植物 ¹³C标记技术新进展 ——¹³C标记转移试验箱

植物 ¹³C 稳定同位素标记技术可对光合固定碳进行定向示踪，能够区分新合成光合碳与原有碳库，定量解析光合产物在植物体内分配、根际碳沉积、植物微生物碳传递以及土壤有机碳周转过程。该技术克服了传统方法难以溯源碳来源的局限，为揭示植物土壤系统碳循环机制、评估土壤碳汇潜力以及校验全球变化模型提供关键定量依据。

目前植物 ¹³C标记常用的脉冲标记方法存在以下主要问题：

1、密闭腔室改变微环境，脱离真实田间条件。

标记箱内部光照、温湿度、水汽、CO₂浓度、气体扩散与大田不一样；密闭环境容易高温高湿，造成植物胁迫，改变光合速率、呼吸速率以及光合产物分配模式，得到的碳分配结果不能直接外推到原位田间。

2、气密性是最大风险，漏气直接造成实验报废。

外界普通空气 ¹²CO₂渗入，稀释 ¹³C 丰度；内部富集 ¹³CO₂外泄。脉冲标记尤其容易出现，丰度被压低，示踪信号变弱。

3、气体混合不均，植株间标记丰度不一致

腔室内若无充分搅拌，冠层不同位置叶片 ¹³CO₂供给差异，同一批植物标记富集度离散大，重复变异升高。

iChamber¹³C 标记转移试验箱针对 ¹³C 标记现存问题进行了改进，

一、配备恒温恒湿控制器，密闭状态下主动调控箱内温湿度，温度控制精度 ±1℃，湿度控制精度 ±5% RH；循环风量可达360 m³/h；采用高透光耐候 PC 透明罩保障光照条件。

标记完成后，系统自动启动通风吹扫模式，把残余 ¹³CO₂排至试验地远处，之后切换自然通风换气模式，植物回到自然生长环境，后续追踪周期不再密闭在箱体内。

优势：

1、标记密闭阶段尽量维持箱内环境贴近外界，减少高温高湿带来的植物胁迫。

2、追踪阶段脱离密闭腔室，较大程度还原真实生长条件；

3、大循环风量同时实现箱内气体充分混匀，消除腔体内 ¹³CO₂浓度梯度，降低同一批植株标记丰度的变异。

二、针对气密性差，iChamber 底板使用高弹性硅胶膜，植物茎秆穿过底板处实现密封，硅胶具备弹性，允许茎秆径向生长，不会因植株增粗产生缝隙漏气；PC 透明罩具备高密封性，防止内部标记气体外泄。

✅优势：

解决自制箱体茎秆穿孔处密封难的痛点，随着植物茎秆变粗依旧维持密封性能，减少外界 ¹²CO₂渗入稀释 ¹³C 丰度，降低因漏气导致实验失败的风险。

三、针对人工手动释放 ¹³CO₂，操作误差大、标记时长不可控、残留 ¹³CO₂过标记。配置¹³CO₂定量释放控制器，气体释放分辨率可达0.01 mL，释放量可自定义设置；流量计精度 ±1%，压力适配 0.1200 kPa；搭配 CO₂分析仪 / 传感器实时监测箱内外 CO₂浓度，自动控制气体投放；当箱内 ¹³CO₂浓度下降至下限，自动吹扫残余标记气体，支持多轮循环脉冲标记流程，全程自动化执行，无需人工值守。

✅优势：

1.¹³CO₂投放精准可控，消除手动操作带来的人为误差，实验可重复性高；

2.支持多次脉冲标记循环，适配重复脉冲标记的科研需求。

四、搭载 CO₂分析仪与 CO₂传感器，量程 02000 ppm，可多路切换，同步采集箱内、外界大气 CO₂实时浓度，反馈给控制器用于气体自动补给调控，完整记录标记过程气体时序数据。

✅优势：

可以实时掌握标记过程 CO₂动态，后期可结合环境参数做数据校正，弥补自制箱体缺少过程监测的短板。

五、针对使用场景与适配性局限，箱体高度可达140 cm（可自动升降），直径60 cm，支持定制尺寸；设备可在露天大田、温室保护地两种场景使用。

✅优势：

既可以温室盆栽标记，也可部署于田间开展原位植物脉冲标记，突破传统自制箱体大多只能温室盆栽的限制。

上述设备性能特点简述：

1、13C O2定量释放控制器

用于定时定量向iChamber内植物释放13C O2气体，可以一次定量释放50ml（可设置）13C O2气体，同时测量iChamber内的13C O2气体浓度，使保持设定值或与外界大气C O2气体浓度保持一致。

流量计量程：1-100slpm    流量计精度：±1%

压力范围：0.1～200kpa     气体释放分辨率：0.01ml

2、恒温恒湿控制器

当iChamber封闭后，为了保证罩内植物的生长环境与外界相同，对iChamber内的环境空气进行降温降湿控制，

温度控制范围：0～55℃   温度控制精度：±1℃

湿度控制范围：30～95%RH   湿度控制精度：±5%RH

循环风量：360m3/H

3、iChamber透明罩

采用耐候透光的PC板材，可以为罩内植物提供充足的光照，同时具有高密封性，

iChamber尺寸：高可达140cm（可自动升降），直径62cm，可定制

4、CO2气体分析仪

用于实时测量iChamber内部和外部13CO2气体浓度，以启动气体释放控制器向iChamber罩内添加13CO2气体。

由多路控制器切换测量不同iChamber和大气的实时浓度，送给控制器。

C O2气体分析仪测量量程：0～2000ppm

C O2气体分析仪测量精度：2%

C O2气体分析仪分辨率：1ppm

5、C O2气体传感器

用于实时测量iChamber内部和外部13CO2气体浓度，以启动气体释放控制器向iChamber罩内添加13CO2气体。

C O2气体传感器测量量程：0～2000ppm

C O2气体传感器测量精度：3%

C O2气体传感器分辨率：1ppm