
[13] Soussana J F,Allard V,Pilegaard K,Ambusb P.Full accounting of the greenhouse gas(CO2,N2O,CH4)budget of nine European grassland sites.Agriculture Ecosystems & Environment,2007,121(1/2):121-134.
[13] Zhang L,Shen C,Deng J.Effects of grazing disturbance on soil physical and chemical properties in grassland.Protection Forest Science and Technology,2016(12):1-4.(in Chinese)
[14] Li F X,Li X D,Zhou B R,Qi D L,Wang L,Fu H.Effects of grazing intensity on biomass and soil physical and chemical characteristics in alpine meadow in Tthree the source Rivers Source.Pratacultural Science,2015,32(1):11-18.(in Chinese)
[14] 马钢. 高寒草甸生态系统CO2和N2O排放对土壤干湿交替的响应.兰州:甘肃农业大学硕士学位论文,2014. [15] 牛书丽,万师强,马克平.陆地生态系统及生物多样性对气候变化的适应与减缓.中国科学院院刊,2009,24(4):421-427. [15] Guan X M.Effect of grazing on methane flux and related microbes in Inner Mongolia grassland soils.Master Thesis.Hangzhou:Zhejiang University,2016.(in Chinese)
[16] Wei Z J,Wuritu,Dabuxilatu,Su J A,Yang S M.The influence of different grazing systems on soil physical and chemical properties in desert steppe.Grassland of China,2005,27(5):6-10.(in Chinese)
[16] 王长庭,龙瑞军,丁路明.草地生态系统中物种多样性、群落稳定性和生态系统功能的关系.草业科学,2005,22(6):1-7. [17] Su R,Cheng J,Chen D,Bai Y,Jin H.Effects of grazing on spatiotemporal variations in community structure and ecosystem function on the grasslands of Inner Mongolia,China.Scientific Reports,2017,7(1):40.
[17] Liang M W,Liang C Z,Bai X,Miao B L,Wang Y S,Bao G R,Wang X.Effects of annual plant functional group on biomass and soil respiration in agrazing community of a typical steppe grassland.Pratacultural Science,2016,33(12):2407-2417.(in Chinese)
[18] Pu N N,Sun Z J,Fan Y M,Yang H L.Influence of grazing intensity on the soil organic carbon and microbial biomass carbon of meadow steppe in Zhaosu area.Journal of Xinjiang Agricultural University,2013,36(1):66-70.(in Chinese)
[18] 张亮,韩静艳,王道涵.草地生态系统土壤呼吸对放牧干扰的响应研究进展.生态科学,2017,36(2):201-207. [19] Li H W.Measurement of methane emission from grazing Inner Mongolia Cashmere goats.Master Thesis.Hohhot:Inner Mongolia Agricultural University,2008.(in Chinese)
[19] 崔伟,赵凌平,赵芙蓉.封育和放牧对黄土高原典型草原芽库的影响.草业科学,2017,34(1):9-15. [20] 宝音贺希格.放牧对草地生态系统的影响.畜牧与饲料科学,2013,34(z1):71-74. [20] Gao Y Z,Han X G,Wang S P.The effects of grazing on grassland soils.Acta Ecologica Sinica,2004,24(4):790-797.(in Chinese)
[21] Li Y,Li Z,Li Z,Geng X,Deng X.Numerical simulation of the effects of grassland degradation on the surface climate in overgrazing area of northwest China.Advances in Meteorology,2013(4):183-186.
[21] Ma X Z.Effects of cultivation and grazing on soil carbon pool and greenhouse gases fluxes in the Inner Mongolia steppes.PhD Thesis.Beijing:Institute of Botany,The Chinese Academy of Sciences,2006.(in Chinese)
[22] 高超. 东祁连山不同退化程度高寒草甸草原土壤有机质特性及其对草地生产力的影响.兰州:甘肃农业大学硕士毕业论文,2007. [22] Qi Y C,Dong Y S,Yang X H,Geng Y B,Liu L X,Li M F.Effects of grazing on carbon dioxide and methane fluxes in typical temperate grassland in Inner Mongolia,China.Resources Science,2005,27(2):103-109.(in Chinese)
[23] Li Y E,Qin X B,Li W F,Lin E D,Gao Q Z,Wan Y F,Shi F.Impacts of no grazing in summer on greenhouse gas emissions from Kobresia humilis alpine meadow.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2007,23(4):206-211.(in Chinese)
[23] Allen D E,Pringle M J,Page K L,Dalal R C.A review of sampling designs for the measurement of soil organic carbon in Australian grazing lands.Rangeland Journal,2010,32(2):227-246.
