連續(xù)量化標(biāo)記植物的裝置和方法
【專利摘要】一種聯(lián)合13C-CO2與15N-KNO3連續(xù)量化標(biāo)記植物的裝置，由植物同化室、植物盆栽系統(tǒng)、13C-CO2豐度控制系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、大氣壓力控制系統(tǒng)組成。本發(fā)明還公開了利用上述裝置進(jìn)行連續(xù)量化標(biāo)記植物的方法。本發(fā)明通過13C-CO2豐度控制系統(tǒng)對植物進(jìn)行連續(xù)13C標(biāo)記，通過滴灌系統(tǒng)對植物進(jìn)行連續(xù)15N標(biāo)記，通過溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)與大氣壓力控制系統(tǒng)，可以使得植物同化室內(nèi)部溫度、濕度與大氣壓力在同位素標(biāo)記的過程中處于穩(wěn)定水平。本發(fā)明不僅能夠在植物整個生育期內(nèi)對植物進(jìn)行連續(xù)標(biāo)記，而且能夠?qū)崿F(xiàn)13C和15N兩種穩(wěn)定同位素的同時標(biāo)記。
【專利說明】連續(xù)量化標(biāo)記植物的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種連續(xù)量化標(biāo)記植物的裝置，更具體地涉及一種聯(lián)合13C-CO2與15N-KNO3連續(xù)量化標(biāo)記植物的裝置。
[0002]本發(fā)明還涉及利用上述裝置進(jìn)行連續(xù)量化標(biāo)記植物的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]土壤-植物-大氣連續(xù)體中物質(zhì)和能量的交換及信息傳遞過程是陸地生態(tài)系統(tǒng)過程的核心內(nèi)容，其中的碳與氮循環(huán)已成為最近十幾年來全球變化研究的熱點。穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)是定量研究土壤-植物-大氣連續(xù)體中碳與氮循環(huán)的重要手段，聯(lián)合13C和15N同位素標(biāo)記技術(shù)可以為研究土壤-植物-大氣中碳氮過程耦合機(jī)制提供十分有價值的信息。穩(wěn)定同位素標(biāo)記技術(shù)包括脈沖標(biāo)記和連續(xù)標(biāo)記。脈沖標(biāo)記技術(shù)較容易掌握，設(shè)備要求低、費(fèi)用低，因此目前被應(yīng)用的較為廣泛。
[0004]然而，脈沖標(biāo)記技術(shù)由于是一次性加入高豐度的同位素，標(biāo)記只持續(xù)數(shù)小時，因此只能示蹤短時間內(nèi)物質(zhì)在土壤-植物-大氣體系中的遷移轉(zhuǎn)化情況，而無法提供植物整個生育期內(nèi)的全部信息。另外，脈沖標(biāo)記技術(shù)無法使得同位素在土壤-植物-大氣整個體系中具有均勻的分布，而且無法區(qū)分不同生物標(biāo)志化合物之間同位素組成的差異。
[0005]連續(xù)標(biāo)記技術(shù)則是在植物生長某個生育時期，甚至整個生育時期內(nèi)，對植物進(jìn)行不間斷標(biāo)記的一種方法，它可以追蹤不同生育時期物質(zhì)在土壤-植物-大氣體系中的分配、遷移與轉(zhuǎn)化的動態(tài)過程，此外，聯(lián)合多種同位素的連續(xù)標(biāo)記技術(shù)還可以在微觀分子的水平上揭示陸地生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)的循環(huán)過程。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種聯(lián)合13C-CO2與15N-KNO3連續(xù)量化標(biāo)記植物的裝置。
