Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA)

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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. 2012 Ana Carolina Loro Piracicaba , 12 de Junho de 2013

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. SMOW PBD N2 atm O padrão para o hidrogênio com massa dois (2H), conhecido como deuterium, (D) é a “Standard Mean Ocean Water” (SMOW); para o carbono o padrão é a rocha do fóssil Belemnitella americana da formação PeeDee (PDB) da Carolina do Sul, EUA; o nitrogênio tem como padrão gás N2 atmosférico; e para o enxofre é mineral Troilito da cratera do meteorito do “Canyon Diablo”(CDT), Arizona, EUA. PDB ou SMOW

3 Introdução NO3-: 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 NO3- limitado x Grande dependência de NO3- nas plantas Grande adição 15N-NO3- - 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 NO3 -  interpretar os mecanismos de NO3- Fracionamento nos órgãos (NO3- no solo e sua resposta) e diferença entre superfície e corpo foliar ( absorção no NO3- atm.) Direcionamento do estudo: diferenciação isotópica de NO3- na superfície e corpo foliar  implicações na absorção N atmosférico; [ ] de isótopos de NO3- em órgãos respondem ou não a disponibilidade de NO3- solo, e se eles são ou não locais de redução do NO3-. NRA ou ANR ( X10-3 U/g ) sendo 1 unidade da NR (Nitratro redutase) (U) correspondente a 1 μmol NO2 min-1 formado a partir do NO3 (Chapman & Harrison 1988) sob uma temperatura ótima de ensaio de 30 °C.

4 Amostras e Tratamentos
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 N2O  CG/ECD (solo : colorimetria e autoanalisador) Isótopos  CG-IRMS Abundância natural de 15N e 18O foram calculados como δ15N ou δ 18O valores por mil (em %0) unidades, δX = [(Ramostra – Rpadrão) – 1] x 1000 Onde X = 15N, 18O e R = 15N/ 14N, 18O/ 16O. A precisão analítica para o δ15N foi melhor que 0,2 %0 e 0,5 %0 para δ 18O.

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 lavadas e não lavadas
Folhas não lavadas [NO3-] significativamente maiores do que as folhas lavadas δ15N e δ18O de folhas não lavadas foram maiores do que as lavadas

8 Folhas A. japonica em solos de diferentes disponibilidades de nitrato
[NO3-] nas folhas e pecíolos maiores em solos com > nitrato 2a, b δ15N- NO3- e δ18O-NO3- de folhas foram enriquecidos em relação ao NO3- do solo (exceto para o δ15N 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 NO3- (2, 3b) Foram encontradas correlações positivas entre [NO3-] nas folhas e isótopos (δ15N- NO3- e δ18O-NO3-) (Fig. 3a). No entanto, essas diferenças de [NO3-] e isótopos entre folhas novas e maduras, bem como as correlações de concentração do isótopo não foram pronunciadas para as plantas com menor disponibilidade de NO3- no solo

9 Folhas e raízes de P. orientalis
P. orientalis: solo > NO3- 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) δ15N de folhas não diferiu do solo e δ18O 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 Nitrato na superfície e no corpo foliar
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
NO3- significativamente maior nas folhas não lavadas indica que NO3- na superfície foliar é um reservatório maior do que o corpo folha. O δ15N e δ18O do NO3- extraído de folhas lavadas foram perto de valores isotópicos do N atmosférico, mas não diferiu entre espécies mostrando a posição dominante do NO3- 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 [NO3-] foliar sob solo com maior [NO3-] (2a, b) refletiu o aumento da absorção do NO3- foliar com disponibilidade de NO3- do solo Maior δ15N e δ18O na folha do que no solo  fracionamento isotópico durante redução do NO3- nas folhas. Se maiores frações de NO3- forem assimiladas, maior enriquecimento isotópico em NO3- (2) Maiores reservatórios e enriquecimento de NO3- em folhas novas  com a mesma disponibilidade de NO3-, 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) [NO3-] em pecíolos e em folhas novas e maduras de A. japonica mostrou correlação positiva com os valores de δ15N e δ18O – 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 NO3- foliar do que o de A. japonica apesar de a primeira ter maior NO3- no solo (2b, 4a)  características genotípicas da acumulação de NO3-, que diferem entre as espécies Baixa concentração de NO3- na folha não significativo enriquecimento com δ15N (em relação ao solo) sugeriu baixa assimilação em folhas de P. orientalis com uma preferência por NH4+ ou N orgânico  [NO3-] e seus isótopos nas folhas novas e folhas maduras não diferem entre si Maiores [NO3-] nas raízes indicaram uma maior capacidade de acúmulo de NO3- nas raízes que em folhas de P. orientalis (4a) Assimilação de NO3- na raiz nem sempre é associada a absorção de NO3- de uma planta  pode ser afetada pela absorção e NO3- do solo  Enriquecimento Isotópico significativo ocorreu no NO3- de raízes grossas (Fig. 4), o que sugere a redução de 15N -NO3- em raízes grossas das P. orientalis

14 Quadro Preliminar de isótopos de NO3- de plantas naturais
Em geral, a distribuição de isótopos de NO3- na planta tendeu a diferir entre órgãos subterrâneos e órgãos aéreos Isótopos de NO3- da raiz foram controlados, principalmente, pela assimilação de NO3- ou outros processos consumidores de NO3-, durante os quais os efeitos do isótopo de O foram semelhantes aos do isótopo de N Isótopos de NO3-nas folhas novas são geralmente mais enriquecidos

15 Conclusões Este relatório descreveu o primeiro conjunto de δ15N e δ18O de NO3- (isótopos de nitrato) em plantas vasculares naturais. O reservatório de NO3- em um corpo foliar e a superfície foliar pode ter diferenciado enriquecimento isotópico, mostrando a retenção atmosférica do NO3- na superfície foliar e baixa incorporação do corpo foliar. As relações isotópicas do NO3- foliar da A. japonica foram encontradas para ser mais enriquecida, em geral, do que as fontes de NO3- solo Os efeitos isotópicos da redução do NO3- foliar geralmente seguem o padrão da disponibilidade de NO3- externo/externamente, mas diminuindo com a idade da folha. [NO3-] foliar na P. orientalis geralmente baixa; as suas relações isotópicas assemelharam-se ao NO3- do solo  a redução local de NO3- na P. orientalis foi identificada nas raízes grossas, e não nas folhas.

16 Obrigada!