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1 植物硅酸體 -簡介

  植物硅酸體(plant opal) 簡稱植硅體,是指高等植物的根系在吸收地下水的同時,吸收了一定量的可溶性二氧化硅,這些二氧化硅經過植物的輸導組織輸送到了莖、葉、花、果實等處,而後在植物細胞間和細胞內沉澱下來,形成非晶質二氧化硅顆粒。植硅體體積非常小,約為2~2000微米(絕大部分為5~200微米),但數目眾多而且分佈廣泛,1克的禾本科植物葉子中就有10萬~100萬個植硅體。植物的各個部位都可以產生植硅體,其中葉片中產生的數量最大。 ‍

2 植物硅酸體 -主要成份

  植硅體的主要成分是二氧化硅(SiO2),含量為67%~95%,其他成分包括水分(1%~12%)、有機碳(0.1%~6%)及鈉、鉀、鈣、鐵等微量元素。 ‍

3 植物硅酸體 -形態顏色

  影響植硅體形態的因素錯綜複雜,同一個植物體的不同器官和部位所產生的植硅體形態各不相同;不同植物種屬可能產生相似形態的植硅體;同一植物體上的同一器官或部位在不同生長階段所產生的植硅體類型也不盡相同。植硅體的形態主要依賴於原植物細胞的形態和細胞間隙,比如禾本科植物的表皮細胞有的長、有的短、還有的圓圓如泡,所以產生的植硅體也形態各異,其中短細胞硅酸體還是禾本科植物重要的分類標誌。此外,植硅體形態還受生長環境的土質、水質以及埋藏過程中的溶蝕、熱度等因素影響。在透射光下,植硅體會呈現出淡紅色、無色、棕色、黑色等顏色。 ‍

4 植物硅酸體 -主要特性‍

  由於植硅體具有耐腐蝕、抗高溫的特性,可以在岩石和土壤中保存相當長的一段時間,所以在植物死亡或凋謝之後,植硅體可以返回到土層中很好地保存起來。在很難保存花粉和其他生物化石的地層及灰燼層中,植硅體也可以大量地保存下來。時間消蝕了植物,但沉積下來的植硅體卻不會發生變化。由於它們在不同植物中的形態不同,所以當人們了解了植硅體的形態后,就可以反推出它所寄存過的植物是什麼物種了。除此之外,硅酸體在植物體內時,還賦予它們抗病蟲害及抗倒伏的「能力」,許多高度硅化的植物,其葉子和穎果對病原性真菌、反芻動物、昆蟲及其他食草動物的攝食或襲擊更具有抵抗力。‍

5 植物硅酸體 -學術應用

  當植物體死亡並分解后,植物硅酸體就擴散成為土層中的一種遍在性成分,在草地土壤中它的含量可以達到1%。過去利用植物硅酸體進行古環境重建研究時重點著眼於硅酸體的形態學特徵,還可以利用其相對含量區分森林土壤和草地土壤,並且也可以將高草與矮草種屬區分開來。由於植物硅酸體數量多、耐高溫,它的研究內容在逐漸拓寬,並已顯露出它在某些方面應用的潛力和特長,正在發展成為一門獨立的學科。植物硅酸體分析在恢復古氣候方面具有很高的解析度和靈敏性,硅酸體中碳的δ13C值可用來恢復古氣候,是一個極有價值的指標,尤其是在黃土地層中可以彌補花粉分析的不足。

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  在中國,對植硅體的研究是近20年~30年才開展起來的。近些年來,植硅體分析已在土壤、考古、古氣候、古環境、地質學、植物起源研究以及農學等領域得到了非常廣泛的應用。

考古學應用

  由於植硅體主要存在於植物的莖葉中,一般生長過該種植物的土壤,就會保存著相應的植硅體,所以植硅體具有鑒定植物種類的意義。因此,通過從土壤中分析出的硅酸體組合,可以判斷這裡曾經生長過什麼植物,尋找古人種植作物的地點;從古人生活遺址的灰燼中分析出的硅酸體,可以判斷古人用過什麼植物做燃料。考古是對植硅體應用最廣的領域之一。

