唐志信， 李春波， 陳偉霖， 龍連娣， 陶文琴， 繆紳裕，①

(1. 廣東連州田心省級自然保護(hù)區(qū)， 廣東 連州 513400； 2. 廣州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 廣東 廣州 510006)

廣東連州自然分布的3種植物體內(nèi)及根際環(huán)境中穩(wěn)定性碳和氮同位素的分析

唐志信1， 李春波1， 陳偉霖2， 龍連娣2， 陶文琴2， 繆紳裕2，①

(1. 廣東連州田心省級自然保護(hù)區(qū)， 廣東 連州 513400； 2. 廣州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 廣東 廣州 510006)

以廣東連州自然分布的3種國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物南方紅豆杉〔Taxuschinensisvar.mairei(Lemée et Lévl.) Cheng et L. K. Fu〕、半楓荷(SemiliquidambarcathayensisChang)和金蕎麥〔Fagopyrumdibotrys(D. Don) Hara〕為研究對象，分析了根、莖和葉片及根際土壤和巖石的C、N含量和C∶N比以及δ13C和δ15N值的差異；在此基礎(chǔ)上，通過δ13C和δ15N值的散點(diǎn)圖比較了3種植物生態(tài)位的差異。結(jié)果表明：在同種植物中，根、莖和葉片的C和N含量及C∶N比總體高于根際土壤和巖石，其中，葉片中C和N含量均最高，莖的C∶N比最高；而根際土壤和巖石的δ13C和δ15N值總體高于根、莖和葉片。在供試的3種植物間，根際土壤和巖石中C和N含量總體上無明顯差異，但根、莖和葉片中C和N含量以及根、莖和葉片及根際土壤和巖石的C∶N比、δ13C和δ15N值均有一定差異；其中，金蕎麥根中C含量顯著(P<0.05)低于南方紅豆杉和半楓荷，其根、莖和葉片中N含量和δ15N值均極顯著(P<0.01)高于后二者，其根、莖和葉片的C∶N比和δ13C值均極顯著低于后二者，其根際土壤和巖石的C∶N比和δ13C值總體上也低于后二者；南方紅豆杉和半楓荷的葉片中C和N含量以及莖和葉片的δ13C值、根際土壤和巖石的δ13C和δ15N值均存在顯著差異，但二者的整體差異相對較小。從散點(diǎn)圖上看，金蕎麥的生態(tài)位遠(yuǎn)離南方紅豆杉和半楓荷，而后二者的生態(tài)位有交集。綜合分析結(jié)果顯示：草本植物金蕎麥與木本植物南方紅豆杉和半楓荷的C和N含量以及δ13C和δ15N值的差異不僅與植物自身的生活型有關(guān)，而且與各自生境中的光照和土壤因子等相關(guān)。另外，供試3種植物的根、莖和葉片的δ13C值變幅為-31.69‰～-26.46‰，符合C3植物的δ13C值范疇。

南方紅豆杉； 半楓荷； 金蕎麥； 穩(wěn)定性同位素； 碳； 氮

穩(wěn)定性同位素技術(shù)具有示蹤、整合和指示等多項(xiàng)功能，該技術(shù)檢測快速、結(jié)果準(zhǔn)確，在生態(tài)學(xué)和地球化學(xué)循環(huán)等方面顯示出獨(dú)特的作用，已成為生態(tài)學(xué)研究的重要手段[1]。C和N是植物組織的重要組成部分，并在植物生理代謝過程中關(guān)系密切。植物組織的δ13C和δ15N值在很大程度上受生長環(huán)境的影響。Miao等[2]的研究結(jié)果表明：珠江口紅樹林濕地中不同種類植物因生境相同，其δ13C和δ15N組成有一定相似性，而不同生境中的同種植物則差異較大。利用穩(wěn)定性C、N同位素技術(shù)能準(zhǔn)確溯源藥用植物的原產(chǎn)地；而對于珍稀瀕危保護(hù)植物，則有助于深入了解不同生活型植物的環(huán)境適應(yīng)性以及生物地球化學(xué)循環(huán)過程，為瀕危植物種群的生存與發(fā)展研究奠定理論基礎(chǔ)。

