不同吸硅类型植物硅稳定同位素组成及分馏机理

发布时间：2017-12-26 12:29

本文关键词：不同吸硅类型植物硅稳定同位素组成及分馏机理　出处：《浙江大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：硅是地球表面含量仅次于氧的第二大元素。硅不仅是硅藻生长所必需的营养元素,并且从单细胞的藻类到维管植物,几乎所有的生命体中都可以发现含硅组织的存在。目前硅的有益作用不断被发现,不仅是生物体的重要组成部分,还可以缓冲土壤pH值、调节大气CO_2浓度。因此,硅素营养机理和硅生物地球化学循环一直受到人们的广泛关注。陆生高等植物对全球硅循环和硅同位素平衡有着十分重要的影响,但目前关于陆生高等植物的硅同位素组成还缺乏系统的报道,并且全部以喜硅的单子叶植物为研究对象,对于不喜硅的双子叶植物体内及其与外界环境之间的硅同位素分馏情况还存在着诸多疑惑。本课题以水稻、玉米、黄瓜、冬瓜和番茄为研究对象,探讨了不同吸硅类型植物各器官硅同位素组成的分布规律和分馏机理,主要得到以下结论:1、在浙江省内不同地区采集的玉米、冬瓜、黄瓜和番茄植株各器官之间的硅同位素组成存在着显著差异。喜硅单子叶植物玉米和不喜硅双子叶植物黄瓜、冬瓜不同器官δ30Si值的变化范围分别是-2.7‰～3.3‰、-1.7‰～1.5‰和-1.0‰～1.9‰,且各器官的δ30Si值均满足"末端分布规律",变化顺序为茎根叶籽粒(果实),即除根外,从底部器官到顶部器官δ30Si值呈现出逐渐增加的趋势。喜硅植物体内的硅同位素分馏程度要大于不喜硅植物。拒硅型植物番茄不同器官δ30Si值的变化范围是-4.3‰～-3.0‰,各器官之间的δ30δi值差异不明显。不同吸硅类型植物同一器官不同部位之间的硅同位素组成也存在着明显差异,并且喜硅植物体内单一器官中的硅同位素分馏程度也达到了整株植株不同器官之间δ30Si值差异的范围。玉米、黄瓜和冬瓜植株茎部和叶片各部位δ30Si值的变化趋势相同,即茎基部茎中部茎顶部,叶片基部(基部叶片)叶片中部(中部叶片)叶片顶部(顶部叶片)。2、在对喜硅单子叶植物水稻和不喜硅双子叶植物黄瓜的营养液培养试验中发现,水稻在0.17mM、1.70mM和8.50mM硅浓度营养液中不同器官δ30Si值的变化范围分别是-1.89‰～1.69‰、-1.81‰～1.96‰和-2.08‰～2.02‰;黄瓜在0.085 mM、0.17mM和1.70mM硅浓度营养液中不同器官δ30Si值的变化范围分别是-1.38‰～1.21‰、-1.33‰～1.26‰和-1.62‰～1.40‰。各器官的 δ30Si值同样满足"末端分布规律",即除根外,从底部器官到顶部器官δ30Si值呈现逐渐增加的趋势。3、不同吸硅类型植物与外界环境之间存在着生物作用的硅同位素分馏现象。采自不同地区的玉米、冬瓜、黄瓜和番茄生物硅与外界溶解硅之间的硅同位素分馏系数分别为:玉米αPl-Sol=0.9989,冬瓜αP1-Sol=0.9987,黄瓜αPl-Sol=0.9986,番茄αPl-Sol=0.9980。在不同供硅浓度的营养液培养试验中观察到水稻和黄瓜生物硅与外界溶解硅之间的硅同位素分馏系数分别为水稻αPl-sol=0.9998和黄瓜αPl-Sol=0.9999。4、将植物硅同位素信号与硅吸收机制相结合的试验结果表明:水稻对硅的吸收很可能是一种主动与被动相结合的吸收方式;当植物从外界环境中吸取较多的硅元素时,植物体内沉淀硅和溶解硅之间的硅同位素分馏效应会增强(正常水稻丨 △30Siroot-aboveground|=0.22‰;低温或代谢抑制剂处理水稻 |△30Siroot-abovegroud| =0.04‰);当植物对硅的吸收仅存在一种吸收机制时,植物与外界环境之间的硅同位素分馏效应也会相应增强(正常水稻丨30ε=0.08‰;低温或代谢抑制剂处理水稻 |30ε|=0.21‰)。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q945

【参考文献】