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第一篇 荒漠藻类生物学与荒漠藻结皮3

第1章 土壤藻3

1.1 土壤藻的定义及沿革3

1.2 土壤藻的系统分类3

1.3 土壤藻的分布5

1.3.1 土生藻5

1.3.2 石生藻8

1.3.3 穴居藻10

1.3.4 冰雪藻11

1.3.5 附植物生藻12

1.3.6 附动物生藻12

参考文献12

第2章 荒漠藻16

2.1 荒漠藻类的研究进展16

2.1.1 荒漠藻类的系统分类学17

2.1.2 荒漠藻类的适应机制研究17

2.1.3 生物结皮的形成、发育和胶结机制18

2.1.4 环境生物学功能19

2.1.5 相关应用技术19

2.2 种类组成和分布19

2.3 垂直分布21

2.3.1 种类组成21

2.3.2 种类数的季节性变化24

2.3.3 生物量的垂直分布25

2.3.4 群落结构垂直变化25

2.4 影响荒漠藻生物量及其分布的环境因素27

2.4.1 影响荒漠藻生物量的环境因素27

2.4.2 影响荒漠藻分布的环境因素33

参考文献33

第3章 荒漠藻类对盐胁迫的适应39

3.1 概述39

3.1.1 盐胁迫下细胞膨压或体积的控制39

3.1.2 盐胁迫下的渗透调节物质40

3.1.3 盐胁迫下离子动态平衡的维持40

3.1.4 盐胁迫下的能量供应40

3.2 外源糖类提高具鞘微鞘藻的盐耐受性41

3.2.1 盐胁迫下光合作用和叶绿素荧光变化41

3.2.2 盐胁迫对细胞离子浓度的影响43

3.2.3 酶活性变化44

3.2.4 胞内糖含量变化44

3.3 盐胁迫对具鞘微鞘藻碳代谢、脯氨酸和MDA含量的影响49

3.3.1 盐胁迫下的生长和胞外糖含量49

3.3.2 盐胁迫下胞内糖、脯氨酸和MDA含量的变化52

3.3.3 SS和SPS活性的变化55

3.4 盐胁迫对爪哇伪枝藻生理生化特性的影响57

3.4.1 光合特性57

3.4.2 盐胁迫对生长和胞内物质含量的影响59

3.4.3 盐胁迫对爪哇伪枝藻生长的影响61

3.4.4 盐胁迫对光合作用效率的影响62

3.4.5 盐胁迫下藻细胞内ROS和MDA的变化62

3.4.6 盐胁迫下藻细胞内抗氧化酶超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的变化63

3.5 外源性脯氨酸对爪哇伪枝藻抗盐性的影响67

3.5.1 外源性脯氨酸对盐胁迫下藻细胞生长和光合效率的影响67

3.5.2 外源性脯氨酸与盐胁迫下藻细胞的氧化伤害69

3.5.3 外源性脯氨酸对盐胁迫下藻细胞内抗氧化酶的影响70

3.5.4 外源性脯氨酸对盐胁迫下藻细胞内硝酸还原酶的影响70

参考文献73

第4章 藻类对荒漠干旱环境的适应76

4.1 蓝藻对干旱的适应机制76

4.1.1 蓝藻对干旱的耐受性76

4.1.2 干旱耐受性和渗透适应77

4.1.3 蓝藻DNA对干燥的适应性78

4.1.4 蓝藻蛋白质对干旱的适应性80

4.1.5 蓝藻膜系统的适应性及水分置换假说82

4.1.6 基因的表达83

4.2 相对空气湿度对微鞘藻糖代谢及抗氧化系统的影响84

4.2.1 空气湿度的控制85

4.2.2 干旱胁迫下细胞总糖的变化86

4.2.3 干旱胁迫下胞内水溶性糖的响应86

4.2.4 干旱胁迫下细胞蔗糖含量的响应87

4.2.5 干旱胁迫下蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性的变化87

4.2.6 干旱处理条件下胞外水溶性总糖含量变化88

4.2.7 干旱胁迫处理下MDA含量的变化89

4.2.8 干旱胁迫下SOD活性的变化90

4.2.9 干旱胁迫下光合活性的变化90

4.3 失水-吸水过程中微鞘藻光合活性的特性92

