Title (deu)
Bestimmung der Stickstofffixierleistung von biologisch angebauter Soja im ostösterreichischen Raum anhand isotopenbasierender Methoden
Parallel title (eng)
Determination of nitrogen fixation of organically grown soybean by isotope-based methods in the area of Eastern Austria
Author
Marion Bonell
Advisor
Wolfgang Wanek
Assessor
Wolfgang Wanek
Abstract (deu)
Im biologischen Anbau von Sojabohne (Glycine max(L.) Merill.) ist ein hoher Anteil der N2- Fixierung an der Gesamtstickstoffaufnahme (%Ndfa) essentiell. Für die Messung des %Ndfa kann die natural abundance Methode herangezogen werden. Für exakte Abschätzungen mittels dieser Methode, ist die Ermittlung eines Sorten- und Bakterienstammspezifischen B- Wertes notwendig. Das Ziel dieser Arbeit war es, die B- Werte für 5 verschiedene Sojasorten und für 3 verschiedene Rhizobium Stämme in einem Topfversuch zu ermitteln. Die Spross B- Werte für die verschiedenen Sorten lagen zwischen -1,28 ‰ und -1,62 ‰. Bakterienstammunterschiede im B- Wert konnten nicht gezeigt werden, da nur eines der verwendeten Impfpräparate aktive Stämme (Bradyrhizobium japonicum) enthielt. Bei den unterschiedlichen Sorten konnte auf 15N Verteilungsunterschiede innerhalb der Pflanze bei 100%Ndfa hingewiesen werden. Die Hoch-Protein Sorte Primus unterschied sich dabei am signifikantesten von den anderen Sorten. Mit Hilfe des Rayleigh Modells konnte gezeigt werden, dass die unterschiedliche 15N Verteilung mit einem unterschiedlichen N Exportanteil aus den Knöllchen in Verbindung stand. Ob dieses Auftreten mit einer unterschiedlichen N-Aufnahme, Remobilisierung und Verteilung bei „neuen“ Sorten im Vergleich zu „alten“ Sorten in Zusammenhang stehen könnte wurde diskutiert. Die ermittelten Spross B- Werte wurden anschließend bei der Berechnung des %Ndfa in einem Feldversuch angewandt. Als Referenzpflanzen dienten nicht nodulierte Sojabohnen und Amaranthus retroflexus. Die Ergebnisse der %Ndfa Berechnung mit der Verwendung unterschiedlicher B- Werte (neu ermittelter B- Wert zu allgemeinem Literaturwert) und unterschiedlicher Referenzpflanzen (Amaranthus retroflexus zu nicht nodulierter Soja) wurden miteinander verglichen. Da der Anteil der Stickstofffixierung maximal 47 % betrug, waren die Unterschiede bei der Berechnung relativ gering. Auch die Differenz zwischen δ15N Spross und nodulierter Wurzel der Sojabohne (Δδ15N) wurde berechnet. Eine starke Korrelation zwischen %Ndfa der natural abundance Methode und Δδ15N konnte gezeigt werden. Die Robustheit des Δδ15N zur Quantifizierung der N2-Fixierung konnte bestätigt werden, die abweichende Steigung und der abweichende Schnittpunkt mit der y-Achse im Vergleich zur Literatur wurden diskutiert. Abschließend wurde der Einfluss benachbarter Sojapflanzen auf den δ15 von Amaranthus retroflexus untersucht. Ein N Transfer zwischen benachbarten Pflanzen wurde mittels Literatur diskutiert, eindeutige Ergebnisse konnten bei dieser Arbeit aber nicht geliefert werden.