紅豆杉科(Taxaceae)喬木種類南方紅豆杉〔Taxuschinensisvar.mairei(Lemée et Lévl.) Cheng et L. K. Fu〕為國家Ⅰ級重點(diǎn)保護(hù)野生植物[3]，目前對該種的研究主要集中在葉片精油、多糖提取和抗腫瘤活性[4-6]、幼苗生長與光合生理節(jié)律[7]、細(xì)根結(jié)構(gòu)及C和N含量[8]等方面。金縷梅科(Hamamelidaceae)喬木種類半楓荷(SemiliquidambarcathayensisChang)為國家Ⅱ級重點(diǎn)保護(hù)野生植物[3]，目前對該種的研究主要涉及種苗生長發(fā)育和培育技術(shù)[9-11]、根化學(xué)成分[12]及藥理活性[13]等方面。金蕎麥〔Fagopyrumdibotrys(D. Don) Hara〕為蓼科(Polygonaceae)多年生草本植物，也為國家Ⅱ級重點(diǎn)保護(hù)野生植物[3]，目前對該種的研究主要集中在資源分布與遺傳多樣性、生長發(fā)育、人工栽培和質(zhì)量控制[14]等方面。這3種植物均具有特定的藥用價值，在廣東連州田心省級自然保護(hù)區(qū)也均有自然分布。

為探討不同生活型植物在不同生境以及相同生活型植物在相似生境中穩(wěn)定性同位素的表現(xiàn)特征，兼顧珍稀瀕危保護(hù)植物的藥用價值和科研保護(hù)價值，作者以生境較為郁閉的南方紅豆杉和半楓荷以及生境較為開闊的金蕎麥為研究對象，對植株不同器官以及根際土壤和巖石中的C、N含量以及穩(wěn)定性C、N同位素組成進(jìn)行分析，并依據(jù)散點(diǎn)圖分析其生態(tài)位差異，以期深入了解藥用瀕危植物的生態(tài)適應(yīng)性，為瀕危植物種群的生存與發(fā)展研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料南方紅豆杉、半楓荷和金蕎麥均采自廣東連州田心省級自然保護(hù)區(qū)，具體地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°21′40″、北緯25°07′14″。該保護(hù)區(qū)位于北回歸線以北的南嶺山脈中段南麓，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候；年均溫19.5 ℃，1月均溫8.8 ℃，極端低溫-6.9 ℃，7月均溫28.5 ℃，極端高溫39.8 ℃；年均降水量1 571.8 mm，年降水量的82%集中在3月至8月；年均空氣相對濕度81.0%，無霜期298.7 d[15]。

3種植物的生境地相互鄰近，其中，南方紅豆杉和半楓荷為喬木，生長在郁閉度約0.85的林地內(nèi)；金蕎麥為草本，生長在路旁開闊地。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集及預(yù)處理 每種植物分別選擇3株成熟個體作為樣株，其中，南方紅豆杉和半楓荷樣株的胸徑均為10 cm，金蕎麥樣株為開花個體。分別采集各樣株的根、莖和葉片，其中，根樣品為地面以下10 cm的主根，莖樣品為地面以上10 cm的主莖，葉片樣品為植株或枝條頂端以下第3枚成熟葉片；另外，在每一樣株主根附近5 cm范圍內(nèi)分別采集巖石和土壤樣品；每個樣品鮮質(zhì)量約20 g。

根、莖和葉片以及巖石樣品分別洗凈，土壤樣品風(fēng)干，均置于60 ℃烘箱中處理24 h，冷卻后粉碎、過篩(0.149 mm)，備用[2]。

1.2.2 樣品測定 參照文獻(xiàn)[2]，分別用Vario PYO cube型元素分析儀(德國Elementar公司)和IsoPrime 100型同位素質(zhì)譜儀(英國IsoPrime公司)測定各樣品中的C和N含量以及C∶N比和穩(wěn)定性同位素組成。測定過程在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

采用EXCEL 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖；采用SPSS 17.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)，并且對樣本進(jìn)行t檢驗(yàn)(雙側(cè))。

2 結(jié)果和分析

2.1 3種植物不同部位及根際土壤和巖石中C含量的比較

廣東連州自然分布的南方紅豆杉、半楓荷和金蕎麥的根、莖和葉片及根際土壤和巖石中C含量的比較結(jié)果見表1。

植物Plant不同樣品中的C含量/g·kg-1 Ccontentindifferentsamples巖石Rock土壤Soil根Root莖Stem葉片Blade南方紅豆杉Taxuschinensisvar．mairei12 3±1 0Ab31 4±2 1Aa404 9±23 1Ab420 8±26 5Aa542 1±30 1Ab半楓荷Semiliquidambarcathayensis2 8±0 2Aa23 1±1 8Aa401 0±20 8Ab411 6±21 9Aa485 2±26 7Aa金蕎麥Fagopyrumdibotrys1 6±0 1Aa37 0±2 0Aa356 3±24 3Aa415 6±22 7Aa472 6±23 5Aa

1)同列中不同的大寫和小寫字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05) Different capitals and lowercases in the same column indicate the extremely significant (P<0.01) and significant (P<0.05) differences， respectively.

