同位素示蹤在農(nóng)業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用PPT課件

1、一同位素示蹤技術(shù)在土壤與植物營養(yǎng)研一同位素示蹤技術(shù)在土壤與植物營養(yǎng)研究中的應(yīng)用究中的應(yīng)用二同位素示蹤技術(shù)在植物保護(hù)研究中的二同位素示蹤技術(shù)在植物保護(hù)研究中的應(yīng)用應(yīng)用三同位素示蹤技術(shù)在植物生理生化研究三同位素示蹤技術(shù)在植物生理生化研究中的應(yīng)用中的應(yīng)用四同位素示蹤技術(shù)在生物技術(shù)中的應(yīng)用四同位素示蹤技術(shù)在生物技術(shù)中的應(yīng)用第1頁/共36頁一同位素示蹤技術(shù)在土壤與植物營養(yǎng)研究中的應(yīng)用一同位素示蹤技術(shù)在土壤與植物營養(yǎng)研究中的應(yīng)用利用示蹤技術(shù)對(duì)土壤、植物營養(yǎng)問題研究是土壤農(nóng)化研究中的重要手段。主要研究內(nèi)容： 1）肥料的吸收利用率 2）土壤中殘留 3）最佳肥料配方 4）施最佳時(shí)期 5）施肥量 6）土壤中有效養(yǎng)

2、分，等等第2頁/共36頁（一）土壤有效養(yǎng)分的測定（一）土壤有效養(yǎng)分的測定土壤中有效養(yǎng)分含量的高低是土壤肥力的基本指標(biāo)之一，也是指導(dǎo)土壤中有效養(yǎng)分含量的高低是土壤肥力的基本指標(biāo)之一，也是指導(dǎo)科學(xué)合理施肥的重要依據(jù)?？茖W(xué)合理施肥的重要依據(jù)。常用的土壤有效養(yǎng)分含量測定方法主要有化學(xué)提取速測法、陽常用的土壤有效養(yǎng)分含量測定方法主要有化學(xué)提取速測法、陽離子交換樹脂法、生物方法和同位素示蹤法。離子交換樹脂法、生物方法和同位素示蹤法。第3頁/共36頁1 1 測定土壤有效磷的測定土壤有效磷的“A A ”值法值法 1954年美國科學(xué)家年美國科學(xué)家Fried 和和Dean，提出了測定土壤中有效養(yǎng)分的提出了測定土壤

3、中有效養(yǎng)分的“A”值概念，可用以下公式表示：值概念，可用以下公式表示：YYBA)1 ( A：土壤中有效養(yǎng)分含量土壤中有效養(yǎng)分含量B：施用肥料（標(biāo)準(zhǔn)）的數(shù)量施用肥料（標(biāo)準(zhǔn)）的數(shù)量Y：植物從已知肥料（標(biāo)準(zhǔn)）吸收的有效養(yǎng)分的百分率植物從已知肥料（標(biāo)準(zhǔn)）吸收的有效養(yǎng)分的百分率第4頁/共36頁以植物養(yǎng)分磷為例，植物從標(biāo)記肥料中吸收有效磷的百分率以植物養(yǎng)分磷為例，植物從標(biāo)記肥料中吸收有效磷的百分率Y Y的計(jì)算：的計(jì)算：100PPY3232的比活度肥料樣品中的比活度植物樣品中假定示蹤肥料的比活度為假定示蹤肥料的比活度為Sf,植物樣品的比活度為植物樣品的比活度為Sp，土壤有效磷土壤有效磷含量為含量為A，作為標(biāo)