4.3.1 光合活性对失水的响应93

4.3.2 野外流沙接种试验93

4.3.3 光合恢复对离子缺失的响应94

4.3.4 外源糖对光合活性恢复的影响94

参考文献96

第5章 荒漠藻类对强紫外线辐射的适应99

5.1 荒漠藻对UV辐射的适应99

5.1.1 UV辐射对藻类的影响99

5.1.2 UV辐射对藻类的损伤机制100

5.1.3 藻类对UV辐射的适应机制106

5.2 UV辐射对爪哇伪枝藻生理生化特性和超微结构的影响109

5.2.1 UV辐射对爪哇伪枝藻生长的影响110

5.2.2 UV辐射对爪哇伪枝藻光合活性的影响110

5.2.3 UV辐射对爪哇伪枝藻色素的影响112

5.2.4 UV辐射对爪哇伪枝藻生化组分的影响116

5.3 UV辐射对具鞘微鞘藻生理生化特性的影响119

5.3.1 UV辐射对具鞘微鞘藻光合色素及光合活性的影响120

5.3.2 UV辐射对具鞘微鞘藻可溶性蛋白含量的影响122

5.3.3 UV辐射对具鞘微鞘藻EPS产量和胞内总糖含量的影响123

5.4 荒漠藻类在结皮中的垂直分布对UV辐射的响应124

5.4.1 抗紫外色素、光合特性和DNA损伤修复能力对UV辐射的响应124

5.4.2 UV辐射诱导的不同藻类在结皮中的垂直生态位研究129

5.4.3 UV辐射引起的糖代谢变化研究132

5.4.4 抗性藻种抗UV-B辐射机制研究136

参考文献142

第6章 荒漠藻结皮的结构、发育与胶结机制146

6.1 荒漠藻结皮的精细结构与发育146

6.1.1 藻结皮的一般结构147

6.1.2 藻结皮结构的精巧性149

6.1.3 藻结皮的特征150

6.2 荒漠藻群落结构的时空分布与演替150

6.2.1 结皮中荒漠藻的群落结构和空间分布特征150

6.2.2 原生演替151

6.3 荒漠藻结皮的发育过程157

6.3.1 地形对藻结皮形成和发育的影响157

6.3.2 藻体在藻结皮形成和维持方面的作用157

6.3.3 藻结皮结构中微层理、硅藻层形成与环境的关系158

6.3.4 藻类与成土过程159

6.4 荒漠藻结皮的胶结机制159

6.4.1 藻体与基质结合方式160

6.4.2 藻体与基质吸附特性161

6.4.3 藻体生态位161

6.4.4 胶结物含量161

6.4.5 胶结物定性定位观察162

6.4.6 结皮强度的异质性162

6.4.7 胞外聚合物电荷分布163

6.4.8 胞外聚合物的定性分析164

6.5 藻结皮的发育166

6.5.1 人工藻结皮的发育过程167

6.5.2 人工藻结皮的生态修复功能167

6.5.3 人工藻结皮的野外生长发育168

参考文献169

第7章 荒漠藻结皮的生物学172

7.1 荒漠土壤生物结皮的形成及其生态学意义172

7.2 人工接种荒漠藻在自然条件下的生长173

7.2.1 具鞘微鞘藻在草方格中的增殖速率173

7.2.2 具鞘微鞘藻在大块流沙中的增殖速率174

7.2.3 施肥条件下具鞘微鞘藻的生长速率174

7.2.4 具鞘微鞘藻在各种条件下生长的比较177

7.3 荒漠藻类在土壤结皮的形成和发育上的作用178

7.3.1 荒漠结皮对水分分布状况的影响178

7.3.2 荒漠生物结皮对土壤稳定性的影响178

7.3.3 生物结皮对荒漠生物群落演替的影响179

7.3.4 荒漠藻类同其他生物的关系179

7.3.5 结皮对干扰的适应能力180

7.4 土壤丝状蓝藻在荒漠治理中的作用研究180

7.4.1 丝状蓝藻的拓殖作用180

7.4.2 丝状蓝藻的固氮作用181

7.4.3 丝状蓝藻的重要产物182

7.4.4 荒漠土壤中藻类的特殊适应性183

7.4.5 土壤丝状蓝藻增加藻结皮的抗压强度和抗风蚀能力184

参考文献184

第8章 风力胁迫对具鞘微鞘藻结皮光合活性的影响188

