生物固氮的15N2同位素示踪直接测定方法

[讲解]同位素示踪法同位素示踪法同位素示踪法在高中生物学实验中的应用同位素示踪法是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，即把放射性同位素的原子参到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的。

同位素示踪法是生物学实验中经常应用的一项重要方法，它可以研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。

用于示踪技术的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元素，如3H、14C、15N、18O、32P、35S、131I等。

在高中生物学教材中有多处涉及到放射性同位素的应用，下面笔者对教材中的相关知识进行归纳如下:1 研究蛋白质或核酸合成的原料及过程把具有反射性的原子参到合成蛋白质或核酸的原料(氨基酸或核苷酸)中，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可知道放射性原子通过什么路径、运动到哪里以及分布如何。

2 研究分泌蛋白的合成和运输用3H标记亮氨酸，探究分泌性蛋白质在细胞中的合成、运输与分泌途径。

在一次性给予放射性标记的氨基酸的前提下，通过观察细胞中放射性物质在不同时间出现的位置，就可以明确地看出细胞器在分泌蛋白合成和运输中的作用。

例如，通过实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，是按照内质网?高尔基体?细胞膜的方向运输的，从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。

3 研究细胞的结构和功能用同位素标记氨基酸或核苷酸并引入细胞内，探测这些放射性标记出现在哪些结构中，从而推断该细胞的结构和功能。

4 探究光合作用中元素的转移利用放射性同位素18O、14C、3H作为示踪原子来研究光合作用过程中某些物质的变化过程，从而揭示光合作用的机理。

例如，美国的科学家鲁宾和卡门研究光合作用中释放的氧到底是来自于水，还是来自于二氧化碳。

他们用氧的同位素18O 分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2，然后进行两组光合作用实验:第一组向绿色植物提供H218O和CO2，第二组向同种绿色植物提供H2O和C18O2。

15n同位素标记法15N同位素标记法是一种用于研究氮循环和生物地球化学过程的重要方法。

本文将介绍15N同位素的特点、应用领域以及标记原理等内容。

一、15N同位素的特点15N同位素是氮的一种同位素，其核内含有15个中子。

与常见的14N同位素相比，15N同位素相对稀少，但具有更大的质量。

由于15N同位素的存在，使得我们可以通过测量样品中15N同位素的丰度来了解氮元素的来源、转化以及循环过程。

二、15N同位素的应用领域15N同位素标记法在许多领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 土壤生态学研究：通过向土壤中添加15N同位素标记物，可以追踪土壤中氮的转化过程，了解土壤中氮的来源和去向，以及微生物对氮的利用和转化等。

2. 植物生理学研究：通过将15N同位素标记物注入植物体内，可以追踪氮在植物体内的分配和转运过程，了解不同部位对氮的利用效率以及植物对外源氮的吸收和利用能力。

3. 动物营养学研究：通过给动物饲料中添加15N同位素标记物，可以研究动物对不同氮源的利用效率，了解动物对蛋白质和氨基酸的消化吸收过程。

4. 水生生态学研究：通过向水体中添加15N同位素标记物，可以追踪水中氮的来源和去向，了解水体中氮的循环和转化过程，以及水生生物对氮的利用和转化。

三、15N同位素标记的原理15N同位素标记法的原理是利用15N同位素和14N同位素之间的质量差异来追踪氮的转化过程。

通常使用的方法是将含有15N同位素的化合物与未标记的化合物混合，形成不同比例的混合物，然后将其应用到研究对象中。

通过测量样品中15N同位素的丰度和14N同位素的丰度，可以计算出氮的转化率、利用率等参数。

四、15N同位素标记法的实验步骤15N同位素标记法的实验步骤通常包括以下几个方面：1. 标记物的制备：制备含有15N同位素的化合物，并与未标记的化合物混合。

2. 标记物的应用：将标记物应用到研究对象中，可以通过根部浸泡、叶面喷施、饲料添加等方式将标记物引入到研究对象体内。

氮同位素测定-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：氮同位素测定是一种通过分析样品中氮同位素的比例来揭示样品起源、代谢途径、食物链关系等信息的技术。