[0007]本發(fā)明的又一目的是提供一種利用上述裝置進(jìn)行連續(xù)量化標(biāo)記植物的方法。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的聯(lián)合13C-CO2與15N-KNO3連續(xù)量化標(biāo)記植物的裝置，主要由植物同化室、植物盆栽系統(tǒng)、13C-CO2豐度控制系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)以及大氣壓力控制系統(tǒng)組成；其中:
[0009]植物同化室為一密封的箱體，內(nèi)部安放有植物盆栽系統(tǒng)，植物盆栽系統(tǒng)由栽種在盆中的植株組成；
[0010]植物盆栽系統(tǒng)中栽種植株的盆置于隔板形成的封閉空間內(nèi)，封閉空間內(nèi)部設(shè)有盛放堿溶液的第一容器，用于吸收植株根系產(chǎn)生的CO2 ;封閉空間內(nèi)通過導(dǎo)管連接盛放堿溶液的第二容器，盛放堿溶液的第二容器與大氣相通，過濾大氣中的CO2 ;封閉空間內(nèi)的土壤通過蠕動泵連接15N-KNO3溶液的第四容器；
[0011]植物同化室內(nèi)通過第一電磁閥與外部的13C-CO2高壓氣瓶和數(shù)據(jù)采集控制器相連接，數(shù)據(jù)采集控制器分別與CO2分析器和計算機(jī)相連接；由13C-CO2高壓氣瓶、CO2分析器、數(shù)據(jù)采集控制器和計算機(jī)組成13C-CO2豐度控制系統(tǒng)；
[0012]植物同化室內(nèi)通過第二電磁閥分別與外部盛放堿溶液的第三容器和數(shù)據(jù)采集控制器相連接，盛放堿溶液的第三容器與空氣高壓氣瓶相連接；由空氣高壓氣瓶、大氣壓力感應(yīng)器、數(shù)據(jù)采集控制器和計算機(jī)組成大氣壓力控制系統(tǒng)；
[0013]植物同化室內(nèi)設(shè)置有連接至數(shù)據(jù)采集控制器和CO2分析器的風(fēng)扇、溫度感應(yīng)器、濕度感應(yīng)器、大氣壓力感應(yīng)器和除濕器；由風(fēng)扇、溫度感應(yīng)器、數(shù)據(jù)采集控制器和計算機(jī)組成溫度控制系統(tǒng)；由濕度感應(yīng)器、除濕器、數(shù)據(jù)采集控制器和計算機(jī)組成濕度控制系統(tǒng)。
[0014]所述的裝置中，植物同化室以及封閉空間與外部的連接處均用真空絕緣硅樹脂進(jìn)行密封。
[0015]所述的裝置中，植物同化室以及栽種植株的盆均由透明有機(jī)玻璃板，透光率大于85%。
[0016]所述的裝置中，堿溶液為質(zhì)量濃度40%的NaOH溶液。
[0017]所述的裝置中，15N-KNO3溶液的濃度為200mg L—1，15N-KNO3的純度為98%。
[0018]本發(fā)明提供的利用上述裝置進(jìn)行連續(xù)量化標(biāo)記植物的方法:
[0019]外界大氣首先通過盛放堿溶液的第二容器，過濾掉大氣中的CO2，之后進(jìn)入栽種植株的封閉空間內(nèi)，封閉空間內(nèi)部設(shè)有盛放堿溶液的第一容器用于吸收植株根系產(chǎn)生的CO2 ；第四容器中的15N-KNO3溶液在蠕動泵的抽取下，以滴灌的方式輸入到土壤中；
[0020]植物同化室內(nèi)部的13C-CO2進(jìn)入CO2分析器后又返回到植物同化室，經(jīng)CO2分析器分析后，得出植物同化室內(nèi)部的13C-CO2濃度，并將13C-CO2的濃度信息反饋給數(shù)據(jù)采集控制器，由數(shù)據(jù)采集控制器將13C-CO2的濃度信息輸出到計算機(jī)，計算機(jī)分析判斷后將13C-CO2濃度調(diào)控指令輸入到數(shù)據(jù)采集控制器，最終由數(shù)據(jù)采集控制器開啟第一電磁閥，調(diào)控13C-CO2高壓氣瓶中13C-CO2向植物同化室內(nèi)的輸入通量，使植物同化室內(nèi)部13C-CO2濃度維持在360ppm ?400ppm 之間；