8.1 风力胁迫对含水量的影响188

8.2 风力胁迫对生物量的影响189

8.3 风力胁迫对细胞活力的影响190

8.4 风力胁迫对光合色素的影响191

8.5 风力胁迫对电子传递速率的影响192

8.6 风力胁迫对叶绿素荧光的影响192

8.7 风力胁迫对净光合速率的影响193

参考文献195

第二篇 荒漠藻结皮技术及其工程化199

第9章 荒漠藻类综合固沙技术199

9.1 荒漠藻类与荒漠化治理概述199

9.2 荒漠藻类的工程化培养方法200

9.2.1 主要微藻培养系统200

9.2.2 荒漠藻培养系统工艺流程202

9.2.3 场地布局203

9.2.4 荒漠藻接种物（藻种）规模化培育203

9.2.5 荒漠藻接种物工厂化生产204

9.3 荒漠藻接种技术205

9.3.1 机械接种条件205

9.3.2 机械及其使用206

9.3.3 机械接种方法207

9.4 人工生物结皮的养护技术208

9.5 荒漠藻综合固沙的藻-草-灌-（乔）方案与总体技术路线208

9.6 不同立地条件下的荒漠治理途径选择209

9.6.1 沙地植被恢复技术209

9.6.2 项目区造林分区配置210

参考文献212

第10章 荒漠藻生物结皮原种及其性状213

10.1 荒漠藻的分离213

10.1.1 样品采集213

10.1.2 用液体培养基分离荒漠藻的方法213

10.1.3 固体培养基分离方法（平板分离法）215

10.1.4 本学科组分离纯化荒漠藻的方法216

10.2 荒漠藻的生长曲线和培养217

10.2.1 三种荒漠藻优势种的介绍218

10.2.2 三种荒漠藻优势种在室内液体培养基中的生长曲线218

10.2.3 三种荒漠藻优势种在温室大棚中的生长曲线219

10.3 荒漠藻的光合条件研究221

10.3.1 爪哇伪枝藻的光合特性221

10.3.2 微鞘藻的光合作用特性222

10.4 荒漠藻培养条件对荒漠藻的影响225

10.4.1 在循环培养池和光生物反应器中的生长曲线225

10.4.2 生物密度对具鞘微鞘藻生物量增长的影响225

10.4.3 更新率对具鞘微鞘藻生物量增长和胞外多糖产量的影响226

10.4.4 光照强度对具鞘微鞘藻生物量增长和胞外多糖产量的影响227

10.4.5 温度对具鞘微鞘藻生物量增长和胞外多糖产量的影响229

参考文献230

第11章 荒漠藻的藻种规模化生产231

11.1 具鞘微鞘藻规模化培养条件的优化231

11.1.1 在循环培养池和光生物反应器中的生长曲线231

11.1.2 光生物反应器培养系统与培养条件231

11.2 荒漠藻的工程化培养233

11.2.1 工程化培养藻种的筛选233

11.2.2 工程化培养常用的藻种纯化方法234

11.2.3 工程化培养的培养基235

11.2.4 工程化培养的步骤235

11.2.5 工程化培养中的注意事项239

11.2.6 工程化培养池中藻类的生长240

参考文献240

第12章 荒漠藻人工结皮的接种和藻结皮的形成与发育242

12.1 荒漠藻人工接种技术243

12.1.1 接种条件243

12.1.2 接种方法243

12.1.3 水分补给243

12.2 工程化机械接种技术243

12.2.1 机械接种条件244

12.2.2 机械设备244

12.2.3 接种方法245

12.3 野外人工藻结皮的培植与生长发育248

12.3.1 野外试验地部分气候条件248

12.3.2 野外人工藻结皮的培植及生物量变化249

12.3.3 三种荒漠藻各自的生长曲线及其混合藻形成结皮的生长曲线250

12.3.4 野外沙地人工藻结皮的生长和发育251

12.3.5 流动沙丘向半固定沙丘的转变252

12.4 结皮的形成与发育254

12.4.1 接种物在沙表面的生长254

12.4.2 藻结皮的形成及环境条件对结皮形成的影响256

