Isótopos. en plantas. Juan Pedro Ferrio. Dpto. Botánica, Universidad de Concepción

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María Josefa Bustamante Herrero
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1 Isótopos de nitrógeno en plantas Juan Pedro Ferrio Dpto. Botánica, Universidad de Concepción

2 Isótopos de nitrógeno en plantas Conceptos generales Fuentes de variación: sustratos y procesos Fijación de nitrógeno y uso de nutrientes Aplicaciones Contribución de especies fijadoras Experimentos de marcaje Hobbie et al. 2009

3 Principales isótopos estables en la biosfera Par de isótopos 13 C/ 12 C 15 N/ 14 N 18 O/ 16 O 2 H(D)/ 1 H Estándar PDB b N 2 aire SMOW c SMOW c Notación 13 C ( ) 15 N ( ) 18 O ( ) 2 H / D ( ) Abundancia (%) a 1,1 0,37 0,20 0,015 a Abundancia del isótopo pesado respecto al total del elemento b PDB, Pee-Dee Belemnite (calcárea) c SMOW, Standard Mean Ocean Water Mateo et al., 2004

4 Métodos de análisis ( 15 N) Materia Orgánica Homogeneizado / Extracción compuestos Encapsulado y combustión (EA) Muestreo N 2 Inyección IRMS Laser (IRIS)

5 15 N ( ) Isótopos de nitrógeno en plantas Mateo et al., 2004

6 15 N ( ) Isótopos de nitrógeno en plantas 15 N ( ) varía durante el ciclo del nitrógeno Mateo et al., 2004

7 15 N ( ) Isótopos de nitrógeno en plantas 15 N ( ) varía durante el ciclo del nitrógeno Fuente de nitrógeno (orgánico enriquecido) Mateo et al., 2004

8 15 N ( ) Isótopos de nitrógeno 15 N ( ) varía durante el ciclo del nitrógeno Fuente de nitrógeno (orgánico enriquecido) Fraccionamiento durante la asimilación Mateo et al., 2004

9 Ciclo del Nitrógeno y 15 N en plantas Szpak 2014

10 Ciclo del Nitrógeno y 15 N en plantas Dawson et al. 2002; Handley and Raven 1992

11 Ciclo del Nitrógeno y 15 N en plantas Dawson et al. 2002; Handley and Raven 1992

12 Fuentes de variación n de 15 N en plantas Fuente de nitrógeno N 2, NH 4, NO 3, SOM Pérdidas de nitrógeno en el suelo mayor pérdida, mayor enriquecimiento Fraccionamiento durante la asimilación Concentración en el suelo mayor concentración, mayor discriminación Presencia de micorrizas

13 Plantas usan sobretodo N mineral Craine et al. 2015

14 Plantas usan sobretodo N mineral La señal no es directa: Múltiples transformaciones Szpak 2014

$De la hojarrasca a la fracción orgánica Descomposición Carbono (CO 2 ) se pierde más rápido que$

15 De la hojarrasca a la fracción orgánica Descomposición Carbono (CO 2 ) se pierde más rápido que nitrógeno Durante el proceso la 15 N se vuelve más positiva (enriquecimiento) Hojarrasca Craine et al. 2015

$De la fracción orgánica a la mineral Nitrógeno$

16 De la fracción orgánica a la mineral Nitrógeno orgánico Amonio Nitrato Orgánico a mineral Craine et al. 2015

17 Efecto de las micorrizas en 15 N ERM: micorrizas tipo ericoide (ericáceas) ECM: ectomicorrizas (fagáceas, coníferas) AM: micorrizas arbusculares (gramíneas) Non: sin micorrízas Szpak 2014

18 Incendios y disponibilidad de nitrógeno Szpak 2014

19 Algunas tendencias generales Exceso de N en suelo conlleva pérdidas y un aumento de 15 N Fertilización animal: aumenta 15 N Incendio: aumenta 15 N de forma temporal Forrageo: aumenta 15 N Micorrizas: disminuyen 15 N

20 Fijación de nitrógeno atmosférico

21 Fijación de nitrógeno y 15 N A) Leguminosa sin nitrógeno en suelo. N planta = 100% N aire B) Leguminosa con nitrógeno en suelo. N planta = mezcla de N aire y N suelo C) No fijadora únicamente depende del suelo

22 Fijación de nitrógeno y 15 N Porcentaje de N fijado del aire (abundancia natural) Mateo et al. 2004

23 Comparando los valores de no fijadoras en monocultivo o con fijadora, se puede estimar la contribución de N atmosférico aportado por la leguminosa Aljazairi et al. (en prep) T0 δ 15 N air= % 89.3% 26.6 % 70.4% % 100% % 29.6% 14.6% 86.4% Leguminosa No Leguminosa No Leguminosa Mezcla

T1 δ 15 N air= 0 72.3% 54.7 % 27.7 % 23.6% 45.3% 100% 100% 76.

24 T1 δ 15 N air= % 54.7 % 27.7 % 23.6% 45.3% 100% 100% 76.4% Leguminosa No Leguminosa No Leguminosa Mixture Tras añadir fertilización, se reduce la contribución del N atmosférico en cultivos mixtos Aljazairi et al. (en prep)

25 Patrón de uso del nitrógeno Marcaje isotópico con abono rico en 15 N Kahmen et al. 2006

26 Contribución de N de leguminosas forestales NH + 4 NO 3 NO 3 NH + 4 NO 3 NO 3 NO 3 NH + 4 NH + 4 NH + 4 Establecimiento reciente NO 3 NH + 4 NH + 4 NH + 4 Establecimiento a largo plazo Pino negro (Pinus thunbergii) Falso acacio (Pseudo Acacia) Lopez et al., 2014 Rapid Communication in Mass Spectrometry

27 Identificación de flujos externos de N Matsushima, Miyagi, Japan Reciente decaimiento de los bosques en el archipiélago

28 Long term effect of bird colonization inferred from tree rings 15 N Isojima, Aomori, JAPAN Lopez et al., 2010 Rapid Communication in Mass Spectrometry

29 Tree-ring 15 N in black (P. thunbergii) and red pine (Pinus densiflora) Pino negro Pino rojo Mizota et al., 2011 Isotopes in Environmental and Health Studies

30 Identificación de flujos externos de N Matsushima, Miyagi, Japan Bird colonies in the islands High N deposition Soil Acidification Tourists Effect on the Island Red Pine decay Birds External Effect Soil Erosion (high rainfall) Fish Landscape change Lost of revenues

31 Ideas finales Fuentes de variación n de 15 N en plantas Fuente de nitrógeno N 2, NH 4, NO 3, SOM Pérdidas de nitrógeno en el suelo mayor pérdida, mayor enriquecimiento Fraccionamiento durante la asimilación Concentración en el suelo mayor concentración, mayor discriminación Presencia de micorrizas Muy complejo! marcaje isotópico vs. abundancia natural

32 Ideas generales isótopos en plantas Terminología: fraccionamiento, enriquecimiento, empobrecimiento, discriminación, marcaje isotópico, abundancia natural Carbono: discriminación isotópica, respuesta ambiental en C 3, diferencias C 3 y C 4 Oxígeno / hidrógeno: agua fuente, enriquecimiento en la hoja Nitrógeno: fuente de nitrógeno, fraccionamiento en la asimilación General: Integración temporal y espacial según el tipo de muestra

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