植物碳同位素标记的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种植物碳同位素标记的方法及装置，将种子播种于装在土壤的栽培盘中，将栽培盘置于密闭标记箱中。在密闭条件下加入碳－１４或碳－１３标记的碳酸纳与盐酸溶液于反应槽中，反应产生二氧化碳供植物光合作用。箱内采用电风扇混匀二氧化碳，用日光灯补充光照，以冷却管降低温度和湿度。通过输液瓶向栽培盘中补充水分。栽培结束后取出植株，得到碳－１４或碳－１３标记的植物。该发明专利技术方法操作方便、安全，可防止碳同位素标记的二氧化碳外逸，提高了碳同位素原料的利用率，适合于对各种植物进行碳同位素标记，特别是木本植物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及同位素示踪
，更具体涉及一种植物碳同位素标记的方法，同时还涉及植物碳同位素标记的装置。本专利技术适合于高等院校和科研单位的研究人员对植物进行碳-14或碳-13同位素标记和示踪研究中应用。
技术介绍
同位素示踪技术由于其高度的灵敏性，被称为继显微镜技术专利技术后的又一大专利技术，在生物学科各领域的研究中已被广泛应用。在土壤学研究中，土壤有机质不仅是土壤肥力重要的物质基础，而且对于保持土壤团聚结构和保水通气性能具有重要作用，研究土壤有机碳的循环与积累的研究对于保持土壤肥力和农业可持续发展具有重要的意义。同时土壤有机质的积累与分解和矿化对于大气“温室气体”起着关键的调控作用，近20年来研究土壤碳循环已成为土壤学热点问题之一。采用碳-14或碳-13示踪技术是研究植物残体在土壤中分解和转化动力学以及植物根系分泌的有机碳量输入土壤的关键手段，对于了解土壤有机质循环和积累以及为建立土壤有机质计算机模拟模型提供参数方面具有重要的作用。而植物碳同位素标记和示踪技术是上述研究的基础。由于通常只有气体状态的碳-14或碳-13标记的二氧化碳才能被植物吸收和利用，而且二种碳同位素价格均很贵，在进行标记时既要保证植物正常生长，又要严格密闭防止碳同位素标记的二氧化碳外逸，特别是由于碳-14标记的二氧化碳具有放射性。因此，建立合适的植物碳同位素标记的方法和装置是非常重要的。二十世纪六十年代英国土壤学家Jenkinson设计了一种生产碳-14同位素标记的植物的装置，但较为复杂，不便于操作，而且箱内压力控制方法存在缺陷，特别是在进行标记时加入盐酸与碳-14标记的碳酸氢钠时，因反应剧烈难于保证防止泄漏。此外该装置由于采用液体培养方法进行植物生产，不仅易滋生藻类等非目标生物，而且与土壤中生长的植物可能存在差异，有些木本植物甚至很难在液体培养液中正常生长；且该方法也不适合用于研究植物根系分泌的有机物碳量。在国内很多研究者通常采用间歇标记法，即采用土壤盆栽的植物在自然空气环境条件下进行生长，每隔一定时期将植物移入标记箱中进行碳同位素标记一天，该方法也存在难于严格控制标记的二氧化碳气体的泄漏，也同样不适合用于研究植物根系分泌有机碳量，且标记的植物材料中物质间碳同位素的标记强度不均一，不适合用于研究标记植物的有机碳在土壤中的分解和转化。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供一种植物碳同位素标记的方法，该方法简便，易于操作，实用性广，对植物进行碳同位素标记和研究植物根系向土壤输入碳量。本专利技术的另一个目的是在于提供一种碳同位素标记植物的装置，该装置结构简单，成本低，易于制作，使用操作简便，标记过程完全密闭，严格控制了碳-14或碳-13标记的二氧化碳泄漏，提高了碳-14或碳-13同位素材料的利用率，采用土壤栽培适合于各种植物的碳同位素标记和示踪。为了实现上述目的，本专利技术的植物碳同位素标记的方法，包括下列步骤A、在栽培盘中加入13-15公斤过2毫米孔径筛的新鲜土壤，在土壤中喷施硫酸铵、磷酸二氢钠和氯化钾营养液，将已发芽的种子播种于栽培盘土壤中，根据植物种类调节土壤含水量至饱和持水量的55％-105％，在23-27℃使小苗生长2-3天。B、将栽培盘置于标记箱内底板上，在箱门和箱壁连接处涂一层高温真空硅脂，拧紧穿过箱壁和箱门的所有螺丝，密闭箱门。关闭箱体左边吸附瓶二端的阀门，打开箱体右边吸附瓶二端的阀门，开启真空泵抽真空，使箱体内真空度到达-0.01至-0.02Mpa；关闭吸附瓶二端的阀门，关闭真空泵；24小时后压力计上负压力没有变化，表明箱体密闭性良好。C、在密闭条件下缓慢加入碳-14(或碳-13)标记的碳酸纳溶液与盐酸溶液于反应槽中，反应产生碳-14(或碳-13)标记的二氧化碳供植物进行光合作用生长。D、箱体内采用电风扇混匀产生的二氧化碳。用日光灯补充光照。采用冷却水流经冷却管降低箱内温度至24-26℃，降低箱体内空气相对湿度至65％-75％。通过输液瓶向栽培盘中补充水或硫酸铵、磷酸二氢钠和氯化钾营养液。