[24] Wang Y S,Hu Y Q,Ji B M,Liu G R,Xue M.Research of grazing effects on greenhouse gas emission in Inner Mongolia grasslands.China Environmental Science,2002,22(6):490-494.(in Chinese)
[24] Kuijper D P J,Bakker J P.Top-down control of small herbivores on salt-marsh vegetation along a productivity gradient.Ecology,2005,86(4):914-923.
[25] Zhou Z C,Gan Z T,Shangguan Z P.Effects of grazing on soil physical properties and soil erodibility in semiarid grassland of the northern Loess Plateau(China).Catena,2010,82(2):87-91.
[25] Wang Y S,Hu Y Q,Ji B M,Liu G R,Xue M.An investigation on the relationship between emission/uptake of greenhouse gases and environmental factors in semiarid grassland.Advances in Atmospheric Sciences,2003,20(1):295-310.(in Chinese)
[26] Pang X Y,Bao W K,Wu N.The effects of clear-felling subalpine coniferous forests on soil physical and chemical properties in the eastern Tibetan Plateau.Soil Use & Management,2011,27(2):213-220.
[26] He G X,Li K H,Song W,Gong Y M,Liu X J,Hu Y K,Tian C Y.The fluxes of carbon dioxide,methane and nitrous oxide in alpine grassland of the Tianshan Mountains,Xinjiang.Acta Ecologica Sinica,2014,34(3):674-681.(in Chinese)
[27] Chen X J,Wang Y R,Hou F J.Mechanisms and controlling factors of grassland ecosystem greenhouse gas emissions.Pratacultural Science,2011,28(5):722-728.(in Chinese)
[27] 张亮,沈潮,邓杰.放牧干扰对草地土壤理化性质的影响.防护林科技,2016(12):1-4. [28] Ishizuka S,Tsuruta H,Murdiyarso D.An intensive field study on CO2,CH4,and N2O emissions from soils at four land-use types in Sumatra,Indonesia.Global Biogeochemical Cycles,2002,16(3):11-22.
[28] Zhou P.Effects of the different grazing intensity on greenhouse gas fluxes of Inner Monoglia grassland.Master Thesis.Huhhot:Inner Mongolia Agricultural University,2011.(in Chinese)
[29] Solomon S.Climate change 2007 the physical science basis:Work group I contribution to the fourth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change,2007:710-719.
[29] Cao N.Effect of grazing intensity on the emissions of N2,N2O,NO,CO2,CH4 in temperate semiarid steeps.Master Thesis.Yangling:North West Agriculture and Forestry University,2015.(in Chinese)
[30] Wan Y F,Li Y E,Gao Q Z,Duan M J,Danjiuluobu,Baimayuzhen,Wei L T.Effect of summer grazing intensity on GHG emission in the north Tibet steppe.Pratacultural Science,2010,27(11):1-6.(in Chinese)
[30] 李凤霞,李晓东,周秉荣,祁栋林,王力,傅华.放牧强度对三江源典型高寒草甸生物量和土壤理化特征的影响.草业科学,2015,32(1):11-18. [31] 管雄明. 放牧对内蒙古典型草原土壤甲烷通量变化及相关微生物的影响.杭州:浙江大学硕士学位论文,2016. [31] Zhu E X,Zhan W,Hu J,Peng C H,Zheng Q Y,Yang G,He Y X,Zhu D,Zhu Q A,Chen H.Early influence of the grazing intensity on ecosystem respiration of alpine meadows.China Journal of Applied Environment Biology,2016,22(4):561-566.(in Chinese)
[32] 卫智军,乌日图,达布希拉图,苏吉安,杨尚明.荒漠草原不同放牧制度对土壤理化性质的影响.中国草地学报,2005,27(5):6-10. [32] Zhou P,Han G D,Wang C J,Liu R X,Jiang Y Y,Tang S M.Effects of stocking rates on carbon fluxin the desert grassl and ecological system of inner mongolia Journal of Inner Mongolia Agricultural University(Natural Science Edition),2011,32(4):59-64.(in Chinese)
[33] 梁茂伟,梁存柱,白雪,苗百岭,王英舜,包桂荣,王譞.一年生植物功能群对放牧草原生物量和土壤呼吸的影响.草业科学,2016,33(12):2407-2417. [33] Zhang C X,Nan Z B.Research progress on effects of grazing on physical and chemical characteristics of grassland soil.Acta Prataculturae Sinica,2010,19(4):204-211.(in Chinese)
[34] Sillen W M A,Dieleman W I J.Effects of elevated CO2 and N fertilization on plant and soil carbon pools of managed grasslands:A meta-analysis.Biogeosciences,2012,9(6):2247-2258.
