專利名稱：測定植物利用碳酸氫根離子能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測定植物利用碳酸氫根離子能力的方法，屬于生態(tài)環(huán)境治理領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
植物不僅能利用空氣的二氧化碳為原料進(jìn)行光合作用，而且也可以通過碳酸酐酶 的作用，利用儲存的碳酸氫根離子為原料進(jìn)行光合作用。對喀斯特地區(qū)來說，植物利用碳 酸氫根離子的能力尤為重要。喀斯特適生植物在遭受喀斯特逆境(巖溶干旱、高鈣、PH、重 碳酸根離子以及低無機營養(yǎng)等)后，葉片中的碳酸酐酶活力升高，一方面導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度減小 或關(guān)閉，減少蒸騰以防止植物進(jìn)一步脫水，另一方面將細(xì)胞內(nèi)的碳酸氫根離子轉(zhuǎn)化成水和 C02,以應(yīng)對因氣孔導(dǎo)度減小或關(guān)閉造成的水分和C02的不足，在喀斯特逆境下進(jìn)行光合碳 還原，利用無機碳。植物利用碳酸氫根離子的能力可以成為喀斯特適生植物的一個評價標(biāo) 準(zhǔn)。對篩選喀斯特適生植物，利用生物方法來治理和恢復(fù)脆弱的喀斯特生態(tài)環(huán)境具有重要 的作用。目前，比較準(zhǔn)確地測定植物葉片的光合作用的儀器如Li-6400便攜式光合儀，是 采用氣體交換法來測量植物光合作用，通過測量流經(jīng)葉室前后的co2濃度的變化和濕度變 化來計算植物的凈光合速率和蒸騰速率，并計算出氣孔導(dǎo)度和胞間co2濃度。但是植物葉 片利用碳酸氫根離子進(jìn)行光合作用不能為Li-6400便攜式光合儀所測得，因為這部分的無 機碳源不經(jīng)過葉室，所以無法用如Li-6400便攜式光合儀這樣的儀器測出這部分碳源的光 合利用。因此，必須尋找一種方法來獲取植物利用碳酸氫根離子的信息。穩(wěn)定碳同位素的強烈分餾特征是識別植物體無機碳來源的基礎(chǔ)。自然界中碳元素 有兩種穩(wěn)定同位素12C和13c，它們的天然平均豐度分別為98. 89%和1. 11%。穩(wěn)定碳同位素 組成通常用S13C (%。)表示，自然界中S13C的變化為-90%。 +20%。。穩(wěn)定碳同位素的強 烈分餾特征有利于識別植物體無機碳來源。質(zhì)量平衡原理以及同位素混合模型和化學(xué)計量 學(xué)方法，是定量識別植物體內(nèi)無機碳來源的基礎(chǔ)，因此，本發(fā)明利用同位素技術(shù)結(jié)合常規(guī)凈 光合速率的測定來獲取植物利用碳酸氫根離子的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種測定植物利用碳酸氫根離子能力的方法， 以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不能測定植物葉片利用碳酸氫根離子進(jìn)行光合作用的不足。本發(fā)明采取以下技術(shù)方案它包括以下步驟，第一，分別測定被考察植物與參照植 物的葉片的穩(wěn)定碳同位素組成S13c的值；第二，測定微藻的穩(wěn)定碳同位素組成S13c值；第 三，將被考察植物葉片的S13C值、參照物種的葉片的S13c值、微藻的S13c值帶入二端元模 型，計算被考察植物利用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額；第四，測定被考察植物葉片 的凈光合速率；第五，依據(jù)被考察植物葉片的凈光合速率和被考察植物利用的碳酸氫根離 子占無機碳源比例份額，求出被考察植物利用碳酸氫根離子的能力。
在第一步驟中，選擇碳酸酐酶活力極低的植物做參照植物，將要考察的植物與參 照植物的種子播種到所要考察的環(huán)境中，待植株生長有4片以上真葉后，分別測定被考察 植物與參照植物的第一片完全展開葉的穩(wěn)定碳同位素組成8 13C值。在第二步驟中，利用被考察植物種子播種的被考察環(huán)境的土壤溶液配制營養(yǎng)液， 培養(yǎng)微藻，測定微藻的S13C值。在第三步驟中，計算被考察植物利用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額，是將 被考察植物葉片的S13c值作為，參照植物的葉片的S13c值為SA，微藻的S13c值為
