植物-土壤體系矽同位素分餾規律及其調控

《植物-土壤體系矽同位素分餾規律及其調控》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：植物-土壤體系矽同位素分餾規律及其調控
• 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

迄今人們對高等植物的矽同位素分餾已有共識，但對植物與其生長環境之間矽同位素分餾及其影響因素尚未清楚。本項目擬採用對矽吸收利用具有不同特點的典型植物，即喜矽單子葉植物水稻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有菌、無菌培養兩種方式，結合已有的研究結果，進一步深入探討不同土壤類型和生物因素對植物-土壤體系矽同位素分餾係數的影響，闡述環境因子對植物-土壤矽同位素分餾的調控機制。本項目不僅首次系統研究多個環境因子對高等植物矽同位素分餾規律和分餾機理的影響，而且首次嘗試從生物因素的角度揭示不同環境因子對植物矽同位素分餾的內在調控機理，這有利於全面闡述不同的外界環境條件對矽同位素分餾的本質影響，並可為研究植物-土壤體系和全球矽生物地球化學循環提供更多的科學依據。

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、中度喜矽單子葉植物玉米，中間型雙子葉植物黃瓜和拒矽番茄為材料，通過盆栽試驗和水培試驗，對收穫後的水稻、玉米、黃瓜、番茄植株各器官矽含量和矽同位素組成做了研究。研究發現，種植在不同土壤上的水稻地上部的矽含量以及δ30Si均表現出從下部器官到上部器官逐漸上升的趨勢。不同類型土壤對水稻矽同位素分餾效應具有顯著影響。相關性分析表明，水稻整株δ30Si值以及葉片δ30Si值與土壤pH值、有機質含量、有效矽含量之間呈現出極顯著的正相關關係（P＜0.01），與游離氧化鐵含量、游離氧化鋁含量之間呈現出極顯著的負相關關係（P＜0.01），其中土壤游離氧化鐵、游離氧化鋁含量隨著土壤風化程度的增加而升高，因此水稻矽同位素組成可能主要受土壤pH值、有機質含量、有效矽含量以及土壤風化程度的影響。對吸矽有缺陷的突變體（lsi1，lsi2）及其相對應的野生型（Lsi1，Lsi2）不同器官的矽含量和矽同位素組成做了研究。研究發現，在野生型水稻和突變體水稻中，矽含量最低的部位均為籽粒，在野生型水稻中，矽含量最高的部位是地上部，而在突變體水稻中最高的部位是根部。Lsi1、lsi1、Lsi2、lsi2整株水稻相比較土壤水溶矽來說存在30Si虧缺，說明水稻優先吸收輕矽同位素。經典同位素化學理論表明，當植物以載體蛋白的方式吸收矽時，會導致重矽同位素優先進入植物體內，當植物以通道運輸（Lsi1）和質子泵（Lsi2）的方式吸收矽時，會導致輕矽同位素優先進入植物體內，這個理論很好的解釋了野生型水稻相比於水稻突變體更加喜好輕矽的現象。在不同供矽濃度下對不同吸矽作物水稻、黃瓜、番茄進行了植物矽同位素分餾對外界供矽濃度的回響研究。研究發現，在不同供矽條件下，水稻和黃瓜根系細胞液矽含量高於外界營養液矽含量，番茄根系細胞液矽含量低於或者接近於外界營養液矽含量，表明水稻和黃瓜在不同供矽條件下矽的主動吸收占優勢地位，而番茄在不同供矽條件下矽的被動吸收占主導地位。