由表1可見：3種植物根、莖、葉片及根際土壤和巖石中的C含量差異明顯，其中，植株不同部位中C含量明顯高于根際土壤和巖石。從同種植物的不同部位看，均為葉片中C含量最高、根中C含量最低；而土壤與巖石相比，均為土壤中C含量明顯高于巖石。整體上看，同種植物的5個樣品按照C含量從低至高依次排序?yàn)閹r石、土壤、根、莖、葉片。

從不同種類的比較結(jié)果(表1)可見：整體上看，南方紅豆杉不同部位及根際土壤和巖石中C含量最高，其中，南方紅豆杉和半楓荷根中C含量顯著(P<0.05)高于金蕎麥，南方紅豆杉巖石和葉片中C含量顯著高于半楓荷和金蕎麥，其他樣品間的C含量均無顯著差異(P>0.05)。說明植株不同部位及根際環(huán)境(尤其是莖和土壤)中C含量在不同植物種類間差異不明顯。

2.2 3種植物不同部位及根際土壤和巖石中N含量的比較

廣東連州自然分布的南方紅豆杉、半楓荷和金蕎麥的根、莖和葉片及根際土壤和巖石中N含量的比較結(jié)果見表2。

由表2可見：3種植物根、莖、葉片及根際土壤和巖石中的N含量差異較大，其中，植株不同部位中N含量明顯高于根際土壤和巖石。從同種植物的不同部位看，均為葉片中N含量最高、莖中N含量最低，且葉片中N含量與莖和根差異明顯；而土壤與巖石相比，均為土壤中N含量高于巖石，其中，半楓荷和金蕎麥根際土壤中N含量與巖石中N含量差異較大。整體上看，同種植物的5個樣品按照N含量從低至高依次排序?yàn)閹r石、土壤、莖、根、葉片。

從不同種類的比較結(jié)果(表2)可見：除巖石中的N含量外，金蕎麥不同部位及根際土壤中N含量均最高，其中，金蕎麥根、莖和葉片中N含量極顯著(P<0.01)高于南方紅豆杉和半楓荷，南方紅豆杉葉片中N含量則極顯著高于半楓荷，三者根際土壤和巖石中N含量以及南方紅豆杉與半楓荷的根和莖中N含量均無顯著差異。說明草本的金蕎麥與木本的南方紅豆杉和半楓荷對N吸收和積累的能力及機(jī)制明顯不同；也可能與金蕎麥與南方紅豆杉和半楓荷的生境差異有關(guān)，前者生長于空曠地中，而后二者則分布于森林中。

植物Plant不同樣品中的N含量/g·kg-1 Ncontentindifferentsamples巖石Rock土壤Soil根Root莖Stem葉片Blade南方紅豆杉Taxuschinensisvar．mairei1 0±0 1Aa1 1±0 1Aa7 9±0 6Aa6 9±0 5Aa23 5±1 8Bb半楓荷Semiliquidambarcathayensis0 1±0 0Aa1 6±0 2Aa8 3±0 7Aa6 2±0 4Aa14 5±2 4Aa金蕎麥Fagopyrumdibotrys0 1±0 0Aa2 9±0 3Aa21 8±1 5Bb14 7±1 1Bb44 9±3 9Cc

1)同列中不同的大寫和小寫字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05) Different capitals and lowercases in the same column indicate the extremely significant (P<0.01) and significant (P<0.05) differences, respectively.