4、準(zhǔn)的標(biāo)記源（肥料）為作為標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)記源（肥料）為B，則則A值法的公式為：值法的公式為：) 1()1 (pffpfpSSBSSSSBA第5頁/共36頁例題 為研究揚(yáng)州沙壤土中有效磷的含量，設(shè)計(jì)了一示蹤試驗(yàn)，在一為研究揚(yáng)州沙壤土中有效磷的含量，設(shè)計(jì)了一示蹤試驗(yàn)，在一盆缽中施入盆缽中施入5 5g g 比活度為比活度為1.851.85M Bq/gM Bq/g的磷肥，同時(shí)播種玉米，的磷肥，同時(shí)播種玉米，1414天天后取玉米植株，烘干，取樣后取玉米植株，烘干，取樣2 2g g，測定其磷含量為測定其磷含量為2.52.5mgmg，放射性活放射性活度為度為500500BqBq，計(jì)算該土壤中有效磷含量。計(jì)算該土壤中

5、有效磷含量。第6頁/共36頁解：1）由題意得Sf1.85M/g，B5g 2）植株中磷的比活度 Sp500*2*103/2.5=0.4M/g3）土壤有效磷含量gSSBApf125.18) 14 . 085. 1(5) 1(第7頁/共36頁2 2 土壤陽離子交換量的計(jì)算土壤陽離子交換量的計(jì)算土壤陽離子交換量就是土壤表面吸附的各種交換性鹽基和土壤陽離子交換量就是土壤表面吸附的各種交換性鹽基和交換性酸的總量。它與土壤保持有效養(yǎng)分的能力密切相關(guān)，交換性酸的總量。它與土壤保持有效養(yǎng)分的能力密切相關(guān)，因而測定土壤陽離子交換量有重要意義。因而測定土壤陽離子交換量有重要意義。乙酸鍶（乙酸鍶（89Sr）法法 教材

6、教材P202第8頁/共36頁（二）肥料利用率的測定（二）肥料利用率的測定肥料利用率肥料利用率是指作物對(duì)肥料中有效養(yǎng)分被當(dāng)季是指作物對(duì)肥料中有效養(yǎng)分被當(dāng)季作物吸收利用的百分?jǐn)?shù)，是肥料有效性的一個(gè)作物吸收利用的百分?jǐn)?shù)，是肥料有效性的一個(gè)直接指標(biāo)。直接指標(biāo)。同位素示蹤法可直接測定植物對(duì)肥料養(yǎng)分同位素示蹤法可直接測定植物對(duì)肥料養(yǎng)分的利用率。的利用率。常規(guī)方法為差值法。常規(guī)方法為差值法。第9頁/共36頁養(yǎng)分量施入土壤中標(biāo)記肥料中養(yǎng)分量植物從標(biāo)記肥料中吸收）肥料利用率（100%同位素示蹤法測定肥料利用率公式：同位素示蹤法測定肥料利用率公式：比活度肥料樣品中磷的放射性比活度植物樣品中磷的放射性）（100%P

7、DFF對(duì)磷而言：植物從肥料中吸收磷的總量植物全磷植物從肥料中吸收磷的總量植物全磷 植物吸收肥料中磷的百分?jǐn)?shù)植物吸收肥料中磷的百分?jǐn)?shù)第10頁/共36頁（三）提高土壤肥料利用率的測定（三）提高土壤肥料利用率的測定1 1氮肥利用率的研究氮肥利用率的研究我國氮肥利用率一直低于世界水平，而長期的低利用率造成對(duì)我國氮肥利用率一直低于世界水平，而長期的低利用率造成對(duì)環(huán)境的浸染也逐漸凸現(xiàn)出來。環(huán)境的浸染也逐漸凸現(xiàn)出來。氮肥損失主要通過淋溶、徑流和氣態(tài)氮逸出三種途徑。氮肥損失主要通過淋溶、徑流和氣態(tài)氮逸出三種途徑。1515N N在在研究農(nóng)田中氮肥的動(dòng)向發(fā)揮著重要作用。研究農(nóng)田中氮肥的動(dòng)向發(fā)揮著重要作用。第11頁