[34] Wang Y S,Xue M,Huang Y,Liu G R,Wang M X,Ji M B.Greenhouse gases emission or uptake in Inner Mongolia natural and free-grazing grasslands.Chinese Journal of Applied Ecology,2003,14(3):372-376.(in Chinese)
[35] Lin Q Y,Burenbayin,Wang S P.Contributions of ruminants and their excreta to N2O and CH4 emissions.Chinese Journal of Ecology,2011,30(11):2604-2612.(in Chinese)
[35] 蒲宁宁,孙宗玖,范燕敏,杨合龙.放牧强度对昭苏草甸草原土壤有机碳及微生物碳的影响.新疆农业大学学报,2013,36(1):66-70. [36] Cheng S L,Xiao Y P,Yang B P.Research progress in methane emission from ruminant and control techniques.China Herbivores Science,2013,33(5):56-59.(in Chinese)
[36] 李华伟. 放牧条件下内蒙古白绒山羊甲烷排放量的测定.呼和浩特:内蒙古农业大学硕士学位论文,2008. [37] Wang Y C,Yuan Y,Zhang J H,He G Z,Han Y,Zhou W Z.Nutritional regulation of rumen methane production in ruminantanimals.Chinese Absstracts of Animal Husbandry and Veterinary Medicine,2015,41(7):100-104.(in Chinese)
[37] 高英志,韩兴国,汪诗平.放牧对草原土壤的影响.生态学报,2004,24(4):790-797. [38] Wang Y,Zhang D F,Ding Y,Jing H J,Narenhua.Greenhouse gas emission by livestocks in hohhot.Acta Ecologiae Animalis Domastici,2014(10):68-73.(in Chinese)
[38] Zhang F,Diao Q Y.Research progress on greenhouse gas emissions of animal husbandry and emission reduction measures.Journal of Domestic Animal Ecology,2015,36(11):81-85.
[39] Guo X W,Du Y G,Lin L.CH4,CO2 and N2O flux among three types of alpine meadow in the north regions of Qinghai-Tibetan Plateau.Pratacultural Science,2016,33(1):27-37.(in Chinese)
[39] 马秀枝. 开垦和放牧对内蒙古草原土壤碳库和温室气体通量的影响.北京:中国科学院植物研究所博士学位论文,2006. [40] 齐玉春,董云社,杨小红,耿元波,刘立新,李明峰.放牧对温带典型草原含碳温室气体CO2、CH4通量特征的影响.资源科学,2005,27(2):103-109. [40] Ding D.Effects of cattle and sheep mixed-grazing on GHG fluxes during the growing season in Inner Monoglia desert steppe.Master Thesis.Huhhot:Inner Mongolia Agricultural University,2015.(in Chinese)
[41] Wilson R,Müller C,Moser G,Wilson D.To graze or not to graze?Four years greenhouse gas balances and vegetation composition from a drained and a rewetted organic soil under grassland.Agriculture Ecosystems & Environment,2016,222:156-170.
