Natural abundance of stable isotopes (15N and 13C) and isotopic fractionation of sea bream muscle as markers of food and culture conditions and its relationship with metabolic and proteomic analyses

Els isòtops estables com a traçadors de la cadena alimentària, s'han utilitzat per caracteritzar la relació entre els consumidors i els seus aliments, ja que el fraccionament isotòpic implica una discriminació en contra de certs isòtops. Però les anàlisis d'isòtops estables (SIA), també es poden dur a terme en peixos cultivats amb dietes artificials, com la orada (Sparus aurata), la especie más cultivada en el Mediterráneo. Canvis en l'abundància natural d'isòtops estables (13C i 15N) en els teixits i les seves reserves poden reflectir els canvis en l'ús i reciclatge dels nutrients ja que els enzims catabòlics implicats en els processos de descarboxilació i desaminació mostren una preferència pels isòtops més lleugers. Per tant, aquestes anàlisis ens poden proporcionar informació útil sobre l'estat nutricional i metabòlic dels peixos. L'objectiu d'aquest projecte va ser determinar la capacitat dels isòtops estables per ser utilitzats com a marcadors potencials de la capacitat de creixement i condicions de cria de l'orada. En aquest sentit, les anàlisis d'isòtops estables s'han combinat amb altres metabòlics (activitats citocrom-c-oxidasa, COX, i citrat sintasa, CS) i els paràmetres de creixement (ARN/ADN). El conjunt de resultats obtinguts en els diferents estudis realitzats en aquest projecte demostra que el SIA, en combinació amb altres paràmetres metabòlics, pot servir com una eina eficaç per discriminar els peixos amb millor potencial de creixement, així com a marcador sensible de l'estat nutricional i d'engreix. D'altra banda, la combinació de l'anàlisi d'isòtops estables amb les eines emergents, com ara tècniques de proteòmica (2D-PAGE), ens proporciona nous coneixements sobre els canvis metabòlics que ocorren en els músculs dels peixos durant l‟increment del creixement muscular induït per l'exercici.

δ 15N measurement of organic and inorganic substances by EA-IRMS: a speciation-dependent procedure

Little attention has been paid so far to the influence of the chemical nature of the substance when measuring δ 15N by elemental analysis (EA)-isotope ratio mass spectrometry (IRMS). Although the bulk nitrogen isotope analysis of organic material is not to be questioned, literature from different disciplines using IRMS provides hints that the quantitative conversion of nitrate into nitrogen presents difficulties. We observed abnormal series of δ 15N values of laboratory standards and nitrates. These unexpected results were shown to be related to the tailing of the nitrogen peak of nitrate-containing compounds. A series of experiments were set up to investigate the cause of this phenomenon, using ammonium nitrate (NH4NO3) and potassium nitrate (KNO3) samples, two organic laboratory standards as well as the international secondary reference materials IAEA-N1, IAEA-N2-two ammonium sulphates [(NH4)2SO4]-and IAEA-NO-3, a potassium nitrate. In experiment 1, we used graphite and vanadium pentoxide (V2O5) as additives to observe if they could enhance the decomposition (combustion) of nitrates. In experiment 2, we tested another elemental analyser configuration including an additional section of reduced copper in order to see whether or not the tailing could originate from an incomplete reduction process. Finally, we modified several parameters of the method and observed their influence on the peak shape, δ 15N value and nitrogen content in weight percent of nitrogen of the target substances. We found the best results using mere thermal decomposition in helium, under exclusion of any oxygen. We show that the analytical procedure used for organic samples should not be used for nitrates because of their different chemical nature. We present the best performance given one set of sample introduction parameters for the analysis of nitrates, as well as for the ammonium sulphate IAEA-N1 and IAEA-N2 reference materials. We discuss these results considering the thermochemistry of the substances and the analytical technique itself. The results emphasise the difference in chemical nature of inorganic and organic samples, which necessarily involves distinct thermochemistry when analysed by EA-IRMS. Therefore, they should not be processed using the same analytical procedure. This clearly impacts on the way international secondary reference materials should be used for the calibration of organic laboratory standards.

