[发明专利]一种植物叶片水同位素富集信号标记系统及标记方法

说明书

本发明适用环境生态领域，提供了一种植物叶片水同位素富集信号标记系统及标记方法，该系统包括空气压缩机、与空气压缩机连通的空气干燥机、与空气干燥机连通的质量流量控制器、储水罐、与储水罐连通的蠕动泵、与蠕动泵连通的气化室、与气化室和质量流量控制器连通的混合腔、与混合腔连通的植物生长室以及光源，蠕动泵从大容量储水罐中将包含预设同位素信号的液态水以预设水流速度泵送到气化室完全气化，混合腔对预设气体流速的无水分气流和气化后气态水进行混合，从而向待标记植物提供稳定的特定同位素富集信号标记气流，在光源的照射下，通过光合作用和同位素信号标记气流，实现待标记植物在特定湿度下的全株植物叶片水标记。

技术领域

本发明属于环境生态领域，尤其涉及一种植物叶片水同位素富集信号标记系统及标记方法。

背景技术

植物叶片不仅是联系亚细胞尺度生理学和宏观生态学的桥梁，同时也是植物进行碳水交换和能量流通的重要场所。植物叶片水稳定同位素富集信号(氢或氧同位素，在这里以Δ²H_叶片水或Δ¹⁸O_叶片水表示，下文以Δ_叶片水统一表示)的变化可以直接沟通叶片内部生理活动与外界环境信息的联系，因此被认为是研究气候变化及生态系统碳水循环的一个有力工具。已有的研究表明，Δ_叶片水可以通过光合、蒸腾等生理活动影响大气多个分子包括O₂、CO₂和水汽的同位素组分，从而在量化区分陆地和海洋碳固定、估测陆地生态系统总初级生产力、以及蒸散发分配等碳水研究领域发挥重要作用。另外，作为植物体重要代谢物质蔗糖、纤维素及脂类的信号前体，Δ_叶片水同时也是古气候重建、植物源性食药产品源产地溯源和植被对环境变化的响应等应用研究的关键指标。

上述多项环境生态类研究或应用的一个共性研究目标是致力于阐明Δ_叶片水与其所标记的下游分子的同位素信号间的定量关系。譬如，生态系统研究人员希望获取Δ_叶片水与光合期间CO₂氧同位素信号间的关系，以便完善同位素方法精确估算生态系统生产力；同位素产地溯源方法的开发者希望了解Δ_叶片水怎样影响植物结构性物质，如纤维素(纤维素是一大类植物源性食药产品如冬虫夏草、人参、藏红花、茶叶等的重要成分)的同位素信号，从而夯实同位素产地溯源的理论基础。为实现此类研究目的，研究者往往需要通过实验手段获取目标植物一系列的、信号特定并且长期稳定的Δ_叶片水值，并在此基础上通过使用回归分析等统计学手段量化Δ_叶片水与目标分子同位素信号的关系。从理论上说，所获得的Δ_叶片水应该尽量形成范围宽广的“梯度”，“梯度”范围越宽广，则基于回归分析所获得的同位素信号间的定量关系越准确。

然而，创建稳定而且范围足够宽广的Δ_叶片水信号“梯度”是一个世界级的难题。这是因为Δ_叶片水受相对湿度(RH)、水汽氢或氧同位素比率(Δ_v)、气孔导度等多个环境或生理因子的影响，而任意一个环境因子的变化都可导致Δ_叶片水发生变化。参考Craig-Gordon模型：

Δ_叶片水＝ε⁺+ε_k+(Δ_v-ε_k)×RH

其中，ε⁺为液态水与水汽之间平衡分馏系数，ε_k为动力分馏系数。