《五同位素示踪在农业科学中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《五同位素示踪在农业科学中的应用（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 *1 第五章 同位素示踪技术在农业 科学中的应用 一同位素示踪技术在土壤与植物营养研 究中的应用 二同位素示踪技术在植物保护研究中的 应用 三同位素示踪技术在植物生理生化研究 中的应用 四同位素示踪技术在生物技术中的应用 一同位素示踪技术在土壤与植物营养研究中的应用 利用示踪技术对土壤、植物营养问题研究是土壤农 化研究中的重要手段。 主要研究内容： 1）肥料的吸收利用率 2）土壤中残留 3）最佳肥料配方 4）施最佳时期 5）施肥量 6）土壤中有效养分，等等 （一）土壤有效养分的测定 土壤中有效养分含量的高低是土壤肥力的基本指 标之一，也是指
2、导科学合理施肥的重要依据。 常用的土壤有效养分含量测定方法主要有化学 提取速测法、阳离子交换树脂法、生物方法和 同位素示踪法。 1 测定土壤有效磷的“A ”值法 1954年美国科学家Fried 和Dean，提出了测定土壤 中有效养分的“A”值概念，可用以下公式表示： A：土壤中有效养分含量 B：施用肥料（标准）的数量 Y：植物从已知肥料（标准）吸收的有效养分的百分率 以植物养分磷为例，植物从标记肥料中吸收 有效磷的百分率Y的计算： 假定示踪肥料的比活度为Sf,植物样品的比活度为 Sp，土壤有效磷含量为A，作为标准的标记源（肥 料）为B，则A值法的公式为： 例题 为研究扬州沙壤土中有效磷的含量，
3、设计了一 示踪试验，在一盆钵中施入5g 比活度为1.85M Bq/g的磷肥，同时播种玉米，14天后取玉米植株 ，烘干，取样2g，测定其磷含量为2.5mg，放射性 活度为500Bq，计算该土壤中有效磷含量。 解： 1）由题意得Sf1.85M/g，B5g 2）植株中磷的比活度 Sp500*2*103/2.5=0.4M/g 3）土壤有效磷含量 2 土壤阳离子交换量的计算 土壤阳离子交换量就是土壤表面吸附的各 种交换性盐基和交换性酸的总量。它与土 壤保持有效养分的能力密切相关，因而测 定土壤阳离子交换量有重要意义。 乙酸锶（89Sr）法 教材P202 （二）肥料利用率的测定 肥料利用率是指作物对肥料中
4、有效养分被当季 作物吸收利用的百分数，是肥料有效性的一个 直接指标。 同位素示踪法可直接测定植物对肥料养分 的利用率。 常规方法为差值法。 同位素示踪法测定肥料利用率公式： 对磷而言 ： 植物从肥料中吸收磷的总量植物全磷植物吸收肥料中磷的百分数 （三）提高土壤肥料利用率的测定 1氮肥利用率的研究 我国氮肥利用率一直低于世界水平，而长期的 低利用率造成对环境的浸染也逐渐凸现出来。 氮肥损失主要通过淋溶、径流和气态氮逸出三 种途径。15N在研究农田中氮肥的动向发挥着重 要作用。 3钾肥利用率的研究 磷肥利用率的研究 磷肥与氮肥及钾肥相比，其利用率要低得多。 这主要是由于土壤中的磷易被固定，移动性差
5、 。主要包括三种形态：速效磷、缓效磷和固定 态磷。 由于钾没有合适的放射性同位素，常用同族 元素86Rb（铷）代替钾来研究钾肥肥效。 二同位素示踪技术在植物保护研究中的应用 （一）在昆虫学研究中的应用 1 害虫防治研究 标记昆虫的方法： 1）饲喂法； 2）喷洒法； 3）注射法； 4）浸渍法； 5）插入法； 6）间接标记法 辐射昆虫不育防治害虫 优点：不污染环境；对人、畜和天敌无害； 防治效果持久；专一性强；使植物生态系统 保持良性循环。 2 昆虫生态学研究 昆虫生态特性的研究可为有效防治农作物害虫 提供依据。 包括昆虫的生长发育、食物习性、迁移、寄生 性和捕食天敌的关系等。应用同位素示踪技术
6、具有方便、直观、有效等优点。 主要研究方向 昆虫迁飞规律 昆虫越冬场所及活动规律 3 昆虫毒理学研究 利用同位素研究杀虫剂对昆虫的穿透力、在昆 虫体内的分布、作用部位与代谢及杀虫剂在植 物体内的残留、杀虫剂对人畜的毒理作用等 Welling 等（1972）将35S和3H双标记的有机磷农 药马拉松引入抗性家蝇与非抗性家蝇，根据所形 成的放射性产物研究了其在昆虫体内的可能代谢 降解路线。 4 昆虫生理生化的研究 研究内容主要包括： 昆虫营养、代谢、呼吸及激素等生理生化 过程。 （二）在病害研究方面的应用 1 病原生物标记 标记方法： 1）用放射性培养基标记病原生物 2）用放射性寄主标记病原生物 3