2.3 3種植物不同部位及根際土壤和巖石中C∶N比的比較

廣東連州自然分布的南方紅豆杉、半楓荷和金蕎麥的根、莖和葉片及根際土壤和巖石中C∶N比的比較結(jié)果見圖1。

■： 南方紅豆杉Taxus chinensis var. mairei (Lemée et Lévl.) Cheng et L. K. Fu； □： 半楓荷Semiliquidambar cathayensis Chang； ： 金蕎麥Fagopyrum dibotrys (D. Don) Hara. 不同的大寫和小寫字母分別表示不同植物間同類樣品的C∶N比差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05) Different capitals and lowercases indicate the extremely significant (P<0.01) and significant (P<0.05) differences of C∶N ratio of the same type of sample among different plants， respectively.圖1 廣東連州自然分布的3種植物根、莖和葉片及根際土壤和巖石中C∶N比的比較(n=3)Fig. 1 Comparison on C∶N ratio of root， stem and blade， and rhizosphere soil and rock of three plants naturally distributed in Lianzhou of Guangdong (n=3)

由圖1可見：3種植物根、莖、葉片及根際土壤和巖石的C∶N比均有較大差異，其中，僅半楓荷不同部位的C∶N比均大于根際土壤和巖石，南方紅豆杉和金蕎麥則根和莖的C∶N比大于根際土壤和巖石。從同種植物的不同部位看，均為莖的C∶N比最大，葉片的C∶N比最??；而土壤與巖石相比，南方紅豆杉根際土壤的C∶N比明顯大于巖石，但半楓荷和金蕎麥根際土壤的C∶N比則小于巖石。整體上看，半楓荷植株不同部位及根際土壤和巖石中的C∶N比差異最大，而金蕎麥植株不同部位及根際土壤和巖石的C∶N比差異最小。

從不同種類的比較結(jié)果(圖1)可見：供試的3種植物中，半楓荷莖和葉片的C∶N比均最大，金蕎麥各部位的C∶N比均最小，其中，3種植物葉片的C∶N比均有極顯著差異，而金蕎麥根和莖的C∶N比則極顯著小于南方紅豆杉和半楓荷，但后二者根和莖的C∶N比無顯著差異。從土壤與巖石的C∶N比看，半楓荷生境巖石的C∶N比極顯著大于南方紅豆杉和金蕎麥，南方紅豆杉根際土壤的C∶N比則極顯著大于半楓荷和金蕎麥，后二者間則均無顯著差異。

2.4 3種植物不同部位及根際土壤和巖石中δ13C值的比較

廣東連州自然分布的南方紅豆杉、半楓荷和金蕎麥的根、莖和葉片及根際土壤和巖石中δ13C值的比較結(jié)果見圖2。

由圖2可見：3種植物根、莖、葉片及根際土壤和巖石的δ13C值總體上有較大差異，其中，半楓荷和金蕎麥根際土壤和巖石的δ13C值以及南方紅豆杉根際土壤的δ13C值均高于植株的不同部位。從同種植物的不同部位看，供試3種植物葉片的δ13C值均最低，其中，半楓荷和金蕎麥的δ13C值從根、莖、葉片依次降低，而南方紅豆杉的δ13C值則從莖、根、葉片依次降低。而土壤與巖石相比，南方紅豆杉和半楓荷根際土壤的δ13C值均高于巖石，而金蕎麥根際土壤的δ13C值則低于巖石?？傮w上看，由于植物葉片的光合作用，導(dǎo)致13C分餾，使得植物根、莖和葉片各器官的δ13C值均低于根際土壤或巖石。

■： 南方紅豆杉Taxus chinensis var. mairei (Lemée et Lévl.) Cheng et L. K. Fu； □： 半楓荷Semiliquidambar cathayensis Chang； ： 金蕎麥Fagopyrum dibotrys (D. Don) Hara. 不同的大寫和小寫字母分別表示不同植物間同類樣品的δ13C值差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05) Different capitals and lowercases indicate the extremely significant (P<0.01) and significant (P<0.05) differences of δ13C value of the same type of sample among different plants， respectively.圖2 廣東連州自然分布的3種植物根、莖和葉片及根際土壤和巖石中δ13C值的比較(n=3)Fig. 2 Comparison on δ13C value of root， stem and blade， and rhizosphere soil and rock of three plants naturally distributed in Lianzhou of Guangdong (n=3)

從不同種類的比較結(jié)果(圖2)可見：3種植物莖和葉片的δ13C值均有極顯著差異，且南方紅豆杉莖和葉片的δ13C值均最大；南方紅豆杉和半楓荷根的δ13C值無顯著差異，但二者均極顯著高于金蕎麥；半楓荷根際土壤和巖石的δ13C值均極顯著高于南方紅豆杉和金蕎麥，而南方紅豆杉和金蕎麥根際土壤的δ13C值也有極顯著差異，但二者巖石的δ13C值差異不顯著。整體上看，金蕎麥植株不同部位及根際土壤和巖石的δ13C值均低于另2種植物。

