稳定碳同位素在植物水分利用效率研究中的应用

植物组织中的13C/12C小于空气中的13C/12C,说明在光合过程中植物对13C和12C的分辨率不同.植物对13C和12C分辨率的差别主要是由于光合作用过程中CO2经气孔扩散分差和酶羧化过程引起的.理论上的分析和实际的研究都表明碳同位素分辨率与植物水分利用效率高度相关因而利用碳同位素分辨率来衡量植物水分利用效率必将有广阔的应用前景.本文概述了稳定碳同位素的基本理论,从植物结构性碳、分布、功能群和抗旱节水育种等几个不同方面对稳定碳同位素在植物水分利用效率研究中的应用进行了简要总结,并就存在的主要问题进行了讨论.     

碳同位素分辨率在小麦水分利用效率研究中的应用进展

首先介绍了植物中稳定性碳同位素测定的方法,碳同位素比（δ＾１３Ｃ）和碳同位素分辨率（Δ）与细胞内ＣＯ２浓度（Ｃｉ）和水分利用效率（ＷＵＥ）的数量化关系。并介绍了近１５年来稳定性碳同位素在小麦水分利用效率研究中的应用进展。主要有以下几个方面：碳同位素分辨率（Δ）与地上部干物重／耗水量的关系,Δ与生物产量和籽粒产量的关系;Δ与气孔导度（Ｇ）,Δ与细胞内ＣＯ２浓度（Ｃｉ）／外界ＣＯ２浓度（Ｃａ）的关系;     

小麦籽粒氨基酸碳氮稳定同位素的测定与分析

 【目的】利用气相色谱-燃烧-同位素比值质谱仪（gas chromatography-combustion-isotope ratio mass spectrometry,GC-C-IRMS）测定小麦籽粒氨基酸碳氮稳定同位素组成。【方法】以小麦临汾50744为材料,水解得到其籽粒蛋白质氨基酸,将氨基酸标准样品以及小麦籽粒氨基酸衍生化为N-新戊酰基,O-异丙醇（N-pivaloyl-isopropyl,NPP）氨基酸酯,利用GC-C-IRMS测定其碳氮稳定同位素组成。【结果】氨基酸标准样品的碳氮同位素组成分析表明,NPP氨基酸酯的平均重现性δ13C为0.47‰,δ15N为0.28‰,并没有产生大的同位素分馏,因此δ13C和δ15N都能得到满意的测定结果。运用GC-C-IRMS测定了小麦临汾50744籽粒蛋白质氨基酸的稳定碳氮同位素的自然丰度,其中δ13C的变化范围在-28.7‰到-34.7‰,δ15N的变化范围为-6.2‰到9.5‰。采用系统聚类分析进行分类,根据δ13C可以将氨基酸分为两类;根据δ15N可以将氨基酸分为三类。【结论】运用GC-C-IRMS结合NPP氨基酸酯衍生物可以测定小麦籽粒氨基酸的稳定碳氮同位素,这对于揭示氨基酸代谢途径的差异以及逆境胁迫下氨基酸的合成差异具有重要的意义。     

饲料中C3植物含量对牛组织中稳定同位素碳、氮组成的影向

研究了饲料中C3植物含量不同时对牛不同组织中稳定性同位素碳、氮组成的影响。18头12~14月龄的青年牛随机分为6组,分别饲喂C3植物含量为50.0%、60.0%、70.0%、80.0%、90.0%、100.0%的饲料,132 d后屠宰。利用同位素比值质谱仪测定了牛尾毛、脱脂牛肉、粗脂肪、各种饲料的δ13C和δ15N值。结果表明,牛组织中碳同位素主要受饲料的影响,牛尾毛、脱脂肌肉、粗脂肪中的δ13C值随着C3植物含量在牛饲料中的比例增大而降低,并且均与C3植物含量呈极显著的负相关关系,用牛组织中的δ13C值可以预测饲料中C3植物所占的比例。牛组织中的氮同位素一定程度上受饲料因素的影响,但未随C3植物含量呈现规律性变化。牛不同组织中δ13C和δ15N与饲料之间的富集或贫化比例与其他报道并不一致。     

碳、氮同位素在牛肉产地溯源中的应用研究

【目的】探索稳定性同位素对中国牛肉产地溯源的可行性，了解牛不同组织中δ13C和δ15N指标在其中的作用。【方法】利用同位素比率质谱仪测定了来自吉林、贵州、宁夏、河北4个地域牛肉、牛尾毛、饲料中的δ13C和δ15N值，比较了不同地域牛组织中稳定性碳、氮同位素组成的差异，分析了各组织中同位素组成的相关关系，并结合牛的喂养方式，研究了δ13C和δ15N值的变化规律。【结果】不同地域牛组织中稳定性碳同位素组成有极显著差异，排序依次为吉林>贵州>宁夏>河北。吉林、宁夏两地样品与贵州、河北两地样品之间的δ15N值有极显著差异，且后者高于前者。不同地域喂养牛的主饲料成分有其明显的地域特征。脱脂牛肉粉、粗脂肪、牛尾毛中碳、氮同位素之间呈极显著相关性。【结论】牛组织中δ13C值可预测其膳食中C4植物所占的比例，δ15N值可区分牧区与农区喂养的牛；δ13C指标对牛肉产地来源的正确判别率高于δ15N指标，两项指标相互补充可显著提高产地来源的正确判别率；脱脂牛肉粉、粗脂肪、牛尾毛中δ13C、δ15N值均可作为牛肉产地溯源的指标，它们对牛肉产地来源的判别规律一致。     