7、）用放射性真菌标记线虫体 4）用放射性细菌标记噬菌体 5）用放射性病植物体标记传播病毒的昆虫 2 标记病原生物的应用 1）病害浸染规律的研究 2）植物病理生理问题的研究 3）植物抗病机制的研究 4）DNA探针技术用于细菌和病毒的诊断研究 （三）在农药研究中的应用 1 农药在作物中的残留、代谢及安全施用的研究 农药的不合理使用造成了严重的环境污染。因 而测定农药在环境中的残留、污染途径和循环规律 ，以及农药在生物间的运转关系和生物富集，制定 农药安全使用技术，减少环境污染，是农业环保中 的重要课题 1）研究农药在作物上残留和消失动态 2）农药在作物体内吸收和运转的研究 2 农药在土壤中的残留、迁
8、移和降解的研究 为防治害虫和杂草农药直接或间接进入土壤，残留 在土壤中的农药不仅直接影响土壤微生物的活动、繁殖 、代谢，而且还可通过淋溶、迁移、转化，给环境生物 会带来各种不良影响。弄清农药在土壤中的吸附积累、 残留和分解动态，对保护人类生存环境意义重大。 1）土壤中农药残留的研究 2）农药在土壤中的吸附和迁移研究 3）农药在土壤中降解的研究 三同位素示踪技术在植物生理生化研究中的应用 植物的生长发育及产量的形成，主要取决于将 环境中的光能、二氧化碳、水和其他养分合成有机 物的能力及其转变为有经济价值的终产物的效率。 而决定这一效率的营养代谢过程，主要有：光合作 用，同化物的运输，分配与积累，
9、土壤养分的吸收 和利用。同位素示踪技术对于阐明这些代谢过程起 着重要的作用。 （一）植物营养物质的吸收、运转和分配的研究 1研究植物体内物质运转的方法 1）环割法，适合于木本植物 2）隔离法 3）蚜虫吻刺法 如物质的运输方向研究 作物多探头活体测量仪 2 物质运输速度 植物运转速度(cm/h)报道者 大 豆84Vernon(1952) 菜 豆107Biddulph(1957) 糖甜菜85-100Kursanov(1953) 南 瓜40-60Pristupa(1957) 马铃薯20-80Mokronosov(1961) 葡 萄60Swanson(1958) 垂 柳100Weatherley(19
10、59) 3 物质代谢研究 氮、磷营养元素既是构成生命篺基础的重要元素， 又是生命活动中催化、调节、供能等物质的主要组 成之一。 1）氮的代谢研究 氮是植物生命的基础元素，它是构成蛋白质、氨基 酸的主要成分。土壤中氮的吸收利用与转化、大气 中氮的固定转化，等等。 2）磷的代谢 磷是植物体内核酸、核蛋白、磷脂、植素和多种 酶类的组成成分，是植物体内物质代谢与能量代 谢的调节剂。 （二）用14C研究高等植物的光合作用 生物界中的碳水化合物都来源于植物或光合 细菌的光合作用，它们利用光能将CO2和水 同化合成葡萄糖。 叶片简易光合标记 图11-2 水稻叶片活体14C光合标记装置 1光合速率的测定和光呼
11、吸的检出 Rubisco酶活性的测定 2 光合产物的转移、分布 不同时期叶片光合产物的去向、比例。 （三）植物根系发育和吸收作用 植物生长发育要通过根系从土壤中吸收水分和营 养物质，并合成多种有机物质。根系的结构、特性 和生理活动以及所处土壤环境决定着植物从土壤吸 收水分、养分及有机物质合成，从而影响作物的产 量，根系吸收营养物质是一个极为复杂的过程。同 位素示踪技术为研究根系发育，根的吸收作用提供 了有利条件。 1 根系吸收作用的研究 1）根系吸收活力的测定 2）根系不同部位吸收能力的研究 2 根系的发育动态和吸收中心分布 1）根系发育动态测定 2）根系吸收中心的测定 四同位素示踪技术在生物
12、技术中的应用 生物技术（Biotechnology）又称生物工程，是当 今世界新技术革命的支柱之一。同位素示踪技术 作为一种重要的研究手段，对生物技术的发展起 着巨大的推动作用。 1952年，Hershey 和Chase利用同位素示踪技术 证明了遗传物质是核酸而非蛋白质。 1958年Meselson和Stahl用同位素实验证明了 DNA的半保留自制方式。 20种编码氨基酸的遗传密码的解读也是通过该 技术完成的。 （一）核酸分子杂交 1 斑点杂交 2 原位杂交 3 Southern 印迹杂交 4 Northern 印迹杂交 （二）核酸探针 概念： 进行核酸分子杂交时，用于检测试验的已知DNA 和RNA片段称作核酸探针。 同位素核酸分子探针的制备方法主要有化学标记法 和酶标记法。 酶标法 1 缺口移位标记。DNA 水解酶 2 T4DNA聚合酶标记 3 RNA聚合酶标记。标记RNA 4 随机引物DNA标记。 DNA聚合酶 5 人工合成寡核苷酸片段 6 末端标记。T4多聚核苷酸激酶
