第六章P示蹤技術(shù)

第六章P示蹤技術(shù)第一頁，共二十二頁，2022年，8月28日二、標記方法1．肥料標記：（核農(nóng)學(xué)P-320）⑴合成法：①把32P結(jié)合到其中一種成分中去。如可在制備過磷酸鈣時，在硫酸中加入32P標記的磷酸鹽，用這種硫酸處理磷礦粉，制得的過磷酸鈣，除有正常結(jié)構(gòu)外，還有分布均勻的32P示蹤原子。32P-磷酸鹽+硫酸→處理磷酸粉→32P-標記過磷酸鈣②實驗室內(nèi)用32P-H3PO4制備標記磷酸銨H332PO4+NH3=NH4H232PO4或H332PO4+2NH3=(NH4)2H32PO4⑵交換法：最常用的標記方法。用32P標記的磷酸鹽溶液與普通過磷酸鈣肥料混合，攪成糊狀，保持若干小時，在此過程中不斷攪拌，甚至可以加溫至70℃左右，以促進肥料中的31P與加入的32P進行同位素交換，直到達到相對平衡，然后烘干，磨細備用。第二頁，共二十二頁，2022年，8月28日⑶中子活化法：標記難容性礦粉時，用同位素交換法，其速度極為緩慢?？芍苯影蚜椎V粉放入原子反應(yīng)堆中，用中子轟擊磷礦粉的方法（中子通量一般不低于1012~13n/cm2·sec），使磷礦粉中的31P獲得中子后變?yōu)?2P（31P+δn—→32P+r）。這種比較方法可使磷礦粉中的其它元素同時被標記，在使用前需將短半衰期的放射性核素進行冷卻衰變，在操作及樣本測量時，也需要注意其它被活化的放射性核素，如45Ca、46Sc、60Co等放射性的防護和疊加干擾。冷卻(Cooling)：通過放射性衰變來減弱強放材料的放射性活度的方法。第三頁，共二十二頁，2022年，8月28日2．土壤標記：將32P標記液注射或噴灑到土壤中，或與土壤均勻混合?？捎糜跍y定肥料利用率、磁帶土壤有效養(yǎng)分、研究土壤中根條活力、根際磷吸收、耗竭等。3．植物標記：⑴根部引入，用土培、水培或砂培等。⑵地上部分引入：葉面噴涂、莖根注射。主要用于研究植物對磷的吸收、運轉(zhuǎn)和代謝等。4．離體標記：研究磷的運轉(zhuǎn)、代謝等。5．其他：微生物標記通過培養(yǎng)介質(zhì)標記，單細胞藻類也可通過培養(yǎng)介質(zhì)標記。如將32P-K2HPO4加到培養(yǎng)鈍頂螺旋藻的培養(yǎng)液中，可得到32P-鈍頂螺旋藻體，進而可用標記的藻體用作魚餌料的研究和珍珠蚌攝食的研究。（核農(nóng)學(xué)通報：1987，2：7－8）第四頁，共二十二頁，2022年，8月28日§6-232P樣品的制備和測量一、活體樣和鮮樣：可以把活體測量看作是測量固體樣品的特殊方式。例如，在研究32P標記的肥料自土壤進入植物體的速度時，即要進行活體測量?？捎苗娬中陀嫈?shù)管進行植物活體測量?；铙w測量雖然簡單易行，但誤差很大，一般只能粗略的定性測定。新鮮樣品的策略是把新鮮樣品采回，稍許加工，不進行灰化?；蚝娓杉催M行測量。主要有“打孔法”和“勻漿法”。（見農(nóng)學(xué)中同位素示蹤技術(shù)P-122）。上述鮮樣組織的測樣，雖然手續(xù)簡便、迅速，但誤差很大。一般僅能判斷同位素在各組織器官中大致的放射性活度。第五頁，共二十二頁，2022年，8月28日二、干樣：粉樣：50~100mg/皿，無限薄、均勻。三、濕灰化：1．HClO4－H2O2法，慢灰化、起泡法。2．H2SO4－H2O2法，消煮葛才林等。小麥干粉0.5g，加Na2H32PO4，加3mlHClO4和3mlH2O2，加熱起爆至無色，堿液稀釋到10ml，閃爍測量。四、干灰化：500~550℃馬福爐中灰化4~5h，至灰白色，用2NHNO3溶解，蒸發(fā)至半干，過濾定容。測量方法：定標器、契倫可夫、液體閃爍測量等。

