CN111044687A - 一种田间原位标记c3作物光合碳的装置及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种田间原位标记C3作物光合碳的装置及应用，包括用于放置待标记植物体的长方体罩，所述长方体罩一面直接接地；用于提供生成和释放二氧化碳场所的可拆卸圆柱体，位于所述长方体罩顶盖中间；以及风扇，设置于所述长方体罩内部，长方体罩内壁还可以设置温度计。本发明提供的田间原位标记C3作物光合碳的装置，材料容易获取，安装和拆卸方便，罩体尺寸和内部配置可根据具体田间实验进行个性化调整。
Description
技术领域
本发明涉及同位素标记技术领域，特别是涉及一种田间原位标记C3作物光合碳的装置及应用。
背景技术
植物光合作用是陆地和大气间碳循环的驱动力，通过光合作用合成的非结构性碳水化合物，经由植物韧皮部输送到地下部，以根际沉积物形式释放到土壤中，这部分输送到土壤中的光合碳不仅是土壤有机碳的主要来源，同时还是土壤微生物的养分和能量来源。目前国内外学者进行光合碳相关研究所采取的主流方法是应用13C同位素标记技术对地上作物进行脉冲标记，然后通过质谱仪测定植物各器官、组织中的13C含量，进而量化分析光合碳所占比例以及同化产物的分布与转运等动态规律。但是现有设备多用于室内或温室条件，与植物实际生长环境有所差异，容易导致结果偏差，因此提供一种针对田间原位条件下标记C3作物光合碳的装置及其应用至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种田间原位标记C3作物光合碳的装置，以解决上述现有技术存在的问题，使实验装置在田间条件下安装方便，试验结束后拆卸也方便，还可根据具体实验作物和研究内容进行尺寸和内部配件的个性化调整。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明的目的是提供一种田间原位标记C3作物光合碳的装置，以解决上述现有技术存在的问题，使实验装置在田间条件下安装方便，试验结束后拆卸也方便，还可根据具体实验作物和研究内容进行尺寸和内部配件的个性化调整。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种田间原位标记C3作物光合碳的装置，包括：
用于放置待标记植物体的长方体罩，所述长方体罩一面直接接地；
用于通入二氧化碳的可拆卸的圆柱体，位于所述长方体罩顶盖中间；
风扇，设置于所述长方体罩内部，用于搅匀罩体内部空气。
进一步地，所述长方体罩由透明有机玻璃板制成。
进一步地，所述长方体罩接地的一面没有安装透明有机玻璃。所述长方体罩的长、宽和高优选分别是1.2m、1.4m和0.7m，罩体尺寸还可根据具体的田间C3作物高矮进行个性化调整。
进一步地，所述长方体罩两侧面安装有把手，便于罩体搬运和田间使用时调整罩体位置。
进一步地，所述可拆卸的圆柱体上部设置有外螺纹和胶皮垫，便于和罩体的顶面(和地面平行的面，也配有螺纹)连接，中间开设胶皮孔，胶皮孔优选直径1.5cm左右，便于注射器注射药品，注射器拔出后胶皮孔会自动密合，圆柱体螺口、胶皮垫和胶皮孔的设置是为了保证罩体的气密性。圆柱体侧面设置有挥发孔，圆柱体下底中间有圆形凹陷，所述圆形凹陷便于放置小烧杯或三角瓶等，圆柱体下底圆形凹陷的圆心与圆柱体上部的胶皮孔圆心在同一条直线上。
进一步地，所述长方体罩内壁还设置温度计，用于实时观测罩内温度。
本发明还提供所述的田间原位标记C3作物光合碳的装置的应用，包括以下步骤：
将长方体罩罩在田间C3作物上，罩体深入土层，然后将含有13C的同位素药品放入圆柱体下底圆形凹陷处的小烧杯或三角瓶中，将圆柱体放进长方体罩内，拧紧螺口，接通风扇电源，使其处于工作状态，待罩体内原有的12CO2气体被C3作物吸收后，用注射器通过圆柱体上部的胶皮孔对准小烧杯或三角瓶注射硫酸，此时烧杯内的Na2 13CO3和硫酸反应陆续产生的13CO2气体会通过圆柱体侧壁挥发孔布满罩体的整个空间，电风扇的搅匀作用可进一步促使箱体内均匀布满13CO2气体，C3作物通过光合作用吸收13CO2，根据具体的实验目的，设置标记应持续的时间，完成田间条件下的标记实验。
