全 文 ：核 农 学 报 , 一
滋。 。 注。 户。 扭 ,旅从 介 , 。 贡。 。。
用 ’ 天然丰度法估测
结瘤作物的共生固 量
马昌少奔 姚允寅 陈 明
刘晓兰 刘泽银 王志东
候景琴 骆永云 何凤茹
中国农业科学院原子能利用研究所 北京
测 定 了位 于北京西 札郊 的本所 农场耕地 及 附近 个土样 的土壤总 各‘“ 值 , 农
场拼地 的各‘ “ 值 为 土 。 , 本所庭 园土壤为 叨 土 。 , 圆明 园 土 壤 为
土 。。 农场耕地土攘总 乙‘“ 的垂直 变 化 为 士 土 。 ,
水平 变化 为 土 、 , 土 喻 。
无 营养液砂培 大豆 的测 定结 果表明 , 根瘤富含 ‘ “
, 各‘ 值 为 土 编
和 土 编 , 地上部 贫 化 ‘ “ , 己‘ “ 为一 士 。 、一 士 编 , 说
明在 固 过程 中和 固 产物输送转化过程 中发生 了 同位素 的分馏 , 乒 分馏 因
数 二 、 。
用“ 天然丰度 法 估 计不 同大豆品种 的 表明 , 不 同 大豆品 种 的 素 自给
能 力不 同 。 固 植 物 的各‘ “ 值 明 显 低 于 非 固 植 物 的乙‘“ 值 , 一 般 相 差
争、 乙‘ “ , 说明 用 ’ 天然 丰度法评价这些植物 的固 状 况是可能 的
。 然 而 , 不
固 植物也 有较低 的各‘ “ 值 , 即便在同一地块上 , 非固 植物 的乙‘ “ 值 也 很 不
相 同 , 有待进一 步研 究 、
关健词 生物 固 ‘ “ 天然丰度 大豆
前 刁少口
‘ ” 天然丰度法估计植物固 , 不需向待测植物生长的土壤 中施入较 为 昂 贵 的‘ ” 肥
料 , 也不破坏该植物生长的正常生态环境 , 只需采集植株的部分叶片 , 测量其 ‘ “ 含量 , 即
可估计该植物的固 状况 , 因而受到人们的重视
。 〔‘ ’和 〔“ ’对该 方 法 的
优缺点及影响因素进行了 评述 。 和 等 〔“ 一 “ 测定了不 同类型土壤的剐 “ 值 ,
发现多数土壤 的各’石 值与大气 的 ’“ 值存在明显的差异
。 等 ￡ 一 “ 〕研 究了 作物
吸收土壤 和 固 时发生的 同位素分馏 , 以及‘ 在植株不同器官中的分 布
。 。 和
此文于 年 月 日收到 ,
“ 核 农 学 报 卷
。 等 仁‘ 卜 ‘ ’研究了精确测定护 “ 值的方法及有关向题 。 等 仁“ 一 “ ,角“ 天
然丰度法测定了大豆
、
菜豆 、 三叶草和灰恺木等的固 百分率 , 提 出该方法可用于 田 间 条
才卜下定量或半定 鼠估计其共生固
。
为了提高估计固 的精度 , 等 ￡‘ , 么 艺 ’提出用低
丰度 ‘ “ 示踪法估计固 , 。 本文报道土壤 邑‘ “ 值的水平和垂直变化 , 大豆 固 时 的 同
位素分馏因数 , ‘ ’ 在大豆植株不 同器官电的分布 , 以及用 ‘ “ 天然丰度法估计大豆 、 豆 科
牧草和其他植物 固 的研究结果 。
材 料 和 方 法
无 曹养液水培大豆
大豆种子用 消毒 , 无菌水冲洗后 , 接种慢生型大豆根瘤 菌 。
, 菌株 , 空温下催芽 , 将出芽的乖,子种于装有石英砂的塑 料 盆‘ , ,
置网室中培养 , 妈苗后 , 盆的表层加 厚的涂蜡石英砂 , 以防灰尘和藻类的生
一
长
。
在 大豆
生长期间 , 向盆中加无 营养液 。 无 营养液的组成
· 一 ‘
‘ , , ‘ · , , , , , 。
大豆成熟后 收割植株 , 将其分为根瘤 、 根
、 粒 、 荚和茎叶 , 风干和 ℃烘干后 , 称取各
部分重量 , 并测定其总 和‘ , 丰度
。
盆栽牧草
于本所网室中进行 , 帆料盆的内径 为 , 高 的 , 行盆扶过筛 耕 地 二
。
土壤总 为 , 有机质 , 有效磷
,
, 有效钾 ,
, 乙‘ “
值为 士 。。
单作牧草为苗褶 , 白三叶 , 红三叶 , 草木挥和牛尾草 。 混作牧草为首落 牛尾草 , 白三
几「 牛尾草 , 草木裤 牛尾草 , 共 个处理 , 每 处 理 盆 。 年 月 日播种 , 年 月
日收割第一次 , 年 月 日收害第二次 , 月 日收割第三次
。 收割的牧草经风干和 ℃
烘干后 , 称重并取样测定总 和 ‘ “ 丰度
。
土峨 乙‘ “ 值的水平和垂直变化
剖面土样从本所农场玉米地采集
, 土样水平点距离约为 , 取样深度为 , 取 样
日期为 了年 月 日
。 土样于 ℃烘干 , 取样测定总 和 ‘ “ 丰度
。
