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
2、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，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
3、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
4、。,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。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。
5、,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、
6、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）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
7、 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。
8、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，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）
9、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,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
10、叶片活体14C光合标记装置,1光合速率的测定和光呼吸的检出,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
11、吸收中心的测定,四同位素示踪技术在生物技术中的应用,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,
