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Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA) CEN-5749 - Biogeoquímica do Nitrogênio em Ecossistemas Tropicais Profa. Dra. Marisa de Cássia Piccolo Dual.

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1 Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA) CEN Biogeoquímica do Nitrogênio em Ecossistemas Tropicais Profa. Dra. Marisa de Cássia Piccolo Dual N and O isotopes of nitrate in natural plants: first insights into individual variability and organ-specific patterns. Liu et al Piracicaba, 12 de Junho de 2013 Ana Carolina Loro

2 Isótopos Isótopos são átomos do mesmo elemento químico com diferentes massas, pois apresentam igual número de prótons, mas diferem no número de nêutrons. Podem ser estáveis ou radioativos. PBD N 2 atm PDB ou SMOW

3 Introdução NO 3 - : forma importante de N Desenvolvimento e Sinalização Estudos: Fisiologia x Disponibilidade de N ecossistema Floresta natural: taxa de nitrificação líquida no solo é baixa Solo com NO 3 - limitado x Grande dependência de NO 3 - nas plantas Grande adição 15 N-NO interfere absorção, dinâmica no solo Parte aérea X raízes – fracionamento da biomassa da planta Superfície foliar e dentro da folha - auxilio da análise de isótopos Isótopos de NO 3 - interpretar os mecanismos de NO 3 - Fracionamento nos órgãos (NO 3 - no solo e sua resposta) e diferença entre superfície e corpo foliar ( absorção no NO 3 - atm.) Direcionamento do estudo: (1)diferenciação isotópica de NO 3 - na superfície e corpo foliar implicações na absorção N atmosférico; (2) [ ] de isótopos de NO 3 - em órgãos respondem ou não a disponibilidade de NO 3 - solo, e se eles são ou não locais de redução do NO 3 -.

4 Materiais e Métodos Oeste de Tóquio na floresta de Fuchu Área de clima temperado de monções Temperatura média anual 15,3 °C e precipitação de 1,790 mm Massa de N depositada nessa área : 17,9 kg de N ha -1 ano -1 Aucuba japonica e a conífera Platycladus orientalis – vasculares e perenes Amostras e Tratamentos 1) Diferença entre nitrato na superfície e dentro da folha: - Folhas lavadas e não lavadas novas de ambas espécies (3) 2) Isótopos nitrato na folha X disponibilidade de nitrato solo: A japonica - Folhas novas (3), pecíolos (3), folhas maduras (3), e solo (0-20 cm, 6) 3) Redução de nitrato entre folhas e raízes: conífera P. orientalis - Folhas novas (6), folhas maduras (3), raízes finas (1-3 mm, 5), raízes grossas (5 a 10 mm, 6), e solo (0-30 cm, 9) Extração de nitrato e medidas Pseudomonas aureofaciens conversão à N 2 O CG/ECD (solo : colorimetria e autoanalisador) Isótopos CG-IRMS

5 A japonica é um arbusto de floresta nativa na planície e montanhas de todo o Japão, China e Tailândia. P. orientalis é uma espécie de cupressácea, de folhagem perene, nativa da China e do Japão. Conífera

6 Resultados Folhas lavadas e não lavadas Folhas de A. japonica em solo com diferentes disponibilidades de Nitrato Folhas e raízes de P. orientalis

7 Folhas não lavadas [NO 3 - ] significativamente maiores do que as folhas lavadas δ 15 N e δ 18 O de folhas não lavadas foram maiores do que as lavadas Folhas lavadas e não lavadas

8 Folhas A. japonica em solos de diferentes disponibilidades de nitrato [NO 3 - ] nas folhas e pecíolos maiores em solos com > nitrato 2a, b δ 15 N- NO 3 - e δ 18 O-NO 3 - de folhas foram enriquecidos em relação ao NO 3 - do solo (exceto para o δ 15 N folhas maduras). Enriquecimento isotópico mais evidente com > nitrato no solo correlações positivas (2d, 2f, 3a) Folhas novas e pecíolos obtiveram maior enriquecimento isotópico em relação às folhas maturas ( sob solo com > nitrato) (2) Diferenças entre folhas novas e maduras e correlações positivas de [ ] do isótopo não foram pronunciadas para as plantas com < disponibilidade de NO 3 - (2, 3b)

9 Folhas e raízes de P. orientalis P. orientalis: solo > NO 3 - do que a outra espécie, mas menor nitrato foliar comparado a outra espécie (3, 4a) Não diferença significativa entre folhas novas e folhas maduras (4a) δ 15 N de folhas não diferiu do solo e δ 18 O nas folhas significativamente maior do que o do solo (4b, c) Raízes obtiveram maiores acúmulos de nitrato, princ/te em raízes finas as quais os isótopos foram esgotados (neg) em relação ao solo, nas raízes grossas obtiveram-se enriquecimentos ( relação ao solo) dos isótopos com a diminuição do nitrato (4, 5a)

