15N自然丰度法在生态系统氮素循环研究中的应用

稳定性同位素技术是现代生态学研究中的一门新兴技术,在生态学研究的诸多领域都展示了广阔的应用前景。其中,稳定性同位素     

稳定性同位素探测技术在微生物生态学研究中的应用

稳定性同位素标记技术同分子生物学技术相结合而发展起来的稳定性同位素探测技术（stableisotope probing,SIP）,在对各种环境中微生物群落组成进行遗传分类学鉴定的同时,可确定其在环境过程中的功能,提供复杂群落中微生物相互作用及其代谢功能的大量信息,具有广阔的应用前景.其基本原理是：将原位或微宇宙（microcosm）的环境样品暴露于稳定性同位素富集的基质中,这些样品中存在的某些微生物能够以基质中的稳定（性同位素为碳源或氮源进行物质代谢并满足其自身生长需要,基质中的稳定性同位素被吸收同化进入微生物体内,参与各类物质如核酸（DNA和RNA）及磷脂脂肪酸（PLFA）等的生物合成,通过提取、分离、纯化、分析这些微生物体内稳定性同位素标记的生物标志物,从而将微生物的组成与其功能联系起来.在介绍稳定性同位素培养基质的选择及标记方法、合适的生物标志物的选择及提取分离方法的基础上,举例阐述了此项技术在甲基营养菌、有机污染物降解菌、根际微生物生态、互营微生物、宏基因组学等方面的应用.     

稳定性同位素技术在生态学上的应用

稳定性同位素技术早在20世纪70年代末期就被引入到生态学领域。最初是利用植物稳定性碳同位素的差异。开展了许多有关营养流动方面的研究;到90年代,稳定性碳和氮同位素被用来分析动物的食性、营养级位置关系以及食物链结构;本世纪初,由于技术的进步,稳定性同位素(特别是氢同位素)被用来开展动物迁徙习性方面的研究。到目前为止,国内有关这方面的研究还鲜有报道,而且对自然界存在的稳定性同位素的理解还存在一定偏差。本文主要介绍了稳定性同位素效应及其分馏原理、稳定性同位素在示踪动物食性信息、确定营养级位置关系、分析食物网结构以及研究动物迁徙生态学中的作用等方面的内容。     

稳定性碳同位素技术在生态学研究中的应用

 植物光合作用是自然界产生碳同位素分馏的最重要过程,也是碳同位素技术在生态学研究中应用的基础。最初,碳同位素主要应用于光合途径的鉴别。随着技术的不断完善和研究的不断深入,目前此项技术在生态学研究的许多领域都得到了广泛的应用。作者从植物叶片、功能群、群落冠层、生态系统以及全球等几个不同的尺度上,对碳同位素技术在生态学研究中的主要应用进行了简要的总结。     

15N自然丰度法在生态系统氮素循环研究中的应用

稳定性同位素技术是现代生态学研究中的一门新兴技术,在生态学研究的诸多领域都展示了广阔的应用前景,其中,稳定性同位素＾１５Ｎ自然丰度法近年来在生态系统氮素循环研究中发挥了正在发挥着极为重要的作用,首先简述了自然生态系统氮素循环诸过程中的＾１５Ｎ同位素分馏机制,然后,在此基础上,综述了＾１５Ｎ自然丰度法的基本原理与方法,列举了近年 来此法在生物固氮及氮素转化过程研究中的一些应用实例,并预测了该方法在国     

氢稳定性同位素确定植物水源的应用与前景

介绍了氢稳定性同位素的测定方法和δD分析在植物水分来源研究中应用的原理,方法和典型案例,植物对不同水源的选择性和植物水分的δD分析被用于各种群落类型和环境中分析植物短期和长期的水分利用形式,甚至定量确定不同环境中各种植物对不同水分来源的利用,如白松、荒漠植物,河岸林和海岸植物,δD分析还用于研究植物与植物之间的相互作用。此外,氢稳定性同位素分析在古气候研究,植物光合途径,动物生理生态学和食物链等生态学领域也有着广阔的应用前景。     