Utilização de isótopos estáveis de 13C e 15N na identificação de bacalhau Gadus e outras espécies de peixes salgados secos

O Brasil é dos países líderes na importação de peixes salgados e secos. Em 2008, importou da Noruega cerca de 30 mil toneladas destes produtos, a um custo de aproximadamente 190 milhões de dólares. O bacalhau é um produto salgado e seco bastante apreciado no país, mas espécies afins, de menor valor comercial, são também utilizadas na fabricação de peixes salgados secos e muitas vezes comercializadas como o bacalhau do Atlântico (Gadus morhua). A variação da razão de isótopos estáveis de carbono (13C/12C) e de nitrogênio (15N/14N) é medida com alta precisão por espectrômetro de massa de razão isotópica (IRMS) e nos últimos 20 anos tem aumentado significativamente a aplicação desta tecnologia na avaliação de fraudes e adulterações dos alimentos. O objetivo deste trabalho foi utilizar isótopos estáveis de 15N e 13C na identificação de bacalhau e espécies afins. Utilizando a análise isotópica, em músculos e ossos, foi possível diferenciar o bacalhau (do Atlântico e do Pacífico) de Ling, Zarbo e Saithe (p < 0,01), que são três produtos salgados e secos de menor valor comercial. Com a pele não foi possível tal distinção entre bacalhau do Pacífico e Ling (p > 0,05). A combinação de análises de valores de 15N de diferentes tecidos – músculo, pele e ossos – possibilitou a separação das espécies. A comparação gráfica de valores de 15N de músculo vs. pele, músculo vs. ossos e pele vs. ossos permite estabelecer três regiões de confiança: uma com bacalhau do Atlântico e bacalhau do Pacífico; outra com Ling e Zarbo; e finalmente, uma terceira região com o Saithe isolada de todos. Os resultados obtidos demonstram que a metodologia é viável para a distinção entre bacalhau e outros peixes salgados secos. No entanto, conclusões mais seguras serão obtidas com uma base de dados, para que, isotopicamente, se faça um histórico da origem desses peixes

Utilização de isótopos estáveis de 13C e 15N na identificação de bacalhau Gadus e outras espécies de peixes salgados secos

O Brasil é dos países líderes na importação de peixes salgados e secos. Em 2008, importou da Noruega cerca de 30 mil toneladas destes produtos, a um custo de aproximadamente 190 milhões de dólares. O bacalhau é um produto salgado e seco bastante apreciado no país, mas espécies afins, de menor valor comercial, são também utilizadas na fabricação de peixes salgados secos e muitas vezes comercializadas como o bacalhau do Atlântico (Gadus morhua). A variação da razão de isótopos estáveis de carbono (13C/12C) e de nitrogênio (15N/14N) é medida com alta precisão por espectrômetro de massa de razão isotópica (IRMS) e nos últimos 20 anos tem aumentado significativamente a aplicação desta tecnologia na avaliação de fraudes e adulterações dos alimentos. O objetivo deste trabalho foi utilizar isótopos estáveis de 15N e 13C na identificação de bacalhau e espécies afins. Utilizando a análise isotópica, em músculos e ossos, foi possível diferenciar o bacalhau (do Atlântico e do Pacífico) de Ling, Zarbo e Saithe (p < 0,01), que são três produtos salgados e secos de menor valor comercial. Com a pele não foi possível tal distinção entre bacalhau do Pacífico e Ling (p > 0,05). A combinação de análises de valores de 15N de diferentes tecidos – músculo, pele e ossos – possibilitou a separação das espécies. A comparação gráfica de valores de 15N de músculo vs. pele, músculo vs. ossos e pele vs. ossos permite estabelecer três regiões de confiança: uma com bacalhau do Atlântico e bacalhau do Pacífico; outra com Ling e Zarbo; e finalmente, uma terceira região com o Saithe isolada de todos. Os resultados obtidos demonstram que a metodologia é viável para a distinção entre bacalhau e outros peixes salgados secos. No entanto, conclusões mais seguras serão obtidas com uma base de dados, para que, isotopicamente, se faça um histórico da origem desses peixes.

Destino de adubos nitrogenados marcados com 15N em amostras de dois solos da Amazônia central

Foi estudado, em condições de casa de vegetação, em Nancy (França), em 1992, o destino de duas formas de fertilizantes nitrogenados, marcados com 15N, sulfato de amônio e uréia, em amostras do horizonte A de dois principais solos da Amazônia Central, classificados como latossolo amarelo e podzólico vermelho-amarelo. A planta teste foi o "rye-grass" da Itália (Lolium multiflorum L.). Em ambos os solos, a uréia foi mais bem utilizada do que o sulfato de amônio. Entre 60 e 70% do N aplicado como uréia foi absorvido pela planta, enquanto, com a aplicação de sulfato de amônio, esses valores variaram entre 44 e 49%. O balanço do 15N no final do ciclo da cultura mostrou que a imobilização do N nos dois solos foi maior na presença de uréia que na de sulfato de amônio. As perdas, estimadas por diferença, foram mais elevadas no tratamento com sulfato de amônio. Considerando que perdas por lixiviação foram praticamente nulas com a técnica de cultivo utilizada, elas devem ter ocorrido essencialmente por via gasosa.