  中國植硅體研究在考古學領域首先被應用於稻作農業的討論上,包括水稻硅酸體的鑒定、亞種的判斷等等。隨後,根據植硅體進行古環境的復原工作也在逐漸開展。伴隨著硅酸體技術在應用中的進一步深入,對於稻田的探尋,穀物的收割、加工、儲藏方式等研究也逐漸展開。對中國原始農業的研究是考古學中的重要課題,其中稻作農業的起源之說一直都是研究的熱點。考古界對於中國栽培稻的起源地之說一直爭執不下,主要集中在華南、長江中下游、淮河中上游等地區。在具體的鑒定方法上,始終沒有找到最合適的方法,在這種情況下,植硅體方法的介入,將會在一定程度上為中國稻作農業的研究提供更好的視角。

  植物是有機質,因此不是所有的植物組織器官都可以長期保存下來,而植硅體和孢粉是被發現的除植物遺骸之外的兩種有實際含義的古植物遺體。和孢粉相比,植硅體不易於搬運,不會飛揚到很遠,受外來混雜成分的影響很小,屬於一種原地沉積,在一定程度上更能代表當地的植被。在許多不含孢粉或其他微體化石的地層(如紅土地層、黃土地層),植硅體也是可以存在的,這就在一定程度上顯示了它與孢粉之間很好的互補性。此外,孢粉分析僅能從大尺度上展示古植被氣候變遷的過程,對某些種屬難以細緻區別開來,對植被類型的恢復顯得無能為力。 ‍

地質學應用

  植硅體研究是通過形態鑒定和確定組合帶來劃分地層的。對植硅體形態分類進行得較為系統的是禾本科植物。許多學者通過對現代植物進行的大量研究,在植硅體植被恢復方面得到了許多規律性的認識,並且在自然分類和生態分佈研究的基礎上開展了古植被、古環境研究。

  中國是從1989年開始將植硅體研究應用到地質學中的。植硅體應用於地質學的優勢在於,它的碳同位素值與植物體中的碳同位素密切相關,而且地層中植硅體碳同位素值不受後來地質變化的影響。此外,它可以連續分佈在各種地層中,這就為植硅體碳同位素的應用打下了基礎,隨著測年技術的提高,微小的植硅體樣品年齡的測定就成為可能。

  土壤中植硅體組合對了解栽培植物的傳播途徑、耕作制度的變遷以及土壤學知識都有一定的幫助。在植物學中,現代植物的植硅體碳同位素與現代c3、c4植物碳同位素值有很好的對應關係,通過植硅體的碳同位素研究,可以明確區分出植物光合作用的途徑。 ‍

醫學應用

  在醫學上也有應用植硅體的研究成果,主要體現在對食管癌、矽肺等病因的研究。食管癌與某些穀類富含尖銳的纖維狀硅酸體有關。尖銳的纖維狀硅酸體會刺激並積累於食道組織中,使其產生病變。據資料記載:伊朗東部及黑海沿岸一些國家食管癌患者的組織粘液中,硅酸體的含量是正常人的10倍;中國河南林縣食管癌成為多發病,也與當地人習慣食用某些穀類的谷麩有關,這些谷麩中含有多達20%的硅酸體。甘蔗是含尖型硅酸體最多的植物之一,在甘蔗加工過程中產生的副產品會引起肺部病變(蔗渣肺),這也是由硅酸體所致。還有學者曾對英國穀物工人每年某段時期患肺病的數據進行研究,發現在甘蔗生長區有較多的矽肺病例。食物的某些尖狀、纖維狀植硅體很容易穿透食管組織的上皮細胞並留在細胞內,從而導致疾病的發生。 ‍

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