不同品种大豆样品的采集
年 月 口从本所一室大豆试验地采集豆叶 , 经风干和烘干后 , 取样测 定 总 和 ‘
丰度
。 结瘤和不结瘤 大豆从种子繁殖地的种子巾取籽粒测定总 和 ‘ 丰度
。
其他植物样品和土滚样品的采集
年 月 日至 。日 , 从本所试验地
、
圆明园 、 肖家河
、
京密运河岸边等处采集 , 木木
植物取成熟绿叶 , 草木植物取绿色地上部 。 土样取 。一 土层的表土
。 样品经风干和 烘千 ,
磨细后取样测定总 和 ‘ “ 丰度
。
总 和“ 丰度的测定
取烘干磨细植物样品 、 , 置于消化管中加混合催化剂 、 ,
混匀磨细 , 浓硫 酸 , 子 、 ℃消化 , 冷却后 转入蒸馏瓶中加 ,
苹气蒸馏 , 用 。
, 。 , 斗吸收 。 蒸馏速度为 卜 一 ‘
, 蒸馏时 间为 。 然 后 以
期 用 天然丰度法估测结瘤作物的共生固 量 的
甲基红为指示剂 , 用 滴定至终点 , 计算样品的含氮百分率 。 滴 定后的溶
液加 酸化至 一 , 浓缩至 左右 , 用碱性次澳 酸 铿使 言氧化 形成
气 , 用 人 一 质 普计测定样品的各’“ 值 。 测定精度为 士 邑’“ 包括制样误差在内 。
结 果 和 讨 论
一 土坡总 的各‘ “ 值及其水平和垂直变化
测定结果表明 , 本所农场试验地上壤总 的乙’“ 值为 士 汤 , 本所庭园土壤总
的各‘“ 值为 士 , 而圆明园土壤总 的乙‘ “ 值为 士 喻 , 与大气 的乙‘ “
值 相差不大 , 用 ‘“ 天然丰度法估计生 长在这种土壤上的植物的固 , 可 以预 料 其
结果是很不精确的 。
本所农场玉米地土壤总 及各‘ “ 值水平和垂直变化测定结果见表 。 从表 着 出 , 一
、
一 土层总 含量最高 , 随土层深度增加 , 土壤总 含量明显降低 , 至 一 处 ,
其总 含量仅为。一 土层 的 , 而乙‘ “ 值 随土层深度增加 略有增大 , 特别是 、
土层 , 其各‘“ 值约比。、 土层高 乙‘ “ , 比 、 土层高 乙‘ “ , 至 、
土层 , 各‘ “ 值略有降低 从水平变化看 , 取样点之间相差约为 乙‘ “ , 小于乙‘ “ 值 的 垂
直变化 , 说明用 ‘ “ 天然丰度法估计生长在该土壤上的作物的固 是可行的
二 ‘ “ 在大豆植株不同器官中的分布及固 的 值
‘ “ 在大豆植株不同器官巾的分布及固 的乙“ , 二 值 或固 分馏 因 数 值 的 测
定结果见表 。 从表 看出 , ”‘ 在大豆植株不同器官中的分布是十分不同的 , 两个大豆 品 种
根瘤中都富含‘ “ , 乙‘“ 值为十 和 喻 。 植株地上部不同器官间的‘“ 含量 彼 此
相差很小 , 约为 乙‘ “ , 根的各‘ “ 值高于地上部的色‘“ 值 , 可能与着生于上的根瘤有 较 高
的各‘ “ 值有关 。 全株的乙‘“ 值也与其他器官的乙‘“ 值不同 。 根据这些结果 , 我 们 可 以认
为 , 除固 使 同位素发生分馏外 , 固 初产物 , 在类菌体中的移动和胺化 , 以及 转 氨
基的各种反应中都可能发生程度不同的 同位素分馏 , 而使各器官中的 ’“ 含量不同
。
等 〔 ’测定整株大豆的乙‘“ 编 , 等 〔‘ ’测定整株大豆的乙“ 二
一 、 汤 日二 、
, 等 〔“ ’测 定 大 豆 地上部的各“ 二 一 、
一 输 日 、 , 等 〔‘
’
’测定 个大豆品种地上部的乙‘ “ 值 分别
为一 , 一 , 一 和 一 喻 日 , , 和 ,
等 仁‘ 。 测定大豆地上部的各‘ 。 一 编 日 。 我们测定两个大豆品种地上部 的
各“ 值为一 和 一 。 , , 整株大豆的各‘“ 值为一 和 一 。
二 , 。 从这些结果中看出 , 整株的乙‘“ 值大于地上部的乙‘ “ 值 , 其 差
约 乙‘ “ 值
。 一般说来 , 上壤 和大气 的乙‘“ 值之差约为 乙‘“ , 固 作 物 和 非 固
作物的各‘ 值之差约为 、 ‘“ , 因此用“ 夭然丰度法估计作物 的 时 , 必 须
利用精确的各‘ ” “ 二 值 。
关于取样部位 , 根据表 的结果 , 各‘“ 值在植株地上部器官中的分布较为一致 , 因 此取
样估计固 时 , 以取地上部的茎叶或籽粒较为合适
。
三 选用不同器官的乙‘“ , 二 值对 ‘“ 夭然丰度法估计 的形晌
担据无 营养液砂培结窃 大豆的测定结果 表
, 我们分别选用全株 地上部 ,
核 农 学 报 卷