Eficiência da fertilização nitrogenada com uréia (15N) em Brachiaria brizantha cv. Marandu associada ao parcelamento de superfosfato simples e cloreto de potássio

Em pastagens, a avaliação da eficiência do processo de fertilização com N-uréia é importante em virtude das altas doses utilizadas. Vários trabalhos relatam que a aplicação de uréia associada com cloreto de potássio (KCl) e superfosfato simples (SFS) pode melhorar a sua eficiência. Na recuperação de pastagens degradadas ou em sistemas de exploração intensiva, as quantidades de KCl e SFS empregadas como fertilização corretiva são altas e aplicadas em novembro, no início da estação das águas. O parcelamento do KCl e SFS associado às coberturas nitrogenadas com uréia seria de fácil adoção sem custos adicionais. Com o objetivo de avaliar este manejo, foi desenvolvido um experimento em que se realizou o balanço anual da aplicação de 15N da uréia quando o SFS e, ou, o KCl foram parcelados, associados à aplicação da uréia em cinco coberturas, ou quando ambos foram aplicados de uma só vez, no mês de novembro. A maior produção de forragem ocorreu quando o SFS foi parcelado, seguido pelo parcelamento do KCl, da aplicação única de ambos e, finalmente, do parcelamento dos dois. A recuperação do N-uréia na parte aérea e no sistema solo-pastagem não diferiu com os tratamentos. Entretanto, a recuperação na coroa da planta e no sistema radicular diferiu entre os tratamentos e mostrou-se positivamente correlacionada com a produção de forragem. A recuperação de fertilizante na liteira foi favorecida pelo parcelamento do KCl. Apesar de não ter sido verificado aumento na recuperação total do sistema entre os tratamentos, o parcelamento do KCl e do SFS tem sido indicado por melhorar a recuperação do N-uréia em várias estruturas da planta, refletindo em maior produção da forrageira.

Recuperação do nitrogênio (15N) da uréia e da palhada por soqueira de cana-de-açúcar (Saccharum spp.)

Desenvolveu-se um experimento com vistas em avaliar a utilização do nitrogênio mineralizado da palhada (15N) e do nitrogênio da uréia (15N) aplicada em soqueira de cana-de-açúcar. O experimento foi desenvolvido em campo, num Argissolo Vermelho-Amarelo (Paleudalf), no município de Piracicaba (SP), de outubro de 1997 a agosto de 1998, e constou de quatro tratamentos: (T1) mistura de vinhaça e uréia aplicada em área total sobre o solo coberto com palhada-15N; (T2) mistura de vinhaça e uréia-15N aplicada em área total sobre o solo coberto com palhada; (T3) mistura de vinhaça e uréia-15N aplicada em área total sobre o solo sem a palhada; (T4) uréia-15N enterrada em sulcos nos dois lados das linhas da cana, com prévia aplicação de vinhaça sobre o solo sem cobertura de palhada. O delineamento experimental foi o de blocos casualizados, com quatro repetições. Comparações de componentes de produtividade da cultura, da acumulação de nitrogênio pela parte aérea e da utilização do nitrogênio da uréia-15N e do mineralizado da palhada-15N, foram realizadas entre os tratamentos. O desenvolvimento vegetal deu-se em um ciclo de 315 dias e foi semelhante nas condições com ou sem palhada de cana-de-açúcar. Do nitrogênio total acumulado na parte aérea da soqueira de cana-de-açúcar, 10 a 16 % foi absorvido do fertilizante e, em média, 4 % do N mineralizado da palhada. A eficiência de utilização do nitrogênio da uréia pela soqueira de cana-de-açúcar foi em média de 17 %, não havendo diferenças entre os tratamentos, e o da palhada foi em média de 8 %. O nitrogênio da palhada foi disponibilizado para a planta no final do ciclo da cultura.

Feasibility of in vivo 15N MRS detection of hyperpolarized 15N labeled choline in rats.

The increase of total choline in tumors has become an important biomarker in cancer diagnosis. Choline and choline metabolites can be measured in vivo and in vitro using multinuclear MRS. Recent in vivo(13)C MRS studies using labeled substrates enhanced via dynamic nuclear polarization demonstrated the tremendous potential of hyperpolarization for real-time metabolic studies. The present study demonstrates the feasibility of detecting hyperpolarized (15)N labeled choline in vivo in a rat head at 9.4 T. We furthermore report the in vitro (172 +/- 16 s) and in vivo (126 +/- 15 s) longitudinal relaxation times. We conclude that with appropriate infusion protocols it is feasible to detect hyperpolarized (15)N labeled choline in live animals.