本发明在执行国家自然科学基金项目(41271261，大豆光合碳在黑土中转化的微生物分子生态特征)时利用该装置在大豆花期每天进行了6-8个小时标记，标记10天后取样，后续实验可检测到在作物地上部分(茎和叶)、根、土壤以及土壤微生物中都有13C分布，13C浓度也满足后续实验的要求，证明在田间利用本装置进行标记实验的可行性，可根据具体作物和实验目的调整每天的标记时间和标记总天数。
进一步地，所述深入土壤≥2cm，以确保长方体罩内的密闭性。
进一步地，拧紧螺口后用胶带把螺口与罩体连接的地方再次密封，确保长方体罩密闭性。
进一步地，含有13C的同位素药品优选Na2 13CO3。
本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种针对田间原位条件下标记C3作物光合碳的装置，在植物的固有生长环境下对植物进行标记和测量，不需要挪动植物，不会对植物造成伤害，有效的避免了人为因素造成的误差，可以最大限度的还原植物的实际生长过程，有利于提高实验结果的准确性。本发明材料容易获取，材料透光性好，对植物光合作用影响较小；装置安装和拆卸方便，易于携带，方便野外操作；罩体尺寸可依据植株的大小来进行调整，内部各部件亦可根据具体实验的要求进行配置，使实验操作更具有可操作性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述田间原位标记C3作物光合碳的装置的俯视结构示意图，其中1为风扇，3为胶皮孔，4为胶皮垫，6为圆柱体；
图2为本发明所述田间原位标记C3作物光合碳的装置的右视结构示意图，其中1为风扇，5为挥发孔，6为圆柱体，7为温度计，8为把手；
图3为本发明所述田间原位标记C3作物光合碳的装置的主视结构示意图，其中，1为风扇，6为圆柱体，7为温度计，8为把手；
图4为本发明所述田间原位标记C3作物光合碳的装置中可拆卸圆柱体的结构示意图，其中6为圆柱体，5为挥发孔，9为圆形凹陷，10为外螺纹。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明所述C3作物也叫碳三植物或者三碳植物，光合作用中同化二氧化碳的最初产物是三碳化合物3－磷酸甘油酸。C3作物是一类光呼吸高，二氧化碳补偿点高，而光合效率低的作物，如小麦、水稻、大豆、棉花等大多数作物。
以下结合附图对本发明作进一步描述，如附图1-附图4所示，本实施例提供一种田间原位标记C3作物光合碳的装置，包括用于放置待标记植物体的长方体罩，所述长方体罩一面直接接地；用于通入二氧化碳的可拆卸的圆柱体6，位于所述长方体罩顶盖中间；风扇1，设置于所述长方体罩内部，用于搅匀罩体内部空气。本实施例的罩为长方体，实际应用中也可以是正方体或者其他形状，本实施例中的罩为透明的有机玻璃板/亚克力板/PC板，其他透光性好，利于植物进行光合作用的材料也可，所述长方体罩接地的一面没有安装透明有机玻璃板/亚克力板/PC板。所述长方体罩的长、宽和高优选分别是1.2m、1.4m和0.7m，罩体尺寸还可根据具体的田间C3作物高矮进行个性化调整，所述长方体罩两侧面安装有把手8，便于罩体搬运和田间使用时调整罩体位置。所述可拆卸的圆柱体6上部设置有螺口10和胶皮垫4，便于和罩体的顶面(罩体和地面平行的面，也配有螺纹)连接，胶皮垫4中间开设胶皮孔3，胶皮孔3优选直径1.5cm左右，便于注射器注射药品，注射器拔出后胶皮孔3会自动密合，圆柱体螺口10、胶皮垫4和胶皮孔3的设置是为了保证罩体的气密性，避免罩体与外界的气体交换，从而避免碳同位素原料损失和箱体外12CO2进入箱体干扰实验。圆柱体侧面均匀设置有挥发孔5，圆柱体6下底中间有圆形凹陷9，所述圆形凹陷9便于放置小烧杯或三角瓶等，圆柱体下底圆形凹陷9的圆心与位于圆柱体上部胶皮垫4中间开设的胶皮孔3圆心在同一条直线上。所述长方体罩内壁还设置温度计7，用于实时观测罩内温度。应用时，将长方体罩罩在田间C3作物上，罩体可深入土壤2-4cm或更深土层，以确保罩体的密闭性，然后将实验所需的Na2 13CO3或其他含有13C的同位素药品放入三角瓶或小烧杯，置于圆柱体底盖上，放进罩体内，拧紧螺口，也可在拧紧螺口后用透明胶带把螺口与罩体连接的地方缠绕两圈，确保罩体密闭性。待罩体内原有的12CO2气体被C3作物吸收后，用注射器通过圆柱体顶盖的胶皮孔向小烧杯中注射硫酸，注射硫酸的量根据烧杯中Na2 13CO3的加入量按照标记时间和箱体大小计算确定，此为本领域熟知的公知常识，在此不做赘述；加入硫酸后，烧杯内的Na2 13CO3会和硫酸反应产生13CO2气体，通过电风扇的搅匀作用，13CO2会通过挥发孔均匀布满罩体的整个空间，C3作物通过光合作用吸收13CO2，完成田间条件下的标记实验。
