Отслеживание азота-15 - Nitrogen-15 tracing

Азот-15 (15N) трассировка это метод изучения азотный цикл используя более тяжелые, устойчивые азот изотоп 15N. Несмотря на разный вес, 15N участвует в тех же химических реакциях, что и более распространенный 14N и поэтому используется для отслеживания и количественной оценки превращений одного соединения азота в другое. 15N трассировка применяется в биогеохимия, почвоведение, наука об окружающей среде, экологическая микробиология и исследование активации малых молекул.

Приложения

15Отслеживание азота позволяет исследователям отличать конкретные превращения азота от сети одновременных реакций;[1] например аммоний может одновременно окисляться автотрофные микроорганизмы, образованный минерализацией органического вещества, произведенный диссимиляционным восстановлением нитратов и ассимилированный микробами и растениями. В этом случае количественное определение абсолютного количества аммония не объясняет, как он производится или потребляется. Однако преобразование одного 15N-меченное соединение с другим может быть напрямую связано через изотопную сигнатуру.

15Отслеживание азота применялось для количественной оценки скорости превращения азота в почва и различать источники парникового газа оксид азота в разных условиях окружающей среды.[2]

Методические подходы

Два основных подхода: природное изобилие и обогащение техники.[3]

Техники естественного изобилия

Техники естественного изобилия можно применять без искусственного вмешательства. Естественный 15Содержание N выражено в виде дельта (δ) относительно 15Концентрация N в воздухе. Благодаря ферментативной дискриминации естественный 15При микробно-опосредованных реакциях в почве содержание N изменяется незначительно. Помимо значений δ, предпочтение сайта 15N и 14N (изотопомеры) для внутреннего или внешнего положения в молекуле закиси азота использовался для определения его источников (нитрификация или денитрификация).[4]

Техники обогащения

Когда азотные субстраты искусственно обогащаются (маркируются) 15N, продукт реакции может быть напрямую связан со своим субстратом.[5] В отличие от техник естественного изобилия, 15Мечение N позволяет точно рассчитать скорость реакции. Поправка на дополнительный азот также может быть ошибкой из-за изменения естественных превращений азота. Однако в сельскохозяйственных почвах применение 15Обогащенные азотом индикаторы, такие как аммоний и нитрат, напоминают обычную практику внесения удобрений.

Способ расчета скорости превращения азота в почве может быть получен с помощью численного приближения, учитывающего различные одновременные превращения азота.[6] Численным инструментом для изучения азотного цикла является Nслед модель на основе Цепь Маркова Монте-Карло моделирование.[7]

Рекомендации

  1. ^ Харт, Стивен С .; Мирольд, Дэвид Д. (1996). "15N Изучение индикаторов превращения азота в почве". Масс-спектрометрия почв..
  2. ^ Bateman, E.J .; Баггс, Э. М. (23 марта 2005 г.). «Вклад нитрификации и денитрификации в выбросы N2O из почв в различных поровых пространствах, заполненных водой». Биология и плодородие почв. 41 (6): 379–388. Дои:10.1007 / s00374-005-0858-3. ISSN  0178-2762.
  3. ^ Мюллер, Кристоф; Лафлин, Ронни Дж .; Спотт, Оливер; Рюттинг, Тобиас (01.05.2014). «Количественная оценка путей выбросов N2O с помощью модели отслеживания 15N». Биология и биохимия почвы. 72: 44–54. Дои:10.1016 / j.soilbio.2014.01.013.
  4. ^ Кёстер, Ян Рент; Карденас, Лаура; Сенбайрам, Мехмет; Бол, Роланд; Что ж, Райнхард; Батлер, Марк; Мюлинг, Карл Германн; Диттерт, Клаус (01.08.2011). «Быстрый переход от денитрификации к нитрификации в почве после внесения остатков биогаза, на что указывают изотопомеры закиси азота». Биология и биохимия почвы. 43 (8): 1671–1677. Дои:10.1016 / j.soilbio.2011.04.004.
  5. ^ Баггс, Э. М. (15.06.2008). «Обзор методов стабильных изотопов для разделения источников N2O в почвах: недавний прогресс, остающиеся проблемы и будущие соображения». Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии. 22 (11): 1664–1672. Bibcode:2008RCMS ... 22.1664B. Дои:10.1002 / RCM.3456. ISSN  1097-0231. PMID  18435506.
  6. ^ Rütting, T .; Мюллер, К. (2008-04-01). «Анализ динамики нитритов в постоянных пастбищах с использованием метода отбора проб Монте-Карло». Европейский журнал почвоведения. 59 (2): 208–215. Дои:10.1111 / j.1365-2389.2007.00976.x. ISSN  1365-2389.
  7. ^ Мюллер, Кристоф; Лафлин, Ронни Дж .; Спотт, Оливер; Рюттинг, Тобиас (01.05.2014). «Количественная оценка путей выбросов N2O с помощью модели отслеживания 15N». Биология и биохимия почвы. 72: 44–54. Дои:10.1016 / j.soilbio.2014.01.013.