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来源：东北林业大学
助力“碳中和” | 我校教授在Nature Communications一年三次发表论文，揭示土壤碳循环的微生物机制
助力“双碳” | 我校教授揭示城市森林冠层结构的固碳调温功能近日，国际生命科学领域著名期刊eLife（中科院生物学一区Top）在线发表了我校生命科学学院东北盐碱植被恢复与重建教育部重点实验室卜媛媛研究组题为Unraveling the role of urea hydrolysis in salt stress response during seed germination and seedling growth in Arabidopsis thaliana的研究论文。eLife杂志还邀请了生物学领域科学家针对该文章撰写了一篇题为Seed Germination: Coping with salt stress的洞察文章，与本论文同期发表，深度解读了本项研究所揭示的氮动员在盐抑制种子萌发过程中的重要作用，使人们对盐抑制种子萌发的生理机制有了新的认知。![]()
种子萌发是植物生长的关键阶段，种子贮藏物质在其中发挥着重要作用。通常认为，种子贮藏动员为种子萌发准备了所需的物质基础，这些贮藏物质会降解为小分子，以满足种子萌发过程中对物质和能量需求。蛋白质是种子中氮的主要贮藏形式，其转化和利用是种子萌发的重要阶段，在此过程中，种子会经历一系列重要生理活动。然而，目前关于种子储备氮动员与种子萌发抑制之间的关系仍存在许多待解答的科学问题。
研究组长期关注由精氨酸衍生尿素的水解途径与盐抑制种子萌发和幼苗生长之间的关系。通过使用特异性酶抑制剂和关键酶基因突变体材料，发现精氨酸水解衍生尿素是有效缓解盐诱导种子萌发抑制和幼苗生长的关键因素。进一步的生理和代谢研究分析表明，盐胁迫会诱导精氨酸衍生尿素的过度水解，导致种子胚根细胞的细胞质pH值升高，进而引发盐诱导的种子萌发抑制并阻碍幼苗生长。种子萌发抑制曾被认为是“种子养分动员”停滞，即“养分饥饿”假说。这一发现揭示了尿素水解在拟南芥种子萌发和幼苗生长过程中对盐胁迫响应的作用，明确了氮动员与盐诱导的种子萌发抑制之间的关系，为盐抑制种子萌发过程的内在机制提供了新的视角。
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精氨酸衍生的尿素水解途径对盐胁迫下种子萌发的作用模型论文链接：
https://doi.org/10.7554/eLife.96797
近日，中国科学技术信息研究所（简称中信所）发布了《2024年版中国科技期刊引证报告（核心版）》，我校主办的4本期刊：《林业研究（英文）》《东北林业大学学报》《植物研究》《森林工程》凭借其卓越的学术质量和广泛的影响力，再次成功入选“中国科技核心期刊”目录，标志着这些期刊在学科领域内的重要地位得到了进一步认可。根据中信所发布的《2024中国科技论文统计报告》，SCI收录的中国期刊中，2023年进入本学科领域总被引频次排名前四分之一(Q1)行列的期刊共有37种，进入影响因子本学科领域排名前四分之一(Q1)的期刊有149种。《林业研究（英文）》进入2023年本学科领域总被引频次和影响因子排名前四分之一（Q1），充分展示了其在国际林业研究领域的领先地位。中国科技核心期刊目录，也被称为中国科技论文统计源期刊目录，是由中信所研制的国内权威的科技期刊评价体系。此次遴选，中信所采取以定量和定性评价相结合的原则，涉及覆盖期刊的学术表现、影响力、传播力等方面的24项学术指标，从全国万余种期刊中精心遴选出2572种核心期刊，其中包括自然科学领域的2165种（含英文167种）和社会科学领域的407种。尤为值得关注的是，本年度共有645种期刊参与新申请，但仅有56种期刊成功入选，入选率仅为8.7%，足以见评选的严格性和竞争的激烈程度。此次我校4本期刊的入选，是东北林业大学期刊建设工作的又一重要里程碑。我校主办的各期刊将以此为契机，继续加强期刊建设和管理，提升期刊的学术质量和影响力，为服务学科建设、提升科研水平、促进学术交流等方面发挥更大作用。![]()
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助力“碳中和”
我校教授在Nature Communications
