CN102440153B

CN102440153B - 一种脉冲式13co2量化标记植物的装置及利用其标记植物方法

Info

Publication number: CN102440153B
Application number: CN 201110267825
Authority: CN
Inventors: 刘居东; 金剑; 王光华; 刘晓冰; 朱广石; 王平; 王银锁
Original assignee: Northeast Institute of Geography and Agroecology of CAS
Current assignee: Northeast Institute of Geography and Agroecology of CAS
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: CN102440153A

Abstract

一种脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置及利用其标记植物方法，它涉及标记植物的装置及方法。本发明解决了现有的脉冲式¹³CO₂量化标记植物的方法对植物的标记的不准确的技术问题，装置：由第一过滤瓶、第二过滤瓶、同化箱、除湿器、存水盒、第一阀门、第二阀门组成；方法：将盆栽植物的栽培盆中裸露的土壤用塑料薄膜覆盖，然后将盆栽植物放入同化箱内，密封同化箱；向¹³CO₂量化标记植物的装置中通空气，然后注入¹³CO₂气体，再开启除湿器，进行标记，然后再测定样品中¹³C量，完成植物的标记。本发明去除同化箱空气中的CO₂，并保证充分进行光合作用。可用于对植物的量化标记。

Description

一种脉冲式13CO2量化标记植物的装置及利用其标记植物方法

技术领域

本发明涉及标记植物的装置及方法。

背景技术

碳的示踪技术是植物碳固定、分配及转化研究中的重要手段。应用¹³C示踪技术主要原因在于其不存在放射性危害，可安全地进行试验实施与测定，¹⁴C虽然灵敏性较高，但其安全性差，限制了其应用范围，稳定同位素标记物最终可能取代放射性同位素，应用于生物地球化学过程的研究中。碳同位素标记有3种方法：脉冲标记、重复脉冲标记和持续标记。与其它标定技术相比，脉冲标记优点较多。脉冲标记是一次性注入标记物，适合光合碳分配转运的研究，而且还能够提供植物不同生育期的光合碳的分配与转化信息，动态监测光合碳在土壤中的去向，可完整理解植物光合碳分配状况。但是利用¹³C采用同化箱脉冲标记植物时出现如下问题，第一，同化箱中不可避免地存在¹²CO₂，植物光合作用优先同化¹²C；第二，标记时，植株处于封闭状态，同化箱内空气湿度会不断升高，使同化箱压力增大，影响光合作用，使植物所处的状态与自然环境差异较大，以上因素都导致对植物的标记的不准确。

发明内容

本发明要解决现有的脉冲式¹³CO₂量化标记植物的方法对植物的标记的不准确的技术问题，而提供一种脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置及利用其标记植物方法。

本发明的一种脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置由第一过滤瓶、第二过滤瓶、同化箱、除湿器、存水盒、第一阀门、第二阀门组成；其中第一过滤瓶内装有质量浓度为35％～40％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的体积占第一过滤瓶体积的60％～80％，并用密封塞密封，第一过滤瓶的进气管插入氢氧化钠溶液的液面以下近瓶底处，第一过滤瓶的出气管在氢氧化钠溶液的液面以上；第二过滤瓶内装有质量浓度为35％～40％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的体积占第二过滤瓶体积的60％～80％，并用密封塞密封；第二过滤瓶的进气管插入氢氧化钠溶液的液面以下近瓶底处，第二过滤瓶的出气管在氢氧化钠溶液的液面以上；同化箱为用厚度为8mm～10mm的有机玻璃制备的箱体，同化箱的进气口位于箱体的上部，同化箱的出气口位于箱体的下部，第一过滤瓶的出气管与第二过滤瓶的进气管连通，第二过滤瓶的出气管与同化箱的进气口通过第一阀门连通，除湿器与存水盒放置在同化箱内，除湿器与存水盒连通，同化箱的出气口处设有第二阀门。