Abstract (eng)
A high contribution of atmospheric nitrogen fixation to overall plant N uptake (expressed as %nitrogen derived from atmosphere (%Ndfa)) is essential in organically cropped soybeans (Glycine max(L.) Merill.). The natural abundance (NA) method can be used to measure N2 fixation. Specific B-values for each cultivar and rhizobial strain (Bradyrhizobium japonicum) are required to obtain estimates for %Ndfa with high precision. The aim of this study was to determine B-values for 5 different soybean cultivars and 3 different rhizobial strains in a glasshouse study. The B-values for the different cultivars ranged between -1,28 ‰ and -1,62 ‰. Differences between rhizobial strains could not be shown, because only one of the used inoculants contained active bacteria, which induced nodulation. Cultivars which differed in the pattern of 15N distribution at 100% Ndfa on different cultivars were shown. The high-protein cultivar Primus being significantly differed compared to the other cultivars. By using the Rayleigh model, it was shown, that the variation in the 15N distribution was due to differences in the proportion of nitrogen exported from the nodules. This pattern may have been caused by differences in the occurrence of N uptake, remobilization and distribution between new and old cultivars. The obtained shoot B-values were used to calculate the %Ndfa in a field experiment. Non nodulated soybean and Amaranthus retroflexus were used as reference plants. The contribution of N2-fixation to plant N uptake was only 47%, which may explaining the absence of any significant effect of reference plant (non nodulated soybean to Amaranthus retroflexus) or source of B-value (literature to determinated B-value) or calculated %Ndfa. Also the applicability of the difference between δ15N of shoot and nodulated root (Δδ15N) for measurement of %Ndfa were examined. A high correlation between %Ndfa estimates by the natural abundance method and the Δδ15N was shown. The robustness of Δδ15N for quantifying the N2-fixation was confirmed. The differences in the intercept with the y-axis and the slope of the regression line with literature data were discussed. Additionally, the influence of neighboring soybean plants on the δ15N of Amaranthus retroflexus was investigated. A potential nitrogen transfer between neighboring plants was discussed by literature, however this study could not provided definitive results.
Keywords (eng)
soybeanGlycine maxδ15Nnatural abundance methodN2 fixation%Ndfa measurement
Keywords (deu)
SojabohneGlycine maxδ15Nnatürliche Abundanz Methodebiologische N2 Fixierung%Ndfa Messung
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1270061
rdau:P60550 (deu)
XV, 64 S. : graph. Darst.
Number of pages
64
Association (deu)
Title (deu)
Bestimmung der Stickstofffixierleistung von biologisch angebauter Soja im ostösterreichischen Raum anhand isotopenbasierender Methoden
Parallel title (eng)
Determination of nitrogen fixation of organically grown soybean by isotope-based methods in the area of Eastern Austria
Author
Marion Bonell
Abstract (deu)
Im biologischen Anbau von Sojabohne (Glycine max(L.) Merill.) ist ein hoher Anteil der N2- Fixierung an der Gesamtstickstoffaufnahme (%Ndfa) essentiell. Für die Messung des %Ndfa kann die natural abundance Methode herangezogen werden. Für exakte Abschätzungen mittels dieser Methode, ist die Ermittlung eines Sorten- und Bakterienstammspezifischen B- Wertes notwendig. Das Ziel dieser Arbeit war es, die B- Werte für 5 verschiedene Sojasorten und für 3 verschiedene Rhizobium Stämme in einem Topfversuch zu ermitteln. Die Spross B- Werte für die verschiedenen Sorten lagen zwischen -1,28 ‰ und -1,62 ‰. Bakterienstammunterschiede im B- Wert konnten nicht gezeigt werden, da nur eines der verwendeten Impfpräparate aktive Stämme (Bradyrhizobium japonicum) enthielt. Bei den unterschiedlichen Sorten konnte auf 15N Verteilungsunterschiede innerhalb der Pflanze bei 100%Ndfa hingewiesen werden. Die Hoch-Protein Sorte Primus unterschied sich dabei am signifikantesten von den anderen Sorten. Mit Hilfe des Rayleigh Modells konnte gezeigt werden, dass die unterschiedliche 15N Verteilung mit einem unterschiedlichen N Exportanteil aus den