2.5 3種植物不同部位及根際土壤和巖石中δ15N值的比較

廣東連州自然分布的南方紅豆杉、半楓荷和金蕎麥的根、莖和葉片及根際土壤和巖石中δ15N值的比較結(jié)果見圖3。

由圖3可見：3種植物根、莖、葉片及根際土壤和巖石的δ15N值總體上差異較大，其中，金蕎麥葉片和根際土壤的δ15N值明顯高于其根和莖；而南方紅豆杉和半楓荷根際土壤和巖石的δ15N值均高于各自的根、莖和葉片。從同種植物的不同部位看，金蕎麥葉片的δ15N值最高，而南方紅豆杉和半楓荷均為根的δ15N值最高，三者莖的δ15N值均最低。而土壤與巖石相比，南方紅豆杉和半楓荷根際土壤的δ15N值均低于巖石。整體上看，除金蕎麥葉片外，3種植物各部位的δ15N值均低于其生境的δ15N值，其中，南方紅豆杉植株各部位的δ15N值與其生境的δ15N值差異明顯。

■： 南方紅豆杉Taxus chinensis var. mairei (Lemée et Lévl.) Cheng et L. K. Fu； □： 半楓荷Semiliquidambar cathayensis Chang； ： 金蕎麥Fagopyrum dibotrys (D. Don) Hara. S1: 巖石Rock; S2: 土壤Soil; S3: 根Root; S4: 莖Stem; S5: 葉片Blade. 不同的大寫和小寫字母分別表示不同植物間同類樣品的δ15N值差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05) Different capitals and lowercases indicate the extremely significant (P<0.01) and significant (P<0.05) differences of δ15N value of the same type of sample among different plants， respectively.圖3 廣東連州自然分布的3種植物根、莖和葉片及根際土壤和巖石中δ15N值的比較(n=3)Fig. 3 Comparison on δ15N value of root， stem and blade， and rhizosphere soil and rock of three plants naturally distributed in Lianzhou of Guangdong (n=3)

從不同種類的比較結(jié)果(圖3)可見：與N含量的差異狀況相似，金蕎麥根、莖和葉片的δ15N值也均極顯著高于南方紅豆杉和半楓荷，而后二者間根、莖和葉片的δ15N值無顯著差異；金蕎麥和半楓荷根際土壤的δ15N值無顯著差異，但均極顯著高于南方紅豆杉；此外，南方紅豆杉生境巖石的δ15N值則極顯著高于半楓荷。

2.6 3種植物不同部位及根際土壤和巖石中δ13C和δ15N值的散點(diǎn)圖分析

以廣東連州自然分布的南方紅豆杉、半楓荷和金蕎麥植株不同部位及根際土壤和巖石的δ13C值為橫坐標(biāo)，以各樣品的δ15N值為縱坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖，結(jié)果見圖4。其中，金蕎麥生境巖石的δ15N值未檢出，故缺失其數(shù)據(jù)點(diǎn)。

由圖4可見：金蕎麥各樣品的數(shù)據(jù)點(diǎn)遠(yuǎn)離南方紅豆杉和半楓荷(見圖中的三角框部分)，而南方紅豆杉與半楓荷各樣品的數(shù)據(jù)點(diǎn)互相交錯，表明南方紅豆杉與半楓荷在生態(tài)位方面較相似，但與草本植物金蕎麥有較大差異。

由圖4還可見：3種植物植株不同部位的數(shù)據(jù)點(diǎn)均分布在各自的土壤和巖石樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)的左下側(cè)，表明植物的光合作用對13C和15N均有分餾作用，光合作用途徑不同則分餾程度不同，使各種類不同器官的δ13C和δ15N值不同程度降低。

●： 南方紅豆杉Taxus chinensis var. mairei (Lemée et Lévl.) Cheng et L. K. Fu； ○： 半楓荷Semiliquidambar cathayensis Chang； ▲： 金蕎麥Fagopyrum dibotrys (D. Don) Hara. S1： 巖石Rock； S2： 土壤Soil； S3： 根Root； S4： 莖Stem； S5： 葉片Blade.圖4 廣東連州自然分布的3種植物根、莖和葉片及其根際土壤和巖石中δ13C和δ15N值的散點(diǎn)圖Fig. 4 Scatter diagram of δ13C and δ15N values of root， stem and blade， and rhizosphere soil and rock of three plants naturally distributed in Lianzhou of Guangdong