[41] Wang S P,Wilkes A,Wang Y Y,Bai L.Discussion on reduction potential of CH4 emission intensity for early off-take practice of grazing yak.Environmental Science,2014,35(8):3225-3229.(in Chinese)
[42] 李玉娥,秦晓波,李文福,林而达,高清竹,万运帆,石峰.夏季休牧对高寒矮嵩草草甸温室气体排放的影响.农业工程学报,2007,23(4):206-211. [42] Zhao L,Chen D D,Xu S X,Zhao X Q,Li Q.Life cycle assessment of greenhouse gas emission from tibetan sheep under traditional grazing management on the alpine grassland of Qinghai-Tibetan Plateau.Journal of Domestic Animal Ecology,2016,37(8):36-44.(in Chinese)
[43] Zhu L L,Rong Y P,Wang W G,Ma L.Effects of grazing on the net ecosystem exchange of carbon dioxide in grassland ecosystems(Research Review).Acta Agrestia Sinica,2013,21(1):3-10.(in Chinese)
[43] 王思跃,胡玉琼,纪宝明,刘广仁.薛敏.放牧对内蒙古草原温室气体排放的影响.中国环境科学,2002,22(6):490-494. [44] Liu Z K,Wang S P,Han J G,Chen Z Z,Wang Y F.Nitrogen turnover from grazing livestock excreta:A review.Acta Ecologica Sinica,2004,24:775-783.(in Chinese)
[44] 王跃思,胡玉琼,纪宝明,刘广仁,薛敏.半干旱草原温室气体排放/吸收与环境因子的关系研究.大气科学进展,2003,20(1):295-310. [45] 贺桂香,李凯辉,宋韦,公延明,刘学军,胡玉昆,田长彦.新疆天山高寒草原不同放牧管理下的CO2,CH4和N2O通量特征.生态学报,2014,34(3):674-681. [45] Wang C J,Wang S P,Zhou H.Review on advancements in measurement methods of methane emissions from grazing animals.Acta Prataculturae Sinica,2006,15(1):113-116.(in Chinese)
[46] Soussana J F,Allard V,Pilegaard K,Ambus P,Amman C.Full accounting of the greenhouse gas(CO2,N2O,CH4)budget of nine European grassland sites.Agriculture Ecosystems & Environment,2007,121(1):121-134.
[46] Ge S D,Xu T W,Li B,Cao H,Zhao L,Xu S X.Effects of yak dung on greenhouse gas emission during growing season in the alpine meadow.Pratacultural Science,2014,31(1):39-47.(in Chinese)
[47] Moore J L,Howden S M,Mckeon G M,Carte J O,Scanlan J C.The dynamics of grazed woodlands in southwest Queensland,Australia,and their effect on greenhouse gas emissions.Environment International,2001,27(2/3):147-153.
[47] Liu D J.Study on property and applicantion of anaerobic digestion on for livetock dung.Master Thesis.Yangling:North West Agriculture and Forestry University,2004.(in Chinese)
[48] Howden S M,White D H,Mckeon G M,Scanlan J C,Carter J O.Methods for exploring management options to reduce greenhouse gas emissions from tropical grazing systems.Climatic Change,1994,27(1):49-70.
[48] Ge S D.Effects of fecal coverage on greenhouse gas emission in alpine grassland.PhD Thesis.Xining:Northwest Plateau Institute of Biology,Chinese Acadeng of Sciences,2013.(in Chinese)
[49] 陈先江,王彦荣,侯扶江.草地生态系统温室气体排放机理及影响因素.草业科学,2011,28(5):722-728. [49] Jiang Y Y.The study on nutrient degradation and contribution to greenhouse gas emission of grazing sheep excreta.Master Thesis.Huhhot:Inner Mongolia Agricultural University,2012.(in Chinese)
[50] 周培. 不同放牧强度对内蒙古草原温室气体通量影响.呼和浩特:内蒙古农业大学硕士学位论文,2011. [50] Lu R D.Emissions of greenhouse gases from dairy manure and influencing factors.Master Thesis.Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences(CAAS),2007.(in Chinese)
[51] 曹娜. 放牧强度对半干旱草原土壤N2、N2O、NO、CO2和CH4排放的影响.杨凌:西北农林科技大学硕士学位,2015. [52] Cardoso A D S,Brito L D F,Janusckiewicz E R,Morgado E D S,Barbero R P.Impact of grazing intensity and seasons on greenhouse gas emissions in tropical grassland.Ecosystems,2017,20:845-859.
[53] 万运帆,李玉娥,高清竹,段敏杰,旦久罗布,白玛玉珍,韦兰亭.夏季放牧强度对藏北草原温室气体排放的影响.草业科学,2010,27(11):1-6. [54] 朱二雄,詹伟,胡骥,彭长辉,郑群英,杨刚,何奕忻,朱单,朱求安,陈槐.不同放牧强度对高寒草甸生态系统呼吸的早期影响.应用与环境生物学报,2016,22(4):561-566. [55] 周培,韩国栋,王成杰,刘瑞香,姜圆圆,唐士明.不同放牧强度对内蒙古荒漠草地生态系统含碳温室气体交换的影响.内蒙古农业大学学报(自然科学版),2011,32(4):59-64. [56] Bell M J,Cullen B R,Eckard R J.The influence of climate,soil and pasture type on productivity and greenhouse gas emissions intensity of modeled beef cow-calf grazing systems in southern Australia.Animals,2012,2(4):540-558.
