油菜硼同位素分馏特征及分馏机理研究

Boron is an essential micronutrient element in the growth of plants. Boron isotopic composition of regional environment is varied by the uptake and translocation of boron in the development of plants and the litter of plant tissues, which results in the global boron cycle and the equilibrium of boron isotope. The concern has been focused on the research of biogeochemical cycle of global boron by signals of boron isotopes, in which the uptake of boron by plants is an important process, but the mechanism of boron isotopic fractionation in plants has not been carried out systematically. In the project, the method for separation and purification of trace boron in plants will be developed by the two-step ion exchange chromatography coupled with dry ashing. The variation of boron isotope composition and influencing factors of boron fractionation in Rape will be investigated by the analysis of pH value, boron content and polyhydric alcohols in the normal and boron-definite hydroponic experiments. The study of geochemical characteristics of boron isotope in different soil type will be performed by soil culture experiments to explore the characteristics and mechanism of boron isotope fractionation of Rape in soil-Rape system. The performance of this work will refine the mechanism theory of boron isotope fractionation, can be used for reference to carry out the application of boron isotope in soil-plants system, can provide theoretical basis for the study of plant physiology and global boron cycle through boron isotopic technique.

硼是植物生长所必需的一种微量营养元素，植物生长发育过程和组织凋落能够改变区域环境硼同位素组成，引起全球硼循环和硼同位素平衡的变化。利用硼同位素信号研究硼生物地球化学循环开始引起人们关注，植物利用硼是硼循环的重要组成部分，但是植物硼同位素分馏机理方面的研究尚未系统开展。本项目拟通过干灰化和离子色谱法的联用，建立植物体内微量硼分离纯化的样品前处理方法；通过常规和限定硼源两种溶液培养实验，以油菜作为供试植物，通过对pH值、硼含量和多元醇等因素的分析，研究油菜中硼同位素组成特征及硼同位素分馏的影响因素；通过土壤培养实验，根据不同类型土壤的硼同位素地球化学特征，探讨土壤-油菜体系中油菜硼同位素分馏特征及分馏机理。本项目的实施是对硼同位素分馏机理理论的完善，将为开展土壤-植物体系硼同位素应用研究提供方法借鉴，并为通过硼同位素技术研究植物生理和全球硼循环提供理论依据。

硼是植物必需的一种微量营养元素，在植物生长发育中起着关键作用。本项目以考察植物吸收利用硼产生的同位素生物分馏特征为主要目的，主要研究内容和结果有：.(1) 以选定植物为研究对象，借助干灰化和离子色谱分离技术，建立了一种植物体硼的分离及其同位素测试的方法，考察了硼的分离和同位素分馏效果。结果表明，这种方法能有效实现硼的分离，满足其正热电离质谱法测定的需要。各部位中对硼同位素的富集选择不同，可能与植物利用硼的形式有关。 .(2) 通过实验室溶液培养实验，研究了油菜组织器官中硼含量及其同位素组成分馏特征。结果表明，油菜植株体内硼含量与δ11B值随植物的生长周期和生长高度逐渐升高，这种趋势主要受到蒸腾拉力作用的影响，硼同位素分馏特征可以采用瑞利分馏模型来描述。.(3) 以区域种植的油菜为考察对象，采集多处土壤和油菜样品，研究了土壤中有效硼、全硼含量及其同位素组成变化特征、油菜不同组织器官的硼含量及其同位素组成的分布规律。结果表明，土壤中全硼含量远远大于植物各器官的含量，而有效硼的含量小于植物器官。油菜各器官的硼含量和δ11B值随植株硼的流动方向成增加的趋势，底部器官优先利用轻硼同位素，导致重同位素随蒸腾流向上转运，重硼同位素集结在上部器官中。.(4) 本实验通过加热水浴法提取土壤中有效硼，结合离子色谱三步法，建立了有效硼的热电离质谱测定方法，并对分离过程中硼的提取效率和硼的同位素分馏情况进行了考察。硼的同位素组成采用正热电离质谱法测定。结果显示选定土壤样品中有效硼含量差异虽小，但是δ11B值差别非常大。建立的方法适用于土壤、沉积物等环境样品中有效硼的分离及其同位素的分析。.(5) 研究了山东两种典型土壤棕壤和褐土剖面中有效硼及全硼的同位素地球化学特征。结果表明两种序列的有效硼含量变化基本相同，全硼的差别较大；棕壤和褐土的全硼δ11B值范围有所不同，有效硼δ11B值也有所不同，这种变化与岩石的风化程度、两种土壤的质地差别及降水的淋滤程度有关。