稳定同位素技术在鲨鱼摄食和洄游行为研究中的应用

随着稳定同位素分析技术的不断成熟,其在生态学领域中的应用也增长迅速,并成为动物摄食生态学的重要研究工具.鲨鱼因其在生物系统进化过程中的独特地位和海洋生态系统中的重要作用已成为海洋食物网研究的重点,然而国内针对鲨鱼摄食习性和洄游行为等方面的研究仍处于起步阶段.本文在总结了国内外鲨鱼稳定同位素分析组织样品选取和样品预处理方法的基础上,系统归纳了稳定同位素技术在鲨鱼摄食生态学,尤其在其摄食和洄游行为研究领域中的应用,着重分析稳定同位素技术在鲨鱼稳定同位素判别值和更新速率、食性分析、营养级评估、洄游路径分析和生态位分布等核心问题上的应用现状和发展前景,以期为国内学者开展鲨鱼类基础生物、生态学研究提供有益参考.     

稳定性同位素核酸探针技术DNA-SIP 原理与应用

稳定性同位素核酸探针技术DNA-SIP(Stable isotope probing),是将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能耦合分析的有力工具.微生物的体积在μm尺度,因此,自然环境中微生物群落在μm尺度下生理过程的发生、发展,其新陈代谢物质在环境中累积与消减的动力学变化规律,形成了微生物生理生态过程,决定了不同尺度下生态系统物质和能量的良性循环.利用稳定性同位素示踪复杂环境中微生物基因组DNA,实现了单一微生物生理过程研究向微生物群落生理生态研究的转变,能在更高更复杂的整体水平上定向发掘重要微生物资源,推动微生物生理生态学和生物技术开发应用.本文重点探讨了DNA-SIP的技术原理、主要技术瓶颈及对策,初步展望了DNA-SIP为基础的环境微生物基因组学发展趋势.     

大鵟的食性改变:来自稳定性碳同位素的证据

通过对大规模灭鼠后的海北高寒草甸生态系统大鵟、小型哺乳类以及雀形目鸟类肌肉稳定性碳同位素比值的测定发现,大篱的肌肉稳定性碳同位素比值介于-22．60‰和-23．10‰之间;小型哺乳类和主要雀形目鸟类肌肉稳定性碳同位素比值分别介于-25．57‰和-25．78‰以及-24．81‰和-22．51‰之间,且它们之间差异性显著。基于碳同位素的分馏模式(即动物和它食物之间稳定性碳同位素分馏在1‰～2‰之间),我们推断经大规模灭鼠后,大篱的食性发生了较大变化,其食物主要来源于高寒草甸的雀形目鸟类,而非原来的小型哺乳类。通过稳定性同位素营养级模型的运算发现,大蔫处在4．23左右的营养级;雀形目鸟类处在2．4到3．39左右的营养级,而小型哺乳类则处在1．45到1．82左右的营养级。进而采用稳定性同位素质量平衡模型计算得出,大篱的食物由35．04％的小型哺乳类和64．96％的雀形目鸟类所组成,进一步说明小型哺乳类在大量灭鼠后仅占大篱食物的很小一部分。由此可见,采取大规模的化学灭鼠,不仅降低了小型啮齿类天敌——大鵟的数量,而日使得其食谱发毕了巨大改变而转向草甸主要雀形目鸟类[动物学报49(6)：764～768,2003]。     

人指甲中氢、氧稳定同位素在法医学领域的应用

氢、氧稳定同位素作为一类化学示踪物质,在地理科学、环境生态和法庭科学等领域均有应用。在法庭科学研究领域,指甲作为一种记录人在不同时段内摄入氢、氧稳定同位素情况的载体,在推断人的生活地域变化轨迹方面具有很大的潜力,具有广阔的应用前景。本文从氢、氧稳定同位素溯源的基本原理,人指甲中氢、氧稳定同位素前处理方法和检验方法,人指甲氢、氧稳定同位素溯源技术的法医学应用等方面展开综述,并对稳定同位素溯源技术的发展等方面做了简要展望。     