10 Discussão Nitrato na superfície e no corpo foliar Nitrato foliar e isótopos em A. japonica em resposta ao nitrato do solo Redução do nitrato nas raízes grossas de P. orientalis

11 Nitrato na superficie e no corpo foliar. NO 3 - significativamente maior nas folhas não lavadas indica que NO 3 - na superfície foliar é um reservatório maior do que o corpo folha. O δ 15 N e δ 18 O do NO 3 - extraído de folhas lavadas foram perto de valores isotópicos do N atmosférico, mas não diferiu entre espécies mostrando a posição dominante do NO 3 - da atmosfera em superfícies foliares independentemente da espécie. (1)

12 Nitrato foliar e isótopos em A. japonica em resposta ao nitrato do solo Tendência esperada é que o enriquecimento ocorra com a redução do nitrato nos órgãos para ambas as espécies Maiores [NO 3 - ] foliar sob solo com maior [NO 3 - ] (2a, b) refletiu o aumento da absorção do NO 3 - foliar com disponibilidade de NO 3 - do solo Maior δ 15 N e δ 18 O na folha do que no solo fracionamento isotópico durante redução do NO 3 - nas folhas. Se maiores frações de NO 3 - forem assimiladas, maior enriquecimento isotópico em NO 3 - (2) Maiores reservatórios e enriquecimento de NO 3 - em folhas novas com a mesma disponibilidade de NO 3 -, absorção é esperada a ser maior em órgãos com alta demanda e capacidade de redução de N (como as folhas novas maior ANR e NR) [NO 3 - ] em pecíolos e em folhas novas e maduras de A. japonica mostrou correlação positiva com os valores de δ 15 N e δ 18 O – portanto assim como na outra espécie a concentração de nitrato no solo limita também o nitrato bem como seus isótopos na planta

13 Redução do nitrato nas raízes grossas de P. orientalis A planta P. orientalis apresentou menores concentrações de NO 3 - foliar do que o de A. japonica apesar de a primeira ter maior NO 3 - no solo (2b, 4a) características genotípicas da acumulação de NO 3 -, que diferem entre as espécies Baixa concentração de NO 3 - na folha não significativo enriquecimento com δ 15 N (em relação ao solo) sugeriu baixa assimilação em folhas de P. orientalis com uma preferência por NH 4 + ou N orgânico [NO 3 - ] e seus isótopos nas folhas novas e folhas maduras não diferem entre si Maiores [NO 3 - ] nas raízes indicaram uma maior capacidade de acúmulo de NO 3 - nas raízes que em folhas de P. orientalis (4a) Assimilação de NO 3 - na raiz nem sempre é associada a absorção de NO 3 - de uma planta pode ser afetada pela absorção e NO 3 - do solo Enriquecimento Isotópico significativo ocorreu no NO 3 - de raízes grossas (Fig. 4), o que sugere a redução de 15 N -NO 3 - em raízes grossas das P. orientalis

14 Em geral, a distribuição de isótopos de NO 3 - na planta tendeu a diferir entre órgãos subterrâneos e órgãos aéreos Isótopos de NO 3 - da raiz foram controlados, principalmente, pela assimilação de NO 3 - ou outros processos consumidores de NO 3 -, durante os quais os efeitos do isótopo de O foram semelhantes aos do isótopo de N Isótopos de NO 3 - nas folhas novas são geralmente mais enriquecidos Quadro Preliminar de isótopos de NO 3 - de plantas naturais

15 Este relatório descreveu o primeiro conjunto de δ 15 N e δ 18 O de NO 3 - (isótopos de nitrato) em plantas vasculares naturais. O reservatório de NO 3 - em um corpo foliar e a superfície foliar pode ter diferenciado enriquecimento isotópico, mostrando a retenção atmosférica do NO 3 - na superfície foliar e baixa incorporação do corpo foliar. As relações isotópicas do NO 3 - foliar da A. japonica foram encontradas para ser mais enriquecida, em geral, do que as fontes de NO 3 - solo Os efeitos isotópicos da redução do NO 3 - foliar geralmente seguem o padrão da disponibilidade de NO 3 - externo/externamente, mas diminuindo com a idade da folha. [NO 3 - ] foliar na P. orientalis geralmente baixa; as suas relações isotópicas assemelharam-se ao NO 3 - do solo a redução local de NO 3 - na P. orientalis foi identificada nas raízes grossas, e não nas folhas. Conclusões

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