3 討 論

從C代謝途徑看，陸生植物主要包括C3和C4植物2種類型。據(jù)報道，中國分布的478種C3植物的δ13C值為-33.50‰～-22. 00‰(平均-27.10‰)[16]，北方黃土區(qū)C4植物的δ13C值為-10.5‰ ～-14.6‰(平均-12.6‰)[17]。本研究中，南方紅豆杉不同部位的δ13C值為-28.59‰～-26.46‰(平均-27.39‰)，半楓荷為-30.08‰～-27.52‰(平均-28.62‰)，金蕎麥為-31.69‰～-30.44‰(平均-30.94‰)，均符合C3植物特征。

葉片是對植物營養(yǎng)狀況最敏感的器官，其營養(yǎng)動態(tài)變化可實(shí)時反映植物的養(yǎng)分狀況。因植物葉片在光合作用過程中對δ13C有分餾作用，因此，δ13C值可用于評估植物體內(nèi)營養(yǎng)及水分利用效率狀況。馮虎元等[18]認(rèn)為，生境中光照條件或郁閉度的變化可影響葉片的氣孔導(dǎo)度、向光性、葉綠素分布、光合作用羧化酶活性以及其他與光合作用相關(guān)的過程，進(jìn)而影響植物的δ13C值。本研究中，除巖石樣品外，金蕎麥其他樣品的δ13C值均極顯著低于南方紅豆杉和半楓荷。金蕎麥為多年生草本植物，靠地下莖過冬，且生長于路旁開闊地，光照充分；而南方紅豆杉和半楓荷均為喬木，生長在有一定郁閉度的森林內(nèi)，光照度相對較低，生境中不同的光照條件是導(dǎo)致金蕎麥與南方紅豆杉和半楓荷的δ13C值存在差異的主要原因之一。此外，植物的δ13C值也受土壤含水量、氣溫、空氣相對濕度、光照和大氣CO2濃度等環(huán)境因子的影響，即C3植物的δ13C值因受環(huán)境變化以及植物生理調(diào)節(jié)和響應(yīng)的影響，在個體、種類和群落之間存在較大變異。

葉片的δ15N值在很大程度上也受植物生境的影響，并在一定時間和空間上揭示出與植物生理生態(tài)過程相關(guān)的氣候環(huán)境信息[19]。植物組織中δ15N同位素比率與氣候因子、土壤類型和有機(jī)物δ15N值、N同化和N有效性密切相關(guān)[20]。例如，在珠江口紅樹林濕地中，鹽度高的珠海淇澳島底泥的δ13C和δ15N值均高于鹽度低的廣州南沙底泥，表明不同生境中的底泥相應(yīng)值有顯著差異[2]；外來植物無瓣海桑(SonneratiaapetalaBuch.-Ham.)、互花米草(SpartinaalternifloraLois.)和拉關(guān)木〔Lagunculariaracemosa(Linn.) Gaertner f.〕的根、莖和葉片的δ13C和δ15N值均高于本地紅樹植物桐花樹〔Aegicerascorniculatum(Linn.) Blanco〕和鹵蕨(AcrostichumaureumLinn.)，體現(xiàn)出不同植物在同一生境下δ13C和δ15N值的差異[2]。本研究中，金蕎麥與南方紅豆杉和半楓荷的δ13C和δ15N值之間的差異，也可能是生境因子(光照和土壤等)和植物自身差異的綜合體現(xiàn)。

δ13C與δ15N值散點(diǎn)圖可用于表示不同生物在生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的營養(yǎng)生態(tài)位，能夠在一定程度上體現(xiàn)不同生物各自的生態(tài)位寬度[21]。不同生活型植物(草本植物金蕎麥與木本植物南方紅豆杉和半楓荷)可能因生境中光照強(qiáng)度等環(huán)境因子的差異，在生態(tài)位或營養(yǎng)元素(C、N等)的利用上差異顯著，其生境土壤中不同營養(yǎng)元素的相關(guān)指標(biāo)也有較大差別。由此可見，對于珍稀瀕危植物而言，生境保護(hù)對于植物個體生存及種群規(guī)模發(fā)展均極為重要。此外，相似生活型的植物(如南方紅豆杉和半楓荷)在生態(tài)適應(yīng)性方面較為一致，導(dǎo)致這些植物體內(nèi)δ13C與δ15N值變化的機(jī)制可能為：1)生境因子(光照、土壤因子等)通過葉片對穩(wěn)定性同位素的分餾作用影響植物體內(nèi)的δ13C與δ15N值；2)植物體內(nèi)的主動運(yùn)輸過程導(dǎo)致不同種類間或同種植物不同器官間產(chǎn)生了穩(wěn)定性同位素的分異。

由于未能對3種植物生境的溫度、濕度和降水量等生態(tài)因子進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，因此，無法分析3種植物葉片的δ13C和δ15N值與環(huán)境因子的具體相關(guān)性，該項(xiàng)工作可作為今后研究探索的方向之一。

致謝： 中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室謝露華博士為本研究進(jìn)行了各樣品的分析測定，謹(jǐn)此表示感謝!