Knöllchen in Verbindung stand. Ob dieses Auftreten mit einer unterschiedlichen N-Aufnahme, Remobilisierung und Verteilung bei „neuen“ Sorten im Vergleich zu „alten“ Sorten in Zusammenhang stehen könnte wurde diskutiert. Die ermittelten Spross B- Werte wurden anschließend bei der Berechnung des %Ndfa in einem Feldversuch angewandt. Als Referenzpflanzen dienten nicht nodulierte Sojabohnen und Amaranthus retroflexus. Die Ergebnisse der %Ndfa Berechnung mit der Verwendung unterschiedlicher B- Werte (neu ermittelter B- Wert zu allgemeinem Literaturwert) und unterschiedlicher Referenzpflanzen (Amaranthus retroflexus zu nicht nodulierter Soja) wurden miteinander verglichen. Da der Anteil der Stickstofffixierung maximal 47 % betrug, waren die Unterschiede bei der Berechnung relativ gering. Auch die Differenz zwischen δ15N Spross und nodulierter Wurzel der Sojabohne (Δδ15N) wurde berechnet. Eine starke Korrelation zwischen %Ndfa der natural abundance Methode und Δδ15N konnte gezeigt werden. Die Robustheit des Δδ15N zur Quantifizierung der N2-Fixierung konnte bestätigt werden, die abweichende Steigung und der abweichende Schnittpunkt mit der y-Achse im Vergleich zur Literatur wurden diskutiert. Abschließend wurde der Einfluss benachbarter Sojapflanzen auf den δ15 von Amaranthus retroflexus untersucht. Ein N Transfer zwischen benachbarten Pflanzen wurde mittels Literatur diskutiert, eindeutige Ergebnisse konnten bei dieser Arbeit aber nicht geliefert werden.
Abstract (eng)
A high contribution of atmospheric nitrogen fixation to overall plant N uptake (expressed as %nitrogen derived from atmosphere (%Ndfa)) is essential in organically cropped soybeans (Glycine max(L.) Merill.). The natural abundance (NA) method can be used to measure N2 fixation. Specific B-values for each cultivar and rhizobial strain (Bradyrhizobium japonicum) are required to obtain estimates for %Ndfa with high precision. The aim of this study was to determine B-values for 5 different soybean cultivars and 3 different rhizobial strains in a glasshouse study. The B-values for the different cultivars ranged between -1,28 ‰ and -1,62 ‰. Differences between rhizobial strains could not be shown, because only one of the used inoculants contained active bacteria, which induced nodulation. Cultivars which differed in the pattern of 15N distribution at 100% Ndfa on different cultivars were shown. The high-protein cultivar Primus being significantly differed compared to the other cultivars. By using the Rayleigh model, it was shown, that the variation in the 15N distribution was due to differences in the proportion of nitrogen exported from the nodules. This pattern may have been caused by differences in the occurrence of N uptake, remobilization and distribution between new and old cultivars. The obtained shoot B-values were used to calculate the %Ndfa in a field experiment. Non nodulated soybean and Amaranthus retroflexus were used as reference plants. The contribution of N2-fixation to plant N uptake was only 47%, which may explaining the absence of any significant effect of reference plant (non nodulated soybean to Amaranthus retroflexus) or source of B-value (literature to determinated B-value) or calculated %Ndfa. Also the applicability of the difference between δ15N of shoot and nodulated root (Δδ15N) for measurement of %Ndfa were examined. A high correlation between %Ndfa estimates by the natural abundance method and the Δδ15N was shown. The robustness of Δδ15N for quantifying the N2-fixation was confirmed. The differences in the intercept with the y-axis and the slope of the regression line with literature data were discussed. Additionally, the influence of neighboring soybean plants on the δ15N of Amaranthus retroflexus was investigated. A potential nitrogen transfer between neighboring plants was discussed by literature, however this study could not provided definitive results.
Keywords (eng)
soybeanGlycine maxδ15Nnatural abundance methodN2 fixation%Ndfa measurement
Keywords (deu)
SojabohneGlycine maxδ15Nnatürliche Abundanz Methodebiologische N2 Fixierung%Ndfa Messung
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1270062
Number of pages
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