13C同位素判别技术在评价植物水分利用效率中的应用ppt课件.ppt

13C同位素判别技术在评价植物水分利用效率中的应用 报告人 吕楠学号 2016050556 1 CONTENTS 目录 2 背景 常规方法 1利用一段时间内生产的干物质量与其消耗的水分之间的比值进行计算 称为长期WUE WUEsl 2WUE A E即植物CO2的光合速率A和蒸腾速率E的比值来确定 常称为瞬时WUE 碳同位素方法 更加简化 准确 不受取样时间和空间的限制 3 利用13C 12C技术测定植物生理水分利用率的原理 碳的稳定同位素的判别理论首先用于揭示植物的光合途径 当植物进行光合作用 固定CO2 时 在碳的两个稳定同位素之间有一个分差 这一分差的产生除了来自于物理的和生物化学的途径外 主要是由光合作用中的羧化作用步骤 尤其是核酮糖二磷酸羧化酶 Rubisco 催化的反应支配的 上述分差对较轻的碳同位素 12C 影响较小 即 植物在碳的同化过程中优先利用12C和部分地排斥13C 而核酮糖二磷酸羧化酶催化的反应是C3植物而不是C4植物中的主要羧化作用步骤 故13C的分差在C3植物中大于C4植物 即 C3植物表现出比C4植物具有更大的辨认重碳同位素 13C 的能力 4 WUEsl可准确表征植物整个生长过程中的水分利用效率 WUEsl又与气孔的开关状况有关 气孔开放时 蒸腾速率高 水分损失多 WUEsl低 但此时CO2供应充分 植物体内13C含量低 气孔关闭时 蒸腾速率低 水分损失少 WUEsl高 而CO2供应不足 植物体内13C含量高 因此 植物的 13C值在一定程度上可以表征植物长期的水分利用效率 WUEsl 同位素比率 5 通过使干燥的样品在一密封的有过量氧气的石英玻璃管中燃烧 使样品中所有的碳都转化为CO2 然后通过低温蒸馏使产生的CO2与其它的燃烧产物分离 最后使得到的纯净的CO2在一双入口的同位素质谱仪中进行测定 从而得到样品的 13C值 Loremipsumdolorsitamet consecteturadipisicingelit seddoeiusmodtemporincididuntutlaboreetdoloremagnaaliqua Utenimadminimveniam quisnostrudexercitationullamcolaborisnisiutaliquipexeacommodoconsequat 同位素比率测定的原理 专用碳氮同位素质谱仪 6 碳稳定同位素的判别技术在研究植物WUEsl和其他方面的应用 7 一般WUEsl与13C值呈显著的正相关 与同位素判别值 呈显著的负相关 并在一定范围内 随着土壤含水量的增加 WUEsl与13C值显著减少 而 值却显著增加 即土壤水分状况的改良 可能会使得植物在整个生长期内的水分利用率下降 8 4种基因型春小麦生长前期 播后60d 和成熟期 播后150d 的茎秆与麦粒中的 值都分别达到极显著的水平 并且它们这两个时期的WUEsl值在0 05水平下呈极显著的负相关 由于植物生长早期与后期的碳的稳定同位素的判别值有极显著的相关性 所以早期碳的稳定同位素的判别值可以作为一种及早快速筛选WUE高效品种的一个有效的指标 9 Kirda等 1992年 的研究表明 4种基因型春小麦生长前期 播后60d 的 值和成熟期 播后150d 的总干物重在0 05水平下分别与其水分消耗量 ET 呈极显著的正相关 由于植物生长初期的碳的稳定同位素的判别值与其生长后期的总干物重有极显著的相关关系 并且 该值的特性可以持续贯穿整个植物的生长周期 所以 植物早期的碳的稳定同位素的判别值可以作为尽早迅速筛选高产品种的一种有效的指标 10 抗旱基因型的充分表达需要特定的水分条件 因此 利用稳定碳同位素判别技术比较作物基因型差别时 同时提供湿与干的生长环境 并计算干与湿条件所得结果的比率 方能更有效地进行正确的筛选 11 前景与展望 1植物 13C值的差别主要决定于其遗传特性 在良好而较稳定的生态环境中 13C值的变动较少 因此 碳同位素技术为分辨不同时空尺度及不同类型的植物以及筛选水分利用效率高的植物提供了技术可能 但 13C和 13C的遗传变异对作物生长及水分利用都会产生影响 因此进一步加强这方面的研究十分必要 2不同胁迫条件下 干旱 高低温 水涝等 等对 13C的影响应进一步探索 特别是碳同位素与植物水分利用效率的关系应深入研究 以便为下一步的育种工作提供基础和新的研究思路 3水资源短缺是世界性的 在以后的研究中应用碳同位素技术选育高水分利用型的抗旱品种仍将是一个重点 但不同树种具有不同的基因型 以 13C值为基础的优良无性系选育也要因不同树种而定 总之 碳同位素技术虽然还有待进一步完善 但是作为植物分类和品种筛选工具仍具有相当大的潜力 随着我们对碳同位素分辨率与植物水分利用效率关系研究的逐步深入 碳同位素分辨率在林木育种及节水生理方面将会取得新进展 12 参考文献 1 张鑫生 闫飞等 13C同位素判别技术在评价植物水分利用效率中的应用 J 吉林农业科学 2009 34 4 17 20 2 高珠 植物生理学 M 北京中国农业出版社 1986 46 3 王忠 植物生理学 M 北京 中国农业出版社 2000 69 70 166 183 4 刘洋 龙应霞 文治瑞 稳定碳同位素技术在植物水分利用效率研究中的应用 J 黔南民族师范学院学报 2008 3 5 刘海燕 李吉跃 稳定碳同位素在植物水分利用效率研究中的应用 J 西北林学院学报2008 23 1 54 58 6 BalesdentJ etal Soilbiologyandbiochemistry 1987 19 25 30 7 DouglasAetal Carbonisotopediscrimination potentialinscreeningcool seasongrassesforwater limitedenvironments J CropSci 1990 30 338 343 8 EhdaieB AEHall GDFarquharetal CropSci 1991 31 1282 1288 9 EhleringerJ R RundelP W Ecologicalresearch ed J R EhleringerandK A N