氮同位素通常以氮的两种主要同位素氮-14和氮-15的比例来表示，而这种比例在不同来源和环境中具有一定的稳定性。

因此，氮同位素测定可以帮助科研人员揭示物质循环、生态系统中的能量传递规律以及动植物之间的食物链关系。

本文将介绍氮同位素的基本概念和应用，并探讨氮同位素测定的方法和技术。

同时还将介绍氮同位素在不同领域的应用情况，展示其在环境科学、生物学、地质学等领域的重要作用。

通过本文的阐述，读者将更加全面地了解氮同位素测定的意义和应用范围，从而更好地认识和利用这一技术手段。

1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，将对氮同位素测定进行概述，并介绍文章的结构和目的。

在正文部分，将详细介绍氮同位素的概念和应用，氮同位素测定的方法和技术，以及氮同位素在不同领域的应用。

最后，结论部分将总结氮同位素测定的重要性，展望其未来发展，并得出结论。

通过这样的结构，读者可以清晰地了解氮同位素测定的相关知识和应用，对其重要性和发展前景有一个全面的认识。

1.3 目的本文旨在介绍氮同位素测定的原理、方法和应用，以便读者更深入地了解氮同位素在科学研究和实际应用中的重要性和价值。

通过对氮同位素的概念和测定技术进行详细介绍，希望能够帮助读者更好地理解氮同位素在不同领域的应用，如环境科学、生物医学、地质学等领域。

同时，我们也将展望氮同位素测定技术未来的发展方向，以期为相关领域的研究和发展提供一定的参考和借鉴。

通过本文的阐述，读者将能够深入了解氮同位素测定在科学研究中的重要作用，促进氮同位素研究领域的进一步发展和应用。

2.正文2.1 氮同位素的概念和应用氮同位素是指氮原子核内具有不同中子数量的同位素，常见的氮同位素有氮-14（14N）和氮-15（15N）。

在自然界中，氮-14是主要存在的同位素，占氮的总量的约99.6，而氮-15仅占约0.4。

^(15)N同位素示踪技术在动物蛋白质代谢研究方法中的应用高占峰;刁其玉
【期刊名称】《饲料研究》
【年(卷),期】2003()10
【摘要】氮素是动物营养最重要的元素之一 ,准确研究蛋白质 (氮素 )的代谢对于动物饲养标准的修订、饲料原料营养参数的准确性和合理配制日粮具有重要意义。

同位素示踪技术在农业中的应用 ,重点讨论了稳定同位素15N示踪技术在动物营养研究特别是在蛋白质代谢研究中应用的先进性、准确性和可行性。

【总页数】3页(P5-7)
【关键词】氮15;同位素示踪技术;动物营养;蛋白质代谢;研究方法;应用
【作者】高占峰;刁其玉
【作者单位】河北省农林科学院;中国农业科学院饲料研究所
【正文语种】中文
【中图分类】S852.21;S124.2
【相关文献】
1.用15 N同位素示踪技术研究稻草饲养草鱼蛋白质转化效果及其应用 [J], 陈君琛;沈恒胜;宋保京;廖文福;汤葆莎
2.15N同位素稀释技术和示踪技术在森林土壤N素研究中的应用 [J], 文哲
3.同位素示踪技术在动物消化代谢研究中的应用 [J], 龙芳羽;王宝维;张旭晖
4.15N同位素示踪技术在动物蛋白质代谢研究方法中的应用 [J],
5.^(15)N-甘氨酸示踪法在运动动物蛋白质代谢实验中的应用 [J], 许志勤;孙咏梅;高兰兴;金宏;张林;王先远
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稳定同位素示踪技术评估氮素循环过程分析引言：氮素是生物体生长发育和维持生命活动所必需的关键元素之一。