8、/共36頁3 3鉀肥利用率的研究鉀肥利用率的研究磷肥利用率的研究磷肥利用率的研究磷肥與氮肥及鉀肥相比，其利用率要低得多。這主要是由于土磷肥與氮肥及鉀肥相比，其利用率要低得多。這主要是由于土壤中的磷易被固定，移動(dòng)性差。主要包括三種形態(tài)：速效磷、壤中的磷易被固定，移動(dòng)性差。主要包括三種形態(tài)：速效磷、緩效磷和固定態(tài)磷。緩效磷和固定態(tài)磷。由于鉀沒有合適的放射性同位素，常用同族元素由于鉀沒有合適的放射性同位素，常用同族元素86Rb（銣）銣）代替鉀來研究鉀肥肥效。代替鉀來研究鉀肥肥效。第12頁/共36頁二同位素示蹤技術(shù)在植物保護(hù)研究中的應(yīng)用二同位素示蹤技術(shù)在植物保護(hù)研究中的應(yīng)用（一）在昆蟲學(xué)研究中的應(yīng)用（

9、一）在昆蟲學(xué)研究中的應(yīng)用1 1 害蟲防治研究害蟲防治研究標(biāo)記昆蟲的方法：標(biāo)記昆蟲的方法： 1）飼喂法；）飼喂法； 2）噴灑法；）噴灑法； 3）注射法；）注射法； 4）浸漬法；）浸漬法； 5）插入法；）插入法； 6）間接標(biāo)記法）間接標(biāo)記法第13頁/共36頁輻射昆蟲不育防治害蟲輻射昆蟲不育防治害蟲優(yōu)點(diǎn)：不污染環(huán)境；對(duì)人、畜和天敵無害；防治效果持久；優(yōu)點(diǎn)：不污染環(huán)境；對(duì)人、畜和天敵無害；防治效果持久；專一性強(qiáng)；使植物生態(tài)系統(tǒng)保持良性循環(huán)。專一性強(qiáng)；使植物生態(tài)系統(tǒng)保持良性循環(huán)。第14頁/共36頁2 2 昆蟲生態(tài)學(xué)研究昆蟲生態(tài)學(xué)研究昆蟲生態(tài)特性的研究可為有效防治農(nóng)作物害蟲提供依據(jù)。昆蟲生態(tài)特性的研究可為

10、有效防治農(nóng)作物害蟲提供依據(jù)。 包括昆蟲的生長發(fā)育、食物習(xí)性、遷移、寄生性和捕食天敵包括昆蟲的生長發(fā)育、食物習(xí)性、遷移、寄生性和捕食天敵的關(guān)系等。應(yīng)用同位素示蹤技術(shù)具有方便、直觀、有效等優(yōu)點(diǎn)。的關(guān)系等。應(yīng)用同位素示蹤技術(shù)具有方便、直觀、有效等優(yōu)點(diǎn)。主要研究方向主要研究方向昆蟲遷飛規(guī)律昆蟲遷飛規(guī)律昆蟲越冬場所及活動(dòng)規(guī)律昆蟲越冬場所及活動(dòng)規(guī)律第15頁/共36頁3 3 昆蟲毒理學(xué)研究昆蟲毒理學(xué)研究利用同位素研究殺蟲劑對(duì)昆蟲的穿透力、在昆蟲體內(nèi)的分布、利用同位素研究殺蟲劑對(duì)昆蟲的穿透力、在昆蟲體內(nèi)的分布、作用部位與代謝及殺蟲劑在植物體內(nèi)的殘留、殺蟲劑對(duì)人畜的作用部位與代謝及殺蟲劑在植物體內(nèi)的殘留、殺蟲劑

