Nye metoder til at vurdere planters ernæringstilstand

Transkript

1 Nye metoder til at vurdere planters ernæringstilstand PhD-studerende Thomas Christian de Bang Jens Frydenvang Dias 1

2 Thomas Christian de Bang PhD-studerende B.Sc. (Naturressourcer) Kontakt: Jens Frydenvang PhD-studerende Cand. Scient. (Fysik) Kontakt: Dias 2

3 Oversigt 1. Planteanalyser 2. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) 3. Laser Ablation ICP-MS Dias 3

4 Del I Planteanalyser Dias 4

5 De essentielle næringsstoffer Mikronæringsstoffer 0.1% Makronæringsstoffer 3.5% CHO % Tørstofindhold af de essentielle næringsstoffer Dias 5

6 Planteernæringens grundlove Relativt potentielt udbytte(%) Plantetilgængelighed af det begrænsede næringsstof X Liebig s minimumslov Mitscherlich s regel Dias 6

7 Gødskningsstrategi Dias 7

8 Jordbundsanalyse + planteanalyse Planteanalysen giver et øjebliksbillede af plantens faktiske optag af næringsstoffer, og giver (sammen med jordbundsanalyser) mulighed for: 1.Langsigtet gødskningsstrategi Baseret på relationen mellem det faktiske og potentielle optag. 2.Kortsigtet gødskningsstrategi Udbedring af næringsstofmangel påvist ved brug af planteanalyser. Dias 8

9 Simpel planteanalyse Visuelle symptomer Dias 9

10 Kemisk planteanalyse Koncentrationen af alle næringsstoffer måles S Relativt potentielt udbytte(%) Ca Mg K P N Plantetilgængelighed af det begrænsede næringsstof X Koncentration i tørstof (%) Dias 10

11 Planteanalyser benyttes kun i begrænset omfang Relativ lang ventetid på resultatet Antallet af prøver er begrænset pga. pris Tolkningen af resultaterne er vanskelige Dias 11

12 Del II Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) Ny laser-baseret teknologi til diagnosticering af planters næringsstofstatus Dias 12

13 En LIBS måling Kraftig laser-puls Det unikke ved LIBS PC: Styre måling og lagring af data Højt-opløseligt spektrometer Dias 13

14 Et LIBS spektrum Dias 14

15 LIBS giver mulighed for: Måling på afstand (Næsten) ingen prøveforberedelse Hurtige målinger: ~1 sekund Lille måleområde: ~1 mm 2 Multielemental (Næsten) ikke-destruktiv Dias 15

16 Institut for Jordbrug og Økologi Voldsom udvikling af LIBS s anvendelsesmuligheder Aske fra kraftværker Hurtig analyse af stålsmelter Detektion af sprængstof på sikker afstand Undervands-LIBS Mandbårent LIBS-udstyr Dias 16

17 LIBS på planter Ikke udbredt endnu planter er en besværlig prøve Lav koncentration af interessante grundstoffer ift. analyser på f.eks. sten Inhomogen fordeling af grundstoffer i planten? Hvornår er der for lidt af et næringsstof (generelt for totalkoncentration-analyser) Dias 18

18 LIBS på planter Forskningen på LIFE De unikke fordele ved LIBS skal bibeholdes og problemerne med planter derved løses på anden måde. Hvor skal der måles på bladet? Hvilke grundstoffer kan analyseres? Fortolkning af spektre (!) Fortolkning af resultater, hvornår er der for lidt eller for meget af et givent grundstof? Dias 19

19 LIBS på planter Visionen: Måling direkte på plantens blade i marken Med det øjeblikkelige resultat som LIBS giver, vil dette betyde at antallet af analyser kan hæves signifikant Koblet med en GPS, vil det herved være realistisk muligt at detail-kortlægge hele marker for hvor der mangler hvilke næringsstoffer. Dias 20

20 LIBS på planter Relativ lang ventetid på resultatet Antallet af prøver er begrænset pga. pris Tolkningen af resultaterne er vanskelige Dias 21

21 Del III Laser Ablation ICP-MS Ny metode til forbedring af næringsstofudnyttelsen Dias 22

22 Langtfra alle næringsstoffer er aktive i planten Dias 23

23 Biomarkører for Mn-mangel Fotosynteseproteiner PsbA (D1) PsbC (CP43) PsbP PsbQ ATPb Dias 24

24 I jagten på effektive planter kan biomarkører benyttes Dias 25

25 Hurtig screening af biomarkører Nuværende metode Ét protein per analyse Kvalitativ analyse Følsom Den nye metode Mange proteiner per analyse Kvantitativ analyse Robust og meget følsom metode Dias 26

26 Laser ablation ICP-MS Ar Laser ICP-MS Ablation-kammer He transport gas Dias 27 Prøve Zn Resultat

27 Laser Ablation ICP-MS Ar Laser ICP-MS Ablation-kammer He transport gas Y Y Y Y Dias 28 Fikserede proteiner Resultat

28 Laser Ablation ICP-MS Visionen: Benytte LA-ICP-MS til screening af biomarkører specifikke for Mnudnyttelseseffektivitet i forædlingspopulationer. Forøge det biologiske vidensniveau, så screening af biomarkører for andre næringsstoffer bliver muligt. Udvikle et kit baseret på biomarkører, der muliggør diagnosticering af flere næringsstoffer på en gang. Dias 29

29 Opsummering af projekter LIBS Metode der potentielt kan tages med ud i marken, og her give øjeblikkelige analyser af planters næringsstofstatus. Dette vil hæve antallet analyser der realistisk kan foretages signifikant, og betyde at hele marker kan kortlægges efter næringsstofstatus. LA-ICP-MS Kvantificering af protein biomarkører for Mn-mangel udføres med brug af laser-ablation ICP-MS. Metoden muliggør screening efter Mn-effektive planter. Teknikken kan benyttes til screening efter biomarkører for andre næringsstoffer, hvis den biologiske viden bliver tilgængelig. Tak for opmærksomheden Dias 30