利用上述的脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置标记植物方法按以下步骤进行：一、将盆栽植物的栽培盆中裸露的土壤用塑料薄膜覆盖，然后将盆栽植物放入同化箱内，密封同化箱；二、将第一过滤瓶的进气管与气泵连接，将同化箱的出气口接入水中，并打开第一阀门和第二阀门；三、开启气泵将空气通入脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置中，通气30min～45min后，关闭第一阀门和第二阀门，并关闭气泵；四、向同化箱中注入体积百分比浓度为99.9％的¹³CO₂气体，使¹³CO₂气体的体积浓度为400ppm～600ppm；五、开启除湿器，在温度为26℃～28℃、相对湿度为70％～80％、光合有效辐射为1500μmol/m²/s～1800μmol/m²/s的条件下，标记3h～6h；六、从同化箱中取出栽培盆，取样测定¹³C量，完成植物的标记。

其中步骤六中取样为取土壤样品，植物地上部分样品或植物根部样品。

其中步骤六中取样为植物叶、茎(果实)、根。

本发明的方法用过滤瓶将空气中的CO₂吸收，去除同化箱空气中植物光合作用优先同化的¹²CO₂，实现精确量化标定；在同化箱内设置自动除湿装置，该装置不会改变同化箱中空气气体成分，因而并不影响同化箱内CO2浓度和植物光合过程，有效控制箱内湿度处在70％～80％范围内，避免箱体上凝结过多的水汽而影响光合作用。同时除湿装置内的风扇还可起到混匀箱内CO₂的目的。本发明操作简便、投入成本较低、计算结果精确。

附图说明

图1是具体实施方式一的一种脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置示意图，图中1为第一过滤瓶，2为第二过滤瓶，3为同化箱，4为除湿器，5为存水盒，6为第一阀门，7为第二阀门，1-1为第一过滤瓶进气管，1-2为第一过滤瓶出气管，2-1为第二过滤瓶进气管，2-2为第二过滤瓶出气管，3-1为同化箱进气口，3-2为同化箱出气口。

具体实施方式：

具体实施方式一：(参见附图1)本实施方式的一种脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置由第一过滤瓶1、第二过滤瓶2、同化箱3、除湿器4、存水盒5、第一阀门6、第二阀门7组成；其中第一过滤瓶1内装有质量浓度为35％～40％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的体积占第一过滤瓶1体积的60％～80％，并用密封塞密封，第一过滤瓶1的进气管1-1插入氢氧化钠溶液的液面以下近瓶底处，第一过滤瓶1的出气管1-2在氢氧化钠溶液的液面以上；第二过滤瓶2内装有质量浓度为35％～40％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的体积占第二过滤瓶2体积的60％～80％，并用密封塞密封；第二过滤瓶的进气管2-1插入氢氧化钠溶液的液面以下近瓶底处，第二过滤瓶2的出气管2-2在氢氧化钠溶液的液面以上；同化箱4为用厚度为8mm～10mm的有机玻璃制备的箱体，同化箱3的进气口3-1位于箱体的上部，同化箱3的出气口3-2位于箱体的下部，第一过滤瓶1的出气管1-2与第二过滤瓶2的进气管2-1连通，第二过滤瓶2的出气管2-2与同化箱3的进气口3-1通过第一阀门6连通，除湿器4与存水盒5放置在同化箱3内，除湿器4与存水盒5连通，同化箱3的出气口3-2处设有第二阀门7。

本实施方式的装置用过滤瓶将空气中的CO₂吸收，去除同化箱空气中植物光合作用优先同化的¹²CO₂，实现精确量化标定；在同化箱内设置自动除湿装置，该装置不会改变同化箱中空气气体成分，因而并不影响同化箱内CO2浓度和植物光合过程，有效控制箱内湿度处在70％～80％范围内，避免箱体上凝结过多的水汽而影响光合作用。同时除湿装置内的风扇还可起到混匀箱内CO₂的目的。本实施方式的装置操作简便、投入成本较低、计算结果精确。

