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生命與海洋科學學院宋欣特聘教授團隊在《PNAS》發表研究論文

發布時間:2020-12-18

近日,深圳大學生命與海洋科學學院宋欣特聘教授團隊在國際著名綜合學術期刊《美國科學院院刊》(PNAS)發表了題為“Stem water cryogenic extraction biases estimation in deuterium isotope composition of plant source water”的研究論文。

該工作通過實驗手段的創新對“植物木質部水分與植物水源水的氫同位素關系”這一同位素生態水文領域長期懸而未決的問題進行了深入研究并取得突破性成果。宋欣教授是該論文的通訊作者,其團隊成員陳永樂博士為第一作者,博士后李芳和研究助理湯顯輝,以及美國賓夕法尼亞大學Brent R. Helliker教授和陜西科技大學周友平教授為論文共同作者。據悉,這是我國學者同位素生態水文領域的研究成果首次在PNAS發表。

植物水源水的氫同位素(δ2Hsource)廣泛應用于植物水分溯源、生態系統蒸散發拆分以及氣候重建等研究領域。近年來,隨著同位素生態水文學研究的蓬勃發展,研究人員逐漸意識到植物莖稈水普遍呈現出相較于δ2Hsource的氫同位素貧化現象;然而,對于該現象迄今為止未有公認合理的解釋,這極大地影響了氫同位素在生態環境諸多領域應用的可靠性和精確性。為厘清以上科學問題,宋欣教授團隊自主搭建了國際上首個基于穩態蒸騰同位素守恒原理的植物木質部水同位素測量平臺,并通過一系列精巧實驗:1)證實“氫同位素貧化”是一個普適現象;2)揭示根部吸水過程不伴隨氫同位素的分餾,以及同位素貧化與莖稈水的同位素異質性無關;3)指出經典的低溫真空抽提方法本身存在的缺陷是解釋同位素貧化的關鍵所在。基于上述結果,作者通過對國際上已發表的同位素數據集進行分析校正,進一步揭示生態水文領域近年來流行的“兩個水世界(Two-Water Worlds)”概念實際是由于測量方法的缺陷而造成的“假象”。

以上成果厘清了植物體水分與水源水之間的氫同位素關系,推翻了同位素生態水文領域的兩個經典思維定勢(即根系吸水存在氫同位素分餾、以及“兩個水世界”普遍存在于全球不同生態系統),預計將為植物水同位素在生態環境領域的應用提供新的參考依據。

該研究得到國家自然科學基金委、深圳市科創委和中國博士后科學基金等支持。

原文鏈接:https://www.pnas.org/content/early/2020/12/09/2014422117

圖1 基本于植物冠層穩態蒸騰同位素守恒原理的植物木質部水氫氧同位素組成測量裝置

圖2不同生境來源木本植物莖干樣品低溫真空抽提水(stem_CVD)、土壤水(source)和蒸騰水汽(xylem)氫氧同位素值的比較

(生命與海洋科學學院  供稿)

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