Title (eng)
A simple method for in-situ-labelling with 15N and 13C of native grassland species through foliar brushing
Parallel title (deu)
15N und 13C in situ Markierung von Wildpflanzen
Author
Birgit Putz
Advisor
Wolfgang Wanek
Assessor
Wolfgang Wanek
Johann Zaller
Abstract (deu)
Die in situ Markierung von Pflanzen mit 13C, welches über angereichertes CO2 in die Pflanzen gelangt, erfordert speziell dafür vorgesehene Klimakammern, die nicht allen Laboratorien zur Verfügung stehen. Bei einer häufig angewandten Methode Pflanzen in situ mit 15N zu markieren, wird die angereicherte Lösung über den Pflanzen versprüht, oder sie damit gegossen. Beides verursacht eine Verunreinigung von Boden und anderen Pflanzen.
In diesem Glashausversuch testeten wir eine neue Methode für die in situ Markierung von Pflanzen. Wir pinselten eine 15N und 13C Urea Lösung direkt auf die Blattoberfläche von zwölf Wildpflanzen, die für temperate Grasländer typisch sind. Darunter befanden sich Gräser, nicht-leguminose Krautige und Leguminosen. Die Markierung erfolgte an fünf folgenden Tagen, danach einmal wöchentlich innerhalb einer Zeitspanne von vier Wochen. Die Isotopensignale von Wurzel und Spross der unterschiedlichen Arten wurden regelmäßig gemessen.
Von allen Pflanzenarten waren Spross (15N: 0,145; 13C: 0,090 atom percent excess, APE) und Wurzel (15N: 0,051; 13C: 0,023) nach der Markierung an fünf folgenden Tagen signifikant angereichert. Generell war die Anreicherung von 15N (x² = 26,308, df = 1, p < 0,001) und 13C (x² = 24,681, df = 1, p < 0,001) im Spross höher als in der Wurzel. Es konnte kein Muster bei der Anreicherung innerhalb der drei funktionellen Gruppen erkannt werden. Gräser zeigten eine gleichmäßigere Verteilung des Signals zwischen Sproß und Wurzel (durchschnittliches Spross-Wurzel Verhältnis der Isotopen Anreicherung: 1,5 für 15N und 1,9 für 13C) als nicht-leguminose Krautige (14,6 für 15N und 3,2 für 13C) und Leguminosen (26,3 für 15N und 24,6 für 13C).
Die Isotopensignale während der vierwöchigen Markierung nahmen entweder ab, zu oder blieben gleich gegenüber den Signalen nach der einwöchigen Markierung und variierten zwischen den Arten und Pflanzenteilen.
Zieht man die beständigen Isotopensignale und die einfache Durchführbarkeit in Betracht, ist unsere Methode ideal zur Untersuchung von ökologischen Fragestellungen. Sogenannte tracing studies mit Pflanzen, als die markierte Komponente, machen es möglich ober- und unterirdische Interaktionen leichter nachzuvollziehen. Aus solchen Studien können neue Erkenntnisse über Nahrungsnetze und Materialkreisläufe gewonnen werden und dies führt zu einem besseren Verständnis von Ökosystemen.
Abstract (eng)
Labelling plants in situ with 13C stable isotopes usually requires gas-tight labelling chambers often not available in ecological laboratories. A common method for 15N in situ labelling is spraying or watering plants with a heavy isotope enriched solution, which makes a contamination of earth and other plants most likely.
In this greenhouse pot experiment, we tested a foliar labelling method where we brushed 15N and 13C urea solution directly onto leaves of twelve species native to temperate grasslands representing grasses, non-leguminous forbs and legumes. Labelling was first applied for five consecutive days and then sustained once a week over a period of four weeks. Isotopic signals in shoots and roots were measured regularly over four weeks.
Across all species, shoots (15N: 0.145; 13C: 0.090 atom percent excess, APE) and roots (15N: 0.051; 13C: 0.023) were significantly enriched after the five-time daily labelling. Generally, 15N (x² = 26.308, df = 1, p < 0.001) and 13C enrichment (x² = 24.681, df = 1, p < 0.001) was significantly higher in shoots than in roots. Overall, no clear pattern of isotopic enrichment could be found between plant functional groups. However, grasses showed a more balanced allocation between shoots and roots (averaged shoot-to-root ratio of isotopic enrichment was 1.5 and 1.9 for 15N and 13C, respectively) than forbs (14.6 and 3.2 for 15N and 13C, respectively) and legumes (26.3 and 24.6 for 15N and 13C, respectively).
Isotopic enrichment levels after four weeks were either lower, higher or unchanged to that of week one and varied specifically between species or plant part considered.
Taking into account the consistent enrichment levels and simple application of this method we suggest a more widespread utilization of this method in ecological research. Tracing studies with plants as the labelled component make possible to investigate below- and aboveground interactions. This basic knowledge of food webs and material flows leads to a better understanding of ecosystems.