12.4.3 藻结皮的发育256

12.5 沙漠地区生物结皮层人工促进技术研究256

12.5.1 人工促进生物结皮层养分含量的变化特征256

12.5.2 人工促进生物结皮层颗粒组成的变化259

12.5.3 人工促进生物结皮层对植被变化的影响260

参考文献266

第三篇 荒漠藻人工结皮固沙与藻-草-灌生态修复的环境生态效益271

第13章 荒漠地区的水资源及其在荒漠藻人工结皮技术中的应用271

13.1 干旱区的水资源271

13.1.1 干旱区的水资源概况271

13.1.2 干旱区水资源的开发利用与生态建设273

13.2 干旱地区土地荒漠化及其防治279

13.3 荒漠藻人工藻结皮技术概况280

13.3.1 荒漠藻人工藻结皮技术的概念280

13.3.2 荒漠藻人工藻结皮技术的产生过程281

13.4 干旱区水资源合理开发利用与人工藻结皮技术的应用282

13.4.1 开展人工藻结皮水分利用状况的研究282

13.4.2 干旱区水资源利用在人工藻结皮技术中的应用282

13.4.3 充分利用天然降水（雾、露）资源283

13.5 雨露在藻结皮形成中的作用283

13.5.1 降露对人工藻结皮早期生长发育的影响284

13.5.2 降雨对人工藻结皮生长发育的影响285

13.5.3 人工藻结皮对露水的沉降作用285

参考文献287

第14章 荒漠化及其防治289

14.1 防沙治沙基本概念289

14.2 防沙治沙基本理论289

14.2.1 风沙运动理论289

14.2.2 恢复生态学理论291

14.2.3 可持续发展理论296

14.3 防沙治沙基本技术299

14.3.1 流沙固定技术299

14.3.2 沙地植被的保护与恢复技术303

14.3.3 沙地人工植被的重建技术304

14.4 防沙治沙基本模式313

14.5 微型生物结皮对传统防沙治沙模式的补充314

参考文献315

第15章 荒漠藻结皮固沙的研究324

15.1 荒漠藻类的固沙潜力324

15.1.1 结皮实验材料及方法324

15.1.2 生物量与藻结皮强度的关系325

15.1.3 藻结皮厚度与强度的关系327

15.1.4 不同藻种和藻种组合的抗风蚀能力327

15.1.5 尘埃与藻结皮强度329

15.1.6 死藻的抗风蚀性330

15.1.7 胁迫锻炼对藻结皮强度的影响331

15.1.8 其他隐花植物对藻结皮强度的影响331

15.1.9 小结332

15.2 利用荒漠藻进行荒漠化治理——荒漠藻类在环境工程及工农业生产中的应用前景333

15.3 胞外多糖在荒漠成土中的作用——从微鞘藻说起334

15.4 荒漠藻类进行固沙的初步研究——野外流沙结皮的形成及微藻群落的动态变化338

15.4.1 荒漠藻类形成人工结皮的初步研究（内蒙古呼和浩特树木园）338

15.4.2 野外3000m2范围内荒漠藻人工结皮试验（内蒙古达拉特旗实验站）342

参考文献345

第16章 人工藻结皮的抗压强度349

16.1 试验区自然概况350

16.2 人工藻结皮的培植及生物量和抗压强度的测定350

16.2.1 野外试验组及其藻种配比设计350

16.2.2 人工藻结皮的培植351

16.2.3 生物量和抗压强度的测定352

16.3 藻结皮的生长352

16.4 野外人工藻结皮的生物量和抗压强度353

16.5 室内人工藻结皮的生物量和抗压强度355

16.6 讨论356

参考文献357

第17章 土壤藻与拓殖成土及土壤肥力360

17.1 概述360

17.2 土壤微生物360

17.2.1 土壤微生物概况360

17.2.2 细菌362

17.2.3 放线菌362

17.2.4 真菌362

17.2.5 藻类363

17.2.6 原生动物364

17.3 土壤肥力364

