作业范例---同位素水分研究的应用09.12.docVIP

博士□ 兽医硕士专业学位□ 硕士■ 农业推广硕士专业学位□ 同等学力在职申请学位□ 中职教师攻读硕士学位□ 工程硕士专业学位□ 高校教师攻读硕士学位□ 风景园林硕士专业学位□ 西 北 农 林 科 技 大 学 研 究 生 课 程 考 试 试 卷 封 面 （课程名称： 同 位 素 应 用 δ 13C( ‰)= (Rsa/ Rst-1) × 1000 ( 2 ) △( ‰)= (δ 13Cs-δ 13Cp)/(1+δ 13Cp) ( 3 ) 1.2 作物稳定同位素分析方法 实验室多是利用气体同位素比值质谱计测定无机和有机物的稳定同位素比值。对于稳定同位素分析的前处理分别如下： H：对于作物组织样品，先在中等温度下快速干燥 ( 为避免有机物损失) ，然后研磨过筛。还需要经过硝化处理，去除可能与环境交换的 H原子；制备水样 需在采集时将水立即密封，避免分析前因蒸发导致同位素分馏。分析样品时，将测量材料装入材料管，加入催化剂和氧化剂，抽真空燃烧，燃烧后气体纯化，待测。 C：将作物样品烘干研磨过筛，加入催化剂和氧化剂，采用封管氧化法 ( 或燃烧氧化法)将有机物转变为 C O2 ，对 C O2纯化后待测。 稳定同位素在作物水分利用率研究中的应用 2.1 稳定同位素技术应用背景 稳定同位素技术最初于2 O世3 O年代发展于物理学，在2 O世纪4 O年代成为地质学研究的主要部分，应用于植物学研究较晚。Nier和Gulbransen[6]最早发现植物中13C的比率小于无机碳物质。Park和 Epstein[7] 提出模型以解释叶片13C与大气 CO2中的13C不同。Faquhar等[8]发现了C同位素比率与植物叶片胞间CO2浓度相关，并且与植物的蒸腾联系起来。稳定同位素D和18O最初也是应用于物理，大气科学，地质学和地球化学等领域。由于蒸发过程导致表层水的同位素富集，Gonfiantin等[9]最初研究分析了叶片中水分稳定氧同位素在蒸腾过程中的富集现象，并发现植物通过根系吸收水分时没有发生氧同位素分馏，Wershaw等[10] 也表明水中氢同位素在植物根系吸收时也没有发生分馏。这些研究都为稳定同位素技术在植物水分利用研究中的应用奠定了基础 。 2.2 稳定同位素在作物水分利用率研究中的应用 稳定同位素技术在作物水分关系研究中的应用，主要集中于 C稳定同位素上，尤其是在作物水分利用率的研究中，C稳定同位素技术显示了极大的优势。因此， 本部分主要总结回顾 C稳定同位素技术在作物水分利用率中的应用。节水农业的发展和作物生理过程与水分之间定量关系等问题的解决都和作物水分利用率 ( WUE )紧密相关。但作物的水分利用率测量的常规传统方法有许多缺陷和困难，如广泛使用的便携式光合系统测定的水分利用率只能表示某一时刻的瞬时值[11]，而且测定的作物部位也受限制；进行大田作物水分利用率的测定常用田间水分平衡方程来估计作物耗水量，但土面蒸发和作物蒸腾在田间很难区分，土壤水的各种去向( 径流、下渗、再分配等)也很难准确界定。因此，寻求灵敏、简单、快速、准确的作物水分利用率的评价方法，其重要意义是不言而喻的，而 C稳定同位素技术在一定程度上能够很好地解决这个问题。 以灌溉为主的农业提出了作物 WUE的概念，其最初研究 目的在于确定作物的需水量和灌溉定额。而目前面对水资源日益紧张的严峻形势，如何使有限的 水分取得最好的生产效益成为当前农业用水研究的焦点问题 。高水平的 WUE是缺水条件下农业得以持续稳定发展的关键所在。根据当前国内外的研究进展， 可以从 2个方面来理解作物 WU E的内涵[12] [13] ①根据作物叶片瞬时的气体交换效率，即单位重量叶片蒸腾一定的水分所同化CO2的质量，表示为瞬时 WUE ②根据作物在某段时期生长过程中消耗每单位水分所生产的生物量，表示为长期 WUE。作物 WUE 的研究尺度一般可分为 3个层次来考虑[14] [15]：①叶片水平上的作物 WU E指水的生理利用效率或蒸腾效率，定义为单位水量通过叶片蒸腾散失时光合作用所形成的有机物量，它取决于光合速率与蒸腾速率的比值；②群体水平上的作物 WU E 即作物群体的 WUE，为作物群体CO2净同化量与