11、對(duì)人畜的毒理作用等毒理作用等Welling 等（等（1972）將）將35S和和3H雙標(biāo)記的有機(jī)磷農(nóng)藥馬拉松引入抗雙標(biāo)記的有機(jī)磷農(nóng)藥馬拉松引入抗性家蠅與非抗性家蠅，根據(jù)所形成的放射性產(chǎn)物研究了其在昆蟲性家蠅與非抗性家蠅，根據(jù)所形成的放射性產(chǎn)物研究了其在昆蟲體內(nèi)的可能代謝降解路線。體內(nèi)的可能代謝降解路線。第16頁/共36頁4 4 昆蟲生理生化的研究昆蟲生理生化的研究研究內(nèi)容主要包括：研究內(nèi)容主要包括：昆蟲營養(yǎng)、代謝、呼吸及激素等生理生化過程。昆蟲營養(yǎng)、代謝、呼吸及激素等生理生化過程。第17頁/共36頁（二）在病害研究方面的應(yīng)用（二）在病害研究方面的應(yīng)用1 1 病原生物標(biāo)記病原生物標(biāo)記標(biāo)記方法：標(biāo)記

12、方法：1 1）用放射性培養(yǎng)基標(biāo)記病原生物）用放射性培養(yǎng)基標(biāo)記病原生物2 2）用放射性寄主標(biāo)記病原生物）用放射性寄主標(biāo)記病原生物3 3）用放射性真菌標(biāo)記線蟲體）用放射性真菌標(biāo)記線蟲體4 4）用放射性細(xì)菌標(biāo)記噬菌體）用放射性細(xì)菌標(biāo)記噬菌體5 5）用放射性病植物體標(biāo)記傳播病毒的昆蟲）用放射性病植物體標(biāo)記傳播病毒的昆蟲第18頁/共36頁2 2 標(biāo)記病原生物的應(yīng)用標(biāo)記病原生物的應(yīng)用1 1）病害浸染規(guī)律的研究）病害浸染規(guī)律的研究2 2）植物病理生理問題的研究）植物病理生理問題的研究3 3）植物抗病機(jī)制的研究）植物抗病機(jī)制的研究4 4）DNADNA探針技術(shù)用于細(xì)菌和病毒的診斷研究探針技術(shù)用于細(xì)菌和病毒的診斷

13、研究第19頁/共36頁（三）在農(nóng)藥研究中的應(yīng)用（三）在農(nóng)藥研究中的應(yīng)用1 1 農(nóng)藥在作物中的殘留、代謝及安全施用的研究農(nóng)藥在作物中的殘留、代謝及安全施用的研究 農(nóng)藥的不合理使用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因而測定農(nóng)藥在環(huán)農(nóng)藥的不合理使用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因而測定農(nóng)藥在環(huán)境中的殘留、污染途徑和循環(huán)規(guī)律，以及農(nóng)藥在生物間的運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系境中的殘留、污染途徑和循環(huán)規(guī)律，以及農(nóng)藥在生物間的運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系和生物富集，制定農(nóng)藥安全使用技術(shù)，減少環(huán)境污染，是農(nóng)業(yè)環(huán)保和生物富集，制定農(nóng)藥安全使用技術(shù)，減少環(huán)境污染，是農(nóng)業(yè)環(huán)保中的重要課題中的重要課題1 1）研究農(nóng)藥在作物上殘留和消失動(dòng)態(tài)）研究農(nóng)藥在作物上殘留和消失動(dòng)態(tài)2 2

14、）農(nóng)藥在作物體內(nèi)吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)的研究）農(nóng)藥在作物體內(nèi)吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)的研究第20頁/共36頁2 2農(nóng)藥在土壤中的殘留、遷移和降解的研究農(nóng)藥在土壤中的殘留、遷移和降解的研究為防治害蟲和雜草農(nóng)藥直接或間接進(jìn)入土壤，殘留在土壤中的農(nóng)藥不為防治害蟲和雜草農(nóng)藥直接或間接進(jìn)入土壤，殘留在土壤中的農(nóng)藥不僅直接影響土壤微生物的活動(dòng)、繁殖、代謝，而且還可通過淋溶、遷移、僅直接影響土壤微生物的活動(dòng)、繁殖、代謝，而且還可通過淋溶、遷移、轉(zhuǎn)化，給環(huán)境生物會(huì)帶來各種不良影響。弄清農(nóng)藥在土壤中的吸附積累、轉(zhuǎn)化，給環(huán)境生物會(huì)帶來各種不良影響。弄清農(nóng)藥在土壤中的吸附積累、殘留和分解動(dòng)態(tài)，對(duì)保護(hù)人類生存環(huán)境意義重大。殘留和分解動(dòng)態(tài)，對(duì)保