具体实施方式二：本实施方式的利用具体实施方式一的脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置标记植物方法按以下步骤进行：一、将盆栽植物的栽培盆中裸露的土壤用塑料薄膜覆盖，然后将盆栽植物放入同化箱3内，密封同化箱3；二、将第一过滤瓶1的进气管1-1与气泵连接，将同化箱3的出气口3-2接入水中，并打开第一阀门6和第二阀门7；三、开启气泵将空气通入脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置中，通气30min～45min后，关闭第一阀门6和第二阀门7，并关闭气泵；四、向同化箱3中注入体积百分比浓度为99.9％的¹³CO₂气体，使¹³CO₂气体的体积浓度为400ppm～600ppm；五、开启除湿器4，在温度为26℃～28℃、相对湿度为70％～80％、光合有效辐射为1500μmol/m²/s～1800μmol/m²/s的条件下，标记3h～6h；六、从同化箱中取出栽培盆，取样测定¹³C量，完成植物的标记。

本实施方式的方法用过滤瓶将空气中的CO₂吸收，去除同化箱空气中植物光合作用优先同化的¹²CO₂，实现精确量化标定；在同化箱内设置自动除湿装置，该装置不会改变同化箱中空气气体成分，因而并不影响同化箱内CO2浓度和植物光合过程，有效控制箱内湿度处在70％～80％范围内，避免箱体上凝结过多的水汽而影响光合作用。同时除湿装置内的风扇还可起到混匀箱内CO₂的目的。本实施方式的方法操作简便、投入成本较低、计算结果精确。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤三中的通气时间为32min～40min。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤四中¹³CO₂气体的体积浓度为450ppm～550ppm。其它与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是步骤五中的温度为26.2℃～27.5℃、相对湿度为75％～85％、光合有效辐射为1550μmol/m²/s～1750μmol/m²/s。其它与具体实施方式二至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤五中的标记时间为4h～5h。其它与具体实施方式二至六之一相同。

用以下试验验证发明效果：一种脉冲式¹³CO₂量化标记植物的方法按以下步骤进行：一、将盆栽大豆的栽培盆中裸露的土壤用塑料薄膜覆盖，然后将盆栽大豆放入同化箱内，密封同化箱3；二、将第一过滤瓶1的进气管1-1与气泵连接，将同化箱3的出气口3-2接入水中，并打开第一阀门6和第二阀门7；三、开启气泵将空气通入脉冲式¹³CO₂量化标记大豆的装置中，通气30分钟后，关闭第一阀门6和第二阀门7，并关闭气泵；四、向同化箱中注入体积百分比浓度为99.9％的¹³CO₂气体，使¹³CO₂气体的体积百分比浓度为400ppm；五、开启除湿器4，在温度为27℃、相对湿度为80％、光合有效辐射为1700μmol/m²/s的条件下，标记6h；六、将盆栽土倾倒出来，混匀后，风干，称重，取样并用Finnigan FAT-251同位素质谱仪测定土壤样品中的¹³C含量；将盆栽大豆在子叶痕处将植株分为地上部分与根两部分，将地上部分放在温度为70℃的烘箱内烘干72h，称重，再粉碎，取样并用Finnigan FAT-251同位素质谱仪测定地上部分样品中的¹³C含量；将根用水冲洗干净，放在温度为70℃的烘箱内烘干72h，称重得，再粉碎，取样并用Finnigan FAT-251同位素质谱仪测定根部样品的¹³C含量，完成盆栽大豆的标记，同时取为标记的大豆植株作为对照，用以计算植株同化的¹³CO₂量。

本实施方式中采用的脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置由第一过滤瓶1、第二过滤瓶2、同化箱3、除湿器4、存水盒5、第一阀门6、第二阀门7组成；其中第一过滤瓶1内装有质量浓度为45％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的体积占第一过滤瓶1体积的80％，并用密封塞密封，第一过滤瓶1的进气管1-1插入氢氧化钠溶液的液面以下近瓶底处，第一过滤瓶1的出气管1-2在氢氧化钠溶液的液面以上；第二过滤瓶2内装有质量浓度为40％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的体积占第二过滤瓶2体积的80％，并用密封塞密封；第二过滤瓶的进气管2-1插入氢氧化钠溶液的液面以下近瓶底处，第二过滤瓶2的出气管2-2在氢氧化钠溶液的液面以上；同化箱4为用厚度为9mm的有机玻璃制备的箱体，同化箱3的进气口3-1位于箱体的上部，同化箱3的出气口3-2位于箱体的下部，第一过滤瓶1的出气管1-2与第二过滤瓶2的进气管2-1连通，第二过滤瓶2的出气管2-2与同化箱3的进气口3-1通过第一阀门6连通，除湿器4与存水盒5放置在同化箱3内，除湿器4与存水盒5连通，同化箱3的出气口3-2处设有第二阀门7。