基于稳定同位素的SPAC水碳拆分及耦合研究进展

土壤-植被-大气连续体(SPAC)是陆地水文学、生态学和全球变化领域的重要研究对象,其水碳循环过程及耦合机制是前沿性问题.稳定同位素技术示踪、整合和指示的特征有助于评估分析生态系统固碳和耗水情况.本文在简述稳定同位素应用原理和技术的基础上,重点阐释了基于稳定同位素光学技术的SPAC系统水碳交换研究进展,包括:在净碳通量中拆分光合与呼吸量,在蒸散通量中拆分蒸腾与蒸发量,以及在系统尺度上的水碳耦合研究.新兴的技术和方法实现了生态系统尺度上长期高频的同位素观测,但在测量精准度、生态系统呼吸拆分、非稳态模型适应性、尺度转换和水碳耦合机制等方面存在挑战.本文探讨了现有主要研究成果、局限性以及未来研究展望,以期对稳定同位素生态学领域的新研究和技术发展有所帮助.     

碳稳定同位素技术在植物水分胁迫研究中的应用

植物体的碳稳定同位素组成主要由植物本身的生物学特性决定 ,但环境胁迫对其影响也十分明显。综述了碳稳定同位素技术在研究植物水分利用效率、生物量高低及判断历史气候依据等研究领域的进展 ,阐明了植物体的 δ1 3C值对干旱、盐分及其它环境因素的变化所引起的水分胁迫的响应 ,并对碳稳定同位素对水分胁迫的响应机理进行了归纳和推断     

鸟类组织稳定同位素分析样品的预处理方法

稳定同位素分析样品在进行同位素质谱分析之前需要适当的处理,然而如何处理尚未形成统一的标准。本文结合鸟类组织稳定同位素分析样品的测试流程,介绍了鸟类学研究领域稳定同位素技术应用中涉及的分析样品解冻清洗、干燥、分离纯化、研磨和储存等前处理方法,并对不同组织常用的处理方法及分析样品测定中有待解决的问题展开了讨论。旨在抛砖引玉,为利用稳定同位素技术开展鸟类学方面的研究提供科学参考和技术支持。     

稳定同位素技术在水域生态系统研究中的应用

稳定同位素作为一种天然的示踪物,应用十分广泛,其在水域生态学中的应用也日益受到重视。生物同位素组成总是与其食物同位素组成相一致,能随食物的改变而相应地发生改变,是生物生存状况的理想指示物,为水域生态系统食物网结构与功能、物质流与能量流的研究提供了有力的技术支撑。在综评稳定同位素技术原理与方法的基础上,较为详细地对其应用于水域生态研究的理论基础与进展进行了总结。该方法的应用以水域中生产者同位素组成差异为前提,主要涉及确定食物来源、食物的贡献比例、营养级的确定、食物网结构的构建及鱼类等水生生物的洄游及迁移路线等方面,这些研究对了解生态系统的动态变化与外界环境对其影响具有重要意义。并对我国此类研究的前景和存在问题进行了探讨。     

西双版纳热带季节雨林林冠截留雾水和土壤水的关系

利用2002年1月-2003年12月在西双版纳热带季节雨林观测样地收集的林冠截留滴落雾水、雨水、浅层土壤水和地下水水样,对其氢、氧稳定性同位素比率δD和δ^18O的测定结果进行了分析,研究了林冠截留雾水对土壤水和地下水的影响。干季（11-翌年4月份）,热带雨林林冠截留雾水的稳定性同位素比率、过量氘（d-excess）值明显高于雨水的相应值,表明雾水水汽中包含了区域森林植被蒸发、蒸腾的再循环水汽。林下地表浅层土壤水的稳定性同位素比率介于雾水和雨水的同位索比率之间,表明浅层土壤水来源于雾水和雨水的补给,但是干季浅层土壤水包含更多的雾水。在降雨稀少的干季,浅层土壤水主要来自雾水的补给,表明了林冠滴落的雾水是林下幼树和耐阴树种生长和生存的重要环境因子。干季和雨季（5-10月份）地下水的稳定性同位素比率与雨水的均没有显著差别,表明雾水对地下水的补给没有贡献,其水分补给仅仅来自雨水。     