15、護(hù)人類生存環(huán)境意義重大。1 1）土壤中農(nóng)藥殘留的研究）土壤中農(nóng)藥殘留的研究2 2）農(nóng)藥在土壤中的吸附和遷移研究）農(nóng)藥在土壤中的吸附和遷移研究3 3）農(nóng)藥在土壤中降解的研究）農(nóng)藥在土壤中降解的研究第21頁/共36頁三同位素示蹤技術(shù)在植物生理生化研究中的應(yīng)用三同位素示蹤技術(shù)在植物生理生化研究中的應(yīng)用 植物的生長發(fā)育及產(chǎn)量的形成，主要取決于將環(huán)境中的光能、植物的生長發(fā)育及產(chǎn)量的形成，主要取決于將環(huán)境中的光能、二氧化碳、水和其他養(yǎng)分合成有機(jī)物的能力及其轉(zhuǎn)變?yōu)橛薪?jīng)濟(jì)價(jià)值二氧化碳、水和其他養(yǎng)分合成有機(jī)物的能力及其轉(zhuǎn)變?yōu)橛薪?jīng)濟(jì)價(jià)值的終產(chǎn)物的效率。而決定這一效率的營養(yǎng)代謝過程，主要有：光合的終產(chǎn)物的效率。而決

16、定這一效率的營養(yǎng)代謝過程，主要有：光合作用，同化物的運(yùn)輸，分配與積累，土壤養(yǎng)分的吸收和利用。同位作用，同化物的運(yùn)輸，分配與積累，土壤養(yǎng)分的吸收和利用。同位素示蹤技術(shù)對(duì)于闡明這些代謝過程起著重要的作用。素示蹤技術(shù)對(duì)于闡明這些代謝過程起著重要的作用。第22頁/共36頁（一）植物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)和分配的研究（一）植物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)和分配的研究1 1研究植物體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的方法研究植物體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的方法1 1）環(huán)割法，適合于木本植物）環(huán)割法，適合于木本植物2 2）隔離法）隔離法3 3）蚜蟲吻刺法）蚜蟲吻刺法如物質(zhì)的運(yùn)輸方向研究如物質(zhì)的運(yùn)輸方向研究第23頁/共36頁作物多探頭活體測量儀第24頁/

17、共36頁2 2物質(zhì)運(yùn)輸速度物質(zhì)運(yùn)輸速度植物植物運(yùn)轉(zhuǎn)速度運(yùn)轉(zhuǎn)速度(cm/h)報(bào)道者報(bào)道者大豆大豆84Vernon(1952)菜豆菜豆107Biddulph(1957)糖甜菜糖甜菜85-100Kursanov(1953)南瓜南瓜40-60Pristupa(1957)馬鈴薯馬鈴薯20-80Mokronosov(1961)葡萄葡萄60Swanson(1958)垂柳垂柳100Weatherley(1959)第25頁/共36頁3 3物質(zhì)代謝研究物質(zhì)代謝研究氮、磷營養(yǎng)元素既是構(gòu)成生命氮、磷營養(yǎng)元素既是構(gòu)成生命篺篺基礎(chǔ)的重要元素，又是生命活動(dòng)中基礎(chǔ)的重要元素，又是生命活動(dòng)中催化、調(diào)節(jié)、供能等物質(zhì)的主要組成之一