第六頁，共二十二頁，2022年，8月28日§6-3植物對磷的吸收利用和代謝研究一、植物體內(nèi)32P代謝組分的提取和分離：見實驗資料。陳子元主編，核技術(shù)及其農(nóng)業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用，P518~519。二、磷的吸收、運轉(zhuǎn)研究：1．磷的吸收、運轉(zhuǎn)和小麥生長發(fā)育的關(guān)系王志芬等，核農(nóng)學(xué)通報，93，14（4）：171~179。2．磷在棉株中的吸收、運轉(zhuǎn)和分布規(guī)律許萱等。3．磷素代謝研究離體小麥根和葉中32P的轉(zhuǎn)化。

（P520~521陳子元，核技術(shù)及及其農(nóng)業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用）

第七頁，共二十二頁，2022年，8月28日§6-4磷肥利用的研究一、原理：1．利用標記磷肥：根據(jù)同位素稀釋原理：Pf×Sf=PT×SP=>Pf/PT=SP/SfPf：植物中吸收自肥料的磷含量；PT：植物體內(nèi)的總磷；SP：植物中比活度；Sf：肥料中比活度。Pf/PT為植物吸收的肥料磷占植物中總磷的比值，簡稱Pdff，則吸自土壤P的比值為1-Pdff。磷肥利用率（%）=植物吸收肥料P2O5（mg）/應(yīng)用的肥料P2O5（mg）×100=（Pdff×PT/應(yīng)用的肥料P2O5）×100第八頁，共二十二頁，2022年，8月28日2．利用標記土壤：將標記的磷酸鹽與土壤充分拌勻，使土壤磷獲得標記，然后在這種標記突然施入未標記的磷肥，以不施磷肥的對照。種植作物，收獲后，植物材料烘干、消化（或灰化），測總P和32P活度。按下式計算磷肥利用率：PE=Pf/f=（P-PS）/f=1/f(P-Pe×r’/re’)Pf：吸自肥料的磷；f：施用的肥料磷；PS：吸自土壤的磷；r’：為施磷肥植株32P放射性活度；re’：為不施磷肥處理植株32P放射性活度；Pe：不施磷肥處理植株吸磷量。第九頁，共二十二頁，2022年，8月28日二、實例：１．各種礦質(zhì)磷有效性的直接評價等（plant&Soil.993,150:279~287）酸性土壤中，磷形態(tài)：鐵鋁鹽，無定形：Fe-P,Al-P結(jié)晶形：Fe:Strengite;Al:Variscite這四種形態(tài)P，由人工合成，用中子照射均勻標記，以強烈攪拌的懸浮液加到盆缽中。水溶性P：KH2PO4+無載體H332PO4與土壤混合，土壤充分干燥后，加水至田間持水量，種植玉米。①各種形態(tài)P的回收；②植株中Pdff；③植物中P比活度（14~18天），以KH2PO4為100。

Al-PFe-PStrengiteVarisciteKH2PO440-5319.3-38.91.1-1.92.6-3.4100第十頁，共二十二頁，2022年，8月28日２．配施水溶性磷肥（重過磷酸鈣，TSP）對增加磷礦粉中磷的有效性的效應(yīng)。（S.H.Chienetal.SoilSci.Sol.Am.J..60:1173~1177）配施TSP增加玉米和cowpea（缸豆）對磷礦粉的吸收利用效率。⑴處理：①soil+PR：用32P-KH2PO4標記土壤，1ml32P→5LK2HPO4（20mg/L），取80ml→4kg土，1wk后，施用PR。②soil+TSP：標記TSP（用交換法）③soil+TSP（labeled）+PR，其中TSP：PR=50：55在各處理中種植玉米和缸豆。⑵