卜引︸泪卜洲工的闪引一卜口。引卜引闪甘的
工内引门︸卜的卜引巴囚
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一
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门泊心的
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一
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桨一·⋯
卜
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一吹畔的闪工
⋯
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翔期 用场 天然丰度法估测结瘤作物的共生固 量
表 ‘ “ 在大豆植株不同舒官中的分布及固 分娜 因教
‘
一 ‘
结瘤 大豆 尤比列大豆
〕
日 ’
。
伙牲
一
巨儡
一
卜一添
兰竺旦一 —」茎 叶 一 士 一 土
, 粒 一 土 一 士
荚 一 土 一 土
根 士 一 士
卜隔陈一
⋯
根 瘤 士 土
整 株 一 一
, 一 。 ,
。
‘ 一
茎叶 、 籽粒 、 根和根瘤的乙‘ “ , 。二 值计算
一
不同品科
,
大豆 的 , 结 果 见表 。 从表 石
出 , 选全株的乙‘ “ 二 值 一 。 , 鲁 豆 号 的 为 , 结瘤 大 豆 的
尝 为 。 取地上部 , 茎叶或籽粒的乙‘“ 二 值 , 鲁豆 号的 “ 为 、 , 结
瘤 大豆的 为 。 我们曾用 ‘“ 一 值 法 测 定 田 间 结瘤 大豆的
为 , 说明用全株的己’ ” 二 值 卜算 , 其值偏高 , 而用地上部或相应 器 官
的 ‘“ ‘ 二 值计算 , 其结果较为合理 。 用根的各‘“ 宜二 值计算 , 鲁 豆 号 的
为 , 结瘤 大豆的 为 一 瘤根的乙‘“ 二 值 算 ,
前一品种为一 , 后一易种为一
, 显然这些结果是不正确的 。 因此用 ‘“ 天 然丰
度法沾计固 , 应选取相应器官或地上部的乙‘ “ 二值 , 而不选用全株的乙‘ “ , ‘ 二 值 , 决不
要选用根或根瘤的各’“ , 二值 。
从表 还可看出 , 不同大豆的 ‘“ 。 。 值是不同的 , 在同一块 试 验 地 内 , 己‘ ” 。 。 值 愈
小 , 该品种的 素自给能力愈强 , 即是 说测定豆叶的各‘“ 。 。 值可作为筛选大豆品种 素 自
给能力的指标 , 从表 看到这些况种的 素 自给能力十分不问 。 结瘤 大豆和鲁豆 号 相
当 , 山固 取得的 为 和
。 辽 农 号 、 和 佳 红 固 取得 、 和
、 所需的 素 。
、 黑河 号和壮丰由固 取得的 素很少 , 分别为
、 和 。
为辐射引变系 , 在本试验中不固 , 可 能是基因突变而不能结瘤 , 或其他原 因 , 有 待
进一步研究
核 农 学 报 卷
表 不同各‘ ” ‘ 二 值对 ‘ 天然丰度法估计大豆的 的影晌
各‘ 二
名 称 呱
主。 。 。
物作
鲁豆 号
辽农 号
佳 红
黑河 号
土
冷 土
土
士
士
土
士
土
气
牡 丰
玉 米
结瘤 大豆
不结瘤 大豆
皿一
上
士
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一
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。 。 一 。 。 一 乙‘ 。 。
一 邑
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盆 , 五 吧
。 。 一 。 。 一 乙‘ 二
。 。 一 筋
。 ‘ 。 ‘ 。 。 一 一 汤
主 。 。 。 。 。 〕 一 而
‘ , 。 一 偏
二 。
, 汤
。 。 一 筋
四 某些植 作 物的乙‘ ” 值
表 为盆栽牧草的 ‘“ 值 。
一
自枯 、 草木裤
、 红三叶和 自三叶为豆科牧草 , 牛尾
一
草为禾本
科枚草
。
单作 苗借
、 草木挥的乙‘ 值低于牛尾草的乙‘ 值 , 说明 自拾
、 一谁木裤固定 了大气
。 红三叶和 自三叶的各‘“ 值与牛尾草的乙‘ 值无明显差异 , 没有固定大气 。 挖 取 根
系观察 , 红三叶和白三叶没有根启形成 , 进一步证明 了这一结果 。 在混作条 件 卜, 情况较为
