第六章P示踪技术

第六章P示踪技术第一页，共二十二页，编辑于2023年，星期一二、标记方法1．肥料标记：（核农学P-320）⑴合成法：①把32P结合到其中一种成分中去。如可在制备过磷酸钙时，在硫酸中加入32P标记的磷酸盐，用这种硫酸处理磷矿粉，制得的过磷酸钙，除有正常结构外，还有分布均匀的32P示踪原子。32P-磷酸盐+硫酸→处理磷酸粉→32P-标记过磷酸钙②实验室内用32P-H3PO4制备标记磷酸铵H332PO4+NH3=NH4H232PO4或H332PO4+2NH3=(NH4)2H32PO4⑵交换法：最常用的标记方法。用32P标记的磷酸盐溶液与普通过磷酸钙肥料混合，搅成糊状，保持若干小时，在此过程中不断搅拌，甚至可以加温至70℃左右，以促进肥料中的31P与加入的32P进行同位素交换，直到达到相对平衡，然后烘干，磨细备用。第二页，共二十二页，编辑于2023年，星期一⑶中子活化法：标记难容性矿粉时，用同位素交换法，其速度极为缓慢。可直接把磷矿粉放入原子反应堆中，用中子轰击磷矿粉的方法（中子通量一般不低于1012~13n/cm2·sec），使磷矿粉中的31P获得中子后变为32P（31P+δn—→32P+r）。这种比较方法可使磷矿粉中的其它元素同时被标记，在使用前需将短半衰期的放射性核素进行冷却衰变，在操作及样本测量时，也需要注意其它被活化的放射性核素，如45Ca、46Sc、60Co等放射性的防护和叠加干扰。冷却(Cooling)：通过放射性衰变来减弱强放材料的放射性活度的方法。第三页，共二十二页，编辑于2023年，星期一2．土壤标记：将32P标记液注射或喷洒到土壤中，或与土壤均匀混合。可用于测定肥料利用率、磁带土壤有效养分、研究土壤中根条活力、根际磷吸收、耗竭等。3．植物标记：⑴根部引入，用土培、水培或砂培等。⑵地上部分引入：叶面喷涂、茎根注射。主要用于研究植物对磷的吸收、运转和代谢等。4．离体标记：研究磷的运转、代谢等。5．其他：微生物标记通过培养介质标记，单细胞藻类也可通过培养介质标记。如将32P-K2HPO4加到培养钝顶螺旋藻的培养液中，可得到32P-钝顶螺旋藻体，进而可用标记的藻体用作鱼饵料的研究和珍珠蚌摄食的研究。（核农学通报：1987，2：7－8）第四页，共二十二页，编辑于2023年，星期一§6-232P样品的制备和测量一、活体样和鲜样：可以把活体测量看作是测量固体样品的特殊方式。例如，在研究32P标记的肥料自土壤进入植物体的速度时，即要进行活体测量。可用钟罩型计数管进行植物活体测量。活体测量虽然简单易行，但误差很大，一般只能粗略的定性测定。新鲜样品的策略是把新鲜样品采回，稍许加工，不进行灰化。或烘干即进行测量。主要有“打孔法”和“匀浆法”。（见农学中同位素示踪技术P-122）。上述鲜样组织的测样，虽然手续简便、迅速，但误差很大。一般仅能判断同位素在各组织器官中大致的放射性活度。第五页，共二十二页，编辑于2023年，星期一二、干样：粉样：50~100mg/皿，无限薄、均匀。三、湿灰化：1．HClO4－H2O2法，慢灰化、起泡法。2．H2SO4－H2O2法，消煮葛才林等。小麦干粉0.5g，加Na2H32PO4，加3mlHClO4和3mlH2O2，加热起爆至无色，碱液稀释到10ml，闪烁测量。四、干灰化：500~550℃马福炉中灰化4~5h，至灰白色，用2NHNO3溶解，蒸发至半干，过滤定容。测量方法：定标器、契伦可夫、液体闪烁测量等。

第六页，共二十二页，编辑于2023年，星期一§6-3植物对磷的吸收利用和代谢研究一、植物体内32P代谢组分的提取和分离：见实验资料。陈子元主编，核技术及其农业科学中的应用，P518~519。二、磷的吸收、运转研究：1．磷的吸收、运转和小麦生长发育的关系王志芬等，核农学通报，93，14（4）：171~179。2．磷在棉株中的吸收、运转和分布规律许萱等。3．磷素代谢研究离体小麦根和叶中32P的转化。