水分胁迫下7个种源辽东冷杉幼苗水分利用效率差异

以来自辽东冷杉天然分布区之一的辽宁省东部山区的7个种源辽东冷杉当年实生幼苗为研究对象,在温室控制条件下研究了辽东冷杉幼苗在充分供水、轻度胁迫、重度胁迫共3个水分处理条件下的长期水分利用效率(WUEL)、瞬时水分利用效率(WUEI)、叶片稳定碳同位素组成(δ13C)及相互关系,以探讨辽东冷杉幼苗水分利用效率的种源间差异及其对水分胁迫的生理响应机制。结果表明,随着水分胁迫的加剧,7个种源辽东冷杉幼苗的WUEL均呈上升趋势,种源间WUEL仅在重度胁迫条件下差异显著(P0.05),在充分供水和轻度胁迫条件下,种源间WUEL的差异并不显著;WUEI和叶片δ13C也均呈上升趋势,种源间WUEI和叶片δ13C在3种水分条件下的差异均极显著(P0.01)。从单个种源在3种水分条件下的表现来看,WUEL在水分处理间均存在显著(P0.05)或极显著差异(P0.01),而WUEI和叶片δ13C在水分处理间均存在极显著差异(P0.01)。辽东冷杉幼苗的叶片δ13C与其WUEL在各水分条件下均有良好的正相关关系,而且随着水分胁迫的加剧,δ13C与WUEL的正相关程度也越来越紧密,所以叶片δ13C可以作为筛选高水分利用效率种源的有效指标。      

中亚热带毛竹和杉木的稳定碳同位素组成及其对水分利用效率的指示

测定和分析中亚热带毛竹和杉木植物叶片的δ13C值,结果表明:该区毛竹和杉木叶片的稳定碳同位素组成的变化范围分别为-29.42‰～-26.98‰平均值为(-27.96±0.16)‰和-27.88～-23.78‰平均值为(-26.41±0.18)‰.与我国其它地区植物的δ13C值平均值相比,毛竹除了比我国热带雨林区和亚热带...     

长汀水土流失区马尾松与木荷水分利用效率特征分析

应用稳定碳同位素法测定福建长汀水土流失区马尾松与木荷的叶片稳定碳同位素组成(δ¹³C)值,以指示两种植物的长期水分利用效率(WUE),从而探究了生态恢复过程中优势树种的水分利用效率特征、策略及竞争能力。结果表明：马尾松叶片的碳同位素组成(δ¹³C)和水分利用效率(WUE)随着生境生态恢复程度的提高显著增大,且在其生长发育过程中具有相对稳定性;木荷叶片δ¹³C值和WUE随着生境生态恢复程度的提高显著降低,且在时间尺度上具有更大的可塑性。马尾松与木荷种间水分利用策略的不同,可能来源于针叶树种和阔叶树种在生物学特征方面的差异。     

不同桉树品种稳定碳同位素研究

测定了10个不同品种桉树的叶、枝干、根的稳定碳同位素(δ13C值)。结果表明,同种桉树的叶、枝干、根的δ13C值差异显著且依次降低。δ13C值在无性系之间差异显著,叶、枝干δ13C值在种间差异不显著,根的δ13C值在种间差异显著。各个器官的δ13C值和植物半致死温度之间的相关性都在0.3以下,因此δ13C值能否作为品种或抗寒性的判定指标,还需要对δ13C值和其他抗寒性指标的关系做进一步的研究。     

26个平欧杂种榛品种(系)水分利用效率研究

[目的]研究平欧杂种榛品种(系)的水分利用效率(WUE),探讨品种(系)间的抗旱性差异,为杂种榛的抗旱选育提供理论依据.[方法]以26个品种(系)为材料,采用瞬时光合特性与稳定碳同位素技术相结合的方法,分析品种(系)间WUE的差异.[结果]6#、26#与其它24个品种(系)的瞬时水分利用效率(WUET)存在显著差异(P＜0.05),6#、26#、3#、30#、27#、29#、21#、24#具有较高的WUET;品种(系)间的长期水分利用效率(WUEL)存在显著差异(P＜0.05),其中5#、12#、2#、11#、30#、18#、7#、4#的WUEL较高.[结论]30#、2#、3#、5#、6#、12#、24#、7#、26#品种(系)具有较高的抗旱性.     

