Rubisco酶活性的测定
2
光合产物的转移、分布
不同时期叶片光合产物的去向、比例。
（三）植物根系发育和吸收作用
植物生长发育要通过根系从土壤中吸收水分和营
养物质，并合成多种有机物质。根系的结构、特性
和生理活动以及所处土壤环境决定着植物从土壤吸 收水分、养分及有机物质合成，从而影响作物的产
量，根系吸收营养物质是一个极为复杂的过程。同
对磷而言：
植物从肥料中吸收磷的总量＝植物全磷植物吸收肥料中磷的百分数
植物样品中磷的放射性比活度 PDFF（%） 100％ 肥料样品中磷的放射性比活度
（三）提高土壤肥料利用率的测定
1氮肥利用率的研究
我国氮肥利用率一直低于世界水平，而长期的 低利用率造成对环境的浸染也逐渐凸现出来。 氮肥损失主要通过淋溶、径流和气态氮逸出三 种途径。15N在研究农田中氮肥的动向发挥着重 要作用。
• 1958年Meselson和Stahl用同位素(15N)实验证明 了DNA的半保留复制方式。
• 20种编码氨基酸的遗传密码的解读也是通过该 技术完成的。
米西尔逊-斯塔尔的半保留复制实验 Meselson-Stahl experiment
（一）核酸分子杂交 1 斑点杂交
2 3
原位杂交 Southern 印迹杂交
第五章 同位素示踪技术在农业科
学中的应用
一．同位素示踪技术在土壤与植物营养研 究中的应用
二．同位素示踪技术在植物保护研究中的 应用
三．同位素示踪技术在作物生理生化研究 中的应用 四．同位素示踪技术在生物技术中的应用
一．同位素示踪技术在土壤与植物营养研究中的应用
利用示踪技术对土壤、植物营养问题研究是土壤农 化研究中的重要手段。 主要研究内容： 1）肥料的吸收利用率 2）土壤中残留 3）最佳肥料配方
B (1 A Sp Sf Sp Sf ) B(
Sf Sp
1)
例题
为研究扬州沙壤土中有效磷的含量，设计了一 示踪试验，在一盆钵中施入5g 比活度为1.85M
Bq/g的磷肥，同时播种玉米，14天后取玉米植株，
烘干，取样2g，测定其磷含量为2.5mg，放射性活 度为500Bq，计算该土壤中有效磷含量。
B(1 Y ) A Y
A：土壤中有效养分含量
B：施用肥料（标准）的数量 Y：植物从已知肥料（标准）吸收的有效养分的百分率
以植物养分磷为例，植物从标记肥料中吸收 有效磷的百分率Y的计算：
植物样品中32 P的比活度 Y＝ 100 32 肥料样品中 P的比活度
假定示踪肥料的比活度为Sf,植物样品的比活度为 Sp，土壤有效磷含量为A，作为标准的标记源（肥 料）为B，则A值法的公式为：
1）土壤中农药残留的研究 2）农药在土壤中的吸附和迁移研究
3）农药在土壤中降解的研究
三．同位素示踪技术在植物生理生化研究中的应用
植物的生长发育及产量的形成，主要取决于将 环境中的光能、二氧化碳、水和其他养分合成有机
物的能力及其转变为有经济价值的终产物的效率。
而决定这一效率的营养代谢过程，主要有：光合作 用，同化物的运输，分配与积累，土壤养分的吸收
乙酸锶（89Sr）法 [教材P202］
（二）肥料利用率的测定
肥料利用率是指作物对肥料中有效养分被当季 作物吸收利用的百分数，是肥料有效性的一个 直接指标。
同位素示踪法可直接测定植物对肥料养分 的利用率。
常规方法为差值法。
同位素示踪法测定肥料利用率公式：
植物从标记肥料中吸收养分量 肥料利用率（ ） % 100％ 施入土壤中标记肥料中养分量
磷是植物体内核酸、核蛋白、磷脂、植素和多种 酶类的组成成分，是植物体内物质代谢与能量代 谢的调节剂。
（二）用14C研究高等植物的光合作用
生物界中的碳水化合物都来源于植物或光合 细菌的光合作用，它们利用光能将CO2和水
同化合成葡萄糖。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
叶片简易光合标记
图11-2 水稻叶片活体14C光合标记装置
1光合速率的测定和光呼吸的检出
解： 1）由题意得Sf＝1.85M/g，B＝5g
2）植株中磷的比活度
Sp＝500*2*103/2.5=0.4M/g 3）土壤有效磷含量
1.85 A B ( 1) 5 ( 1) 18 .125 g Sp 0.4
Sf
2 土壤阳离子交换量的计算
土壤阳离子交换量就是土壤表面吸附的各 种交换性盐基和交换性酸的总量。它与土 壤保持有效养分的能力密切相关，因而测 定土壤阳离子交换量有重要意义。
而测定农药在环境中的残留、污染途径和循环规律， 以及农药在生物间的运转关系和生物富集，制定农 药安全使用技术，减少环境污染，是农业环保中的 重要课题
1）研究农药在作物上残留和消失动态
2）农药在作物体内吸收和运转的研究