本发明在执行国家自然科学基金项目(41271261，大豆光合碳在黑土中转化的微生物分子生态特征)时利用该装置在大豆花期每天进行了6-8个小时标记，标记10天后取样，后续实验可检测到在作物地上部分(茎和叶)、根、土壤以及土壤微生物中都有13C分布，13C浓度也满足后续实验的要求，证明在田间利用本装置进行标记实验的可行性，可根据具体作物和实验目的调整每天的标记时间和标记总天数。
该装置设置结构简单，操作方便，材料容易获取，安装和拆卸方便，罩体尺寸和内部配置可根据具体田间实验进行个性化调整，具有较高的实用性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、
“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种田间原位标记C3作物光合碳的装置，其特征在于，包括：
用于放置待标记植物体的长方体罩，所述长方体罩一面直接接地；
用于提供和生成二氧化碳场所的可拆卸圆柱体，位于所述长方体罩顶盖中间；
风扇，设置于所述长方体罩内部。
2.根据权利要求1所述的一种田间原位标记C3作物光合碳的装置，其特征在于，所述长方体罩边框为铝合金材质，其余各面由透光性能好的有机玻璃板/亚克力板/PC板制成。
3.根据权利要求2所述的一种田间原位标记C3作物光合碳的装置，其特征在于，所述长方体罩接地的一面没有安装透光性能好的有机玻璃/亚克力板/PC板。
4.根据权利要求2所述的一种田间原位标记C3作物光合碳的装置，其特征在于，所述长方体罩两侧面安装有把手。
5.根据权利要求1所述的一种田间原位标记C3作物光合碳的装置，其特征在于，所述可拆卸的圆柱体上部设置有外螺纹和胶皮垫，胶皮垫中间开设胶皮孔，圆柱体侧面开设有挥发孔，圆柱体下底中间有圆形凹陷，圆柱体下底圆形凹陷的圆心与圆柱体上部的胶皮孔圆心在同一条直线上。
6.根据权利要求1所述的一种田间原位标记C3作物光合碳的装置，其特征在于，所述长方体罩内壁还设置温度计。
7.一种权利要求1-6任一项所述的田间原位标记C3作物光合碳的装置的应用，其特征在于，包括以下步骤：
将长方体罩罩在田间C3作物上，罩体深入土层，然后将含有13C的同位素药品放入圆柱体下底圆形凹陷处的小烧杯或三角瓶中，将圆柱体放进长方体罩内，拧紧螺口，接通风扇电源，使其处于工作状态，待罩体内原有的12CO2气体被C3作物吸收后，用注射器通过圆柱体上部的胶皮孔对准小烧杯或三角瓶注射硫酸，此时烧杯内的Na2 13CO3和硫酸反应陆续产生的13CO2气体会通过圆柱体侧壁挥发孔布满罩体的整个空间，电风扇的搅匀作用可进一步促使箱体内均匀布满13CO2气体，C3作物通过光合作用吸收13CO2，根据具体的实验目的，设置标记应持续的时间，完成田间条件下的标记实验。前期我们在执行国家自然科学基金项目(41271261，大豆光合碳在黑土中转化的微生物分子生态特征)时利用该装置在大豆花期每天进行了6-8个小时标记，标记10天后取样，后续实验可检测到在作物地上部分(茎和叶)、根、土壤以及土壤微生物中都有13C分布，13C浓度也满足我们后续实验的要求，证明在田间利用本装置进行标记实验的可行性，可根据具体作物和实验目的调整每天的标记时间和标记总天数。
8.根据权利要求7所述的田间原位标记C3作物光合碳的装置的应用，其特征在于，所述深入土壤≥2cm。
9.根据权利要求1所述的田间原位标记C3作物光合碳的装置的应用，其特征在于，拧紧螺口后用胶带把螺口与罩体连接的地方再次密封。
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