[1] 林光輝. 穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)： 先進(jìn)技術(shù)推動的生態(tài)學(xué)新分支[J]. 植物生態(tài)學(xué)報， 2010， 34(2)： 119-122.

[2] MIAO S Y， LONG L D， TAO W Q， et al. Composition of stable carbon and nitrogen isotopes in five wetland plants and sediments from the Pearl River estuary， South China[J]. Chemistry and Ecology， 2016， 32： 609-623.

[3] 于永福. 中國野生植物保護(hù)工作的里程碑： 《國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄(第一批)》出臺[J]. 植物雜志， 1999(5)： 3-11.

[4] WU M B， ZHANG F F， YU Z P， et al. Chemical characterization andinvitroantitumor activity of a single-component polysaccharide fromTaxuschinensisvar.mairei[J]. Carbohydrate Polymers， 2015， 133： 294-301.

[5] ZHAO C J， LI Z， LI C Y， et al. Optimized extraction of polysaccharides fromTaxuschinensisvar.maireifruits and its antitumor activity[J]. International Journal of Biological Macromolecules， 2015， 75： 192-198.

[6] ZHAO C J， HE X， LI C Y， et al. A microwave-assisted simultaneous distillation and extraction method for the separation of polysaccharides and essential oil from the leaves ofTaxuschinensisvar.mairei[J]. Applied Sciences， 2016， 6： 19.

[7] 肖 遙， 楚秀麗， 尹增芳， 等. 不同產(chǎn)地南方紅豆杉各家系幼苗生長、光合生理與株高生長節(jié)律的差異分析[J]. 植物資源與環(huán)境學(xué)報， 2016， 25(1)： 34-42.

[8] 劉艷艷， 林 晗， 巢 林， 等. 不同林齡南方紅豆杉人工林細(xì)根結(jié)構(gòu)及C和N含量比較與相關(guān)性分析[J]. 植物資源與環(huán)境學(xué)報， 2014， 23(3)： 8-14.

[9] 曹展波， 林小凡， 楊 樺， 等. 半楓荷實(shí)生苗生長規(guī)律及培育技術(shù)[J]. 南方林業(yè)科學(xué)， 2015， 43(5)： 18-21.

[10] 陳家標(biāo). 半楓荷扦插育苗技術(shù)[J]. 亞熱帶植物科學(xué)， 2015， 44(3)： 345-348.

[11] 王滿蓮， 白坤棟， 孔德鑫， 等. 種苗級別對半楓荷生長發(fā)育的影響[J]. 種子， 2016， 35(2)： 69-72.

[12] 盧海嘯， 吳卓玲， 梁偉江， 等. 半楓荷根的化學(xué)成分研究[J]. 中藥材， 2015， 38(12)： 2543-2546.

[13] 孫 靜， 鄭雪凌， 崔向珍， 等. 半楓荷抗乙型肝炎病毒的藥理活性研究[J]. 時珍國醫(yī)國藥， 2014， 25(10)： 2391-2393.

[14] 焦連魁， 曾 燕， 趙潤懷， 等. 金蕎麥資源研究進(jìn)展[J]. 中國現(xiàn)代中藥， 2016， 18(4)： 519-525.

[15] 繆紳裕， 黃金玲， 唐志信， 等. 廣東連州田心保護(hù)區(qū)珍稀瀕危保護(hù)植物研究[J]. 廣州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)， 2013， 12(5)： 29-34.

[16] 任書杰， 于貴瑞. 中國區(qū)域478種C3植物葉片碳穩(wěn)定性同位素組成與水分利用效率[J]. 植物生態(tài)學(xué)報， 2011， 35(2)： 119-124.

[17] 王國安， 韓家懋， 周力平， 等. 中國北方黃土區(qū)C4植物穩(wěn)定碳同位素組成的研究[J]. 中國科學(xué)D輯： 地球科學(xué)， 2005， 35(12)： 1174-1179.