~(13)C同位素判别技术在评价植物水分利用效率中的应用

由于在农田中无法直接测量植物水分利用效率,本文通过介绍13C同位素判别技术的原理及其测定方法,以及利用13C/12C技术测定植物生理水分利用率的原理,评述了碳的稳定同位素的判别技术在研究植物长期的水分利用效率(Season-long water use efficiency,缩写为WUEsl)的可能性以及在其他方面的应用。     

碳氮同位素结合稳定同位素模型解析沉积土壤碳源

[目的]研究辽西褐土丘陵区典型小流域不同土地利用方式下经侵蚀沉积过程沉积土壤碳来源,为合理调控小流域土壤侵蚀造成的土壤碳流失提供科学参考.[方法]通过对辽西丘陵沟壑区小流域野外取样,研究小流域沉积土壤碳的来源并量化其贡献.通过GIS结合GPS技术对小流域4种不同土地利用类型(耕地、林地、草地、沟渠)表层土壤及小流域拦沙...     

稳定同位素在植物水分来源及利用效率研究中的应用

介绍了稳定氢、氧、碳同位素技术在定量区分植物水分来源及利用效率研究中的应用。以往大量研究结果表明,由于植物根系在吸收水分过程中没有发生同位素分馏,所以通过比较和分析植物木质部水分及其可利用水源的氢氧同位素δ值,就可以定量判断植物的水源;植物在光合作用过程中会产生碳同位素的分馏,从而使得植物叶片中的碳同位素组成能够成为指示植物水分利用效率的一个间接指标,是目前研究植物叶片长期水分利用效率的最佳方法;稳定同位素技术作为安全的示踪剂,有助于人类了解植物的生理生态功能,随着该技术的不断完善和研究的不断深入,同位素技术将会在生态学研究的许多领域得到广泛的应用。     

羊组织中碳、氮同位素组成及地域来源分析#br#

 【目的】探讨羊组织中C、N同位素组成特征及其在地域间的变化规律,为利用稳定性同位素技术进行羊肉产地溯源提供科学依据。【方法】利用稳定性同位素比率质谱仪（IRMS）测定来自内蒙古自治区锡林郭勒盟、阿拉善盟和呼伦贝尔市3个牧区,重庆市和山东省菏泽市2个农区羊肉、羊颈毛及饲料样品中的δ13C和δ15N值,比较不同地域羊组织中稳定性碳、氮同位素组成的差异,分析羊组织同位素组成的相关关系,结合羊的饲喂方式和地域环境,探讨C、N同位素组成的变化规律。【结果】不同地域羊组织的δ13C、δ15N值有显著性差异,其δ13C值与牧草δ13C值高度相关,主要受牧草种类的影响;δ15N值与饲料和地域环境有关。脱脂羊肉、粗脂肪及羊颈毛的δ13C、δ15N值均呈极显著性相关。【结论】稳定性C、N同位素可以作为追溯羊肉产地及其饲喂体系的参考指标。脱脂羊肉、羊颈毛、粗脂肪均可用于羊肉产地溯源研究。     

日粮中玉米含量对肉鸡碳·氮同位素组成的影响

[目的]研究日粮中玉米含量对肉鸡肌肉中δ^23 C和分δ15 N值的影响。[方法]以不同玉米含量的基础日粮饲喂160只1日龄的从肉鸡21d,然后更换日粮继续饲喂21d,取其胸部肌肉测定稳定性碳和氮同位素组成。[结果]结果表明：在试验的前21d鸡肉中δ^13 C的值与基础日粮中δ^13 C的值呈显著正相关（相关系数达0．97,P〈0．01）;更换基础日粮后,鸡肉中δ^13 C的值与日粮中δ^15 C的值仍呈高度正相关（相关系数达0．84,P〈0．01）,而鸡肉中δ^15N值无明显的变化规律。[结论]基础日粮中玉米含量决定了鸡肉中稳定性碳同位素的组成,而鸡肉中稳定性氮同位素的组成受日粮中玉米含量的影响较小。     

Stable Isotope Studies of Crop Carbon and Water Relations： A Review

Crop carbon and water relations research is important in the studies of water saving agriculture, breeding program, and energy and material cycles in soil plant atmosphere continuum （SPAC）. The purpose of this paper is to review the current state of knowledge on stable isotopes of carbon, oxygen, and hydrogen in the research of crop carbon and water relations, such as carbon isotope discrimination （△^13C） during carbon fixation process by photosynthesis, application of △^13C in crop water use efficiency （WUE） and breeding programs, oxygen isotope enrichment during leaf water transpiration, CO2 fixation by photosynthesis and release by respiration, application of hydrogen isotope composition （619） and oxygen isotope composition （6180） for determination of water source used by a crop, stable isotope coupling Keeling plot for investigating the carbon and water flux in ecosystem, energy and material cycle in SPAC and correlative integrative models on stable isotope. These aspects contain most of the stable isotope researches on crop carbon and water relations which have been widely explored internationally while less referred in China. Based on the reviewed literatures, some needs for future research are suggested.