稳定碳同位素技术在土壤根际激发效应研究中的应用

根际激发效应促进了碳氮元素在生态系统植物-土壤-微生物间的流转,维持着生态系统各组分间的养分平衡,并在土壤有机碳动态和稳定性方面起着重要的作用。稳定碳同位素作为一种天然的示踪剂,随着同位素分析技术的发展和完善,在土壤碳循环研究中得到广泛应用。采用稳定同位素示踪技术,能够有效量化植物对土壤有机质分解激发效应的方向和强度,揭示土壤根际激发效应的发生机制。本文对稳定同位素技术在根际激发效应的强度、影响因素和发生机制方面的应用进行阐述,并对稳定同位素技术在根际激发效应中的研究应用进行了展望。     

稳定同位素分析技术在农田生态系统土壤碳循环中的应用

加强农田土壤碳动态变化过程和调控机制的认识,对于深入认识陆地生态系统碳循环过程和准确估算全球碳平衡有着重要意义。稳定碳同位素作为一种天然的示踪物,较放射性同位素具有安全、无污染、易控制的优点,在农田生态系统土壤碳循环研究中得到广泛应用。采用稳定碳同位素自然丰度法或示踪技术,研究农田生态系统大气一作物一土壤连续体中碳同位素变化规律,能够较真实地反映土壤有机碳的累积及其分解转化过程。本文概述了农田生态系统碳素循环诸过程中的^13同位素分馏机制,稳定碳同位素质谱分析技术的基本原理与方法,以及近年稳定碳同位素自然丰度或示踪法在农田生态系统土壤碳循环研究中的一些应用实例,并针对当前研究存在的问题进行总结。     

稳定碳同位素技术在生态系统研究中的应用

稳定碳同位素技术因具有示踪、整合和指示功能,检测快速、准确,在生态学、水文学和地球科学研究领域中得到了广泛应用。本文综述了稳定碳同位素技术在土壤碳循环、植物生理生态反应、树木对气候变化的响应、同位素模型等研究领域的新应用,发现在环境因子和基因型之间的交互作用对δ13 C的影响、水分利用效率对多因素相互作用的响应、多同位素源分析模型不确定性等方面还有一些问题亟待解决,期望本文对稳定碳同位素在生态系统中应用现状、存在问题以及前景展望方面的总结对今后的相关研究有所裨益。     

稳定碳同位素技术在生态系统研究中的应用

稳定碳同位素技术因具有示踪、整合和指示功能,检测快速、准确,在生态学、水文学和地球科学研究领域中得到了广泛应用。本文综述了稳定碳同位素技术在土壤碳循环、植物生理生态反应、树木对气候变化的响应、同位素模型等研究领域的新应用,发现在环境因子和基因型之间的交互作用对δ~(13)C的影响、水分利用效率对多因素相互作用的响应、多同位素源分析模型不确定性等方面还有一些问题亟待解决,期望本文对稳定碳同位素在生态系统中应用现状、存在问题以及前景展望方面的总结对今后的相关研究有所裨益。     

植物菘蓝稳定碳同位素组成与生态因子的关系

采用气体同位素质谱法,对植物菘蓝的根和叶以及种植地土壤中稳定碳同位素组成进行了测定。在此基础上,通过相关回归分析考察了植物菘蓝的根和叶以及种植地土壤中稳定碳同位素与种植地的地理位置因子和气象因子的相关性。结果表明,菘蓝根中稳定碳同位素组成与纬度、经度、平均气压、最高气压、最低气压、相对湿度、降水量、日平均地温、日最高地温、日最低地温和日照时数不具有相关性,与海拔、平均气温、最高气温、最低气温有低度相关性;菘蓝叶中稳定碳同位素组成与经度、平均气压、最高气压、最低气压、相对湿度、降水量、日最高地温不具有相关性,与海拔和日照时数具有低度相关性,与纬度、平均气温、最高气温、最低气温、日平均地温、日最低地温具有中度相关性;种植地土壤与海拔、平均气温、最高气温、平均气压、最高气压、最低气压、相对湿度、降水量、日平均地温、日最高地温不具有相关性,与纬度、经度、最低气温、日最低地温和日照时数具有低度相关性。本研究成果为植物中碳同位素分馏作用的研究和稳定碳同位素作为植物菘蓝产地溯源的指标提供了理论依据。     