[18] 馮虎元， 安黎哲， 王勛陵. 環(huán)境條件對植物穩(wěn)定碳同位素組成的影響[J]. 植物學(xué)通報， 2000， 17(4)： 312-318.

[19] 劉艷杰， 許 寧， 牛海山. 內(nèi)蒙古草原常見植物葉片δ13C和δ15N對環(huán)境因子的響應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報， 2016， 36(1)： 235-243.

[20] ROBINSON D.δ15N as an integrator of the nitrogen cycles[J]. Trends in Ecology and Evolution， 2001， 16： 153-162.

[21] LAYMAN C A， ARRINGTON D A， MONTAA C G， et al. Can stable isotope ratios provide for community-wide measures of trophic structure?[J]. Ecology， 2007， 88： 42-48.

(責(zé)任編輯： 郭嚴(yán)冬)

Analyses on stable carbon and nitrogen isotopes in body and rhizosphere of three plants naturally distributed in Lianzhou of Guangdong

TANG Zhixin1， LI Chunbo1， CHEN Weilin2， LONG Liandi2， TAO Wenqin2， MIAO Shenyu2，①

(1. Tianxin Provincial Nature Reserves of Lianzhou， Guangdong， Lianzhou 513400， China； 2. School of Life Sciences， Guangzhou University， Guangzhou 510006， China)，J.PlantResour. &Environ.， 2017， 26(2)： 76-82

Taking three national key preserved wild plants ofTaxuschinensisvar.mairei(Lemée et Lévl.) Cheng et L. K. Fu，SemiliquidambarcathayensisChang andFagopyrumdibotrys(D. Don) Hara naturally distributed in Lianzhou of Guangdong as research objects， differences in C and N contents， C∶N ratio， andδ13C andδ15N values of their root， stem and blade， and rhizosphere soil and rock were analyzed； on the basis， ecological niche differences in three plants were analyzed by using scatter diagram ofδ13C andδ15N values. The results show that C and N contents and C∶N ratio of root， stem and blade are generally higher than those of rhizosphere soil and rock in the same plant， in which， C and N contents in blade are the highest， C∶N ratio of stem is the highest； whileδ13C andδ15N values of rhizosphere soil and rock are generally higher than those of root， stem and blade. Among three tested plants， there is no significant difference in C and N contents in rhizosphere soil and rock in general， while there are some differences in C and N contents in root， stem and blade， as well as in C∶N ratio，δ13C andδ15N values of root， stem and blade， and rhizosphere soil and rock； in which， C content in root ofF.dibotrysis significantly (P<0.05) lower than that ofT.chinensisvar.maireiandS.cathayensis， while its N content andδ15N value， and C∶N ratio andδ13C value of root， stem and blade are extremely significantly (P<0.01) higher and extremely significantly lower than those of the latter two， respectively， and its C∶N ratio andδ13C value of rhizosphere soil and rock are lower than those of the latter two in general； there are significant differences in C and N contents in blade，δ13C value of stem and blade， andδ13C andδ15N values of rhizosphere soil and rock betweenT.chinensisvar.maireiandS.cathayensis， but the overall differences are relatively small. Ecological niche ofF.dibotrysis far from that ofT.chinensisvar.maireiandS.cathayensisin the scatter diagram， while there is intersection of ecological niche between the latter two. The comprehensive analysis results show that the differences in C and N contents andδ13C andδ15N values between herbaceous plantF.dibotrysand woody plantT.chinensisvar.maireiandS.cathayensisare not only related with their life forms， but also with light, soil factors, etc. in their respective habitats. In addition， variation range ofδ13C value of root， stem and blade of three plants tested is -31.69‰--26.46‰， which is in accord withδ13C value range of C3plant.

Taxuschinensisvar.mairei(Lemée et Lévl.) Cheng et L. K. Fu；SemiliquidambarcathayensisChang；Fagopyrumdibotrys(D. Don) Hara； stable isotope； carbon； nitrogen

2016-11-14

廣東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(S2012010009714)； 廣東省自然保護(hù)區(qū)專項(xiàng)建設(shè)資金項(xiàng)目(粵財林[2013]106號)

唐志信(1965—)，男，廣東連州人，大專，林業(yè)工程師，主要從事自然保護(hù)區(qū)資源管理等方面的研究。

①通信作者E-mail： miaoshy@gzhu.edu.cn

Q948

A

1674-7895(2017)02-0076-07

10.3969/j.issn.1674-7895.2017.02.10