Keywords (eng)
APEcarbon isotopeenrichment studiesfoliar labellingnitrogen isotopenative grassland speciesstable isotopesurea
Keywords (deu)
APEKohlenstoff IsotopEnrichment StudiesIsotopenmarkierungStickstoff IsotopStabile IsotopeUreaGrasslandspezies
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1270755
rdau:P60550 (deu)
30 S.
Number of pages
31
Association (deu)
Title (eng)
A simple method for in-situ-labelling with 15N and 13C of native grassland species through foliar brushing
Parallel title (deu)
15N und 13C in situ Markierung von Wildpflanzen
Author
Birgit Putz
Abstract (deu)
Die in situ Markierung von Pflanzen mit 13C, welches über angereichertes CO2 in die Pflanzen gelangt, erfordert speziell dafür vorgesehene Klimakammern, die nicht allen Laboratorien zur Verfügung stehen. Bei einer häufig angewandten Methode Pflanzen in situ mit 15N zu markieren, wird die angereicherte Lösung über den Pflanzen versprüht, oder sie damit gegossen. Beides verursacht eine Verunreinigung von Boden und anderen Pflanzen.
In diesem Glashausversuch testeten wir eine neue Methode für die in situ Markierung von Pflanzen. Wir pinselten eine 15N und 13C Urea Lösung direkt auf die Blattoberfläche von zwölf Wildpflanzen, die für temperate Grasländer typisch sind. Darunter befanden sich Gräser, nicht-leguminose Krautige und Leguminosen. Die Markierung erfolgte an fünf folgenden Tagen, danach einmal wöchentlich innerhalb einer Zeitspanne von vier Wochen. Die Isotopensignale von Wurzel und Spross der unterschiedlichen Arten wurden regelmäßig gemessen.
Von allen Pflanzenarten waren Spross (15N: 0,145; 13C: 0,090 atom percent excess, APE) und Wurzel (15N: 0,051; 13C: 0,023) nach der Markierung an fünf folgenden Tagen signifikant angereichert. Generell war die Anreicherung von 15N (x² = 26,308, df = 1, p < 0,001) und 13C (x² = 24,681, df = 1, p < 0,001) im Spross höher als in der Wurzel. Es konnte kein Muster bei der Anreicherung innerhalb der drei funktionellen Gruppen erkannt werden. Gräser zeigten eine gleichmäßigere Verteilung des Signals zwischen Sproß und Wurzel (durchschnittliches Spross-Wurzel Verhältnis der Isotopen Anreicherung: 1,5 für 15N und 1,9 für 13C) als nicht-leguminose Krautige (14,6 für 15N und 3,2 für 13C) und Leguminosen (26,3 für 15N und 24,6 für 13C).
Die Isotopensignale während der vierwöchigen Markierung nahmen entweder ab, zu oder blieben gleich gegenüber den Signalen nach der einwöchigen Markierung und variierten zwischen den Arten und Pflanzenteilen.
Zieht man die beständigen Isotopensignale und die einfache Durchführbarkeit in Betracht, ist unsere Methode ideal zur Untersuchung von ökologischen Fragestellungen. Sogenannte tracing studies mit Pflanzen, als die markierte Komponente, machen es möglich ober- und unterirdische Interaktionen leichter nachzuvollziehen. Aus solchen Studien können neue Erkenntnisse über Nahrungsnetze und Materialkreisläufe gewonnen werden und dies führt zu einem besseren Verständnis von Ökosystemen.
Abstract (eng)
Labelling plants in situ with 13C stable isotopes usually requires gas-tight labelling chambers often not available in ecological laboratories. A common method for 15N in situ labelling is spraying or watering plants with a heavy isotope enriched solution, which makes a contamination of earth and other plants most likely.
In this greenhouse pot experiment, we tested a foliar labelling method where we brushed 15N and 13C urea solution directly onto leaves of twelve species native to temperate grasslands representing grasses, non-leguminous forbs and legumes. Labelling was first applied for five consecutive days and then sustained once a week over a period of four weeks. Isotopic signals in shoots and roots were measured regularly over four weeks.
Across all species, shoots (15N: 0.145; 13C: 0.090 atom percent excess, APE) and roots (15N: 0.051; 13C: 0.023) were significantly enriched after the five-time daily labelling. Generally, 15N (x² = 26.308, df = 1, p < 0.001) and 13C enrichment (x² = 24.681, df = 1, p < 0.001) was significantly higher in shoots than in roots. Overall, no clear pattern of isotopic enrichment could be found between plant functional groups. However, grasses showed a more balanced allocation between shoots and roots (averaged shoot-to-root ratio of isotopic enrichment was 1.5 and 1.9 for 15N and 13C, respectively) than forbs (14.6 and 3.2 for 15N and 13C, respectively) and legumes (26.3 and 24.6 for 15N and 13C, respectively).
Isotopic enrichment levels after four weeks were either lower, higher or unchanged to that of week one and varied specifically between species or plant part considered.
Taking into account the consistent enrichment levels and simple application of this method we suggest a more widespread utilization of this method in ecological research. Tracing studies with plants as the labelled component make possible to investigate below- and aboveground interactions. This basic knowledge of food webs and material flows leads to a better understanding of ecosystems.
Keywords (eng)
APEcarbon isotopeenrichment studiesfoliar labellingnitrogen isotopenative grassland speciesstable isotopesurea
Keywords (deu)
APEKohlenstoff IsotopEnrichment StudiesIsotopenmarkierungStickstoff IsotopStabile IsotopeUreaGrasslandspezies
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1270756
Number of pages
31
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