植物碳同位素组成的环境影响因素及在水分利用效率中的应用

碳同位素值（δ13C）综合反映了植物光合作用过程中气孔的传导和CO2的固定,可以作为植物在环境中生理机能变化的指标,应用于研究植物生理与生态环境之间的关系。本文主要讨论植物碳同位素组成在不同环境中的变化,并对影响程度和机理进行了探讨。降水、温度、光照、土壤盐度、大气CO2浓度等不同程度影响植物的气孔传导和CO2的固定,植物的δ13C值相应产生不同的变化。降水因素对δ13C值影响最明显,温度对δ13C值产生的影响较复杂。一般情况下,大气中CO2都是通过影响植物叶片的内外压力,造成植物碳同位素值的差异。由于δ13C值不仅可以反映植物在光合作用过程中水分的利用,而且,δ13C值与水分利用效率具有正相关性,因此,碳同位素技术应用于植物生态研究中。     

植物硫同位素与大气环境变化

硫是植物生长必需的营养元素之一,也是一种大气污染物。植物中硫同位素能够提供植物吸收大气硫化物以及硫在植物中新陈代谢的重要信息,在监测陆地生物圈的短期和长期的环境变化中有着十分重要的作用。借助硫同位素的手段可以阐明陆生生态系统发生的环境变化及其历史趋势,植物硫同位素已经成为研究和解析区域环境大气硫污染来源和迁移机制的独特而又有力的工具。     

稳定同位素标记多肽的合成及应用

同位素稀释质谱法避免了基质效应和分析条件的影响,在定量分析和准确度方面具有特殊优势,在生物分子定量分析领域得到了普遍应用。稳定同位素标记肽段作为重要内标试剂广泛应用于蛋白质组学定量及食品过敏原检测。同位素稀释质谱技术的发展将会进一步推动稳定同位素标签技术在新药研发、临床病理、蛋白质组学、食品安全等领域的研究应用。本文从生物合成法和化学合成法方面综述了稳定同位素标记多肽的合成,并分别对细胞代谢标记法、高等真核生物标记法、酶催化标记法、乙酰化标记、标记氨基酸缩合法等合成方法进行了评述;同时介绍了稳定同位素标记多肽在乳制品检测、生物蛋白定量、蛋白测序及药物代谢、食品过敏原检测中的应用。     

稳定同位素标记多肽的合成及应用

同位素稀释质谱法避免了基质效应和分析条件的影响,在定量分析和准确度方面具有特殊优势,在生物分子定量分析领域得到了普遍应用。稳定同位素标记肽段作为重要内标试剂广泛应用于蛋白质组学定量及食品过敏原检测。同位素稀释质谱技术的发展将会进一步推动稳定同位素标签技术在新药研发、临床病理、蛋白质组学、食品安全等领域的研究应用。本文从生物合成法和化学合成法方面综述了稳定同位素标记多肽的合成,并分别对细胞代谢标记法、高等真核生物标记法、酶催化标记法、乙酰化标记、标记氨基酸缩合法等合成方法进行了评述;同时介绍了稳定同位素标记多肽在乳制品检测、生物蛋白定量、蛋白测序及药物代谢、食品过敏原检测中的应用。     

稳定同位素技术在我国食品安全检测领域的应用进展

为了深入了解稳定同位素技术在近十多年来食品安全领域的应用热点,本文着重关注国内科研领域的相关研究,从稳定同位素比值测定在食品溯源技术中的应用、稳定同位素技术在食品真实属性鉴别中的应用、稳定同位素内标试剂与同位素稀释质谱法结合的检测技术在食品中有害物质检测中的应用等三个方面综述了稳定同位素在食品安全领域的快速发展及已经形成规范的技术水平。随着稳定同位素技术的发展及数据库的积累,相关理论不断完善,其必将在食品安全领域成为至关重要的应用技术之一。     

同位素示踪农业应用的研究热点

为深入了解同位素示踪技术的特点和优势,重点总结了近年来在农业科学相关领域的一些应用研究热点。¹⁵N、³²P示踪为揭示作物营养元素有效转化机理,创建养分高效利用技术模式提供重要支持。¹³C、¹⁵N示踪在土壤有机碳循环、温室气体减排研究中,凸显了独特优势。¹⁴C示踪为我国自主创制的新农用化学物质生态环境影响评价,提供重要技术支撑。稳定性同位素比率、δ¹³C等同位素指纹技术,为明确农田污染物的环境行为、解析污染源,提供了重要手段;为国家名特优农产品原产地溯源,提供原创的技术性思路。¹⁰⁹Cd、⁶⁵Zn示踪为揭示土壤重金属镉、锌污染环境行为,提供不可或缺的技术支持。环境核素⁷Be、¹³⁷Cs示踪在生态系统稳定性研究方面,发挥了不可替代的作用。     