一年三次发表论文
揭示土壤碳循环的微生物机制
近日，我校生态学院周正虎教授在Nature Communications上发表了题为“The biogeography of soil microbiome potential growth rates”的研究论文，采用氧同位素示踪技术，揭示了微生物生长速率的生物地理格局，并从微生物性状角度出发建立了微生物性状和生理之间的普适关系。研究结果有助于提高我们对土壤微生物生活史策略以及微生物介导的土壤有机碳-气候变化反馈的理解。这已经是周正虎教授本年度第三次在Nature Communications发表研究论文。
本研究以全国尺度的土壤调查为基础(纬度变化范围为18.4°至53.3°N，经度变化范围为81.2°至129.0°E)，涵盖了我国典型的草地和森林生态系统。采用18O同位素示踪技术测定微生物生长速率，扩增子测序量化了土壤真菌和细菌群落结构，同步探讨气候、土壤属性、微生物化学计量、微生物群落结构和基因组性状对微生物生长速率的影响。
结果发现，森林生态系统土壤微生物生长速率普遍高于草地生态系统。北方森林和高山森林土壤微生物生长速率最快，荒漠草地土壤微生物生长速率最慢。土壤微生物生长速率随着年平均温度的增加而显著降低，支持了宏观生态学中的纬度/温度补偿假说，表明来自寒冷生态系统的土壤微生物通过提高生长速率补偿低温和较短的生长季。此外，湿润地区土壤微生物生长速率要显著高于干旱地区，支持了生长和干旱压力抗性之间的权衡关系。
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寒冷潮湿地区资源丰富(高有机碳和养分)的酸性/中性土壤中的微生物组表现出较快的生长速率。相反，干旱和炎热地区高盐土壤中的微生物组展示出较慢的生长速率。土壤微生物生长速率沿气候、土壤和资源梯度的变化格局，与宏观生态学中的纬度/温度补偿假说、生长和压力生存之间的权衡以及生长速率假说相一致。低资源可用性和高环境压力会降低微生物生长速率，支持了高产-资源获取-压力抵抗生活史策略权衡三角。微生物生长速率是土壤碳循环微生物模型中的一个关键参数，我们的大尺度研究为微生物模型提供了一套关键的微生物生理基准。![]()
论文第一作者为东北林业大学生态学院周正虎教授，通讯作者为西北农林科技大学农学院任成杰教授。https://www-nature-com-443.webvpn.nefu.edu.cn/articles/s41467-024-53753-w此外，周正虎教授今年6月在Nature Communications发表的论文“Global turnover of soil mineral-associated and particulate organic carbon”，首次构建了土壤矿物结合有机碳和颗粒有机碳储量和周转的全球图谱，并研发了包含两种功能组分的土壤碳循环新模型，为提升土壤有机碳储量，助力“碳中和”提供重要科学依据。https://www-nature-com-443.webvpn.nefu.edu.cn/articles/s41467-024-49743-7周正虎教授2024年7月发表的论文“Thermal sensitivity of soil microbial carbon use efficiency across forest biomes”，指出了发现土壤微生物碳利用效率的可塑性及其温度敏感性改变了土壤有机碳对气候变暖的反馈，证实气候适应性微生物群落在相应的有利气候条件下，可以通过提高碳利用效率来有效的降低其对土壤有机碳的分解释放。论文链接：
https://www-nature-com-443.webvpn.nefu.edu.cn/articles/s41467-024-50593-6
