植物水分关系论文

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1、植物水分关系论文碳同位素技术在作物水分利用研究中的几点认识郎琪1（1.中国农业大学水利与土木工程学院北京100083）摘要：碳同位素技术在植物生态学研究中得到了长足发展，使得对植物与水分之间的关系得到进一步的发展。本文介绍了该技术在作物水分利用效率研究中的进展，并对其进行了评价，以此揭示其和水分利用效率的关系，并为水分利用效率的研究提供新的方法和技术。关键词：碳同位素；作物水分；水分效率中图分类号：文献标识码：文章编号：植物水分关系论文0引收稿日期：基金项目：作者简介：※通讯作者：言近年来，随着工农业生产的发展，我国水资源形势也日益严峻。农业

2、是用水大户，尤其是作为我国重要农区的华北平原[1]，其光照充足、土壤肥沃，但是水资源却严重缺乏[2]。水资源己成为制约我国农业生产和发展的关键因素，但是在我国许多地区[3]，尤其是占我国面积三分之一的北方干旱、半干旱地区，多数情况下的有限降雨以及灌溉用水[4]并未得到充分利用；而且作物各种生理过程(如散热、维持膨压、负载养分等)与水分之间的定量关系尚不清楚[5]，造成了农业用水许多不必要的浪费。碳同位素技术在作物水分研究中的应用在国外开展地较早，其应用也日益广泛，但在国内相关的工作还没有全面展开，因此有必要对作物水分研究中的稳定同位素技术进行

3、介绍，以促进我国在该领域的研究，推动我国节水农业的发展。1碳同位素概念与原理同位素是一类具有相同原子和质子数，但不同子数的元素，稳定同位素则是不具放射性的同位素。稳定同位素应用于试验具有很多优点：首先，它们不会随时间而发生核衰变，使用时不会受试验时间的限制[6]；其次，它们没有放射性，利用稳定同位素进行试验时，对生物体没有辐射效应，不会污染环境，没有试验残留物的处理等问题。在自然界中，除了P以外，几乎所有具有生物学意义的元素(如C、H、0、N和S等)均存在稳定同位素形式。在作物水分的研究中，可以利用的稳定同位素一般有C(12C和13C)、H(

4、1H和2H)和O(16O和18O)。自然界中碳的稳定性同位素有两种，12C和13C。其中12C占98.9%，13C占1.1%。不同植物中的12C和13C占的比例不同，这主要受植物生化、代谢和环境因素的影响[7]。将植物样品中的13C/12C比和标准样品（PDB）中的碳同位素比相比较，计算其偏离的千分比。δp-(Rp-Rs)/Rs(1)公式(1)中,Rp和Rs分别为植物和标准PDB化石中的13C/12C比。与植物生长点空气的13C/12C(Ra)相比,可计算同位素分辨力Δ。Δ=(δa-δp)/(1+δp)(2)由(1)、(2)可见,Δ值因为剔除

5、了空气碳同位素组成的影响,因而直接受生物过程的影响，而δp则受空气同位素组成和植物本身生物过程的影响。2碳同位素分析方法Δ的测定有2种方法:(1)植物干粉燃烧后,利用比质谱仪分析其中的13C/12C比,然后利用式(1)、(2)可计算出Δ和δp,这种辨别力是经过较长时间植物材料和空气中CO2组成相比所得的平均分辨力。(2)直接和非破坏性测定短期同位素分辨力(Δ),即测定通过一个装有搅拌器叶室中的叶室空气中13C/12C比的变化,这种装置同于一般的整叶气体交换测定装置[8]。如果反应与光合CO2固定对13C的分辨力有关,，出叶室的气体就应富于12

6、C。Δ可通过空气中CO2流入(e)和流出(o)叶室的浓度(C)和碳同位素组成(δ)计算而得。3碳同位素在作物水分研究中的应用在植物光合作用吸收CO2过程中，会对重同位素13C产生排斥，导致光合产物中13C／12C比率比大气CO2中的低。不同光合途径(C3、C4和CAM)植物水分关系论文因光合羧化酶和羧化时空上的差异对C有不同的识别和排斥，导致了不同光合途径的植物具有显著不同的13C值。Farquhar[9]及同事通过研究，发现C3植物叶片中C稳定同位素判别(△13C)，与叶片胞间CO2和大气中CO2浓度比值(Ci／Cd)相关。叶片胞间CO2浓

7、度和大气中CO2浓度比值(Ci／Cd)反映了净同化速率(A)和气孔导度(g)的相对量，与CO2的需求和供给相关。13C资料对估计植物内在水分利用效率(A／g)是一个有用的指标，当叶片对大气的蒸气压亏损(VPD)已知情况下。它甚至还可以为实际水分利用效率(同化与蒸腾的比值，A／E)提供信息。3.1植物在不同水分梯度环境下的差异不同环境水分条件不同，导致植物具有不同的水分利用效率。通常在冷湿环境中，植物C值较低，在干燥情况下，由于气孔运动使得Ci／Cd减小，植物13C值会增大。通常林冠上层叶片13C值高于林冠下层，表明上层叶片Ci，低于下层叶片的

8、Ci值，说明上层叶片可能受到比下层叶片要大的水分胁迫。同样，冠层中阳面叶比阴面叶具有高的13C值，这是由于阳面叶蒸发加强导致水分消耗增多，气孔限制比阴面叶要快。近来