Tracing nitrate uptake by plants using the natural stable isotopes

使用天然稳定同位素追踪植物对硝酸盐的吸收

• 批准号: 22651001
• 负责人: TSUNOGAI Urumu
• 金额: $ 2.25万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22651001/
• 关键词: 硝酸; 同化; 三酸素同位体組成; 植物; アンモニア; 窒素同位体組成; 笹; 凍結乾燥

Nitrate(NO_3^-) is an essential nutrient for plants. In general, it is assumed that plants obtained NO_3^-only through their root tissues. However, some plants could obtain NO_3^-though leaf tissues to some extent, because significant quantities of atmospheric NO_3^-(NO_3^-_<atm>) deposit onto earth surface through wet and dry deposition. However, it was difficult to clarify and to quantify the direct NO_3^-_<atm> assimilation in past studies. The triple oxygen isotopic composition(Δ^<17>O≦δ^<17> O-0. 52×δ^<18> O) of NO_3^-can be a useful tracer to quantify the mixing ratios of NO_3^-_<atm> within total NO_3^-in plants(NO_3^-_<plant>). This is because NO_3^-_<atm> is the only source of the large^<17> O anomaly(Δ^<17O>> 0) due to the O atom contribution from^<17> O-enriched ozone. In contrast, re-mineralized NO_3^-produced biologically in a soil(NO_3^-_<soil>) shows little^<17> O anomaly(Δ^<17> O=0). Furthermore,Δ^<17> O values are stable during the post-depositional isotopic fractionat … More ion processes such as assimilation, whereas bothδ^<15> N andδ^<18> O values of NO_3^-_<plant> are variable. Therefore, the determination on theΔ^<17> O values of NO_3^-_<plant> allows us to estimate the contribution of NO_3-_<atm> in each plant tissue and to verify whether plants assimilate NO_3^-_<atm> or not. To clarify the direct NO_3^-assimilation, we determinedΔ^<17> O values of NO_3^-_<plant> in each tissue(leaf, stem and root) of Sasa, which was collected at forest floors located in campuses of Hokkaido University. We found large^<17> O anomaly in leaves(Δ^<17> O=from+2 to+13‰), whereas little^<17> O anomaly in stems and roots(Δ^<17> O=from 0 to+6‰). Therefore, we concluded the leaves contained NO_3^-_<atm> to some extent. Besides, while theΔ^<17> O values were stable in the stems and roots, the^<18> O-enrichments more than 10‰suggest the assimilation of NO_3^-_<soil> in the stems and roots. In contrast, the linear correlation betweenΔ^<17> O andδ<18>^O0values observed in leaves suggest mixing between NO_3^-<atm> and NO_3^-_<soil> within leaves. Furthermore, the^<18> O-enrichment trend during the growth seasons suggests the progress of assimilation within leaves. In conclusion, we found NO_3^-_<atm> within the plant and clarified that the plants assimilate NO_3^-_<atm> obtained through leaves to some extent. Less

硝酸盐（NO_3 ^-）是植物必需的营养物质。一般认为植物仅通过根组织吸收NO_3 ^-。然而，由于大气中大量的NO_3 ^-（NO_3 ^-）通过干湿沉降作用沉积到地表，某些植物可以通过叶片组织获得一定程度的NO_3 ^-。<atm>然而，在以往的研究中，NO_3 ^-_的直接同化作用难以明确和定量。<atm>三重氧同位素组成（Δ ^O &lt;$δ ^O-0.<17><17>52 × δ ^O）的NO_3 ^-浓度可以作为一种有效的示踪剂，定量测定植物体内NO_3 ^-浓度（NO_3 ^-）中NO_3 ^-的混合比例。<18><atm><plant>这是因为NO_3 ^-_是大的^O异常（Δ ^&gt; 0）的唯一来源，这是由于O原子的贡献来自富^O的臭氧。<atm><17><17O><17>相反，土壤中生物产生的再矿化NO_3 ^-（NO_3 ^-__<soil><17><17>此外，Δ ^O值在沉积后同位素分馏期间是稳定的，<17> ...更多信息 NO_3 ^-_的δ ^N和δ ^O值是变化的。<15><18><plant>因此，通过测定NO_3~-的Δ ^O值，可以估算NO_3~-在植物各组织中的贡献，并验证植物是否吸收NO_3~-。<17><plant><atm><atm>为了阐明NO_3 ^-的直接同化作用，我们测定了北海道大学校园内的林地中的刺柏各组织（叶、茎和根）中NO_3 ^-的Δ ^O值。<17><plant>叶片中的^O异常值较大（Δ ^O =+2~+13 ‰），而茎和根中的^O异常值较小（Δ ^O = 0~+6 ‰）。<17><17><17><17>因此，我们认为，叶片中含有一定程度的NO_3 ^-_。<atm>茎和根中的Δ ^O值稳定，但当Δ ^O值超过10 ‰时，表明茎和根中的NO_3 ^-被同化。<17><18><soil>而叶片中的Δ ^O和δ ^O0值呈线性相关，说明叶片中NO_3 ^-和NO_3 ^-_之间存在混合。<17><18><atm><soil>此外，在生长季节期间的^O-富集趋势表明叶片内同化的进展。<18>总之，我们在植物体内发现了NO_3 ^-_，并阐明了植物在一定程度上吸收了通过叶片获得的NO_3 ^-_。<atm><atm>少

项目成果

地球と宇宙の化学事典

地球与空间化学百科全书

• 发表时间: 2012
• 作者: 今井章雄;その他;丸岡照幸
• 通讯作者: 丸岡照幸

硝酸の三酸素同位体組成を指標に用いた水環境中の窒素循環の定量化:非培養・現場型の窒素同化速度定量法開発

使用硝酸的三氧同位素组成作为指标来量化水生环境中的氮循环：开发一种非培养的原位方法来量化氮同化速率

• 发表时间: 2011
• 作者: Ryohei Katayama;Toshiyasu Ishioka;Shinji Takada;Ritsuko Takada;Naoya Fujita;Takashi Tsuruo;and Mikihiko Naito;角皆潤,小松大祐,中川書子
• 通讯作者: 角皆潤,小松大祐,中川書子

生物窒素固定における溶存態の固定窒素生産

生物固氮中溶解固定氮的产量

• 发表时间: 2010
• 作者: Tsunogai;U.;Daita;S.;Komatsu;D.D.;Nakagawa;F.;Tanaka;A.;Sumie Koike;今野祐多・角皆潤・小松大祐・代田里子・伊豆田岳志・中川書子・津田敦・松井崇人・Y-J. Eum・鈴木光次
• 通讯作者: 今野祐多・角皆潤・小松大祐・代田里子・伊豆田岳志・中川書子・津田敦・松井崇人・Y-J. Eum・鈴木光次

Quantifying nitrate dynamics in an oligotrophic lake using Δ17O

• DOI: 10.5194/bg-8-687-2011
• 发表时间: 2011-03
• 期刊: Biogeosciences
• 影响因子: 4.9
• 作者: U. Tsunogai;S. Daita;D. Komatsu;F. Nakagawa;A. Tanaka

地球惑星科学入門

地球与行星科学概论

• 发表时间: 2010
• 作者: 松枝大治;渡辺寧(分担執筆);松枝大治(分担執筆)
• 通讯作者: 松枝大治(分担執筆)