[0021 ] 植物同化室內(nèi)的溫度信息由溫度感應(yīng)器反饋給數(shù)據(jù)采集控制器，之后數(shù)據(jù)采集控制器將溫度信息輸出到計算機(jī)，計算機(jī)分析判斷后將溫度調(diào)控指令輸入到數(shù)據(jù)采集控制器，最終數(shù)據(jù)采集控制器啟動風(fēng)扇，直至植物同化室內(nèi)部溫度維持在26°C?28°C之間；
[0022]植物同化室內(nèi)的濕度信息由濕度感應(yīng)器反饋給數(shù)據(jù)采集控制器，之后數(shù)據(jù)采集控制器將濕度信息輸出到計算機(jī)，計算機(jī)通過分析判斷后將濕度調(diào)控指令輸入到數(shù)據(jù)采集控制器，最終數(shù)據(jù)采集控制器啟動除濕器，直至植物同化室內(nèi)濕度維持在70%?80%之間；
[0023]植物同化室內(nèi)的大氣壓力信息由大氣壓力感應(yīng)器反饋給數(shù)據(jù)采集控制器，之后數(shù)據(jù)采集控制器將濕度信息輸出到計算機(jī)，計算機(jī)通過分析判斷后將濕度調(diào)控指令輸入到數(shù)據(jù)采集控制器，最終數(shù)據(jù)采集控制器開啟第二電磁閥，調(diào)控植物同化室空氣的輸入，或開啟第三電磁閥，調(diào)控植物同化室空氣的輸出，使植物同化室內(nèi)部大氣壓力維持在一個大氣壓的水平。
[0024]所述的方法中，第四容器中的15N-KNO3溶液滴灌的速率、次數(shù)及每次持續(xù)時間根據(jù)植物種類及其生育期特點而定。
[0025]本發(fā)明提供的聯(lián)合13C-CO2與15N-KNO3連續(xù)量化標(biāo)記植物的裝置和方法，不僅能夠在植物整個生育期內(nèi)對植物進(jìn)行連續(xù)標(biāo)記，而且能夠?qū)崿F(xiàn)13C和15N兩種穩(wěn)定同位素的同時標(biāo)記；此外，本發(fā)明裝置對植物同化室內(nèi)部溫度、濕度、大氣壓力以及CO2濃度采用智能控制，可以使得植物同化室內(nèi)部溫度、濕度、大氣壓力以及CO2濃度在同位素標(biāo)記的過程中處于穩(wěn)定水平，從而保證了植物光合作用過程不受環(huán)境條件改變的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為聯(lián)合13C-CO2與15N-KNO3連續(xù)量化標(biāo)記植物的裝置示意圖。
[0027]圖1中標(biāo)記說明:
[0028]I為植物同化室，2為PVC盆，3-1、3-2與3_3為PVC隔板，4為植株，5為植物根系，6為土壤，7-1、7-2、7-3、7-4、7-5、7-6、7-7、7-8、7-9、7-10、7-11、7-12、7-13 與 7-14 為真空絕緣硅樹脂，8為風(fēng)扇，9為溫度感應(yīng)器，10為濕度感應(yīng)器，11為大氣壓力感應(yīng)器，12為除濕器，13為數(shù)據(jù)采集控制器，14為CO2分析器，15為計算機(jī)，16-1、16-2、16-3、16-4、16-5、16-6、16-7、16-8、16-9與16-10為數(shù)據(jù)線，17-1第一電磁閥，17-2第二電磁閥，17-3第三電磁閥，18-1為13C-CO2高壓氣瓶，18-2為空氣高壓氣瓶，19-1與19_2為減壓閥，20為蠕動泵，21-1第一容器，21-2第二容器，21-3第三容器，21-4第四容器，22-1,22-2與22-3為40%的NaOH溶液，23 為 200mg L-1 的 15N-KNO3 溶液，24-1、24-2、24-3、24-4、24-5、24-6、24-7、24-8、24_9與24-10為PVC導(dǎo)管。