近日，我校生态学院周正虎教授在Cell子刊One Earth（影响因子15.1）上发表了题为“Promoting effect of plant diversity on soil microbial functionality is amplified over time”的研究论文。论文揭示了植物多样性对土壤微生物功能提升的长期效应，证明植物多样性对土壤健康和生态系统功能具有持久的正面影响。近年来，由于人类活动和全球变化的双重影响，生物多样性丧失已成为威胁人类福祉的重大问题。植物和土壤微生物作为生态系统的重要组成部分，它们的多样性共同驱动着生产力、分解、固碳、土壤肥力、病原体控制等多种生态系统功能。然而，植物多样性如何影响土壤微生物多样性、生物量和功能还不明确。此外，宏观生态学中的“累积互补效应”假说强调了植物多样性在长时间尺度上对维持和提高生态系统功能的关键驱动作用。因此，深入研究植物多样性如何调控土壤微生物多样性和功能，对于指导全球范围内的生态修复工程，如植树造林和种草等，具有重要的理论和实践意义。研究结果表明，植物丰富度的增加不仅提升了土壤微生物的多样性和生物量，还显著增强了土壤微生物的功能，并且随着时间的推移，植物多样性对微生物功能的影响逐渐从初期的负效应转变为中后期的正效应，验证了宏观生态学中的“累积互补效应”假说。这些研究结果强调了在生物多样性危机下长期植物多样性管理对维持土壤健康和缓解气候变化的重要性。此外，研究还发现年均气温、土壤碳含量等环境变量对植物多样性效应的调节作用显著，表明气候变化和生物多样性丧失的双重挑战可能会同步削弱生态系统服务。![]()
该研究为植物多样性在应对气候变化和生态系统恢复中的重要性提供了新的科学依据。通过揭示植物多样性提升土壤微生物功能的长期增强机制，为全球植被恢复、草地重建和生态系统管理提供了重要理论支持。本研究得到东北亚生物多样性研究中心的支撑，受到“十四五”国家重点研发计划、国家自然科学基金和中央高校项目的资助。
生态学院博士研究生周焘为论文第一作者，周正虎教授为论文通讯作者，东北林业大学王传宽教授、美国科学院院士Peter B. Reich教授、西班牙国家科学院Manuel Delgado-Baquerizo研究员以及美国耶鲁大学梁国鹏博士也对该研究做出了重要贡献。
https://www.cell.com/one-earth/abstract/S2590-3322(24)00492-5
助力“双碳” | 我校教授揭示
城市森林冠层结构的固碳调温功能
日前，我校园林学院王蕾教授团队在城市生态领域权威TOP期刊Sustainable Cities and Society、Agricultural and Forest Meteorology、Forest Ecology and Management发表了城市森林三维结构与固碳调温功能遥感监测方向的研究论文，创新性地建立了可重复的城市森林结构多样性参数估算体系，研发了基于结构多样性异速生长关系的城市森林地上生物量估测方法，阐明了城市森林结构多样性影响冠层降温效应的日间与季相变异规律，对推动城市内森林碳汇的快速大规模评估、推进城市景观气候适应性规划具有重要意义。
城市森林冠层结构多样性直接影响生态系统内部的物质能量分布。然而，结构多样性“物理排列-三维体积-生物生理”的多维复杂特征难以准确量化，严重阻碍了城市森林生态系统多功能性的稳序提升。王蕾教授团队改进了无人机近地遥感获取城市森林冠层结构的关键方法，实现了基于高密度激光雷达点云优化的冠层垂直结构、异质性与密度特征估算，构建了城市森林结构多样性的参数集。
研究进一步探讨了通过结构多样性异速生长模型估算城市森林地上生物量的最佳参数组合、估算精度，确定了经相关性筛选的结构多样性能够通过异速生长的幂律关系提高地上生物量估算精度至0.799（R2b=0.799，RMSEb=2.79 kg/m2，MAEb=2.194 kg/m2），实现了地上生物量高精度估测和空间连续制图（图1），为简单快速的城市森林地上生物量估算提供了一种便捷、高效的方法。
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此外，研究还证实了结合激光雷达、多光谱与热红外数据，融合所有特征的数据集对城市森林物种分类具有更优的分类精度（OA=0.80, kappa=0.78）。同时，阐明了物种与群落尺度上、不同季节的物种冠层降温效果主要受到垂直结构、外部和内部异质性，以及冠层叶密度指数的影响，创新性地证实了物种空间连通性对城市森林降温效应的显著作用（图2），推进了城市森林物种与结构优化措施的具体实施。
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该研究为城市森林在应对碳中和、解决气候危机中的重要性提供了新的科学依据。
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