连续施用不同量污泥堆肥对土壤氮组分及δ15N的影响

为探明连续施用无害化污泥堆肥（以下简称堆肥）对土壤全氮(TN)、不同活性氮组分含量及土壤δ¹⁵N的影响,为堆肥改良和培肥沙质潮土提供理论依据。本研究以河南省小麦-玉米轮作区沙质潮土为研究对象,通过2013-2016年田间连续定位试验,基于不同土壤活性氮组分分组技术和氮稳定性同位素技术,分析土壤活性氮组分和土壤δ¹⁵N对堆肥施入量的响应特征。结果表明,1） 连续施用堆肥显著增加了土壤碳氮含量,随施入量增加而显著增加,其中施堆肥量达45 t•hm^-2时效果最为显著,较单施化肥（CK）处理分别增加了265.83%和284.31%（P<0.05）。施用堆肥可以提高活性有机氮组分含量,其中颗粒态有机氮（PON）增加了104.57%~280.91%;处理间各活性氮组分含量呈现：颗粒态有机氮（PON）>轻组有机氮（LFON）>水溶性有机氮（DON）>微生物量氮（SMBN）。增加堆肥施入量提高了PON/TN和SMBN/TN分配比例,显著降低了LFON/TN和DON/TN分配比例（P<0.05）,从而降低土壤活性氮组分在全氮中的分配比例,说明高堆肥施用量促进土壤氮素以稳定态有机氮形式储存,有利于土壤氮素的累积。2） 施用堆肥显著降低了土壤δ¹⁵N,通径分析和主成分分析表明,土壤δ¹⁵N与土壤氮含量受堆肥施入量影响显著;相关性分析表明,δ¹⁵N与土壤TN、PON和LFON含量呈显著相关性,表明土壤δ¹⁵N变化特征可指示土壤氮组分受堆肥处理作用的响应。3） 冗余分析表明,土壤pH、土壤水分及土壤肥力水平（IFI）均会对土壤氮组分含量、活性氮组分分配比例及δ¹⁵N产生影响,其中对土壤IFI和土壤pH作用显著（P<0.05）,解释率分别达48.2%和17.5%。综上可知,施用堆肥提高了土壤有机物含量,施用量达45 t•hm^-2时,显著提高了土壤氮储量和活性氮组分含量,对沙质潮土的培肥效果明显,同时,土壤稳定性同位素δ¹⁵N变化特征可作为堆肥对沙质土壤质量提升效果的指示指标。     

不同生境红树林青蟹的稳定同位素组成及其产地溯源意义

采用同位素比率质谱仪测定了野生和人工养殖的红树林青蟹(scylla paramamosain)的碳、氮稳定同位素组成,探讨了利用稳定同位素技术辨识野生和人工养殖青蟹的可行性。结果显示,红树林青蟹的碳、氮同位素组成主要受组织的有机物组成、代谢特征以及生境的食物组成控制,但与个体(或年龄)大小无关。排除一些特例后,人工养殖的红树林青蟹的碳、氮同位素组成明显不同于野生青蟹,利用稳定同位素技术可为区分红树林青蟹的不同产地提供科学参数。     

气体扩散法分离二氧化碳实验研究

随着碳13呼气检测实验的推广和普及,碳13同位素产品的市场需求呈上升趋势.为探索碳13同位素的工业化分离方法,开展以二氧化碳为介质分离碳同位素的气体扩散分离实验研究.根据二氧化碳的平均自由程,使用平均孔径55～65 nm的有机高分子多孔膜作为分离膜,并开发了单级分离装置.通过单级扩散分离实验,探究分离膜层数和膜前压强对...     

放射性核素污染土壤的植物提取修复技术研究关键问题探讨

在多年实际研究工作的基础上对放射性核素污染土壤的植物提取修复技术研究关键问题进行了探讨,认为超富集植物的标准既要注重植物根系从土壤中吸收核素或重金属的能力,也要注重植物生长速度及其生物量,特别要注重单位面积土壤上植物的生物量及其富集量系数。指出衡量植物修复效率的重要指标核素或重金属提取率既可用绝对量也可用相对量表示,提出了植物绝对提取率和相对提取率的概念;指出了超富集植物筛选试验方法体系,即可采用溶液培养法(水培或无土栽培)初选,污灌处理盆栽法和小区模拟试验法决选,污染区实地试验法开展试验示范及实际应用验证。提出适当确定模拟污染土壤中核素及重金属的浓度和浓度梯度;采用稳定同位素代替放射性同位素开展放射性核素对植物生长的影响、超富集植物筛选、在植物提取修复中应用超富集植物等研究是可行的。对有利于植物提取修复的强化技术及配套农业栽培技术进行了概括。