具體實施方案
[0029]本發(fā)明提供的聯(lián)合13C-CO2與15N-KNO3連續(xù)量化標(biāo)記植物的裝置，包括:植物同化室、植物盆栽系統(tǒng)、13C-CO2豐度控制系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、大氣壓力控制系統(tǒng)。
[0030]植物同化室的特征在于:植物同化室是一個密封的同位素標(biāo)記箱，由透明有機(jī)玻璃板(透光率大于85% )構(gòu)成，長X寬X高的尺寸為60cmX40cmX 100cm。
[0031]植物盆栽系統(tǒng)的特征在于:PVC盆由有機(jī)玻璃板構(gòu)成，長X寬X高的尺寸為30cmX20cmX45cm ；PVC盆中裝有土壤，土壤上栽培植株；PVC盆上方安裝有PVC隔板，使得PVC盆內(nèi)部與植物同化室內(nèi)部產(chǎn)生隔絕；PVC盆內(nèi)安放的PVC杯中裝有濃度為40%的NaOH溶液，用于吸收植物根系呼吸產(chǎn)生的CO2 ;PVC盆內(nèi)部與外界大氣相通，外界大氣首先通過濃度為40%的NaOH溶液，過濾掉大氣中的CO2，之后進(jìn)入PVC盆內(nèi)部。
[0032]13C-CO2豐度控制系統(tǒng)的特征在于:植物同化室內(nèi)部的13C-CO2進(jìn)入CO2分析器，之后又返回到植物同化室；co2分析器經(jīng)過分析之后，得出植物同化室內(nèi)部的13C-CO2的濃度，并將13C-CO2的濃度信息反饋給數(shù)據(jù)采集控制器，之后數(shù)據(jù)采集控制器將13C-CO2的濃度信息輸出到計算機(jī)，計算機(jī)通過分析判斷后將13C-CO2濃度調(diào)控指令輸入到數(shù)據(jù)采集控制器，最終數(shù)據(jù)采集控制器通過開啟電磁閥調(diào)控13C-CO2高壓氣瓶中13C-CO2向植物同化室內(nèi)部的輸入通量，使得植物同化室內(nèi)部13C-CO2濃度維持在360ppm?400ppm之間；13C_C02高壓氣瓶中13C-CO2的體積百分比濃度為99% ； 13C-CO2高壓氣瓶輸出口處安裝有減壓閥，用于調(diào)節(jié)13C-CO2的輸出通量。
[0033]滴灌系統(tǒng)的特征在于=15N-KNO3溶液在蠕動泵的抽取下，以滴灌的方式輸入到土壤中；滴灌的速率、次數(shù)及每次持續(xù)時間根據(jù)植物種類與其生育期特點而定；15n-kno3溶液的濃度為200mg L-V5N-KNO3的純度為98%。
[0034]溫度控制系統(tǒng)的特征在于:植物同化室內(nèi)部的溫度信息由溫度感應(yīng)器反饋給數(shù)據(jù)采集控制器，之后數(shù)據(jù)采集控制器將溫度信息輸出到計算機(jī)，計算機(jī)通過分析判斷后將溫度調(diào)控指令輸入到數(shù)據(jù)采集控制器，最終數(shù)據(jù)采集控制器通過啟動風(fēng)扇使得植物同化室內(nèi)部溫度維持在26°C?28°C之間。
[0035]濕度控制系統(tǒng)的特征在于:植物同化室內(nèi)部的濕度信息由濕度感應(yīng)器反饋給數(shù)據(jù)采集控制器，之后數(shù)據(jù)采集控制器將濕度信息輸出到計算機(jī)，計算機(jī)通過分析判斷后將濕度調(diào)控指令輸入到數(shù)據(jù)采集控制器，最終數(shù)據(jù)采集控制器通過啟動除濕器使得植物同化室內(nèi)部濕度維持在70 %?80 %之間。
[0036]大氣壓力控制系統(tǒng)的特征在于:植物同化室內(nèi)部的大氣壓力信息由大氣壓力感應(yīng)器反饋給數(shù)據(jù)采集控制器，之后數(shù)據(jù)采集控制器將濕度信息輸出到計算機(jī)，計算機(jī)通過分析判斷后將濕度調(diào)控指令輸入到數(shù)據(jù)采集控制器，最終數(shù)據(jù)采集控制器通過開啟電磁閥調(diào)控植物同化室空氣的輸入或輸出，使得植物同化室內(nèi)部大氣壓力維持在一個大氣壓的水平；植物同化室內(nèi)部與空氣高壓氣瓶相連，空氣高壓氣瓶中的空氣首先通過濃度為40%的NaOH溶液，過濾掉空氣中的CO2，之后進(jìn)入植物同化室內(nèi)部；空氣高壓氣瓶輸出口處安裝有減壓閥，用于調(diào)節(jié)空氣的輸出通量。