17.3.1 土壤肥力的概念365

17.3.2 土壤肥力的综合指标365

17.3.3 土壤肥力的评价方法366

17.4 土壤藻类与土壤肥力366

17.4.1 概述366

17.4.2 藻类的固氮作用367

17.4.3 藻类对磷化合物的转化作用369

17.4.4 土壤微藻对贫瘠土壤的改良370

17.5 人工藻结皮对土壤化学性质的影响371

17.5.1 人工藻结皮对不同沙丘含水量和pH的影响372

17.5.2 人工藻结皮对不同沙丘营养的影响373

17.6 荒漠藻在沙漠中的拓殖成土作用376

17.6.1 荒漠藻类的拓殖作用376

17.6.2 微鞘藻胞外多糖在荒漠成土中的作用376

参考文献381

第18章 藻结皮对土壤酶活性的影响384

18.1 土壤酶概述384

18.1.1 土壤酶的来源384

18.1.2 土壤酶的分布状态385

18.1.3 土壤酶的种类385

18.1.4 影响土壤酶的因素386

18.1.5 土壤微生物与土壤酶的关系386

18.1.6 土壤酶学的发展趋势387

18.1.7 土壤酶研究中存在的主要问题388

18.2 藻结皮与土壤酶活性389

18.2.1 库布齐沙漠流动沙丘和固定沙丘中土壤酶活性的比较389

18.2.2 人工藻结皮形成过程中的生物量变化390

18.2.3 人工具鞘微鞘藻结皮对土壤酶活性的影响391

18.2.4 人工纤细席藻结皮对土壤酶活性的影响392

18.2.5 讨论与小结393

参考文献395

第19章 生物结皮层的“肥岛效应”398

19.1 生物结皮层“肥岛”特征398

19.1.1 生物结皮层“肥岛”的养分特征398

19.1.2 生物结皮层“肥岛”的物理特征401

19.1.3 生物结皮层“肥岛”生物酶活性变化403

19.1.4 生物结皮层微生物含量的变化404

19.1.5 沙地植被建立时间对生物结皮层“肥岛”特征的影响408

19.2 生物结皮层“肥岛”有机质的形成特征研究411

19.2.1 不同地区生物结皮层腐殖质组成的变化411

19.2.2 植被建立时间对生物结皮层腐殖质组成变化的影响413

19.2.3 不同取样位置生物结皮层腐殖质组成含量变化414

19.2.4 生物结皮层腐殖质组成的地带性变化探讨415

19.3 生物结皮层“肥岛”形成的机制研究416

19.3.1 生物结皮层颗粒物质来源探讨417

19.3.2 生物结皮层生长代谢对形成“肥岛”的影响418

19.3.3 生物结皮层“肥岛”的养分输入途径探讨421

19.4 生物结皮层对维管植物养分吸收和种子拦截作用424

19.4.1 生物结皮层土壤养分含量的变化424

19.4.2 生物结皮层对下层风沙土肥力的影响425

19.4.3 生物结皮层对当年生植物养分吸收的影响426

19.4.4 生物结皮层对多年生植物养分吸收的影响428

19.4.5 生物结皮层对维管植物种子拦截的影响430

19.5 生物结皮层对沙土水分变化特征的影响432

19.5.1 生物结皮层覆盖对自然含水量的影响433

19.5.2 生物结皮层覆盖对沙土蒸发特性的影响434

参考文献437

第四篇 荒漠藻及其人工结皮在环境生态工程及工农业生产中的应用前景441

第20章 荒漠藻的综合利用途径441

20.1 荒漠藻类和荒漠藻类的特殊应用物质441

20.1.1 荒漠藻类的重要产物442

20.1.2 蓝藻胞外多糖及其潜在应用443

20.1.3 荒漠藻类色素的应用研究454

20.1.4 荒漠藻胞外多糖的抗肿瘤活性研究455

20.1.5 生物工程（有效提取DNA的方法）460

20.2 荒漠藻类作为环境指示生物463

20.2.1 荒漠藻类作为环境指示物和先锋拓殖生物463

20.2.2 荒漠藻类在固沙上的应用研究463

20.2.3 荒漠藻类和荒漠藻类的特殊应用物质463

参考文献464