陆地植物叶片排放N2O的机理研究

论文摘要

全球变暖是人类面临的最大环境问题之一,N2O是第三大温室气体,浓度仅次于CO2和CH4,但其增温潜势巨大,因此关于明细N2O的来源和探明其减排机制逐渐成为自然科学领域的研究热点,而使得N2O逐年增加的一些未知来源也日渐变成全球变化和地球氮素循环研究的难点。植物是地球生态环境中最重要的组成部分,植物在自身呼吸代谢过程中,会吸收或是排放CH4、CO2和N2O,植物叶片是植物体最重要的组成和呼吸代谢器官,但关于植物叶片排放N2O通量和途径的研究较少。本论文借助于福建农林大学“中华名特优植物园”的科研基地,首先观测了十几种陆地植物原位叶片和植物离体叶片N2O的排放通量;然后用无菌苗和Unisense N2O微电极联合证明植物叶片自身会排放N2O;又结合15N-KNO3溶液水培离体植物枝叶法和稳定同位素示踪法探明植物叶片排放N2O的途径;最后探明光照和温度这两种最重要的环境因子对植物枝叶N2O排放的影响。本论文通过观测植物原位叶片和采摘后叶片N2O排放速率差异来验证除蒸腾作用运输N2O外,叶片自身是否会产生并排放N2O。结果表明:11种植物原位叶片均有排放N2O且排放N2O的速率范围在-3.77 pg?g-1?h-1到194.86 pg?g-1?h-1的区间内。山樱花、紫荆、爬山虎、毛竹、扶桑、紫果槭、九里香、降香黄檀等8种植物叶片在原位观测的6 h内排放速率达到最高值,且最大速率值按以上顺序依次降低;梅、栀子和香妃含笑3种植物叶片在套袋密封处理后的2 h内达到排放速率的最大值（栀子最高,梅次之,香妃含笑速率最低）,之后,随着时间的延长植物叶片排放N2O的速率会减慢。采摘后植物叶片在48 h内也会排放N2O,其速率范围在-16.36 pg?g-1?h-1到103.37pg?g-1?h-1的区间内;均低于原位叶片的排放速率。16种植物离体叶片排放N2O的最高速率由大到小依次为:降香黄檀、扶桑、榆、紫荆、紫薇、爬山虎、毛洋槐、苹果、荔枝、铁刀木、垂柳、毛竹、爬山虎、九里香、桂花和银杏。植物叶片排放N2O的速率会因植物叶片种类的不同而有较大差异。在减弱蒸腾引力和植物体自身运输作用的条件下,依旧观测到较大量的N2O排放,证明除随蒸腾流从土壤中运输而来的N2O以外,植物叶片自身会产生并排放N2O。在证明植物叶片排放N2O并不是局限于植物体的蒸腾运输作用之后,进一步通过无菌苗实验验证:在排除叶片体表的微生物后,叶片是否还会产生N2O。实验结果表明:毛竹、杉木、杨树这3种无菌苗均可排放N2O,验证了植物叶片表面的微生物作用并不是影响植物叶片排放N2O的唯一途径,其中,毛竹的无菌苗在24 h内排放的N2O从0.3917μg?g-1上升到0.4093μg?g-1,观测到120 h时,毛竹无菌苗排放的N2O上升到0.4647μg?g-1,毛竹无菌苗排放的N2O均高于杨树和杉木两种无菌苗。通过Unisense N2O微电极技术,检测到9种植物叶片的原生质体中含有一定浓度的N2O,其中绿萝的原生质体中N2O含量为7.278μmol?L-1,是9种植物叶片中含量最高的,毛竹原生质体中的N2O含量最低,为1.972μmol?L-1。这些结果表明:植物叶片内部的液泡含有N2O,可能是导致植物自身产生并排放N2O的原因。硝酸盐的异化还原是土壤中N2O最重要的产生途径。为了验证植物在同化还原硝酸盐的过程是否也会产生N2O,对绿萝和油樟叶片进行了外源点滴注射的方式添加外源硝酸盐。在注射外源硝酸盐后植物叶片中的硝酸盐含量显著升高,同时N2O排放激增（增加幅度为14.2%-54.4%）。运用15N-KNO3溶液水培采摘植物枝叶法,证明:12种植物枝条会吸收外源添加的硝酸盐,并通过蒸腾作用将硝酸盐大量储存在叶片细胞中,进而在植物叶片的细胞内通过一系列代谢反应将硝酸盐还原成N2O并排放到环境中。通过可控光照培养箱水培梅、毛竹、榆和降香黄檀4种植物枝叶,在25℃、30℃、35℃和40℃四个温度区间内分别置于光照和黑暗条件下,观测植物枝叶排放N2O的变化规律,研究植物叶片N2O排放对温度和光照的响应规律。结果表明:植物枝叶在35℃左右的温度下排放的N2O最多,低于30℃的温度下,植物枝叶倾向于从环境中吸收N2O;黑暗条件更能促进植物枝叶排放N2O。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 2O'>  1.1 温室效应与N₂O
•     1.1.1 温室气体和全球变暖
• 2O对环境的影响及其在氮循环中的重要地位'>    1.1.2 N₂O对环境的影响及其在氮循环中的重要地位
• 2O的来源'>  1.2 N₂O的来源
• 2O的重要来源'>    1.2.1 土壤是大气N₂O的重要来源
• 2O的最主要来源'>    1.2.2 土壤微生物作用是N₂O的最主要来源