然而，过量的氮素输入可以导致环境问题，如水体富营养化和土地退化。

为了准确评估氮素的循环过程，稳定同位素示踪技术成为了一种有效的工具。

1. 稳定同位素示踪技术的基本原理稳定同位素示踪技术是基于同位素的自然存在及其相对丰度的差异来分析和追踪化学元素的运动和转化过程。

在氮素循环中，氮的两个稳定同位素氮-14（14N）和氮-15（15N）被广泛应用。

通过测量样品中同一化学化合物的不同同位素的相对丰度，可以揭示氮素的来源、转化途径以及相应的过程。

2. 氮素循环过程分析方法2.1. 正交分析法正交分析法是一种常用的稳定同位素示踪技术，在氮素循环过程研究中得到广泛应用。

该方法将不同位置吸收的氮元素分离，通过测量不同部位氮同位素的相对丰度，可以确定氮素在不同环境中的来源和去向。

例如，通过比较土壤中的氮同位素丰度来判断氮素是否来自化肥或土壤有机质。

2.2. 随机分析法随机分析法是一种直接测量被示踪元素在土壤或其他环境中的迁移和转化过程的方法。

该方法通常通过标记同位素添加到实验样品中，然后测量其在时间和空间上的变化。

例如，在氮素循环过程中，通过添加同位素标记化肥，可以跟踪氮素在土壤中的迁移和转化过程，评估土壤中氮素的损失情况和植物对氮素的吸收利用能力。

3. 氮素循环过程分析的研究进展3.1. 氮素来源与转化稳定同位素示踪技术在氮素来源和转化的研究中起到了关键作用。

通过测量不同环境样品中氮同位素的丰度，可以确定氮素的来源，如大气沉降、土壤有机质和化肥。

此外，通过跟踪氮素同位素在不同环境中的转化过程，可以了解氮素的转化途径，如氮素硝化、还原和固氮过程。

3.2. 氮素损失与控制氮素损失是氮素循环过程中的重要环节，对减少农业环境污染和提高氮素利用效率具有重要意义。

稳定同位素示踪技术可以量化氮素在不同环境中的损失情况，并揭示氮素损失的主要途径和影响因素。

氮稳定同位素示踪水体氮污染研究氮输入超标会引起发水体富营养化、水生生物死亡等一系列环境问题，通过研究水体氮浓度、氮同位素值的时空分布特点和成因，能定性的判别水体氮污染的来源及其转化机制。

本文结合该学科领域的研究成果，对氮同位素示踪技术运用到水体氮异常的研究中作出综述，有以下成果：论述了两种常用的氮稳定同位素示踪技术的（15N自然丰度法、15N同位素稀释法）的机理及运用;氮的来源及转化过程中的分馏效应;对有机氮同位素的研究中，颗粒有机氮（PON）的δ15N 值再结合13C、C/N比值可以综合判断有机颗粒物的来源，并可作为生态系统中氮的生物地球化学反应及转化过程的识别标志。

标签：氮稳定同位素;水环境;颗粒态有机氮随着工农业生产的发展，氮污染已成为水环境问题研究的热点，世界许多地方水环境中的氮含量都超过了相关机构规定的饮用水中N03一含量的上限值，这也给人们的身体健康带来极大隐患。

迄今，许多学者已将氮稳定同位素应用到判别水中氮污染来源以及水循环过程中氮的转化机制之中.对水体中氮稳定同位素也进行了广泛的探索。

通过对氮稳定同位素的研究，可以有效的判别水体中氮异常的来源，了解氮的转化机制和沿途的变化，从而有效地防范和控制水体氮污染一、氮稳定同位素示踪技术（一）15N自然丰度法氮有14N和15N两种稳定同位素，其中14N豐度为99.64‰，15N丰度为0.36‰[1]。

不同物质中有着不同的14N和15N的同位素比值（δ15N），并且，δ15N 在不同的地质背景和含水介质中也有所相异，所以研究水体中的自然氮同位素值对判断区域地质环境有着重要的现实意义的。

通过研究地表水氮浓度、氮同位素值的时空分布特点和成因，能定性判别水体氮污染的来源及其转化机制。

（二）15N同位素稀释法氮循环过程中在沿途的变化会引起氮同位素的分馏效应，通过加入15N标记体，经过相关的生物化学过程测定15N标记体原子百分比变化可以示踪物质转化迁移途径与程度。

15N同位素稀释技术和示踪技术在森林土壤N素研究中的应用作者：文哲来源：《南方农业·下旬》2016年第10期摘要森林土壤N素形态、N库动态及其运移转化特征备受关注。

采用稳定性15N同位素稀释技术和示踪技术测定森林土壤总N转化速率和15N回收率，可以揭示森林土壤N素特别是无机N的运移转化规律和持留机制。

由此可见，稳定性15N同位素技术在森林土壤N循环研究中的作用举足轻重。

基于此，介绍15N同位素稀释技术测定土壤总N转化速率的基本原理和15N同位素示踪技术研究土壤N素运移规律的基本思路，并简要列举了稳定性15N同位素技术和示踪技术在森林土壤N素转化、运移和持留机制研究中的应用实例，同时指出此法的不足和应用前景。

关键词：总N转化速率；持留机制；15N同位素稀释技术；15N同位素示踪技术；同位素分馏中图分类号：S153.6 文献标志码：B DOI：10.19415/ki.1673-890x.2016.30.0591 15N同位素稀释和示踪技术基本原理15N同位素稀释技术是量化土壤总N转化速率的有效方法，是依赖于对某一形态产物的15N标记及其稀释和富集动态监测[1]，15N同位素示踪技术则主要依赖于对一形态底物的15N 的标记及其稀释和富集动态监测。