，帶入二端元模型ST=SA- fBsA +fBsB，計算出被考察植物利用的碳酸氫根離子占無機 碳源比例份額fB。在第五步驟中，求出被考察植物利用碳酸氫根離子的能力。是將被考察植物第二 片完全展開葉的凈光合速率Pn與fB帶入公式BBUC=fBPn/(l-fB)中，求出該植物利用碳酸 氫根離子的能力。在第二步驟中，是在培養(yǎng)考察植物與參考植物的同時培養(yǎng)微藻，培養(yǎng)時間為兩周 到五周。本發(fā)明的原理是利用二端元模型ST=SA- fB6A +fBSB來計算fB。這里5工為 被考察植物葉片的S13c值，SA為基本上不利用碳酸氫根離子作無機碳源、碳酸酐酶活力 極低的植物的葉片的S13c值，SB為極少利用二氧化碳作碳源，而是以碳酸氫根離子為主 要無機碳源的微藻的S13C值，4為植物利用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額。通過 計算，可以求出fB。根據(jù)光合儀如Li-6400便攜式光合儀測定的光合速率為Pn，利用公式 BBUC=fBPn/ (l-fB)可測得該植物利用碳酸氫根離子的能力，這里BBUC為植物利用碳酸氫根 離子的能力。本發(fā)明的優(yōu)點如下
1)本方法能定量測定植物利用碳酸氫根離子的能力。2)本方法所需植物材料少，因此占地小。3 )本方法采用的步驟少，計算簡單。
具體實施例方式
具體實施例方式它包括以下步驟，第一，分別測定被考察植物與參照植物的葉片 的穩(wěn)定碳同位素組成S13C的值；第二，測定微藻的穩(wěn)定碳同位素組成S13C值；第三，將被 考察植物葉片的S13C值、參照物種的葉片的S13C值、微藻的S13C值帶入二端元模型，計算 被考察植物利用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額；第四，測定被考察植物葉片的凈光 合速率；第五，依據(jù)被考察植物葉片的凈光合速率和被考察植物利用的碳酸氫根離子占無 機碳源比例份額，求出被考察植物利用碳酸氫根離子的能力。詳細(xì)實施過程及內(nèi)容如下
選擇碳酸酐酶活力極低的植物物種做參照，將要考察的植物物種與參照植物物種 的種子播種到所要考察的環(huán)境中，待植株生長有4片以上真葉后，利用光合儀如Li-6400便 攜式光合儀測定被考察植物第二片完全展開葉的凈光合速率Pn。隨后分別取下被考察植物 和參照物種的第一片完全展開葉，置于60°C恒溫干燥箱中烘干，將上述烘干的樣品研磨 后，過0.1 mm篩，經(jīng)常規(guī)處理后，上同位素質(zhì)譜儀如同位素質(zhì)譜儀MAT252進(jìn)行穩(wěn)定碳同位素組成S13C測定。同時利用被考察環(huán)境的土壤溶液配制營養(yǎng)液，培養(yǎng)小球藻三周后，離心 收集藻體，烘干，研磨，經(jīng)常規(guī)處理后，上同位素質(zhì)譜儀如同位素質(zhì)譜儀MAT252進(jìn)行小球藻 穩(wěn)定碳同位素組成S13C的測定。依據(jù)二端元模型S T= S A- fB6A +fBSB，計算被考察植物利用的碳酸氫根離子占無 機碳源比例份額，這里ST為被考察植物葉片的S13c值，8,為基本上不利用碳酸氫根離子 作無機碳源、碳酸酐酶活力極低的植物的葉片的S 13C值，8 B為極少利用二氧化碳作碳源 以碳酸氫根離子為主要無機碳源的微藻的S13C值，fB為植物利用的碳酸氫根離子占無機 碳源比例份額。將上面的被考察植物葉片的S13C值作為，參照物種的葉片的S13C值為 SA，小球藻的S13C值為SB，帶入二端元模型ST=SA- fB6A +fBSB，計算出被考察植物利 用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額fB。依據(jù)公式BBUC=fBPn/(l_fB)，算出被考察植物利用碳酸氫根離子的能力，這里， BBUC為被考察植物利用碳酸氫根離子的能力，Pn為被考察植物第二片完全展開葉的凈光 合速率，fB同樣為被考察植物利用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額。將被考察植物第 二片完全展開葉的凈光合速率Pn與它利用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額fB帶入公 式BBUC=fBPn/(l-fB)中，算出該植物利用碳酸氫根離子的能力BBUC。本實施例中，取油菜、諸葛菜、構(gòu)樹和桑樹與懸鈴木的種子播種到喀斯特地區(qū)的土 壤上。油菜、諸葛菜、構(gòu)樹和桑樹是被考察物種，懸鈴木的碳酸酐酶活力用常規(guī)PH計法無法 測出，證明其碳酸酐酶活力極小，可作為參照物種。用該地區(qū)的土壤溶液配制營養(yǎng)液，培養(yǎng) 小球藻三周后，用本發(fā)明方法，得出各種植物利用碳酸氫根離子的能力，如表1。表1幾種植物利用碳酸氫根離子的能力的比較