[0037]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0038]請參閱圖1。本發(fā)明提供的聯(lián)合13C-CO2與15N-KNO3連續(xù)量化標(biāo)記植物的裝置，包括:植物同化室1、植物盆栽系統(tǒng)、13C-CO2豐度控制系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、大氣壓力控制系統(tǒng)。
[0039]植物同化室I是由透明有機(jī)玻璃板(透光率大于85% )構(gòu)成的密封標(biāo)記箱,長X寬X高的尺寸為60cmX40cmX 100cm。
[0040]PVC盆2由有機(jī)玻璃板構(gòu)成，長X寬X高的尺寸為30cmX20cmX45cm ；PVC盆2中裝有土壤6，土壤6上栽培植株4 ；PVC盆2上方安裝有PVC隔板3_1，使PVC盆2內(nèi)部與植物同化室I內(nèi)部產(chǎn)生隔絕；植株4與PVC隔板3-1的聯(lián)接處通過真空絕緣硅樹脂7-1進(jìn)行密封；PVC盆2內(nèi)安放的第一容器21-1中裝有濃度為40%的NaOH溶液22-1，用于吸收植物根系5呼吸產(chǎn)生的CO2 ；PVC盆2內(nèi)部與外界大氣相通，外界大氣首先通過PVC導(dǎo)管24-7進(jìn)入第二容器21-2中濃度為40%的NaOH溶液22_2，過濾掉大氣中的CO2后通過PVC導(dǎo)管24-6進(jìn)入PVC盆2內(nèi)部；第二容器21-2上方安裝有PVC隔板3_2，使第二容器21_2內(nèi)部與植物同化室I內(nèi)部產(chǎn)生隔絕；PVC導(dǎo)管24-6與PVC隔板3-1聯(lián)接處通過真空絕緣硅樹脂7-2進(jìn)行密封，與PVC隔板3-2聯(lián)接處通過真空絕緣硅樹脂7-5進(jìn)行密封；PVC導(dǎo)管24_7與PVC隔板3-2聯(lián)接處通過真空絕緣硅樹脂7-4進(jìn)行密封，與植物同化室I聯(lián)接處通過真空絕緣硅樹脂7-6進(jìn)行密封。
[0041]植物同化室I內(nèi)部的13C-CO2通過PVC導(dǎo)管24-9進(jìn)入CO2分析器14，之后又通過PVC導(dǎo)管24-10返回到植物同化室I ;C02分析器14經(jīng)過分析之后，得出植物同化室I內(nèi)部的13C-CO2的濃度，并將13C-CO2的濃度信息通過數(shù)據(jù)線16-7反饋給數(shù)據(jù)采集控制器13，之后數(shù)據(jù)采集控制器13將13C-CO2的濃度信息通過數(shù)據(jù)線16-8輸出到計算機(jī)15，計算機(jī)15通過分析判斷后將13C-CO2濃度調(diào)控指令通過數(shù)據(jù)線16-8輸入到數(shù)據(jù)采集控制器13，最終數(shù)據(jù)采集控制器13通過數(shù)據(jù)線16-9開啟第一電磁閥17-1，調(diào)控13C-CO2高壓氣瓶中13C-CO2向植物同化室I內(nèi)部的輸入通量，使植物同化室I內(nèi)部13C-CO2濃度維持在360ppm?400ppm之間；13C-CO2高壓氣瓶18-1中13C-CO2的體積百分比濃度為99%; 13C-CO2高壓氣瓶18_1輸出口處安裝有減壓閥19-1，用于調(diào)節(jié)13C-CO2的輸出通量；PVC導(dǎo)管24-1上安裝有第一電磁閥17-1，PVC導(dǎo)管24-1與植物同化室I聯(lián)接處通過真空絕緣硅樹脂7-9進(jìn)行密封。