由此可见，利用15N同位素稀释和示踪原理，不仅可以量化土壤N转化速率，还可揭示N素生产和消耗途径。

2 15N同位素稀释和示踪技术方法目前，利用15N同位素稀释和示踪技术研究N素总转化速率的分析方法有算术分析法和数值分析法两种。

基于Kirkham和Bartholomew提出15N同位素稀释法模型，Blackburn提出了低丰度的15N标记方法，公式如下：m=（M0-M1）/t×log（H0M1/H1M0）/log（M0/M1），c≠mc=（M0-M1）/t×log（H0/H1）/log（M0/M1），c≠mm=c=M0/t×log（H0/H1），c=m式中，M0：培养过程to时刻的N的总含量15N+14N；M1：培养过程t1时刻N的总含量15N+14N；H0：培养过程to时刻15N百分超，即被标记的15N丰度和15N自然丰度之差；H1：培养过程t1时刻15N百分超；t：测定时间间隔即t=t1-to；m：总N产生速率；c：总N 消耗速率。

生物教学的同位素示踪法作者：成云飞来源：《散文百家·下旬刊》2016年第10期摘要：同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫示踪元素。

用示踪元素标记的化合物，化学性质不变。

人们可以根据这种化合物的放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。

这种科学研究方法叫同位素示踪法。

生物学上常用放射性同位素作为示踪元素，来研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。

用于示踪的放射性元素一般是构成细胞化合物的重要元素。

关键词：高中生物；教材；同位素示踪法同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫示踪元素。

用示踪元素标记的化合物，化学性质不变。

人们可以根据这种化合物的放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。

这种科学研究方法叫同位素示踪法。

生物学上常用放射性同位素作为示踪元素，来研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。

用于示踪的放射性元素一般是构成细胞化合物的重要元素，如3H、15N、18O、32P、35S 等。

在高中生物学教材中有多处涉及到放射性同位素的应用，下面对教材中的相关知识进行归纳例析。

一、光合作用和呼吸作用过程中特征元素的示踪例1 一个密闭的透明玻璃容器内，放有绿色植物和小白鼠（小白鼠以植物为食），容器内供应18O2，每天给予充足的光照，一段时间后，绿色植物和小白鼠体内的有机物含18O的情况是（）A.只在植物体内；B.植物和小白鼠体内均含有；C.只在小白鼠体内；D. 植物和小白鼠体内均无解析 18O在绿色植物体内的转移途径如下：绿色植物体内的C6H1218O6被动物摄食，通过同化作用转变成自身的有机物。

因此，植物和小白鼠体内的有机物都含有18O。

答案 B二、研究C4植物光合作用的途径例2 在光照下，供给玉米离体叶片少量的14CO2，随着光合作用时间的延续，在光合作用固定CO2形成C3化合物与C4化合物中，14C含量变化示意图正确的是（）解析用14C标记CO2来追踪C4植物光合作用的途径：首先在C4植物叶肉细胞叶绿体内CO2与PEP相结合形成C4化合物，然后C4化合物进入维管束鞘细胞叶绿体并分解为CO2和丙酮酸，CO2与一个C5化合物相结合，形成2个C3化合物，C3 化合物被还原为C6H12O6。