從表1中可以看出，構(gòu)樹和諸葛菜的BBUC明顯地大于桑樹和油菜的BBUC，這與構(gòu)樹和 諸葛菜是喀斯特適生植物的事實是吻合的。尤其是構(gòu)樹，雖然它的利用二氧化碳的能力小 于桑樹，但把BBUC加到一起，可以看出，構(gòu)樹整碳同化能力明顯高于桑樹的整碳同化能力， 這是目前的光合儀無法獲取的信息。
權(quán)利要求
一種測定植物利用碳酸氫根離子能力的方法，其特征在于它包括以下步驟，第一，分別測定被考察植物與參照植物的葉片的穩(wěn)定碳同位素組成δ13C的值；第二，測定微藻的穩(wěn)定碳同位素組成δ13C值；第三，將被考察植物葉片的δ13C值、參照物種的葉片的δ13C值、微藻的δ13C值帶入二端元模型，計算被考察植物利用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額；第四，測定被考察植物葉片的凈光合速率；第五，依據(jù)被考察植物葉片的凈光合速率和被考察植物利用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額，求出被考察植物利用碳酸氫根離子的能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定植物利用碳酸氫根離子能力的方法，其特征在于在第 一步驟中，選擇碳酸酐酶活力極低的植物做參照植物，將要考察的植物與參照植物的種子 播種到所要考察的環(huán)境中，待植株生長有4片以上真葉后，分別測定被考察植物與參照植 物的第一片完全展開葉的穩(wěn)定碳同位素組成S13C值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定植物利用碳酸氫根離子能力的方法，其特征在于在第 二步驟中，利用被考察植物種子播種的被考察環(huán)境的土壤溶液配制營養(yǎng)液，培養(yǎng)微藻，測定 微藻的S13C值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定植物利用碳酸氫根離子能力的方法，其特征在于在第 三步驟中，計算被考察植物利用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額，是將被考察植物葉 片的S13C值作為，參照植物的葉片的S13C值為SA，微藻的S13C值為，帶入二端元 模型ST=SA- fBSA+fBSB，計算出被考察植物利用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額fB。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定植物利用碳酸氫根離子能力的方法，其特征在于在第 五步驟中，求出被考察植物利用碳酸氫根離子的能力，是將被考察植物第二片完全展開葉 的凈光合速率Pn與fB帶入公式BBUC=fBPn/(l-fB)中，求出該植物利用碳酸氫根離子的能 力。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測定植物利用碳酸氫根離子能力的方法，其特征在于在第 二步驟中，是在培養(yǎng)考察植物與參考植物的同時培養(yǎng)微藻，培養(yǎng)時間為兩周到五周。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測定植物利用碳酸氫根離子能力的方法，它包括以下步驟，第一，分別測定被考察植物與參照植物的葉片的穩(wěn)定碳同位素組成δ13C的值；第二，測定微藻的穩(wěn)定碳同位素組成δ13C值；第三，將被考察植物葉片的δ13C值、參照物種的葉片的δ13C值、微藻的δ13C值帶入二端元模型，計算被考察植物利用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額；第四，測定被考察植物葉片的凈光合速率；第五，依據(jù)被考察植物葉片的凈光合速率和被考察植物利用的碳酸氫根離子占無機碳源比例份額，求出被考察植物利用碳酸氫根離子的能力。本發(fā)明能定量測定植物利用碳酸氫根離子的能力，所需植物材料少，采用的步驟少，計算簡單。
文檔編號G01N33/00GK101926267SQ20101024788
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者劉叢強, 劉瑩, 吳沿友, 徐瑩, 梁錚, 王寶利, 邢德科 申請人:中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所