2
农药在土壤中的残留、迁移和降解的研究
为防治害虫和杂草农药直接或间接进入土壤，残留 在土壤中的农药不仅直接影响土壤微生物的活动、繁殖、 代谢，而且还可通过淋溶、迁移、转化，给环境生物会 带来各种不良影响。弄清农药在土壤中的吸附积累、残 留和分解动态，对保护人类生存环境意义重大。
性和捕食天敌的关系等。应用同位素示踪技术 具有方便、直观、有效等优点。 昆虫迁飞规律 主要研究方向
昆虫越冬场所及活动规律
3 昆虫毒理学研究
利用同位素研究杀虫剂对昆虫的穿透力、在昆 虫体内的分布、作用部位与代谢及杀虫剂在植 物体内的残留、杀虫剂对人畜的毒理作用等。
Welling 等（1972）将35S和3H双标记的有机磷农 药马拉松引入抗性家蝇与非抗性家蝇，根据所形
和利用。同位素示踪技术对于阐明这些代谢过程起
着重要的作用。
（一）植物营养物质的吸收、运转和分配的研究
1研究植物体内物质运转的方法
1）环割法，适合于木本植物
2）隔离法
3）蚜虫吻刺法
如物质的运输方向研究
作物多探头活体测量仪
2
物质运输速度
植物 大 菜 南 葡 垂 豆 豆 瓜 萄 柳
运转速度(cm/h) 84 107
２磷肥利用率的研究
磷肥与氮肥及钾肥相比，其利用率要低得多。 这主要是由于土壤中的磷易被固定，移动性差。 主要包括三种形态：速效磷、缓效磷和固定态 磷。
3钾肥利用率的研究
由于钾没有合适的放射性同位素，常用同族 元素86Rb（铷）代替钾来研究钾肥肥效。
二．同位素示踪技术在植物保护研究中的应用 （一）在昆虫学研究中的应用 1 害虫防治研究
报道者 Vernon(1952) Biddulph(1957)
糖甜菜 马铃薯
85-100
40-60
Kursanov(1953)
Pristupa(1957)
20-80
60 100
Mokronosov(1961)
Swanson(1958) Weatherley(1959)
3
物质代谢研究
氮、磷营养元素既是构成生命篺基础的重要元素， 又是生命活动中催化、调节、供能等物质的主要组 成之一。 1）氮的代谢研究 氮是植物生命的基础元素，它是构成蛋白质、氨基 酸的主要成分。土壤中氮的吸收利用与转化、大气 中氮的固定转化，等等。 2）磷的代谢
4）施最佳时期
5）施肥量 6）土壤中有效养分，等等
（一）土壤有效养分的测定
土壤中有效养分含量的高低是土壤肥力的基本指 标之一，也是指导科学合理施肥的重要依据。
常用的土壤有效养分含量测定方法主要有化学 提取速测法、阳离子交换树脂法、生物方法和 同位素示踪法。
1 测定土壤有效磷的“A ”值法
1954年美国科学家Fried 和Dean，提出了测定土壤 中有效养分的“A”值概念，可用以下公式表示：
成的放射性产物研究了其在昆虫体内的可能代谢
降解路线。
4 昆虫生理生化的研究
研究内容主要包括： 昆虫营养、代谢、呼吸及激素等生理生化 过程。 有人用14C-甘氨酸标记家蚕，研究了家蚕的物 质同代谢，证实了甘氨酸对于丝蛋白的合成有 显著的作用。
（二）在植物病害研究方面的应用
1 病原生物标记
标记方法： 1）用放射性培养基标记病原生物 2）用放射性寄主标记病原生物 3）用放射性真菌标记线虫体
标记昆虫的方法： 1）饲喂法；
2）喷洒法；
3）注射法； 4）浸渍法； 5）插入法； 6）间接标记法
辐射昆虫不育防治害虫
优点：不污染环境；对人、畜和天敌无害； 防治效果持久；专一性强；使植物生态系统
保持良性循环。
2 昆虫生态学研究
昆虫生态特性的研究可为有效防治农作物害虫 提供依据。
包括昆虫的生长发育、食物习性、迁移、寄生
位素示踪技术为研究根系发育，根的吸收作用提供 了有利条件。
1
根系吸收作用的研究
1）根系吸收活力的测定 2）根系不同部位吸收能力的研究
2
根系的发育动态和吸收中心分布
1）根系发育动态测定 2）根系吸收中心的测定
四．同位素示踪技术在生物技术中的应用
生物技术（Biotechnology）又称生物工程，是当 今世界新技术革命的支柱之一。同位素示踪技术 作为一种重要的研究手段，对生物技术的发展起 着巨大的推动作用。 • 1952年，Hershey 和Chase利用同位素示踪技术 证明了遗传物质是核酸而非蛋白质。
4）用放射性细菌标记噬菌体
5）用放射性病植物体标记传播病毒的昆虫
2 标记病原生物的应用
1）病害浸染规律的研究
2）植物病理生理问题的研究
3）植物抗病机制的研究 4）DNA探针技术用于细菌和病毒的诊断研究
（三）在农药研究中的应用
1 农药在作物中的残留、代谢及安全施用的研究
农药的不合理使用造成了严重的环境污染。因
4
Northern 印迹杂交
（二）核酸探针