[0042]第四容器21-4中的15N-KNO3溶液23在蠕動泵20的抽取下，以滴灌的方式輸入到土壤6中；滴灌的速率、次數(shù)及每次持續(xù)時間根據(jù)植物種類與其生育期特點而定。15N-KNO3溶液的濃度為200mg CN-KNO3的純度為98% ;PVC導(dǎo)管24_4 —端浸入15N-KNO3溶液，另一端與蠕動泵20連接；PVC導(dǎo)管24-5 —端與蠕動泵20連接，另一端浸入土壤6中；PVC導(dǎo)管24-5與植物同化室I聯(lián)接處通過真空絕緣硅樹脂7-14進(jìn)行密封，與PVC隔板3_1聯(lián)接處通過真空絕緣硅樹脂7-3進(jìn)行密封。
[0043]植物同化室I內(nèi)部的溫度信息由溫度感應(yīng)器9通過數(shù)據(jù)線16-2反饋給數(shù)據(jù)采集控制器13，之后數(shù)據(jù)采集控制器13將溫度信息通過數(shù)據(jù)線16-8輸出到計算機(jī)15，計算機(jī)15通過分析判斷后將溫度調(diào)控指令通過數(shù)據(jù)線16-8輸入到數(shù)據(jù)采集控制器13，最終數(shù)據(jù)采集控制器13通過數(shù)據(jù)線16-1啟動風(fēng)扇8，直至植物同化室I內(nèi)部溫度維持在26°C?28°C之間。
[0044]植物同化室I內(nèi)部的濕度信息由濕度感應(yīng)器10通過數(shù)據(jù)線16-3反饋給數(shù)據(jù)采集控制器13，之后數(shù)據(jù)采集控制器13將濕度信息通過數(shù)據(jù)線16-8輸出到計算機(jī)15，計算機(jī)15通過分析判斷后將濕度調(diào)控指令通過數(shù)據(jù)線16-8輸入到數(shù)據(jù)采集控制器13，最終數(shù)據(jù)采集控制器13通過數(shù)據(jù)線16-5啟動除濕器12，直至植物同化室I內(nèi)部濕度維持在70%?80%之間。
[0045]植物同化室I內(nèi)部的大氣壓力信息由大氣壓力感應(yīng)器11通過數(shù)據(jù)線16-4反饋給數(shù)據(jù)采集控制器13，之后數(shù)據(jù)采集控制器13將濕度信息通過數(shù)據(jù)線16-8輸出到計算機(jī)15，計算機(jī)15通過分析判斷后將濕度調(diào)控指令通過數(shù)據(jù)線16-8輸入到數(shù)據(jù)采集控制器13，最終數(shù)據(jù)采集控制器13通過數(shù)據(jù)線16-10開啟第二電磁閥17-2，調(diào)控植物同化室I空氣的輸入，或通過數(shù)據(jù)線16-6開啟第三電磁閥17-3，調(diào)控植物同化室I空氣的輸出，使得植物同化室I內(nèi)部大氣壓力維持在一個大氣壓的水平。植物同化室I內(nèi)部與空氣高壓氣瓶18-2相連，空氣高壓氣瓶中的空氣首先通過PVC導(dǎo)管24-2進(jìn)入第三容器21-3中濃度為40%的NaOH溶液22-3，過濾掉空氣中的CO2，之后通過PVC導(dǎo)管24-3進(jìn)入植物同化室I內(nèi)部；空氣高壓氣瓶18-2輸出口處安裝有減壓閥19-2，用于調(diào)節(jié)空氣的輸出通量；第三容器21-3上方安裝有PVC隔板3-3，使得第三容器21-3內(nèi)部與外界大氣產(chǎn)生隔絕；PVC導(dǎo)管24-2與PVC隔板3-3聯(lián)接處通過真空絕緣硅樹脂7-8進(jìn)行密封，PVC導(dǎo)管24-3與PVC隔板3_3聯(lián)接處通過真空絕緣硅樹脂7-7進(jìn)行密封，與植物同化室I聯(lián)接處通過真空絕緣硅樹脂7-10進(jìn)行密封；植物同化室I空氣輸入線PVC導(dǎo)管24-3上安裝有第二電磁閥17-2，植物同化室I空氣輸出線PVC導(dǎo)管24-8上安裝有第三電磁閥17-3，PVC導(dǎo)管24_8與植物同化室I聯(lián)接處通過真空絕緣硅樹脂7-11進(jìn)行密封。
