[发明专利]利用光合作用的二氧化碳响应曲线筛选高效利用碳酸氢根离子的植物方法

说明书

技术领域

本发明涉及植树造林和生态治理领域，特别是涉及一种利用光合作用的二氧化碳响应曲线筛选高效利用碳酸氢根离子的植物方法。 

背景技术

中国喀斯特（岩溶）分布面积约有130多万Km²，其中石漠化面积约占28.7%。“南石(石漠化)北沙(沙漠化)”成为制约西部地区可持续发展的两大生态环境问题。喀斯特环境的脆弱性主要表现在基岩裸露（石漠化）、岩石透水漏水（岩溶干旱）、土壤瘠薄（低营养）、高pH、高重碳酸盐以及钙镁浓度等特征上；这种脆弱性严重影响植物生长发育以及固碳增汇能力。配置种植喀斯特适生植物不仅优化喀斯特地区的生态环境，而且也大大增加碳汇。 

由于喀斯特环境下土壤中的重碳酸根离子含量高以及岩溶干旱等逆境对植物的同化二氧化碳能力有较大的限制，一些植物进化出能高效利用重碳酸盐的特点，形成喀斯特适生植物。利用喀斯特适生植物高效利用重碳酸盐的能力，可以最大限度提高植物的光合固碳能力。目前，虽然可以利用同位素技术来定量植物利用碳酸氢根离子的能力，由此可以筛选高效利用碳酸氢根离子的植物。但是，这种方法不仅需要培养植物，而且还需要昂贵的仪器和训练有素的操作人员测定植物的稳定碳同位素，野外现场测定难以实现；目前，直接利用便携式光合测定仪，简便、便宜、快速的现场测定植物的一些光合特征来筛选高效利用碳酸氢根离子的植物方法还很缺乏，这严重地影响生态修复的进程和效率。 

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。喀斯特适生植物高效利用重碳酸盐的过程就是由碳酸酐酶完成的。碳酸酐酶（Carbonic anhydrase, CA; carbonate hydrolyase, EC 4.2.1.1）是催化二氧化碳的可逆水合反应的一种含锌金属酶。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）能使植物体内碳酸酐酶活力显著升高。碳酸酐酶能快速将HCO₃^-分解变成水和二氧化碳来补充逆境下气孔开度变小甚至关闭时的水和二氧化碳的不足，以满足植物的光合作用和其他生理活动的需要。 

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，植物叶片利用碳酸氢根离子进行光合作用不能为这类光合仪所测得，因为这部分的无机碳源不经过叶室。 

虽然，目前我们无法用如Li-6400便携式光合仪这样的仪器直接测出植物叶片利用碳酸氢根离子能力，也难以直接用现有的光合指标来筛选高效利用碳酸氢根离子的植物，但是，近来通过对植物光合作用的二氧化碳响应曲线的研究发现，在低浓度二氧化碳的情况下，一些植物叶片因为有由碳酸酐酶作用下碳酸氢根离子转化的水和二氧化碳的补充，大大降低了叶片利用整个气室中的二氧化碳和水分的效率，通过选定参照植物，对比研究可为筛选高效利用碳酸氢根离子的植物提供信息，本发明就是基于这样的原理而实现的。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用便携式光合仪就可以实现的利用光合作用的二氧化碳响应曲线筛选高效利用碳酸氢根离子的植物方法，能现场判定植物利用碳酸氢根离子能力的高低。 

本发明采取以下技术方案：它包括以下步骤， 

第一，利用便携式光合仪用常规方法分别测定在同一生长环境下的被考察植物与参照植物叶片的光合作用的二氧化碳响应曲线；

第二，依据上述的二氧化碳响应曲线中的不同二氧化碳浓度下被考察植物与参照植物净光合速率和蒸腾速率，求出不同二氧化碳浓度下被考察植物与参照植物水分利用率；

第三，将浓度低于320 的二氧化碳下的植物水分利用率数据拟合成植物水分利用率随二氧化碳浓度变化的直线方程；获取上述方程的斜率，即为叶片表观水碳利用效率；

第四，依据被考察植物叶片表观水碳利用效率与参照植物叶片表观水碳利用效率的比值来筛选高效利用碳酸氢根离子的植物。

在第一步骤中，选择的参照植物应是被研究证明具有高效利用碳酸氢根离子能力、碳酸酐酶活力高、野外常见、二氧化碳响应曲线易做的物种。 

在第二步骤中，不同二氧化碳浓度下植物水分利用率是对应二氧化碳浓度下对应植物的净光合速率和蒸腾速率的比值。 

本发明的优点如下：