13C同位素判别技术在评价植物水分利用效率中的应用

碳同位素方法：更加简化，准确，不受取样时间和空间的限制。
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 ( 12 C) 影响较小，即：植物在碳的同化过程中优先利用
专用碳氮同位素质谱仪
碳稳定同位素的判别技术在研究植物WUEsl和其wenku.baidu.com方面的应用
表征WUEsl
01
02 及早快速筛选WUE高效品种
尽早迅速筛选高产品种
03
04 有效正确的筛选抗旱基因型
• 一般 WUEsl 与
13C
值呈显著的正相关，与 同位素判别值Δ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
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。
前景与展望
1 植物 δ 13 C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 , δ 13 C 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 δ 13 C和 Δ 13 C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 δ 13 C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 Δ13C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 。
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。
• Kirda 等(1992 年)的研究表明：4 种基因型春小麦生长前期(播
后 60 d)的Δ值和成熟期(播后 150 d)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。
• 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
参考文献：
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与
13C
值显著减少，而 Δ 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。
• 4 种基因型春小麦生长前期(播后 60 d)和成熟期(播后 150 d)
的茎秆与麦粒中的 Δ 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
13C；而核酮糖二磷酸羧化酶催化的反应是 12 C
和部分地排斥
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。
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，
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 δ13C 值。
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WUEsl 低，但此时 CO2 供应充分，植物体内
13C
含量低；气孔关闭时，蒸
13C
腾速率低，水分损失少，WUEsl 高，而 CO2供应不足，植物体内
含量
高。因此，植物的δ13C 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
同位素比率测定的原理：
• 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
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
目录
CONTENTS
1
背景
2
利用 13C/ 12C 技术测定植 物生理水分利用率的原理
3
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
4
前景与展望
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); 2 WUE= 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.