Sledování dusíku-15 - Nitrogen-15 tracing

Dusík-15 (15N) trasování je technika ke studiu dusíkový cyklus pomocí těžší, stabilní dusík izotop 15N. Přes různé váhy, 15N se účastní stejných chemických reakcí jako hojnější 14N a proto se používá ke sledování a kvantifikaci konverzí jedné sloučeniny dusíku na jinou. 15N trasování je aplikováno v biogeochemie, věda o půdě, věda o životním prostředí, mikrobiologie životního prostředí a výzkum aktivace malých molekul.

Aplikace

15N tracing umožňuje vědcům rozlišit specifické konverze dusíku od sítě simultánních reakcí;[1] např. amonný mohou být současně oxidovány autotrofní mikroorganismy, vyrobený mineralizací organické hmoty, vyrobený disimilační redukcí dusičnanů a asimilovaný mikroby a rostlinami. V tomto případě kvantifikace absolutního množství amonia nevysvětluje, jak se vyrábí nebo spotřebovává. Přeměna jednoho 15Sloučeninu označenou N k jiné lze přímo spojit prostřednictvím izotopového podpisu.

15N-stopování bylo použito ke kvantifikaci rychlostí transformací dusíku v půda a rozlišit zdroje skleníkových plynů oxid dusičitý za různých podmínek prostředí.[2]

Metodické přístupy

Dva hlavní přístupy jsou přirozená hojnost a obohacení techniky.[3]

Techniky přirozené hojnosti

Lze použít techniky přirozené hojnosti bez umělého rušení. Přírodní 15N hojností je vyjádřeno delta (δ) notací vzhledem k 15N koncentrace ve vzduchu. Kvůli enzymatické diskriminaci, přirozené 15N abundance se mírně mění v mikrobiálně zprostředkovaných reakcích v půdě. Kromě hodnot δ je preferována stránka 15N a 14Ke stanovení jejích zdrojů (nitrifikace nebo denitrifikace) byl použit N (izotopomery) pro vnitřní nebo vnější polohu v molekule oxidu dusného.[4]

Obohacovací techniky

Když jsou dusíkaté substráty uměle obohaceny (označeny) 15N, produkt reakce může být přímo spojen s jeho substrátem.[5] Na rozdíl od technik přirozené hojnosti 15Označení N umožňuje přesně vypočítat reakční rychlosti. Změna dalšího dusíku může být také zkreslením změnou přirozených transformací dusíku. V zemědělské půdě však použití 15N obohacených stopovacích látek, jako je amonium a dusičnan, se podobá konvenční praxi hnojení.

Způsob výpočtu rychlostí transformace dusíku v půdě lze dosáhnout numerickou aproximací, která zohledňuje různé simultánní transformace dusíku.[6] Numerickým nástrojem ke studiu cyklu dusíku je Nstopa model založený na a Markovský řetězec Monte Carlo simulace.[7]

Reference

  1. ^ Hart, Stephen C .; Myrold, David D. (1996). „15N Tracer Studies transformací půdního dusíku“. Hmotnostní spektrometrie půd.
  2. ^ Bateman, E. J .; Baggs, E. M. (2005-03-23). „Příspěvky nitrifikace a denitrifikace k emisím N2O z půd v různých prostorech pórů naplněných vodou“. Biologie a plodnost půd. 41 (6): 379–388. doi:10.1007 / s00374-005-0858-3. ISSN  0178-2762.
  3. ^ Müller, Christoph; Laughlin, Ronnie J .; Spott, Oliver; Rütting, Tobias (01.05.2014). "Kvantifikace drah emisí N2O prostřednictvím sledovacího modelu 15N". Půdní biologie a biochemie. 72: 44–54. doi:10.1016 / j.soilbio.2014.01.013.
  4. ^ Köster, Jan Reent; Cárdenas, Laura; Senbayram, Mehmet; Bol, Roland; Reinhard; Butler, Mark; Mühling, Karl Hermann; Dittert, Klaus (01.08.2011). „Rychlý přechod od denitrifikace k nitrifikaci v půdě po aplikaci zbytků bioplynu, jak naznačují izotopomery oxidu dusného“. Půdní biologie a biochemie. 43 (8): 1671–1677. doi:10.1016 / j.soilbio.2011.04.004.
  5. ^ Baggs, E. M. (2008-06-15). "Přehled stabilních izotopových technik pro dělení zdrojů N2O v půdě: nedávný pokrok, zbývající výzvy a budoucí úvahy". Rychlá komunikace v hmotnostní spektrometrii. 22 (11): 1664–1672. Bibcode:2008RCMS ... 22.1664B. doi:10,1002 / rcm.3456. ISSN  1097-0231. PMID  18435506.
  6. ^ Rütting, T .; Müller, C. (01.04.2008). „Procesně specifická analýza dynamiky dusitanů v půdě trvalých travních porostů pomocí techniky vzorkování Monte Carlo“. European Journal of Soil Science. 59 (2): 208–215. doi:10.1111 / j.1365-2389.2007.00976.x. ISSN  1365-2389.
  7. ^ Müller, Christoph; Laughlin, Ronnie J .; Spott, Oliver; Rütting, Tobias (01.05.2014). "Kvantifikace drah emisí N2O prostřednictvím sledovacího modelu 15N". Půdní biologie a biochemie. 72: 44–54. doi:10.1016 / j.soilbio.2014.01.013.