海洋生态系统稳定同位素基线的选取

稳定同位素技术在海洋食物网研究中得到了广泛的应用,但在分析海洋生物食性和营养级时,需要选择某种生物或物质的稳定同位素值作为基线.本文综述了河口和海湾、浅海、大洋及深海4类典型海洋生态系统稳定同位素基线的选取,分析了影响稳定同位素基线选择的因素,以及特定化合物稳定同位素在消除基线时空异质性中的潜在价值,并对目前存在的问题以及今后的研究方向进行了展望,以期为国内学者进一步深入开展海洋生态系统的稳定同位素生态学研究提供有益参考.     

大气颗粒物稳定同位素组成的研究进展

大气颗粒物成分复杂,容易对环境和人体健康产生较大影响,是雾霾的主要来源。如何对大气颗粒物及其成分的来源、形成和迁移转化过程进行表征一直是大气环境科学研究中的重要课题。近年来,稳定同位素技术被广泛应用到环境污染物的来源示踪研究中。本文综述了大气颗粒物的研究进展,重点围绕大气颗粒物中的轻稳定同位素组成(主要包括碳、氮、硫和氧的稳定同位素),结合大气颗粒物的时空变化特征及特定的同位素数学模型,对大气颗粒物中物质的来源、形成过程和贡献等研究进行分析总结,并对稳定同位素技术在未来大气颗粒物研究中的应用发展趋势进行探讨。     

稳定同位素技术在头足类摄食生态学研究中的应用

头足类在海洋食物网营养关系中占有重要地位,然而对其复杂的生活史过程,尤其是摄食生态学信息仍知之甚少.稳定同位素技术作为传统食物网科学研究方法的有力补充,可更深层次地分析头足类的摄食习性和栖息地等方面的重要信息.本文在比较分析国内外头足类摄食生态学研究方法的基础上,系统归纳总结了稳定同位素技术在头足类摄食生态学研究中的发展现状并介绍最新进展情况,着重分析稳定同位素技术在头足类生活史信息,尤其是在摄食生态学研究中的应用现状及发展前景,包括测定样品标准化、头足类生长发育过程中的食性转换和洄游分布等核心问题,以促进其在头足类生物学研究中的应用.     

对“同位素示踪技术在高中生物学实验中的应用小结”一文的商榷

同位素示踪技术是生物学实验中常用的一项技术,在人教版高中生物学教材中多处有所涉及。但在教学中,许多教师、教辅资料等并未对放射性同位素和稳定同位素进行严格的区分,以致出现了错误表述。针对《生物学通报》,2010年,第12期上“同位素示踪技术在高中生物学实验中的应用小结”一文,对同位素及其示踪技术进行了简要介绍,以期引起同行的注意。     

香鼬、艾虎和大鵟的食物资源分割——来自稳定性同位素的证据

通过对高寒草甸生态系统内香鼬、艾虎和大鵟3种食肉类稳定性碳和氮同位素比值(δ^13C和δ^15N)的测定,依据同位素的质量平衡原理和IsoSource软件计算得到：小型哺乳类在香鼬、艾虎和大鵟食谱中的分配比例分别为26．8％、27．0％和29．2％;雀形目成鸟的分配比例为22．3％、47．7％和69．1％;雀形目幼鸟为50．9％、25．6％和1．70％。3种食肉类的稳定性碳和氮同位素分布模式在二维空间上存在明显分割,由此说明．香鼬、艾虎和大鵟之间存在明显的食物资源分割现象,同时也反映了三者在高寒草甸生态系统内共存的基础。