[实用新型]一种培养高丰度同位素碳、氮双标记植物样品的循环系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及同位素标记技术领域，尤其涉及一种培养高丰度同位素碳、氮双标记植物样品的循环系统。

背景技术

近年来，作物秸秆所含的碳、氮元素在土壤中的循环过程已成为植物营养学、土壤学的研究热点之一。同位素示踪技术是研究作物秸秆在土壤中分解和转化过程的关键技术，能够有效揭示秸秆元素的释放规律和有机养分的生物有效性。被稳定性同位素氮(¹⁵N)标记的作物秸秆施入土壤中，通过测定土壤不同组分中¹⁵N丰度的变化，就能准确计算秸秆¹⁵N养分向土壤、植物转移的数量，以及通过气体、淋溶等途径损失的比例。同样，利用稳定性同位素碳(¹³C)示踪，结合现代分子生物学方法，诞生了一系列稳定性同位素探针技术(SIP)，用以研究和描述秸秆碳的分解去向，以及通过生化作用合成生物大分子的生物过程，从而进一步地揭示了秸秆分解的微生物学机制。然而，秸秆碳、氮转化是一个相互联系的循环过程，二者同时发生，转化机理紧密联系、不可分割。因此，研究秸秆碳、氮转化过程的基础和前提就是获得高丰度的同位素碳、氮双标记植物样品。

已有的植物同位素标记技术均以单一元素标记为主。中国发明专利CN200610019742.4、CN201310513820.6以及实用新型专利CN201420736248.X均公开了一种二氧化碳同位素(¹³C-CO₂)的标记装置，且以土壤培养的植物为标记对象，不涉及同时标记两种同位素；尽管发明专利CN201410342182.0公开了一种同位素茎秆双标记示踪方法，但此方法主要利用¹³C-葡萄糖和¹⁵N-尿素直接注入植物体内，主要用于研究根系分泌物，此标记方法不属于植物正常的同化作用范畴，与植物通过正常的光合作用同化二氧化碳和通过正常的根系吸收同化氮素相比有巨大差异。

大部分同位素标记方法以土壤为培养基质，由于土壤本身含有大量的普通碳原子(¹²C)，通过微生物呼吸作用，这些碳原子会以¹²C-CO₂形态大量释放到空气中被植物吸收利用，导致被标记的植物样品的¹³C丰度降低。在研究作物秸秆分解过程中，低丰度的同位素植物样品无法实现在分子水平上(如DNA水平)对碳原子进行示踪；此外，以土壤为培养基质进行¹⁵N标记时，土壤中大量的普通氮原子(¹⁴N)也会被植物吸收，造成植物体¹⁵N丰度过低。因此，选择适当的培养方式是获得高丰度同位素碳、氮双标记植物样品的前提条件。

已有的植物同位素标记技术很难实现整个植物生育期的连续循环标记，造成同位素浪费严重，标记成本高，例如，¹³C-CO₂脉冲标记过程中，当密闭空间被定时打开时大量的¹³C-CO₂释放；又如水培条件下营养液中的¹⁵N养分无法循环利用，旧营养液中大量的¹⁵N丢弃浪费。连续循环标记的技术难点在于密闭环境中的空气湿度会不断加大，导致植物生长环境恶化，霉菌等病害加剧，植物生长受阻，导致植物同位素标记失败；如何实现稳定同位素碳、氮的连续循环标记是获得高丰度双标记植物样品的关键所在。

目前，本领域对上述问题并未提供系统化的解决方案。然而，获得高丰度双标记植物样品是研究植物残体碳、氮分解过程与机理的必须材料。因此，亟需一种低成本、高效率、一体化的培养同位素碳、氮双标记植物的循环系统。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供一种培养高丰度同位素碳、氮双标记植物样品的循环系统，用于解决现有同位素标记技术不能实现同位素碳、氮双标记的循环培养，不能获得高丰度的双标记植物样品的问题。

(二)技术方案