（P520~521陈子元，核技术及及其农业科学中的应用）

第七页，共二十二页，编辑于2023年，星期一§6-4磷肥利用的研究一、原理：1．利用标记磷肥：根据同位素稀释原理：Pf×Sf=PT×SP=>Pf/PT=SP/SfPf：植物中吸收自肥料的磷含量；PT：植物体内的总磷；SP：植物中比活度；Sf：肥料中比活度。Pf/PT为植物吸收的肥料磷占植物中总磷的比值，简称Pdff，则吸自土壤P的比值为1-Pdff。磷肥利用率（%）=植物吸收肥料P2O5（mg）/应用的肥料P2O5（mg）×100=（Pdff×PT/应用的肥料P2O5）×100第八页，共二十二页，编辑于2023年，星期一2．利用标记土壤：将标记的磷酸盐与土壤充分拌匀，使土壤磷获得标记，然后在这种标记突然施入未标记的磷肥，以不施磷肥的对照。种植作物，收获后，植物材料烘干、消化（或灰化），测总P和32P活度。按下式计算磷肥利用率：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’：为施磷肥植株32P放射性活度；re’：为不施磷肥处理植株32P放射性活度；Pe：不施磷肥处理植株吸磷量。第九页，共二十二页，编辑于2023年，星期一二、实例：１．各种矿质磷有效性的直接评价R.D.Armstrong等（plant&Soil.993,150:279~287）酸性土壤中，磷形态：铁铝盐，无定形：Fe-P,Al-P结晶形：Fe:Strengite;Al:Variscite这四种形态P，由人工合成，用中子照射均匀标记，以强烈搅拌的悬浮液加到盆钵中。水溶性P：KH2PO4+无载体H332PO4与土壤混合，土壤充分干燥后，加水至田间持水量，种植玉米。①各种形态P的回收；②植株中Pdff；③植物中P比活度（14~18天），以KH2PO4为100。

Al-PFe-PStrengiteVarisciteKH2PO440-5319.3-38.91.1-1.92.6-3.4100第十页，共二十二页，编辑于2023年，星期一２．配施水溶性磷肥（重过磷酸钙，TSP）对增加磷矿粉中磷的有效性的效应。（S.H.Chienetal.SoilSci.Sol.Am.J..60:1173~1177）配施TSP增加玉米和cowpea（缸豆）对磷矿粉的吸收利用效率。⑴处理：①soil+PR：用32P-KH2PO4标记土壤，1ml32P→5LK2HPO4（20mg/L），取80ml→4kg土，1wk后，施用PR。②soil+TSP：标记TSP（用交换法）③soil+TSP（labeled）+PR，其中TSP：PR=50：55在各处理中种植玉米和缸豆。⑵

采样：42天收地上玉米，45天收cowpea，烘干，粉碎，用HNO3

和HClO4混合液消化，测消化液中P浓度，闪烁测量32P。

第十一页，共二十二页，编辑于2023年，星期一⑶计算：①soil+PR：植物从磷矿粉吸收的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（标记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第十二页，共二十二页，编辑于2023年，星期一假定Psoil（TSP+PR）=Psoil（TSP），则⑨式可求。（因为研究表明，在有TSP时，加本试验矿添加的PR，对植物吸收土壤中的P无大影响。）比较PR单独施用时和配施TSP时，植物对PR中P的吸收，结果由于配施TSP，使玉米和cowpea对PR-P的吸收分别增加了3.48mg和1.38mg每盆，相对增加165%和72%。第十三页，共二十二页，编辑于2023年，星期一§6-5同位素示踪法测定有效磷土壤中的养分，并不是均对植物有效，为了衡量土壤中有效养分，即土壤肥力，或供应养分的能力，最早是用作物对施肥的反应来估测的。常规的化学提取法虽然能测定土壤固体表面吸附的养分量，但提取并不是专一的，而且在抽提过程中可能会引起养分形态的变化。采用同位素法不仅可测定土壤中可交换养分量，而且根据植物吸收来评价土壤中有效养分的量。用来平衡同位素的系统不同，测定的有效养分可分为E、L和A值。都以典型的同位素稀释公式来计算：E、L和A值=S1X/S2－X=X[(S1/S2)－1]式中X为加入系统中示踪剂的量；S1和S2分别为平衡前后同位素的比活度。