• 2O的重要来源'>    1.2.3 陆地-植物系统是N₂O的重要来源
• 2O的重要来源'>    1.2.4 土壤动物是N₂O的重要来源
• 2O排放的重要来源'>    1.2.5 人类活动是N₂O排放的重要来源
• 2O的重要因素及N₂O的监测方法'>  1.3 影响土壤排放N₂O的重要因素及N₂O的监测方法
• 2O的重要因素'>    1.3.1 土壤性质是影响土壤排放N₂O的重要因素
• 2O排放的重要因素'>    1.3.2 土壤动物的活动是影响土壤N₂O排放的重要因素
• 2O排放的重要因素'>    1.3.3 植物的种类差异是影响土壤N₂O排放的重要因素
• 2O的监测方法'>    1.3.4 N₂O的监测方法
•   1.4 陆地植物排放温室气体的研究概况
•     1.4.1 陆地植被覆盖的区域分布
•     1.4.2 陆地植物与温室气体排放
• 2O的研究进展'>  1.5 陆地植物排放N₂O的研究进展
•   1.6 研究目的、内容和技术手段
•     1.6.1 研究意义与目的
•     1.6.2 研究内容及技术手段
•     1.6.3 本研究技术路线
• 2O的变化规律'>第2章 观测陆地植物原位、离体叶片排放N₂O的变化规律
•   2.1 引言
•   2.2 材料和方法
•     2.2.1 实验材料
•     2.2.2 实验设计
•     2.2.3 样品采集
•     2.2.4 数据分析
•   2.3 结果与讨论
• 2O的变化规律'>    2.3.1 植物原位叶片排放N₂O的变化规律
• 2O的变化规律'>    2.3.2 植物离体叶片排放N₂O的变化规律
•     2.3.3 讨论
•   2.4 本章小结
• 2O的途径'>第3章 无菌苗和微电极法探究植物叶片排放N₂O的途径
•   3.1 引言
•   3.2 材料和方法
• 2O的测定'>    3.2.1 无菌苗排放N₂O的测定
•     3.2.2 植物叶片原生质体提取法
• 2O'>    3.2.3 微电极测定N₂O
•     3.2.4 实验设计
•     3.2.5 样品采集
•   3.3 结果与讨论
• 2O的变化规律'>    3.3.1 观测无菌苗排放N₂O的变化规律
• 2O微电极检测植物叶片原生质体中N₂O的含量'>    3.3.2 Unisense N₂O微电极检测植物叶片原生质体中N₂O的含量
•     3.3.3 讨论
•   3.4 本章小结
• 2O的机理'>第4章 稳定同位素示踪法探究植物叶片排放N₂O的机理
•   4.1 引言
•   4.2 材料和方法
• 2O的变化规律'>    4.2.1 外源注射硝酸盐观测油樟和绿萝叶片排放N₂O的变化规律
• 15N-NO₃^-水培植物离体枝叶观测N₂O的排放规律'>    4.2.2¹⁵N-NO₃^-水培植物离体枝叶观测N₂O的排放规律
• 2O的途径'>    4.2.3 稳定同位素示踪结合水培离体枝叶探究植物排放N₂O的途径
•   4.3 结果与讨论
• 2O的变化规律'>    4.3.1 外源注射硝酸盐观测油樟和绿萝叶片排放N₂O的变化规律
• 15N-NO₃^-水培植物离体枝叶观测N₂O的排放规律'>    4.3.2¹⁵N-NO₃^-水培植物离体枝叶观测N₂O的排放规律
•     4.3.3 讨论
•   4.4 本章小结
• 2O的影响'>第5章 温度和光照对陆地植物枝叶排放N₂O的影响
•   5.1 引言
•   5.2 材料与方法
•     5.2.1 实验材料
•     5.2.2 实验设计和方法
•     5.2.3 样品采集
•   5.3 结果与讨论
• 2O的影响'>    5.3.1 温度对植物离体枝叶排放N₂O的影响
• 2O的影响'>    5.3.2 光照对植物离体枝叶排放N₂O的影响
•     5.3.3 讨论
•   5.4 本章小结
• 第6章 主要结论、创新及展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 创新点
•   6.3 研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的学术论文与研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 庞亚星

导师: 秦树平

关键词: 植物叶片,氧化亚氮微电极,叶片原生质体,稳定同位素

来源: 福建农林大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 福建农林大学

分类号: Q945

总页数: 71

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