采樣：42天收地上玉米，45天收cowpea，烘干，粉碎，用HNO3

和HClO4混合液消化，測消化液中P濃度，閃爍測量32P。

第十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日⑶計算：①soil+PR：植物從磷礦粉吸收的P的量：

PdfR=1－Pdfs=1－[SA(PR+soil)/SA(soil)]…………….…①PPR=PdfR×Psoil+PR……...……②②soil+TSP：

PdfT=SA(TSP+soil)/SA(TSP)……..…….…③PTSP=PdfT×P(TSP+soil)………….……………④Psoil(TSP)=P(soil+TSP)－PTSP……………..….…..………………⑤③TSP+PR+soil（標記TSP）：

PdfT(PR)=SA(PR+TSP+soil)/SA(TSP)……….….…………⑥PPTS(PR)=PdfT(PR)×P(PR+TSP+soil)……………….….…………⑦PPR+soil(TSP)=P(PR+TSP+soil)-PTSP(PR)………….……..…………⑧PPR(TSP)=PPR+soil(TSP)-Psoil(PR+TSP)………..…………..……⑨第十二頁，共二十二頁，2022年，8月28日假定Psoil（TSP+PR）=Psoil（TSP），則⑨式可求。（因為研究表明，在有TSP時，加本試驗礦添加的PR，對植物吸收土壤中的P無大影響。）比較PR單獨施用時和配施TSP時，植物對PR中P的吸收，結(jié)果由于配施TSP，使玉米和cowpea對PR-P的吸收分別增加了3.48mg和1.38mg每盆，相對增加165%和72%。第十三頁，共二十二頁，2022年，8月28日§6-5同位素示蹤法測定有效磷土壤中的養(yǎng)分，并不是均對植物有效，為了衡量土壤中有效養(yǎng)分，即土壤肥力，或供應(yīng)養(yǎng)分的能力，最早是用作物對施肥的反應(yīng)來估測的。常規(guī)的化學(xué)提取法雖然能測定土壤固體表面吸附的養(yǎng)分量，但提取并不是專一的，而且在抽提過程中可能會引起養(yǎng)分形態(tài)的變化。采用同位素法不僅可測定土壤中可交換養(yǎng)分量，而且根據(jù)植物吸收來評價土壤中有效養(yǎng)分的量。用來平衡同位素的系統(tǒng)不同，測定的有效養(yǎng)分可分為E、L和A值。都以典型的同位素稀釋公式來計算：E、L和A值=S1X/S2－X=X[(S1/S2)－1]式中X為加入系統(tǒng)中示蹤劑的量；S1和S2分別為平衡前后同位素的比活度。

第十四頁，共二十二頁，2022年，8月28日一、測定原理：1．E-值：（核農(nóng)學(xué)P-313）土壤加水或0.01MCaCl2，組成懸浮液，加入32P-磷酸鹽，溶液中32P與土壤顆粒表面的31P會發(fā)生同位素交換反應(yīng)：31P表+32P溶=32P表+31P溶達到平衡時，固體表面和溶液中的32P比活度相等。即：32P表/31P

表=32P溶/31P溶……..…………①則31P表=32P表×31P溶/32P溶

……………②用這種同位素交換法測得的31P表，McAuliffe等稱為表面磷.Russell等提出有效磷概念，即為表面磷加溶液磷，代表系統(tǒng)中能為同位素交換的或能進行同位素稀釋的這部分磷，稱為E-值。由于E-值與平衡時間有關(guān)，故又用Et表示。根據(jù)Et的概念，可交換P(Et)應(yīng)為表面P與溶液P之和，所以：第十五頁，共二十二頁，2022年，8月28日Et=31P表+31P溶=31P溶×

