近日，深圳大學(xué)生命與海洋科學(xué)學(xué)院宋欣特聘教授團(tuán)隊(duì)在國際著名綜合學(xué)術(shù)期刊《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）發(fā)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(shí)驗(yàn)手段的創(chuàng)新對(duì)“植物木質(zhì)部水分與植物水源水的氫同位素關(guān)系”這一同位素生態(tài)水文領(lǐng)域長(zhǎng)期懸而未決的問題進(jìn)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(tuán)隊(duì)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(xué)Brent R. Helliker教授和陜西科技大學(xué)周友平教授為論文共同作者。據(jù)悉，這是我國學(xué)者同位素生態(tài)水文領(lǐng)域的研究成果首次在PNAS發(fā)表。
植物水源水的氫同位素（δ2Hsource）廣泛應(yīng)用于植物水分溯源、生態(tài)系統(tǒng)蒸散發(fā)拆分以及氣候重建等研究領(lǐng)域。近年來，隨著同位素生態(tài)水文學(xué)研究的蓬勃發(fā)展，研究人員逐漸意識(shí)到植物莖稈水普遍呈現(xiàn)出相較于δ2Hsource的氫同位素貧化現(xiàn)象；然而，對(duì)于該現(xiàn)象迄今為止未有公認(rèn)合理的解釋，這極大地影響了氫同位素在生態(tài)環(huán)境諸多領(lǐng)域應(yīng)用的可靠性和精確性。為厘清以上科學(xué)問題，宋欣教授團(tuán)隊(duì)自主搭建了國際上首個(gè)基于穩(wěn)態(tài)蒸騰同位素守恒原理的植物木質(zhì)部水同位素測(cè)量平臺(tái)，并通過一系列精巧實(shí)驗(yàn)：1）證實(shí)“氫同位素貧化”是一個(gè)普適現(xiàn)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(zhì)性無關(guān)；3)指出經(jīng)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(guān)鍵所在?；谏鲜鼋Y(jié)果，作者通過對(duì)國際上已發(fā)表的同位素?cái)?shù)據(jù)集進(jìn)行分析校正，進(jìn)一步揭示生態(tài)水文領(lǐng)域近年來流行的“兩個(gè)水世界（Two-Water Worlds）”概念實(shí)際是由于測(cè)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(guān)系，推翻了同位素生態(tài)水文領(lǐng)域的兩個(gè)經(jīng)典思維定勢(shì)（即根系吸水存在氫同位素分餾、以及“兩個(gè)水世界”普遍存在于全球不同生態(tài)系統(tǒng)），預(yù)計(jì)將為植物水同位素在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的參考依據(jù)。
該研究得到國家自然科學(xué)基金委、深圳市科創(chuàng)委和中國博士后科學(xué)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(wěn)態(tài)蒸騰同位素守恒原理的植物木質(zhì)部水氫氧同位素組成測(cè)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(xué)學(xué)院 供稿）