以大豆R5期(鼓粒初期)在上述条件下光合同化¹³CO₂后立即取样为例，经过测定标定样品¹³C丰度与对照样品¹³C自然丰度及相关计算公式可得：

¹³C_地上部分为24.5mg、¹³C_根为1.4mg、¹³C_土壤为0.4mg，

步骤七中的¹³C同化量(mg)＝¹³C_地上部分+¹³C_地下部分+¹³C_土壤，得大豆通过光合作用标定的¹³C总量为26.3mg，分配到地上部、地下部及土壤中的¹³C分别占总量的93.3％、5.3％和1.4％。

Claims

1.一种脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置，其特征在于脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置由第一过滤瓶(1)、第二过滤瓶(2)、同化箱(3)、除湿器(4)、存水盒(5)、第一阀门(6)、第二阀门(7)和气泵组成；其中第一过滤瓶(1)内装有质量浓度为35%～40%的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的体积占第一过滤瓶(1)体积的60%～80%，并用密封塞密封，第一过滤瓶(1)的进气管(1-1)插入氢氧化钠溶液的液面以下，第一过滤瓶(1)的出气管(1-2)在氢氧化钠溶液的液面以上；第二过滤瓶(2)内装有质量浓度为40%～45%的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的体积占第二过滤瓶(2)体积的60%～80%，并用密封塞密封；第二过滤瓶的进气管(2-1)插入氢氧化钠溶液的液面以下，第二过滤瓶(2)的出气管(2-2)在氢氧化钠溶液的液面以上；同化箱(3)为用厚度为8mm～10mm的有机玻璃制备的箱体，同化箱(3)的进气口(3-1)位于箱体的上部，同化箱(3)的出气口(3-2)位于箱体的下部，气泵与第一过滤瓶(1)的进气管(1-1)连通，第一过滤瓶(1)的出气管(1-2)与第二过滤瓶(2)的进气管(2-1)连通，第二过滤瓶(2)的出气管(2-2)与同化箱(3)的进气口(3-1)通过第一阀门(6)连通，除湿器(4)与存水盒(5)放置在同化箱(3)内，除湿器(4)与存水盒(5)连通，同化箱(3)的出气口(3-2)处设有第二阀门(7)。

2.利用如权利要求1所述的脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置标记植物方法，其特征在于利用脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置标记植物方法按以下步骤进行：一、将盆栽植物的栽培盆中裸露的土壤用塑料薄膜覆盖，然后将盆栽植物放入同化箱(3)内，密封同化箱(3)；二、将第一过滤瓶(1)的进气管(1-1)与气泵连接，将同化箱(3)的出气口(3-2)接入水中，并打开第一阀门(6)和第二阀门(7)；三、开启气泵将空气通入脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置中，通气30min～45min后，关闭第一阀门(6)和第二阀门(7)，并关闭气泵；四、向同化箱(3)中注入体积百分比浓度为99.9%的¹³CO₂气体，使¹³CO₂气体的体积浓度为400ppm～600ppm；五、开启除湿器(4)，在温度为26℃～28℃、相对湿度为70%～80%、光合有效辐射为1500μmol/m²/s～1800μmol/m²/s的条件下，标记3h～6h；六、从同化箱中取出栽培盆，取样测定¹³C量，完成植物的标记。

3.根据权利要求2所述的利用脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置标记植物方法，其特征在于步骤三中的通气时间为32min～40min。

4.根据权利要求2或3所述的利用脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置标记植物方法，其特征在于步骤四中¹³CO₂气体的体积浓度为450ppm～550ppm。

5.根据权利要求2或3所述的利用脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置标记植物方法，其特征在于步骤五中的温度为26.2℃～27.5℃、相对湿度为70%～80%、光合有效辐射为1550μmol/m²/s～1750μmol/m²/s。

6.根据权利要求2或3所述的利用脉冲式¹³CO₂量化标记植物的装置标记植物方法，其特征在于步骤五中的标记时间为4h～5h。