[57] Chai L,Kr R.Greenhouse gases and ammonia emissions from grazing beef cattle in Alberta and Ontario Canada.PloS One,2015,10(4):S10.
[58] 张成霞,南志标.放牧对草地土壤理化特性影响的研究进展.草业学报,2010,19(4):204-211. [59] 王跃思,薛敏,黄耀,刘广仁,王明星,纪宝明.内蒙古天然与放牧草原温室气体排放研究.应用生态学报,2003,14(3):372-376. [60] 林巧燕,布仁巴音,汪诗平.反刍家畜及其排泄物对N2O和CH4排放的贡献.生态学杂志,2011,30(11):2604-2612. [61] 程胜利,肖玉萍,杨保平.反刍动物甲烷排放现状及调控技术研究进展.中国草食动物科学,2013,33(5):56-59. [62] 王胤晨,袁扬,张锦华,何光中,韩勇,周文章.反刍动物瘤胃甲烷产生的营养调控.中国畜牧兽医文摘,2015,41(7):100-104. [63] 王月,张东方,丁莹,荆红俊,娜仁花.内蒙古呼和浩特市家畜温室气体排放量估算.家畜生态学报,2014(10):68-73. [64] 郭小伟,杜岩功,林丽.青藏高原北缘3种高寒草地的CH4、CO2和N2O通量特征的初步研究.草业科学,2016,33(1):27-37. [65] Chen W,Wolf B,Brüggemann N,Butterbach-Bahl K,Chen X Z.Annual emissions of greenhouse gases from sheepfolds in Inner Mongolia.Plant and Soil,2011,340(1):291-301.
[66] 丁丹. 牛羊混合放牧对内蒙古荒漠草原温室气体通量的影响.呼和浩特:内蒙古农业大学硕士学位论文,2015. [67] 汪诗平,Andreas Wilke,汪亚运,白玲.放牧阉牦牛提前出栏甲烷排放强度减排潜力探讨.环境科学,2014(8):3225-229. [68] 赵亮,陈懂懂,徐世晓,赵新全,李奇.传统放牧模式下青藏高原高寒牧区藏系绵羊温室气体排放研究.家畜生态学报,2016,37(8):36-44. [69] 朱玲玲,戎郁萍,王伟光,马磊.放牧对草地生态系统CO2净气体交换影响研究概述.草地学报,2013,21(1):3-10. [70] 刘忠宽,汪诗平,韩建国,陈佐忠,王艳芬.放牧家畜排泄物N转化研究进展.生态学报,2004,24(4):775-783. [71] 王成杰,汪诗平,周禾.放牧家畜甲烷气体排放量测定方法研究进展.草业学报,2006,15(1):113-116. [72] 葛世栋,徐田伟,李冰,曹慧,赵亮,徐世晓.高寒草甸粪斑的温室气体排放.草业科学,2014,31(1):39-47. [73] Khalil M A K,Rasmussen R A.The global sources of nitrous oxide.Journal of Geophysical Research,1992,97(D13):14651-14660.
[74] Houghton J T,Callander B A,Vamey S K.The Supplementary Report to the IPCC Scientific Assessment,2015:141-141.
[75] 刘德江. 家畜粪便厌氧消化特性与应用研究.杨凌:西北农林科技大学硕士学位论文,2004. [76] Mats O,Ingvar S.Effects of a transient oxic period on mineralization of organic matter to CH4 and CO2 in anoxic peat incubations.Geomicrobiology Journal,1998,15(4):325-333.
[77] Ma X Z,Wang S P,Wang Y F,Jiang G M,Nyren P.Short-term effects of sheep excrement on carbon dioxide,nitrous oxide and methane fluxes in typical grassland of Inner Mongolia.New Zealand Journal of Agricultural Research,2006,49(3):285-297.
[78] 葛世栋. 粪斑覆盖对高寒草地温室气体排放的影响.西宁:中国科学院西北高原生物研究所博士学位论文,2013. [79] 姜圆圆. 放牧绵羊排泄物养分降解及其对温室气体排放的贡献.呼和浩特:内蒙古农业大学硕士学位论文,2012. [80] 陆日东. 奶牛粪便温室气体排放及影响因子研究.北京:中国农业科学院硕士学位论文,2007.
下载:
计量
- PDF下载量: 165
- 文章访问数: 1076
- HTML全文浏览量: 135
