[发明专利]测定植物利用碳酸氢根离子能力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定植物利用碳酸氢根离子能力的方法，属于生态环境治理领域。

背景技术

植物不仅能利用空气的二氧化碳为原料进行光合作用，而且也可以通过碳酸酐酶的作用，利用储存的碳酸氢根离子为原料进行光合作用。对喀斯特地区来说，植物利用碳酸氢根离子的能力尤为重要。喀斯特适生植物在遭受喀斯特逆境（岩溶干旱、高钙、pH、重碳酸根离子以及低无机营养等）后，叶片中的碳酸酐酶活力升高，一方面导致气孔导度减小或关闭，减少蒸腾以防止植物进一步脱水,另一方面将细胞内的碳酸氢根离子转化成水和CO₂，以应对因气孔导度减小或关闭造成的水分和CO₂的不足，在喀斯特逆境下进行光合碳还原，利用无机碳。植物利用碳酸氢根离子的能力可以成为喀斯特适生植物的一个评价标准。对筛选喀斯特适生植物，利用生物方法来治理和恢复脆弱的喀斯特生态环境具有重要的作用。

目前，比较准确地测定植物叶片的光合作用的仪器如Li-6400便携式光合仪，是采用气体交换法来测量植物光合作用，通过测量流经叶室前后的CO₂浓度的变化和湿度变化来计算植物的净光合速率和蒸腾速率，并计算出气孔导度和胞间CO₂浓度。但是植物叶片利用碳酸氢根离子进行光合作用不能为Li-6400便携式光合仪所测得，因为这部分的无机碳源不经过叶室，所以无法用如Li-6400便携式光合仪这样的仪器测出这部分碳源的光合利用。因此，必须寻找一种方法来获取植物利用碳酸氢根离子的信息。

稳定碳同位素的强烈分馏特征是识别植物体无机碳来源的基础。自然界中碳元素有两种稳定同位素：¹²C和¹³C，它们的天然平均丰度分别为98.89%和1.11%。稳定碳同位素组成通常用δ¹³C（‰）表示,自然界中δ¹³C的变化为-90‰~+20‰。稳定碳同位素的强烈分馏特征有利于识别植物体无机碳来源。质量平衡原理以及同位素混合模型和化学计量学方法，是定量识别植物体内无机碳来源的基础，因此，本发明利用同位素技术结合常规净光合速率的测定来获取植物利用碳酸氢根离子的信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种测定植物利用碳酸氢根离子能力的方法，以克服现有技术中存在的不能测定植物叶片利用碳酸氢根离子进行光合作用的不足。

本发明采取以下技术方案：它包括以下步骤，第一，分别测定被考察植物与参照植物的叶片的稳定碳同位素组成δ¹³C的值；第二，测定微藻的稳定碳同位素组成δ¹³C值；第三，将被考察植物叶片的δ¹³C值、参照物种的叶片的δ¹³C值、微藻的δ¹³C值带入二端元模型，计算被考察植物利用的碳酸氢根离子占无机碳源比例份额；第四，测定被考察植物叶片的净光合速率；第五，依据被考察植物叶片的净光合速率和被考察植物利用的碳酸氢根离子占无机碳源比例份额，求出被考察植物利用碳酸氢根离子的能力。

在第一步骤中，选择碳酸酐酶活力极低的植物做参照植物，将要考察的植物与参照植物的种子播种到所要考察的环境中，待植株生长有4片以上真叶后，分别测定被考察植物与参照植物的第一片完全展开叶的稳定碳同位素组成δ¹³C值。

在第二步骤中，利用被考察植物种子播种的被考察环境的土壤溶液配制营养液，培养微藻，测定微藻的δ¹³C值。

在第三步骤中，计算被考察植物利用的碳酸氢根离子占无机碳源比例份额，是将被考察植物叶片的δ¹³C值作为δ_T，参照植物的叶片的δ¹³C值为δ_A，微藻的δ¹³C值为δ_B，带入二端元模型δ_T=δ_A- f_Bδ_A +f_Bδ_B，计算出被考察植物利用的碳酸氢根离子占无机碳源比例份额f_B。

在第五步骤中，求出被考察植物利用碳酸氢根离子的能力。是将被考察植物第二片完全展开叶的净光合速率Pn与f_B带入公式BBUC=f_BPn/(1-f_B)中，求出该植物利用碳酸氢根离子的能力。

在第二步骤中，是在培养考察植物与参考植物的同时培养微藻，培养时间为两周到五周。