土壤固氮作用在中国盐沼的互花米草入侵和施氮的响应摘要：生物固氮（BNF）是氮（N）输入到生态系统的主要自然过程。

要了解植物入侵和N富集如何影响BNF，我们比较了土壤固氮率和互花米草群落以及长江口的本地芦苇群落微生物固氮率（NFM）。

我们的研究结果表明，】对于氮富集的植物入侵对BNF了较大的影响。

在同一个氮水平，互花米草群落有较高的土壤固氮率，但nifH基因与本地群落相比多样性较低。

互花米草群落氮增加后具有最高的土壤固氮率和nifH基因丰度。

我们的研究结果表明，互花米草入侵可以提高河口生态系统土壤固氮能力，因此可能进一步调节土壤氮可用性。

0 引言生物固氮（BNF）是氮循环的重要组成部分。

总陆地固氮率约为58 Tg N yr −1[1]，占新增氮投入到生态系统[2,3]的97％以上。

生物固氮率在生态系统中变化的[4]。

许多生物和非生物因素如固氮微生物（NFM）多样性、土壤碳氮比、土壤磷水平可以影响生物固氮[5,6]。

最近，一些研究发现，植物入侵和N富集能显着影响BNF。

例如，紫茎泽兰入侵显著增加固氮细菌在森林生态系统[7]的多样性和丰富。

入侵种法雅杨梅的固定施氮量每年每公顷18千克远远高于本土植物的每年每公顷0.4千克[8]。

此外，N富集改变了固氮细菌群落和固氮基因的丰度[9.10]。

这些研究表明，植物入侵和N富集可以影响BNF，其联合作用仍不清楚。

外来植物入侵是本地生态系统的主要威胁。

入侵植物可以破坏原生栖息地，取代原生植物，改变养分循环和土壤属性[11,12]。

1979年互花米草引种到我国东部沿海[13]. 在90年代中期互花米草在崇明岛首次出现后，它已经取代了原生芦苇和海三棱藨草并成为优势种[11]。

互花米草入侵改变了土壤微生物群落[14,15]，改变了温室气体通量[16]。

互花米草入侵也增加土壤碳和氮库大小[17]。

我们以前的研究表明的互花米草的增加，而芦苇的减少，他们的凋零物在空气和土壤的分解的增加了氮的浓度[18]。

15N示踪法研究固氮芽孢杆菌应用效果林代炎;叶美锋;林琰;姚宝全;翁伯琦【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2006(015)006【摘要】通过对水稻盆栽试验,应用15N示踪测试技术和土壤农业化学分析方法,研究接种不同剂量固氮芽孢菌对当季水稻的供氮能力,结果表明:在施有机肥的基础上,接种固氮芽孢杆菌能为当季水稻提供氮素,而且,接菌剂量在0.60亿个·pot-1以内,其供氮能力随着接菌剂量的增加而提高;接种剂量从0.15亿个·pot-1增加到0.60亿个·pot-1,其对当季初的氮素供应从88.7 mg·pot-1提高至109.7 mg·pot-1,并减少水稻对肥料氮和土壤氮的吸收,增加茬后土壤的速效氮积累,接种量以0.15亿个·pot-1～0.30亿个·pot-1较经济.但在一定的施肥基础上,接种固氮菌对水稻的产生量和吸收氮素总量影响不明显.【总页数】3页(P1310-1312)【作者】林代炎;叶美锋;林琰;姚宝全;翁伯琦【作者单位】福建省农业科学院农业工程技术研究所,福建,福州,350003;福建省农业科学院农业工程技术研究所,福建,福州,350003;福建省农业科学院农业工程技术研究所,福建,福州,350003;福建省农业厅土壤肥料技术站,福建,福州,350003;福建省农业科学院农业工程技术研究所,福建,福州,350003【正文语种】中文【中图分类】S144.5【相关文献】1.固氮芽孢杆菌N117的筛选及应用效果初报 [J], 陈子聪;蔡海松;林戎斌;韩闽毅2.圆褐固氮菌、巨大芽孢杆菌复合菌肥的制作及应用效果 [J], 姜明3.15N库稀释法和15N示踪法在草地生态系统氮转化过程研究中的应用——方法与进展 [J], 刘碧荣;王常慧;黄建辉;何念鹏;王其兵;董宽虎4.二株固氮芽孢杆菌的固氮特性研究 [J], 许齐放;陈廷伟5.固氮芽孢杆菌GD272的筛选鉴定及其固氮性能研究 [J], 张燕春;孙建光;徐晶;胡海燕因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

稳定同位素示踪技术中15N丰度及全氮测量的新方法
彭根元;张旭;黄庆文;林英钊
【期刊名称】《同位素》
【年(卷),期】1993(000)004
【摘要】本方法利用ＳＴ－ＩＭＳ－８８型离子质谱计快速测样的特点，结合同位素稀释技术同时测定全氮和１５Ｎ丰度，并适用于微量氮的分析。

该方法技术操作方便，精确度高，有一定的推广使用价值。

【总页数】1页(P208)
【作者】彭根元;张旭;黄庆文;林英钊
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】S124.2
【相关文献】
1.稳定氮同位素示踪技术在农业面源污染研究中的应用 [J], 王静;郭熙盛;王允青;唐杉
2.稳定氮同位素示踪技术在烟草研究中的应用 [J], 时向东;时映;王瑞宝;戴吉林;夏开宝;张庆刚
3.自然丰度氮-15核磁共振的研究(Ⅰ)——哌啶衍生物中4-位取代基对15N化学位移的远程相互作用及其与13C化学位移的关系 [J], 杨立
4.15N稳定同位素示踪技术在海水养殖研究中的应用 [J], 洪阿实; 李文权
5.稳定氮同位素示踪技术在湿地脱氮研究中的应用进展 [J], 唐艳凌;章光新
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