反应槽中的反应残液通过残液排出管排出箱外，箱内冷凝水通过冷凝水排出管排出箱外。E、栽培结束时，残留箱内的碳-14(或碳-13)标记的二氧化碳采用真空泵抽气使其通过吸附瓶时吸附于氢氧化钠溶液中。然后打开箱门，完整地取出植株，经洗净、杀青、烘干后得到碳-14(或碳-13)标记的植物。实现上述标记的方法，必须依靠本专利技术的装置才能完成，该装置包括一个密闭的聚乙烯板制成的箱体置于木质箱架上。箱体左右二边各设一个圆型箱门，箱门通过穿过箱壁和箱门的16-18个螺丝固定在箱壁上。箱顶内壁安装2-4根日光灯，日光灯电源线穿过箱壁至箱外，再通过开关与电源相连。箱体左右二边内壁各安装一个电风扇，电风扇电源线穿过箱壁至箱外，在通过开关与电源相连。箱体左右二边内壁各安装一个总长为1-1.5米的铜质蛇型冷却管，冷却管二端穿过箱壁，再通过阀门分别与冷却水进水管和排水管连接。箱内底板上放置3-4个栽培盘。箱内底板左边放置一个反应槽，反应槽底部安装一根反应残液排出管，残液排出管穿过反应槽壁和箱壁至箱外，再与阀门连接。箱体右边底部安装一根冷凝水排出管，冷凝水排出管穿过箱壁至箱外，再与阀门连接。箱体左边安装3-4个装有氢氧化钠溶液的吸附瓶，吸附瓶之间用橡胶管连接；吸附瓶一端通过橡胶管连接阀门，再通过橡胶管穿过箱壁与箱内连通，吸附瓶另一端通过橡胶管连接阀门，再与大气连通。箱体右边也安装3-4装有氢氧化钠溶液的吸附瓶，吸附瓶之间也用橡胶管连接，吸附瓶一端通过橡胶管连接阀门，再通过橡胶管穿过箱壁与箱内连通，吸附瓶另一端通过橡胶管连接阀门，再与无油真空泵连接。箱体正面外壁左边分别固定一个盐酸输液瓶和一个碳-14或碳-13标记的碳酸溶液输液瓶，输液瓶下端分别连接一根带压阀开关的塑料输液管，输液管下端分别穿过箱壁进入箱内，然后置于反应槽中。箱体正面外壁右边固定3-4个营养液输液瓶，输液瓶下端分别连接一根带压阀开关的塑料输液管，输液管下端穿过箱壁进入箱内，再置于栽培盘中。箱体左边壁上安装一根温度计，温度计探头穿过箱壁置于箱内空气中。箱体左边壁外安装一个弯管式压力计，压力计一端穿过箱壁与箱内连通，另一端置于箱外与大气连通，弯管压力计内加入液体石蜡。整个箱体严格密闭，穿过箱壁所有管道周围用玻璃胶密封。本专利技术具有以下优点1.在密闭条件下缓慢加入碳-14(或碳-13)标记的碳酸纳溶液与盐酸溶液于反应槽，可防止反应过于剧烈，产生的碳-14或碳-13标记的二氧化碳没有任何外逸损失；2.整个栽培期中植物都在密闭箱内生长，不仅提高了碳-14(或碳-13)同位素原料的利用效率，且标记的植物中碳同位素具有很好的均一性；3.采用土壤栽培比用液体栽培更适合于各种植物的生产，特别是木本植物，且生长的植物更接近自然条件栽培的植物4.采用冷却管不仅可降低箱温度，而且可降低箱内由于密闭带来的高湿度，同时采用日光灯补充光照，这样更有利于植物正常生长；5.箱内安装了风扇，使空气流动保证了箱内空气中碳-14(或碳-13)标记的二氧化碳均匀，使植株间碳同位素的标记强度相同；6.箱内按装了温度计和压力计，有利于随时了解箱内温度和压力并对其进行调控7.该装置结构简单、成本低，操作方法简便、安全；8.实用性广，不仅适合于直接对植物进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物碳同位素标记的方法，其特征在于：它包括下列步骤：Ａ、在栽培盘中加入新鲜土壤，在土壤中喷施硫酸铵、磷酸二氢钠和氯化钾营养液，将已发芽的种子播种于栽培盘土壤中，调节土壤含水量，在２３－２７℃使小苗生长２－３天；Ｂ、将栽培盘置于标记箱内底板上，在箱门和箱壁连接处涂一层高温真空硅脂，拧紧穿过箱壁和箱门的螺丝，密闭箱门，关闭箱体左边吸附瓶二端的阀门，打开箱体右边吸附瓶二端的阀门，开启真空泵抽真空，使箱体内真空度到达－０．０１至－０．０２Ｍｐａ，关闭吸附瓶二端的阀门，关闭真空泵；Ｃ、在密闭条件下加入碳－１４或碳－１３标记的碳酸纳溶液与盐酸溶液于反应槽中，反应产生碳－１４标记的二氧化碳供植物进行光合作用生长；Ｄ、箱体内采用电风扇混匀产生的二氧化碳，用日光灯补充光照，采用冷却水流经冷却管降低箱内温度至２４－２６℃，降低箱体内空气相对湿度至６５％－７５％，通过输液瓶向栽培盘中补充水或硫酸铵、磷酸二氢钠和氯化钾营养液，反应槽中的反应残液通过残液排出管排出箱外，箱内冷凝水通过冷凝水排出管排出箱外；Ｅ、栽培结束时，残留箱内的碳－１４标记的二氧化碳采用真空泵抽气使其通过吸附瓶时吸附于氢氧化钠溶液中，然后打开箱门，取出植株，经洗净、杀青、烘干后得到碳－１４标记的植物。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖和艾，吴金水，李玲，唐国勇，
申请(专利权)人：中国科学院亚热带农业生态研究所，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]