32P表/32P溶+31P溶

=31P溶[

(32P表/32P溶+1)]=31P溶[(32P表+32P溶)/32P溶

]其中，Sf為平衡時溶液32P的比活度（即：Sf=32P溶/31P溶）。如果土壤固磷能力很強，或土壤有效P含量很低時，須加入載體，采用載體法。這時，②式中的Et須減去加入的磷。Et=32Pi/Sf－31Pi=Si×31Pi/Sf－31Pi=31Pi(Si/Sf－1）……………③其中Si=32Pi/31Pi為所加示蹤劑的比活度。（32Pi為最初加入的32P）31P溶×32Pi/32P溶=32P/Sf…②32P表+32P溶=32Pi第十六頁，共二十二頁，2022年，8月28日因由土壤吸附的磷酸鹽保持可交換的狀態(tài)，所以加到平衡溶液中的磷的量對E-值沒有影響，也即用載體32P和用無載體32P得到的結(jié)果一致。但如土壤中具有強親和力的化合物時，以無載體法加到土壤的32P與這些化合物作用，而被土壤吸附或固定不再參與同位素交換，因而引起32P的損失，而使測定值過高。如果采用載體法，由于32P只占31P的很少部分，則由于固定或吸附所引起的損失可忽略不計，因而能正確地反映土壤中可交換磷的量。但如果加到土壤中的磷比可交換磷的量大得多，則稀釋前后的比活度差別很小，而使靈敏度降低。用無載體法還是有載體法，以及載體法所加載體的量依土壤上固磷能力的大小來決定。第十七頁，共二十二頁，2022年，8月28日試驗表明，固定能力低的土壤，示蹤劑的損失可忽略不計，故可用載體法；中等固定能力的土壤，無載體法顯示示蹤劑的損失，這種情況下，采用載體法，損失可忽略不計。而對于高磷能力的土壤，即使用載體法，也不可避免32P的損失。所以測定可交換磷必須用二種方法進行比較，如獲得同樣的結(jié)果，表明無載體法的結(jié)果可靠。Fathi等提議的載體法，是1g土用0.2mg/L的磷酸鹽溶液平衡30’；而M.Fried等則用2mg/L的磷酸鹽溶液，無載體法則用0.03mg/L磷酸鹽溶液。Et值還受溫度、土壤和水分比例等影響，所以在測定時要保持條件一致。第十八頁，共二十二頁，2022年，8月28日2．L-值：將標記磷加到田間濕度的土壤中，并充分混合，使加入的32P與土壤有效庫中的31P交換→種植作物→收獲植株→分析植株中總P和32P，按同位素稀釋公式可計算土壤中有效磷的量（即由生長的植物系統(tǒng)測定的土壤和土壤上溶液中能與加入土壤中的正磷酸鹽離子進行交換的這部分磷），稱為L-值。即：L=w*（Sf/SP-1），無載體時：L=加入的32P（cpm/g土）/植物P比活度（cpm/ugP）=（ugP/g土）式中Sf為應(yīng)用磷肥的32P比活度；SP為植物樣品的32P比活度；w*為標記磷肥的施用量。連續(xù)測定試驗植株的32P比活度表明，當完全達到同位素平衡時，L-值與應(yīng)用磷的量無關(guān)，并與采樣時間無關(guān)。為了達到同位素平衡，準確測定L-值，要求將標記磷肥與土壤充分混合，采用無載體法，則更容易達到平衡。第十九頁，共二十二頁，2022年，8月28日L-值與E-值的區(qū)別：①概念不同：Et=31P表+31P溶，為能與懸浮液中32P交換的土壤顆粒表面的磷；L為在田間水分條件下，與加到土壤中的32P交換的土壤有效磷。②條件：E：實驗室；L：田間水分含量。③測定方法：E，懸浮液，平衡時，溶液中P濃度和32P活度；L，種植株，測定植株總P和32P活度。第二十頁，共二十二頁，2022年，8月28日3．A-值：根據(jù)Frie