18、。催化、調(diào)節(jié)、供能等物質(zhì)的主要組成之一。1 1）氮的代謝研究）氮的代謝研究氮是植物生命的基礎(chǔ)元素，它是構(gòu)成蛋白質(zhì)、氨基酸的主要成分。土氮是植物生命的基礎(chǔ)元素，它是構(gòu)成蛋白質(zhì)、氨基酸的主要成分。土壤中氮的吸收利用與轉(zhuǎn)化、大氣中氮的固定轉(zhuǎn)化，等等。壤中氮的吸收利用與轉(zhuǎn)化、大氣中氮的固定轉(zhuǎn)化，等等。2 2）磷的代謝）磷的代謝磷是植物體內(nèi)核酸、核蛋白、磷脂、植素和多種酶類的組成成分，磷是植物體內(nèi)核酸、核蛋白、磷脂、植素和多種酶類的組成成分，是植物體內(nèi)物質(zhì)代謝與能量代謝的調(diào)節(jié)劑。是植物體內(nèi)物質(zhì)代謝與能量代謝的調(diào)節(jié)劑。第26頁/共36頁（二）用（二）用14C研究高等植物的光合作用研究高等植物的光合作用生物

19、界中的碳水化合物都來源于植物或光合細(xì)菌的光合作用，生物界中的碳水化合物都來源于植物或光合細(xì)菌的光合作用，它們利用光能將它們利用光能將CO2和水同化合成葡萄糖。和水同化合成葡萄糖。第27頁/共36頁葉片簡易光合標(biāo)記圖11-2 水稻葉片活體14C光合標(biāo)記裝置第28頁/共36頁1 1光合速率的測定和光呼吸的檢出光合速率的測定和光呼吸的檢出Rubisco酶活性的測定酶活性的測定2 2光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移、分布光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移、分布不同時(shí)期葉片光合產(chǎn)物的去向、比例。不同時(shí)期葉片光合產(chǎn)物的去向、比例。第29頁/共36頁（三）植物根系發(fā)育和吸收作用（三）植物根系發(fā)育和吸收作用植物生長發(fā)育要通過根系從土壤中吸收水分和

20、營養(yǎng)物質(zhì)，并合成植物生長發(fā)育要通過根系從土壤中吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)，并合成多種有機(jī)物質(zhì)。根系的結(jié)構(gòu)、特性和生理活動(dòng)以及所處土壤環(huán)境決多種有機(jī)物質(zhì)。根系的結(jié)構(gòu)、特性和生理活動(dòng)以及所處土壤環(huán)境決定著植物從土壤吸收水分、養(yǎng)分及有機(jī)物質(zhì)合成，從而影響作物的定著植物從土壤吸收水分、養(yǎng)分及有機(jī)物質(zhì)合成，從而影響作物的產(chǎn)量，根系吸收營養(yǎng)物質(zhì)是一個(gè)極為復(fù)雜的過程。同位素示蹤技術(shù)產(chǎn)量，根系吸收營養(yǎng)物質(zhì)是一個(gè)極為復(fù)雜的過程。同位素示蹤技術(shù)為研究根系發(fā)育，根的吸收作用提供了有利條件。為研究根系發(fā)育，根的吸收作用提供了有利條件。第30頁/共36頁1 1根系吸收作用的研究根系吸收作用的研究1 1）根系吸收活力的測定）根系吸收活力的測定2 2）根系不同部位吸收能力的研究）根系不同部位吸收能力的研究2 2根系的發(fā)育動(dòng)態(tài)和吸收中心分布根系的發(fā)育動(dòng)態(tài)和吸收中心分布1 1）根系發(fā)育動(dòng)態(tài)測定）根系發(fā)育動(dòng)態(tài)測定2 2）根系吸收中心的測定）根系吸收中心的測定第31頁/共36頁四同位素示蹤技術(shù)在生物技術(shù)中的應(yīng)用四同位素示蹤技術(shù)在生物技術(shù)中的應(yīng)用生物技術(shù)（生物技術(shù)（Biotechnology）又稱生物工程，是當(dāng)今世界新技術(shù)又稱生物工程，是當(dāng)今世界新技術(shù)革命的支柱之一。同位素示蹤技術(shù)作為一種重要的研究手段，對(duì)革命的支柱之一。同位素示蹤技術(shù)作為一種重要的研究手段，對(duì)生物技術(shù)的發(fā)展