复杂 , 混作牛尾草的乙‘“ 值 苗于单作牛尾草的乙‘“ 值 , 如果 说有固 产物 转 移 , 己‘ ” 值
应是降低而不是增高 。
表 为本所附近一些植物的己‘ ” 值
。 从表 看出
固 植物一般都有较低的乞‘ “ 值 , 例如绿豆 、 草木杯和紫穗槐 , 然 一些据认为 不
固 的植物 , 如韭菜
、 酸枣 、 杨树
、 山里红和油松也有较低的各‘“ 值 。 月便 在 同 一 地 块
上 , 不同非固 植物之间的邑‘“ 值也有很大变化 , 说明测定 固 值 物 和 非固 植 物 的
各‘ 值及固 植物的乙‘ “ , 二 值并不能确切 估计固 , 而必需 了解植物 之间的相互影啊 ,
以及植物与土壤中发生的 同位素分馏 。 因此 , 用 ’ 天然丰度法估计固 有一定局限性
期 用 天然丰度法估测结瘤作物的共生固 量
衰 盆栽牧草的各‘ 值
乙’
色 肠
牧草名称 种 植 试 重 复 数
第二次收割
“
第三次收割
。
’
一
‘ “
,
’
藉
”
一 士
草 木 挥
土
红 三 叶
白 三 叶
单 作
《〕
单 作
单 作
单 作
混 作
混 作
混 作
一 士
士
土
牛 尾 草
首蓓十牛尾草
草木株 牛尾草
白三叶十 牛尾草
士 土
土
士
士
士
士
土
, , 一 , ,
, 七 , , 生。
根据这些测定结果 , 还 合不出木本植物的邑‘“ 值的规律变化 , 看来川 ‘ ” 天 然 丰 度
法估计多年生木本植物的固 存在的困难较大
。
水生植物的各’“ 值高于陆生植物的各‘“ 值 , 如浮萍为 编 , 芦苇 为 阶 , 槐
奢 叶萍为 编 , 是否 由于缺氧发生反硝化作用而使 ‘“ 富集 , 需进一步研究 。
绿豆在两个地点采样 , 其乙‘ 值均远低于非固 植物的各‘“ 值 , 说明其 固 能 力
很强 , 值得进一步研究 。
结 语
测定结果表明 , 用 ‘“ 天然丰度法估测大豆的固 , 不需向待测作物生
一
长的土壤中施入
较为 昂贵的 ’“ 肥料 , 也不破坏该作物生长的正常生态环境
, 只要采集大豆叶或籽粒测定 其
, “ 含量即
一
可沾计大豆的 , 以 评价不同大豆品种的 素自给能力 。 测定 其 他 植 物 的
乙‘“ 值也表明 , 固 植物和非固 植物的‘ ” 丰度存在差异 , 固 植物的‘“ 丰度低于 非
固 植 的‘ 丰 度 , 约为 、 乙’“ 值 各’ 二 原 子 ‘“ , 即 其 ‘“ 丰 度 为
川 、
, 说明用“ 天然丰度 去评价这些植物的固 状况是可能的 , 但 由于
这一差值的数值很小 , 土壤和植物中发生的 同位素分馏 以 父其他的因素都将影响该方法 的
测定精度 , 甚而掩盖这一差异 。 因此 ‘ ” 天然丰度法有其独特的优点 , 但亦有相当大的 局限
性 。
用百
核 农 学 报 卷
表 本所附近一些植物的各‘ 值
己 盯
地 点 植物名称 含 量
肠
值 地 点 邑 值植物名称 含 量
肠 ‘
本所庭园 , 土
壤总 乞场直 ,
为 土
一
一
,
各
上
绿 豆
茧 菜
龙 瓜 槐
了 土
侧 才屯自
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狗 尾 草
就
肖 家 河 百 牟「了
、 了 上
之 , 上
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」 浮 肖扛
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一 公可岸边 草 木 栖
生 土
马 士 。
月 刁之 气
一 生 比 土 。 比
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杨 树
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垂 柳
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士
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榆 十才
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国 明 园
一
绿 豆
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