不同吸矽類型植物矽同位素分餾機理及其套用

《不同吸矽類型植物矽同位素分餾機理及其套用》是依託浙江大學，由吳良歡擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：不同吸矽類型植物矽同位素分餾機理及其套用
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：吳良歡
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目擬採用對矽吸收利用具有不同特點的典型植物，即喜矽單子葉植物竹子、水稻、玉米以及不喜矽雙子葉植物黃瓜、冬瓜、番茄為研究材料，通過野外調查和實驗室培養兩種方式，調查環境-植物體系以及植物各自器官間和組織傷流液中的矽穩定同位素分布規律，建立植物矽同位素分餾模型。同時根據上述兩類植物在生長過程中可能存在的矽同位素分餾差異，結合植物矽營養特徵，探討造成不同物種對矽吸收和利用差異的內在機制。本項目不僅首次系統研究高等植物矽同位素分餾規律和分餾機理，而且對了解植物吸收和利用矽的內在機制，探討矽在植物體內的生理生化作用具有重要的理論意義，並可為利用矽同位素信息研究土壤-植物體系和全球矽生物地球化學循環提供寶貴的基礎實驗數據，同時也對利用矽、碳、氧、氮等多重同位素信息在植物生理和生態研究中的同步分析具有較高的科學價值，對矽肥研製、生產和合理施用也具有重要的實踐指導意義。

結題摘要

本項目採用對矽吸收利用具有不同特點的典型植物，即喜矽單子葉植物水稻、中度喜矽的禾本科植物玉米和不喜矽雙子葉植物黃瓜、冬瓜、番茄作為試驗材料，通過野外調查和實驗室培養兩種方式，對野外多點採集的玉米、黃瓜、冬瓜、番茄植株各器官矽含量和矽同位素組成，以及生長環境、土壤矽含量對植物矽同位素分餾的影響做了研究，發現不同器官的矽含量以及δ30Si值都滿足“末端分布規律”，即從下部器官到上部器官逐漸增加的趨勢，喜矽植物各器官中的矽含量及δ30Si值均大於不喜矽植物，且各器官之間差異顯著；喜矽植物玉米葉片中矽含量最高，種子中矽含量最低，其原因可能是大量矽以沉澱矽形態積累在莖葉中，導致其向生殖器官的轉移受到抑制，而種子的δ30Si值卻是最高的，其原因可能是植物根部優先吸收輕矽同位素，而大部分重矽同位素積累在種子中；喜矽植物不同器官之間的矽含量以及δ30Si值均受生長環境、土壤中有效矽含量影響，差異顯著。對不同矽濃度條件下的水稻、黃瓜營養液和植株樣品以及莖部傷流液中的矽含量及其同位素組成作了研究，發現水稻和黃瓜各器官中矽含量隨矽濃度增加而升高，在高濃度處理中顯著高於中、低濃度處理；在低濃度供矽條件下，水稻和黃瓜木質部中矽含量高於外界矽濃度，對矽的吸收均以主動吸收方式為主，而在高濃度供矽條件下，水稻和黃瓜木質部中矽含量低於或接近外界矽濃度，可能存在被動質流、擴散等吸收方式；隨著供矽濃度的提高，水稻營養液和根部中的δ30Si值逐漸升高，但地上部的δ30Si值逐漸降低：而黃瓜隨著供矽濃度的提高，營養液的δ30Si值逐漸降低，但根部和地上部的δ30Si值均逐漸升高。由此可知，被動吸矽型植物黃瓜營養液和地上部δ30Si值變化趨勢與主動吸矽型植物水稻相反，但根部與水稻變化規律一致，且主動吸矽型植物δ30Si值分餾變化範圍大於被動吸矽型植物，二者均符契約位素動力學分餾理論。以正常水稻為對照，對矽吸收採用低溫和代謝抑制劑處理水稻在植株與環境、以及植株內部不同組織間的矽同位素分餾差異作了探討，發現低溫和代謝抑制劑均能減少水稻對矽的吸收，植株地上部矽含量和δ30Si值明顯降低，但是仍然存在矽的吸收和轉運。由於低溫和代謝抑制劑主要抑制水稻對矽的主動吸收，本試驗結果表明，喜矽型植物水稻可能同時存在主動和被動二種吸矽方式，而後者利於輕矽同位素吸收。