[實用新型]一種培養高豐度同位素碳、氮雙標記植物樣品的循環系統

有效

• 申請號: 201621485596.X
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN206365334U
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 艾超;周衛
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所
• 主分類號: A01G31/02
• 分類號: A01G31/02;A01G7/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 湯財寶

技術領域

本實用新型涉及同位素標記技術領域，尤其涉及一種培養高豐度同位素碳、氮雙標記植物樣品的循環系統。

背景技術

近年來，作物秸稈所含的碳、氮元素在土壤中的循環過程已成為植物營養學、土壤學的研究熱點之一。同位素示蹤技術是研究作物秸稈在土壤中分解和轉化過程的關鍵技術，能夠有效揭示秸稈元素的釋放規律和有機養分的生物有效性。被穩定性同位素氮(¹⁵N)標記的作物秸稈施入土壤中，通過測定土壤不同組分中¹⁵N豐度的變化，就能準確計算秸稈¹⁵N養分向土壤、植物轉移的數量，以及通過氣體、淋溶等途徑損失的比例。同樣，利用穩定性同位素碳(¹³C)示蹤，結合現代分子生物學方法，誕生了一系列穩定性同位素探針技術(SIP)，用以研究和描述秸稈碳的分解去向，以及通過生化作用合成生物大分子的生物過程，從而進一步地揭示了秸稈分解的微生物學機制。然而，秸稈碳、氮轉化是一個相互聯系的循環過程，二者同時發生，轉化機理緊密聯系、不可分割。因此，研究秸稈碳、氮轉化過程的基礎和前提就是獲得高豐度的同位素碳、氮雙標記植物樣品。

已有的植物同位素標記技術均以單一元素標記為主。中國發明專利CN200610019742.4、CN201310513820.6以及實用新型專利CN201420736248.X均公開了一種二氧化碳同位素(¹³C-CO₂)的標記裝置，且以土壤培養的植物為標記對象，不涉及同時標記兩種同位素；盡管發明專利CN201410342182.0公開了一種同位素莖稈雙標記示蹤方法，但此方法主要利用¹³C-葡萄糖和¹⁵N-尿素直接注入植物體內，主要用于研究根系分泌物，此標記方法不屬于植物正常的同化作用范疇，與植物通過正常的光合作用同化二氧化碳和通過正常的根系吸收同化氮素相比有巨大差異。

大部分同位素標記方法以土壤為培養基質，由于土壤本身含有大量的普通碳原子(¹²C)，通過微生物呼吸作用，這些碳原子會以¹²C-CO₂形態大量釋放到空氣中被植物吸收利用，導致被標記的植物樣品的¹³C豐度降低。在研究作物秸稈分解過程中，低豐度的同位素植物樣品無法實現在分子水平上(如DNA水平)對碳原子進行示蹤；此外，以土壤為培養基質進行¹⁵N標記時，土壤中大量的普通氮原子(¹⁴N)也會被植物吸收，造成植物體¹⁵N豐度過低。因此，選擇適當的培養方式是獲得高豐度同位素碳、氮雙標記植物樣品的前提條件。

已有的植物同位素標記技術很難實現整個植物生育期的連續循環標記，造成同位素浪費嚴重，標記成本高，例如，¹³C-CO₂脈沖標記過程中，當密閉空間被定時打開時大量的¹³C-CO₂釋放；又如水培條件下營養液中的¹⁵N養分無法循環利用，舊營養液中大量的¹⁵N丟棄浪費。連續循環標記的技術難點在于密閉環境中的空氣濕度會不斷加大，導致植物生長環境惡化，霉菌等病害加劇，植物生長受阻，導致植物同位素標記失敗；如何實現穩定同位素碳、氮的連續循環標記是獲得高豐度雙標記植物樣品的關鍵所在。

目前，本領域對上述問題并未提供系統化的解決方案。然而，獲得高豐度雙標記植物樣品是研究植物殘體碳、氮分解過程與機理的必須材料。因此，亟需一種低成本、高效率、一體化的培養同位素碳、氮雙標記植物的循環系統。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

本實用新型提供一種培養高豐度同位素碳、氮雙標記植物樣品的循環系統，用于解決現有同位素標記技術不能實現同位素碳、氮雙標記的循環培養，不能獲得高豐度的雙標記植物樣品的問題。

(二)技術方案