[0046]以下以栽培玉米植物為例，介紹本發(fā)明的具體使用步驟:
[0047]1、將玉米幼苗移栽到裝有土壤6的PVC盆2中；
[0048]2、往PVC第一容器杯21-1、第二容器21-2與第三容器21-3中分別加入40%的NaOH 溶液 500ml UOOOml 與 1500ml ；
[0049]3、往第四容器 21-4 中加入 200mg/L 的 15N_KN03 溶液 3000ml ；
[0050]4、按照圖1所示，將所有的PVC導(dǎo)管與數(shù)據(jù)線連接好，在PVC盆2、第二容器21_2與第三容器21-3的上方分別蓋上PVC隔板3-l、PVC隔板3_2與PVC隔板3_3進(jìn)行密封，對植物同化室I進(jìn)行組裝并密封；
[0051]5、打開13C-CO2高壓氣瓶18-1的減壓閥19_1與空氣高壓氣瓶18_2的減壓閥
19-2 ；
[0052]6、開啟計算機(jī)15、數(shù)據(jù)采集控制器13、CO2分析器14 ；
[0053]7、分別在玉米生長的苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期與吐絲期進(jìn)行開啟蠕動泵20，調(diào)節(jié)蠕動泵的抽取速率，使得滴灌的速率為5ml/min，苗期蠕動泵開啟的持續(xù)時間為Ih,拔節(jié)期與大喇叭口期蠕動泵開啟的持續(xù)時間為2h，抽雄期與吐絲期蠕動泵開啟的持續(xù)時間為1.5h。
[0054]本發(fā)明可以使得整個植株的13C原子百分比和15N原子百分比分別達(dá)到4.46%和6.69%，植株不同部位之間13C原子百分比的差異和15N原子百分比的差異分別可達(dá)1.29%和 0.57%。
【權(quán)利要求】
1.一種聯(lián)合13C-CO2與15N-KNO3連續(xù)量化標(biāo)記植物的裝置，主要由植物同化室、植物盆栽系統(tǒng)、13C-CO2豐度控制系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)以及大氣壓力控制系統(tǒng)組成；其中: 植物同化室為一密封的箱體，內(nèi)部安放有植物盆栽系統(tǒng)，植物盆栽系統(tǒng)由栽種在盆中的植株組成； 植物盆栽系統(tǒng)中栽種植株的盆置于隔板形成的封閉空間內(nèi)，封閉空間內(nèi)部設(shè)有盛放堿溶液的第一容器，用于吸收植株根系產(chǎn)生的CO2;封閉空間內(nèi)通過導(dǎo)管連接盛放堿溶液的第二容器，盛放堿溶液的第二容器與大氣相通，過濾大氣中的CO2 ;封閉空間內(nèi)的土壤通過蠕動泵連接15N-KNO3溶液的第四容器； 植物同化室內(nèi)通過第一電磁閥與外部的13C-CO2高壓氣瓶和數(shù)據(jù)采集控制器相連接，數(shù)據(jù)采集控制器分別與CO2分析器和計算機(jī)相連接；由13C-CO2高壓氣瓶、CO2分析器、數(shù)據(jù)采集控制器和計算機(jī)組成13C-CO2豐度控制系統(tǒng)； 植物同化室內(nèi)通過第二電磁閥分別與外部盛放堿溶液的第三容器和數(shù)據(jù)采集控制器相連接，盛放堿溶液的第三容器與空氣高壓氣瓶相連接；由空氣高壓氣瓶、大氣壓力感應(yīng)器、數(shù)據(jù)采集控制器和計算機(jī)組成大氣壓力控制系統(tǒng)； 