生理生态学论文

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1、I£3.14标题：浅析稳定碳同位素在植物水分利用效率研究中的应用姓名：—学院：专业：)班级：学号：摘要：本文旨在概述碳同位素与水分利用效率的相互关系，以及稳定碳同位素技术在研究植物水分利用效率方面的研究进展，并就研究中存在的问题及研究前景进行简要的探讨，使碳同位素有更广阔的发展空间提供依据。关键词：稳定性碳同位素水分利用效率稳定碳同位素比率影响因素1.同位素分辨率的基本理论在自然界中,碳有15种同位素(8C、9C、IOC、11C、12C、13C、14C、15C、16C、17C、18C、19C、20C、21C、22C),12C和13C是两种稳定性同位素,其中，1

2、2C占98.89%,而13C只占1.11%。不同物质中,由于"同位素效应(isotopeeffect)”—参加反应的物质因重和轻的同位素不同而产生差异，使得两种碳同位素的丰度比(R=13C/12C)冇所不同。而正是这种比值的变化包含了在碳转移固定过屮的物理、化学和牛物代谢等方面大量的信息.这是因为植物组织中的13C与12C比值都普遍小于大气C02中的13C与12C比值，002在通过光合作用形成植物组织的过程中，会产生碳同位索分锚。慕于这一特性，生物体组织中的稳定性碳同位素已被成功地引入到生物学的多个研究领域，如光合作用途径的研究、光能利用率、环境污染、植物水分

3、利用率、矿质代谢、牛态系统中种间关系、气候效应和牛物量变化等.2.水分利用效率的涵义单叶水平上的水分利用效率称Z为蒸腾效率,指单位水量通过叶片蒸腾散火时光合作用所形成的有机物的最，即光合器官进行光合作用时的水分利用效率(WUE)。它实质上反映了植物耗水与其干物质生产之间的关系，是评价植物牛:长适宜程度的综合生理生态指标。干旱、半干旱区的极端坏境，植物能否适应当地的极限环境条件,最主要的是看它们能否很好•地协调碳同化和水分耗散之间的关系,也就是说植物水分利用效率是其生存的关键因了之一。至今普遍认为，对植物叶片來说,植物水分利用效率是光合速率与蒸腾速率Z比,或者光

4、合速率与气孔导度Z比，既有WUE二光合速率/蒸腾速率;对植物个体而言，植物水分利用效率是植物蒸腾单位水所积累的T物质量，既有WUE二干物质量/蒸腾量;対植物群体來说,植物水分利用效率是群休蒸腾和蒸发单位水所牛产的干物质量，于是有WUE二干物质量/(蒸腾量+蒸发量)。水分利用效率(WUE)反映了环境水分资源对植物生理状况的彩响。Farquhar等根据大量研究确立了植物叶胞间C02浓度(Ci)少水分利用效率(WUE)的数量关系为:UTJE=(Ca-Ci)/1.6$W-K中，Ci为大气C02浓度，$W是叶片与空气的水蒸气浓度梯度；1.6为由气孔对水蒸气的传导性转为对

5、C02传导性的转换因子。可以看岀，Ci越人，WUE越小，相反，Ci越小，WUE越大，Ci与WUE呈负相关关系。同时，Farquhar等还进一步建立了碳同位索分辨力($13C)与CiZ间的数量关系方程:$130a+(b-a)(Ci/Ca)=4.4+(27-4.4)(Ci/Ca)=4.4+22.6(Ci/Ca)$13C与Ci呈正相关，而Ci与WUE呈负相关,由此推论$13C与WUE呈负相关。这就是$13C作为植物WUE的选育指标的理论基础。通过对分析植物的D13C值和$13C值，可以了解卅i物的水分利用效率极及其影响因子。3・光合作用过程中碳同位素的分馅效应同位素

6、分溜(isotopefractionation)是指某反应屮底物的同位素组成受到改变，使产生具有不同的同位素组成，即反应物同位素组成改编的效果。空气门CO?的扩散速度比匕CO2慢，加上光合作用过程中核酮糖1,5•二磷酸竣化酶(RuBPCasc)以及磷酸烯醇式内酮酸竣化酚(PEPCase)在固定二氧化碳时优先吸收12CO2fi

7、应是最重要的同位素分侧之处。经多年研究Farquhar（1982）发现了卅i物碳同位素效应的理论基础：SI3Cpi=813Ca-a・（b・a）Cf/Ca式小沪Cpi为植物碳同位素比率，屮Ca为大气碳同位索比率，a为C02扩散中碳同位索分簡b为Rubisco的同位素分憎，G为叶片细胞间隙CO?浓度，G为叶片外空气CO?的浓度。从这个方程式可见，稳定性碳同位素比率一方1侨取决于光合途径，另一方面还取决于C/Ca值的人小。在光合作用的气体交换过程屮，植物所同化C02的稳定性同位索比率（"C严C）同人气屮的CO?是有所不同的。导致这一差异的原因来自于气体扩散过程屮的分

8、镉作用。另外，CO?在叶片中的酶解过程