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生命与海洋科学学院宋欣特聘教授团队在《PNAS》发表研究论文

发布时间:2020-12-18

近日,深圳大学生命与海洋科学学院宋欣特聘教授团队在国际著名综合学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)发表了题为“Stem water cryogenic extraction biases estimation in deuterium isotope composition of plant source water”的研究论文。

该工作通过实验手段的创新对“植物木质部水分与植物水源水的氢同位素关系”这一同位素生态水文领域长期悬而未决的问题进行了深入研究并取得突破性成果。宋欣教授是该论文的通讯作者,其团队成员陈永乐博士为第一作者,博士后李芳和研究助理汤显辉,以及美国宾夕法尼亚大学Brent R. Helliker教授和陕西科技大学周友平教授为论文共同作者。据悉,这是我国学者同位素生态水文领域的研究成果首次在PNAS发表。

植物水源水的氢同位素(δ2Hsource)广泛应用于植物水分溯源、生态系统蒸散发拆分以及气候重建等研究领域。近年来,随着同位素生态水文学研究的蓬勃发展,研究人员逐渐意识到植物茎秆水普遍呈现出相较于δ2Hsource的氢同位素贫化现象;然而,对于该现象迄今为止未有公认合理的解释,这极大地影响了氢同位素在生态环境诸多领域应用的可靠性和精确性。为厘清以上科学问题,宋欣教授团队自主搭建了国际上首个基于稳态蒸腾同位素守恒原理的植物木质部水同位素测量平台,并通过一系列精巧实验:1)证实“氢同位素贫化”是一个普适现象;2)揭示根部吸水过程不伴随氢同位素的分馏,以及同位素贫化与茎秆水的同位素异质性无关;3)指出经典的低温真空抽提方法本身存在的缺陷是解释同位素贫化的关键所在。基于上述结果,作者通过对国际上已发表的同位素数据集进行分析校正,进一步揭示生态水文领域近年来流行的“两个水世界(Two-Water Worlds)”概念实际是由于测量方法的缺陷而造成的“假象”。

以上成果厘清了植物体水分与水源水之间的氢同位素关系,推翻了同位素生态水文领域的两个经典思维定势(即根系吸水存在氢同位素分馏、以及“两个水世界”普遍存在于全球不同生态系统),预计将为植物水同位素在生态环境领域的应用提供新的参考依据。

该研究得到国家自然科学基金委、深圳市科创委和中国博士后科学基金等支持。

原文链接:https://www.pnas.org/content/early/2020/12/09/2014422117

图1 基本于植物冠层稳态蒸腾同位素守恒原理的植物木质部水氢氧同位素组成测量装置

图2不同生境来源木本植物茎干样品低温真空抽提水(stem_CVD)、土壤水(source)和蒸腾水汽(xylem)氢氧同位素值的比较

(生命与海洋科学学院  供稿)

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