第十四页，共二十二页，编辑于2023年，星期一一、测定原理：1．E-值：（核农学P-313）土壤加水或0.01MCaCl2，组成悬浮液，加入32P-磷酸盐，溶液中32P与土壤颗粒表面的31P会发生同位素交换反应：31P表+32P溶=32P表+31P溶达到平衡时，固体表面和溶液中的32P比活度相等。即：32P表/31P

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

……………②用这种同位素交换法测得的31P表，McAuliffe等称为表面磷.Russell等提出有效磷概念，即为表面磷加溶液磷，代表系统中能为同位素交换的或能进行同位素稀释的这部分磷，称为E-值。由于E-值与平衡时间有关，故又用Et表示。根据Et的概念，可交换P(Et)应为表面P与溶液P之和，所以：第十五页，共二十二页，编辑于2023年，星期一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为平衡时溶液32P的比活度（即：Sf=32P溶/31P溶）。如果土壤固磷能力很强，或土壤有效P含量很低时，须加入载体，采用载体法。这时，②式中的Et须减去加入的磷。Et=32Pi/Sf－31Pi=Si×31Pi/Sf－31Pi=31Pi(Si/Sf－1）……………③其中Si=32Pi/31Pi为所加示踪剂的比活度。（32Pi为最初加入的32P）31P溶×32Pi/32P溶=32P/Sf…②32P表+32P溶=32Pi第十六页，共二十二页，编辑于2023年，星期一因由土壤吸附的磷酸盐保持可交换的状态，所以加到平衡溶液中的磷的量对E-值没有影响，也即用载体32P和用无载体32P得到的结果一致。但如土壤中具有强亲和力的化合物时，以无载体法加到土壤的32P与这些化合物作用，而被土壤吸附或固定不再参与同位素交换，因而引起32P的损失，而使测定值过高。如果采用载体法，由于32P只占31P的很少部分，则由于固定或吸附所引起的损失可忽略不计，因而能正确地反映土壤中可交换磷的量。但如果加到土壤中的磷比可交换磷的量大得多，则稀释前后的比活度差别很小，而使灵敏度降低。用无载体法还是有载体法，以及载体法所加载体的量依土壤上固磷能力的大小来决定。第十七页，共二十二页，编辑于2023年，星期一试验表明，固定能力低的土壤，示踪剂的损失可忽略不计，故可用载体法；中等固定能力的土壤，无载体法显示示踪剂的损失，这种情况下，采用载体法，损失可忽略不计。而对于高磷能力的土壤，即使用载体法，也不可避免32P的损失。所以测定可交换磷必须用二种方法进行比较，如获得同样的结果，表明无载体法的结果可靠。Fathi等提议的载体法，是1g土用0.2mg/L的磷酸盐溶液平衡30’；而M.Fried等则用2mg/L的磷酸盐溶液，无载体法则用0.03mg/L磷酸盐溶液。Et值还受温度、土壤和水分比例等影响，所以在测定时要保持条件一致。第十八页，共二十二页，编辑于2023年，星期一2．L-值：将标记磷加到田间湿度的土壤中，并充分混合，使加入的32P与土壤有效库中的31P交换→种植作物→收获植株→分析植株中总P和32P，按同位素稀释公式可计算土壤中有效磷的量（即由生长的植物系统测定的土壤和土壤上溶液中能与加入土壤中的正磷酸盐离子进行交换的这部分磷），称为L-值。即：L=w*（Sf/SP-1），无载体时：L=加入的32P（cpm/g土）/植物P比活度（cpm/ugP）=（ugP/g土）式中Sf为应用磷肥的32P比活度；SP为植物样品的32P比活度；w*为标记磷肥的施用量。连续测定试验植株的32P比活度表明，当完全达到同位素平衡时，L-值与应用磷的量无关，并与采样时间无关。为了达到同位素平衡，准确测定L-值，要求将标记磷肥与土壤充分混合，采用无载体法，则更容易达到平衡。第十九页，共二十二页，编辑于2023年，星期一L-值与E-值的区别：①概念不同：Et=31P表+31P溶，为能与悬浮液中32P交换的土壤颗粒表面的磷；L为在田间水分条件下，与加到土壤中的32P交换的土壤有效磷。②条件：E：实验室；L：田间水分含量。③测定方法：E，悬浮液，平衡时，溶液中P浓度和32P活度；L，种植株，测定植株总P和32P活度。第二十页，共二十二页，编辑于2023年，星期一3．A-值：根据Fr