植物同化室內(nèi)設(shè)置有連接至數(shù)據(jù)采集控制器和CO2分析器的風(fēng)扇、溫度感應(yīng)器、濕度感應(yīng)器、大氣壓力感應(yīng)器和除濕器；由風(fēng)扇、溫度感應(yīng)器、數(shù)據(jù)采集控制器和計算機(jī)組成溫度控制系統(tǒng)；由濕度感應(yīng)器、除濕器、數(shù)據(jù)采集控制器和計算機(jī)組成濕度控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，植物同化室以及封閉空間與外部的連接處均用真空絕緣硅樹脂進(jìn)行密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，植物同化室以及栽種植株的盆均由透明有機(jī)玻璃板，透光率大于85%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，堿溶液為質(zhì)量濃度40%的NaOH溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，15N-KNO3溶液的濃度為ZOOmgCN-KNO3的純度為 98%。
6.利用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行連續(xù)量化標(biāo)記植物的方法: 外界大氣首先通過盛放堿溶液的第二容器，過濾掉大氣中的CO2，之后進(jìn)入栽種植株的封閉空間內(nèi)，封閉空間內(nèi)部設(shè)有盛放堿溶液的第一容器用于吸收植株根系產(chǎn)生的CO2 ;第四容器中的15N-KNO3溶液在蠕動泵的抽取下，以滴灌的方式輸入到土壤中； 植物同化室內(nèi)部的13C-CO2進(jìn)入CO2分析器后又返回到植物同化室，經(jīng)CO2分析器分析后，得出植物同化室內(nèi)部的13C-CO2濃度，并將13C-CO2的濃度信息反饋給數(shù)據(jù)采集控制器，由數(shù)據(jù)采集控制器將13C-CO2的濃度信息輸出到計算機(jī)，計算機(jī)分析判斷后將13C-CO2濃度調(diào)控指令輸入到數(shù)據(jù)采集控制器，最終由數(shù)據(jù)采集控制器開啟第一電磁閥，調(diào)控13C-CO2高壓氣瓶中13C-CO2向植物同化室內(nèi)的輸入通量，使植物同化室內(nèi)部13C-CO2濃度維持在360ppm ?400ppm 之間； 植物同化室內(nèi)的溫度信息由溫度感應(yīng)器反饋給數(shù)據(jù)采集控制器，之后數(shù)據(jù)采集控制器將溫度信息輸出到計算機(jī)，計算機(jī)分析判斷后將溫度調(diào)控指令輸入到數(shù)據(jù)采集控制器，最終數(shù)據(jù)采集控制器啟動風(fēng)扇，直至植物同化室內(nèi)部溫度維持在26°C?28°C之間； 植物同化室內(nèi)的濕度信息由濕度感應(yīng)器反饋給數(shù)據(jù)采集控制器，之后數(shù)據(jù)采集控制器將濕度信息輸出到計算機(jī)，計算機(jī)通過分析判斷后將濕度調(diào)控指令輸入到數(shù)據(jù)采集控制器，最終數(shù)據(jù)采集控制器啟動除濕器，直至植物同化室內(nèi)濕度維持在70%?80%之間； 植物同化室內(nèi)的大氣壓力信息由大氣壓力感應(yīng)器反饋給數(shù)據(jù)采集控制器，之后數(shù)據(jù)采集控制器將濕度信息輸出到計算機(jī)，計算機(jī)通過分析判斷后將濕度調(diào)控指令輸入到數(shù)據(jù)采集控制器，最終數(shù)據(jù)采集控制器開啟第二電磁閥，調(diào)控植物同化室空氣的輸入，或開啟第三電磁閥，調(diào)控植物同化室空氣的輸出，使植物同化室內(nèi)部大氣壓力維持在一個大氣壓的水平。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，第四容器中的15N-KNO3溶液滴灌的速率、次數(shù)及每次持續(xù)時間根據(jù)植物種類及其生育期特點而定。
【文檔編號】A01G7/00GK104221740SQ201410535432
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】檀文炳, 席北斗, 何小松, 高如泰, 李丹 申請人:中國環(huán)境科學(xué)研究院