全 文 ：第 25 卷　第 1 期
2003 年 2 月
冰　川　冻　土
JOURNAL OF GLACIOLOGY AND GEOCRYOLOGY
Vol.25　No.1
Feb.2003
文章编号:1000-0240(2003)01-0088-06
马先蒿属(Pedicularis L.)植物稳定碳同位素组成
与环境因子之间的关系
　　收稿日期:2002-06-05;修订日期:2002-09-11
　　基金项目:国家自然科学基金项目(30170083;30170186);中国科学院“百人计划”项目;中国科学院知识创新重点项目(KZCX1-09);中
国科学院天山冰川观测试验站项目资助
　　作者简介:冯虎元(1967—), 男 , 甘肃天水人 , 副教授 , 2001年在兰州大学获博士学位 , 现从事环境生物学的工作.E-mail:fenghy@lzu.edu.cn
冯虎元1 , 2 , 　安黎哲1 , 2 , 　陈　拓1 , 2 , 　徐世健2 ,
强维亚2 , 　刘光 1 , 　王勋陵2
(1.中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室 , 甘肃 兰州　730000;
2.兰州大学生命科学学院 , 甘肃兰州　730000)
摘　要:分析了马先蒿属(Pedicularis L.)植物叶片稳定碳同位素组成(δ13C 值)特征以及δ13C 值与环境
因子之间的关系.结果表明 , 所有样品的δ13C 值属于 C3植物的范围 , 最大值是碎米蕨叶马先蒿(Pedic-
ularis cheilanthi foilia), -22.4‰, 最小值属于黄花鸭首马先蒿(Pedicularis anas var.xanthantha),
-31.5‰, 平均值为-27.1‰.相关分析表明 , 马先蒿植物叶片的δ13C 值与年降水量和湿润度的相关
性没有达到显著水平(P>0.05), 与年平均温度和≥10 ℃的总积温呈显著负相关(P<0.05).随着海
拔的升高 , δ13C 值增大(P<0.05), 与经度的变化呈负相关(P <0.05), 而与纬度呈现弱的正相关(P <
0.05)关系.
关键词:马先蒿属;叶片;稳定碳同位素;环境因子
中图分类号:Q946.91+3 文献标识码:A
1　引言
植物稳定碳同位素(δ13C)测定技术已经广泛应
用于全球变化 、地球科学和植物生理生态学的研究
之中[ 1～ 3] .通过植物叶片稳定碳同位素组成的测
定 , 可以反映植物碳代谢的基本类型[ 4] 、植物与环
境之间的关系[ 2 , 3] , 植物和农作物的水分利用效
率[ 5 , 6] , 树轮碳同位素值还能够重建古气候和古环
境[ 7 ～ 9] .截止目前 , 除对某地区植物碳同位素的组
成特点与环境因子之间的关系进行过一些探讨以
外[ 10～ 13] , 大量的研究集中在运用稳定碳同位素技
术探讨作物品种和品系的水分利用效率与作物产量
之间的关系 , 以此作为筛选高水分利用效率的指
标[ 2 , 6 , 14] .本文试图用不同位点采集的马先蒿属
(Pedicularis L .)植物为材料 , 研究该属植物叶片稳
定碳同位素组成特点以及与环境因子之间的关系.
2　材料与方法
研究材料 1990—1995年取自植物叶片(表 1),
采样点的主要植被是高山嵩草草甸和针叶林 , 各采
样点的地理位置距离各地气象站附近 , 其环境因子
数据取自附近气象站.限于篇幅 , 具体情况这里不
再描述.样品烘干 , 粉碎 , 过筛.样品碳同位素组
成在 MAT-252质谱仪上进行测定(中国科学院兰
州地质研究所), 将植物样品转化为气体及质谱分
析[ 15] .测量精度为小于土 0.1‰.分析结果以
δ13CPDB表示:
δ13CPDB=[ δ13C/ 12C)样品-δ13C/ 12C)标准] /
(13C/ 12C)标准×1 000
3　结果与分析
3.1　马先蒿属植物稳定碳同位素组成的特点
马先蒿属(Pedicularis L .)植物叶片稳定碳同
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The Relationship Between Foliar Stable Carbon Isotope Composition
in Pedicularis L.and Environmental Factors
FENG Hu-yuan1 , 2 , 　AN Li-zhe1 , 2 , 　CHEN Tuo1 ,2 , 　XU Shi-jian2 ,
QIANG Wei-ya2 , 　LIU Guang-xiu1 , 　WANG Xun-ling2
(1.State Key Laboratory of Frozen Soil Engineering , CAREER I , CAS , Lanzhou Gansu 730000 , China;
2.School of Li fe S ciences , Lanzhou Un iversity , Lanzhou Gansu 730000 , Ch ina)
Abstract:There are two stable carbon isotopes in na-
ture , 12C and 13C.During the process of pho tosyn-
thesis , the heavier 13C iso tope of atmospheric CO2 is
discriminated against the lighter
12
C , because of dif-
ferences in phy sical and chemical t raits , leading to the
poo rer value of 13C/ 12 C in plant tissues , org ans o r
chemical composi tions.Most studies show ed that δ13
C value in plant tissues ref lects the effects of environ-
mental factors on plant physiology and g row th.In re-
cent years , stable carbon isotope techniques were
w ide used in geography , ecology , genetics , agronomy
and g lobal change research.Pedicularis L.(Scro-
phularicaceae)has 500 species or more in the world ,
and near 400 of them are distributed in China.They
favor the place with w ater , and thereby one can hy-
po thesized that w ater status has a lit tle impact on fo-
liar δ13C in the genus of Pedicularis L.other than
environmental condit ions , such as atmospheric CO2
part ial pressure , air temperature and effectively cu-
mulative temperatures.To test this hypothesis , 47
species and/or samples w ere collected in 13 sites f rom
Guyuan County of Ningxia Hui Autonomous Re-
gions , Tianshan Mountains of Uygur Autonomous
Region of Xinjiang , Zhouqu County , Luqu County ,
Maqu County , Diebu County , Yuzhong County ,
Subei County , Hezuo City , M inxian County ,
Chengxian County , Zhouni County , Tianzhu County
and Xiahe County of Gansu Province.Foliar stable
carbon isotope w as measured wi th Mat-252 , and cor-
relative analy sis w as done betw eenδ13C and altitude ,
longitude , lati tude , mean annual temperature , cumu-
lative temperature of greater than 10 ℃, mean annual
precipitation and humidity , respect ively .Dif ferent
δ13C value w as founded among species and sampling
sites.The sample of P.chei lanthi foilia in Maqu
County (3 400 m a.s.l.)had the largest value
(-22.4‰), and P.anas var.xanthantha f rom
Zhuoni County (2 500 m a.s.l.)was the least
(-31.5‰), and the meanδ13C values of all samples
w as -27.1‰.The relat ionship between δ13C values
and mean annual precipitation and humidity was not
significant (P >0.05), δ13C values of all sites had
significantly relationship with mean annual tempera-
ture and cumulative temperature of g reater than 10 ℃
(r =0.34 and r =0.40 , P <0.05).Foliar δ13C val-
ues in Pedicularis sample obviously increased w ith in-
creasing altitude and latitude , (r =0.37 and r =
0.31 , P <0.05);in contrast , δ13C had negative re-
lationship w ith longitude(r =0.29 , P <0.05).The
result supports the previous hypothesis , and indicates
that photosynthetic capacity and temperature may
play more important roles to af fect the iso tope compo-
sition of Pedicularis.
Key words:Pediculariss;leaf ;δ13C;environmental factors
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