植物硅同位素分馏特性及土壤类型对其影响

论文摘要

硅（Silicon）作为植物生长的有益元素之一,可以促进作物生长发育、提高作物产量及品质、增强作物对外界环境胁迫（生物和非生物）的抗逆性。近年来,随着稳定同位素研究技术的迅速发展,利用硅稳定同位素示踪方法来研究植物硅生物地球化学行为成为热点之一。然而迄今为止,有关植物硅稳定同位素的研究仍相对较少。为此,本文以水稻、黄瓜、番茄为研究对象,开展不同植物硅同位素分馏机理及不同土壤类型对其影响的相关研究,以期为理解植物硅吸收、运输、沉积的机制提供可靠证据。得到的主要结论如下:1.通过水培试验,发现硅在植物体内运输、沉积的过程中会产生生物作用的硅同位素分馏效应。在0.08 mM、0.8 mM、1.6 mM供硅浓度条件下,水稻地上部δ30Si值分别为-0.17‰、-0.46‰和-0.66‰,黄瓜地上部δ30Si值分别为-0.08‰、-0.25‰和-0.3 8‰,番茄地上部δ30Si值分别为-0.32‰、-0.34‰和-0.44‰,三种作物地上部δ30Si值均符合“末端分布规律”,即呈现出“从基部器官到顶部器官逐渐升高”的变化趋势;对于根部而言,在0.08 mM、0.8 mM、1.6 mM供硅浓度条件下,水稻根部δ30Si值分别为0.05‰、-0.16‰和-0.23‰,黄瓜根部δ30Si值分别为0.01‰、-0.06‰和-0.109‰,番茄根部δ30Si值分别为-0.199‰、-0.34‰和-0.39‰,三种作物根部δ30Si值均高于其地上部。且三种作物根部均存在溶解硅,溶解硅δ30Si值高于地上部。2.通过水培试验,发现植物与营养液之间会产生生物作用的硅同位素分馏效应。对于水稻而言,在0.8 mM和1.6 mM供硅浓度下,水稻整株与营养液之间硅同位素分馏系数30plant-sourca分别为-0.5 1‰和-0.70‰,表明相对重硅同位素,水稻优先吸收轻硅同位素。对于黄瓜和番茄而言,在0.08 mM、0.8 mM、1.6 mM供硅浓度条件下,黄瓜整株与营养液之间硅同位素分馏系数30εplant-source分别为-0.14‰、-0.30‰和-0.43‰,番茄整株营养液之间硅同位素分馏系数30εplant-source分别为-0.40‰、-0.43‰和-0.52‰,显示出与水稻一样,黄瓜、番茄也是优先吸收轻硅同位素。3.通过土壤盆栽试验,发现不同土壤类型对水稻体内硅同位素分馏效应影响显著。红壤、黑土、褐土上栽培的水稻体内沉淀硅与溶解硅之间硅同位素分馏系数αPre-Dis分别为0.9988、0.9978、0.9975,表明褐土上种植的水稻体内硅同位素分馏程度最大,黑土次之,红壤最小;相关性分析发现,水稻δ30Si值（叶片和整株）与土壤溶液pH值、有机质、有效硅、游离氧化铁、游离氧化铝含量之间均存在显著的相关性（P<0.01）,由于土壤游离氧化铁、游离氧化铝含量随土壤风化程度的升高而升高,表明水稻硅同位素信号可能主要受土壤溶液pH值、有机质、有效硅含量以及土壤风化程度的影响。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 植物硅营养研究进展
•     1.1.1 植物体中硅的形态、含量与分布
•     1.1.2 植物吸收硅研究进展
•   1.2 植物硅同位素研究进展
•     1.2.1 硅同位素基本概念
•     1.2.2 硅同位素分馏
•     1.2.3 植物硅同位素研究现状
•   1.3 硅生物地球化学循环
•     1.3.1 硅生物地球化学循环简述
•     1.3.2 陆地植物对硅生物地球化学循环的影响
•     1.3.3 植物硅稳定同位素在硅生物地球化学循环中的应用
•   1.4 本研究目的、意义和研究内容
•     1.4.1 研究背景与意义
•     1.4.2 研究内容
•     1.4.3 技术路线
• 第二章 水稻、黄瓜、番茄硅同位素分馏
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 试验设计
•     2.1.2 样品处理与分析
•     2.1.3 数据分析
•   2.2 结果与分析
•     2.2.1 不同供硅浓度下水稻、黄瓜、番茄干重和硅含量
•     2.2.2 不同供硅浓度下水稻、黄瓜、番茄硅同位素组成
• 30Si_shoot-root'>    2.2.3 不同供硅浓度下水稻、黄瓜、番茄硅同位素分馏系数△³⁰Si_shoot-root
• 30ε_plant-sourc'>    2.2.4 水稻、黄瓜、番茄和营养液硅同位素分馏系数³⁰ε_plant-sourc
•   2.3 讨论
•     2.3.1 水稻、黄瓜、番茄体内地上部硅同位素组成
•     2.3.2 水稻、黄瓜、番茄根部硅同位素组成
•     2.3.3 水稻、黄瓜、番茄地上部与根部硅同位素分馏
• 30ε_plant-sourc'>    2.3.4 水稻、黄瓜、番茄和营养液硅同位素分馏系数³⁰ε_plant-sourc
•     2.3.5 试验结果的应用
•   2.4 小结
• 第三章 不同土壤类型对水稻硅同位素分馏的影响
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 供试土壤
•     3.1.2 试验设计
•     3.1.3 样品处理与分析
•     3.1.4 数据分析
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 不同类型土壤上种植的水稻干重与硅积累
•     3.2.2 不同类型土壤上种植的水稻硅同位素组成
• Pre-Dis'>    3.2.3 不同类型土壤上种植的水稻硅同位素分馏系数α_Pre-Dis
•     3.2.4 水稻硅同位素特征值与土壤理化性质之间的相关性
•   3.3 讨论
•     3.3.1 不同土壤类型对水稻硅同位素分馏的影响
•     3.3.2 不同土壤类型对水稻硅同位素组成的影响
•     3.3.3 水稻硅同位素分馏的应用
•   3.4 小结
• 第四章 研究结论与展望
•   4.1 主要研究结论和总结
•     4.1.1 不同植物体内硅同位素分馏
•     4.1.2 不同植物与营养液之间硅同位素分馏
•     4.1.3 不同土壤类型对水稻硅同位素分馏的影响
•   4.2 创新点
•   4.3 不足之处与研究展望
• 参考文献
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 肖晗

导师: 吴良欢

关键词: 硅稳定同位素,同位素分馏,植物,土壤,吸收,运输

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 浙江大学

基金: 国家自然科学基金项目(31572194)

分类号: Q948.113

总页数: 77

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