Utilização do nitrogênio (15N) residual de coberturas de solo e da uréia pela cultura do milho

Geralmente, grande parte do N de fertilizantes minerais e de plantas de cobertura de solo não é aproveitada pelo milho no cultivo imediato à aplicação, o qual pode ser absorvido pelas culturas cultivadas subseqüentemente. O objetivo deste trabalho foi avaliar o aproveitamento pelo milho do N residual da uréia, da crotalária (Crotalaria juncea) e do milheto (Pennisetum americanum) marcados com 15N, aplicados ao milho cultivado em sistema plantio direto, no ano agrícola anterior, num Latossolo Vermelho distroférrico no Cerrado. O estudo foi desenvolvido na fazenda experimental da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira-UNESP, Selvíria (MS), em áreas distintas. O delineamento experimental foi de blocos ao acaso com 15 tratamentos e quatro repetições, aplicados ao milho em 2001/02 e 2002/03. Os tratamentos foram dispostos em esquema fatorial 3 x 5, compreendendo a combinação de três coberturas de solo: crotalária juncea, milheto e vegetação espontânea (pousio), e cinco doses de N-uréia: 0, 30, 80, 130 e 180 kg ha-1. Após a colheita do milho, as duas áreas permaneceram em pousio nas entressafras e, em seguida, cultivadas novamente com milho, safras 2002/03 (experimento 1) e 2003/04 (experimento 2), utilizando adubação similar em todas as parcelas, para distinguir o efeito do N residual. O aproveitamento médio do N residual da parte aérea do milheto e da crotalária pelo milho foi inferior a 3,5 e 3 %, respectivamente, da quantidade inicial. A quantidade de N residual da uréia absorvida pelo milho aumentou de forma quadrática, no experimento 1, e linear, no experimento 2, em relação à dose de N aplicada, sendo o aproveitamento desta inferior a 3 %. As coberturas de solo não influenciaram o aproveitamento pelo milho do N residual da uréia, e vice-versa.

Potential use of a chemical leaching reject from a kaolin industry as agricultural fertilizer

The industrial refining of kaolin involves the removal of iron oxides and hydroxides along with other impurities that cause discoloration of the final product and depreciate its commercial value, particularly undesirable if destined to the paper industry. The chemical leaching in the industrial processing requires treatments with sodium hyposulfite, metallic zinc, or sulfuric and phosphoric acids, in order to reduce, dissolve and remove ferruginous compounds. To mitigate the environmental impact, the acidic effluent from the leaching process must be neutralized, usually with calcium oxide. The resulting solid residue contains phosphorous, zinc, and calcium, among other essential nutrients for plant growth, suggesting its use as a macro and micronutrient source. Samples of such a solid industrial residue were used here to evaluate their potential as soil fertilizer in an incubation greenhouse experiment with two soil samples (clayey and medium-textured). The small pH shift generated by applying the residue to the soil was not a limiting factor for its use in agriculture. The evolution of the concentrations of exchangeable calcium, and phosphorous and zinc extractability by Mehlich-1 extractant during the incubation period confirms the potential use of this industrial residue as agricultural fertilizer.

Influência do etil-trinexapac no acúmulo, na distribuição de nitrogênio (15N) e na massa de grãos de arroz de terras altas

A garantia de alta produtividade de grãos de arroz no sistema de cultivo irrigado por aspersão tem estimulado a utilização de maiores doses de fertilizantes, principalmente os nitrogenados. Contudo, o manejo inadequado da adubação nitrogenada pode resultar em acamamento das plantas. A aplicação de reguladores vegetais pode carrear fotoassimilados para produção de grãos em detrimento do crescimento vegetativo excessivo. Este trabalho teve por objetivos: avaliar a influência do regulador de crescimento etil-trinexapac nas características de crescimento da planta e no acúmulo e distribuição de N (15N) nas partes e na planta inteira de arroz; e verificar a contribuição do N absorvido em diferentes estádios de desenvolvimento na formação da panícula, nos componentes do rendimento e na massa de grãos de arroz. O experimento foi realizado em casa de vegetação, sob condições controladas. Os tratamentos foram constituídos de não-aplicação ou aplicação de regulador de crescimento vegetal (0 e 200 g ha-1 i.a. de etil-trinexapac) em quatro estádios de desenvolvimento das plantas (1 - início ao final do perfilhamento, 2 - final do perfilhamento à diferenciação do primórdio da panícula, 3 - diferenciação do primórdio da panícula ao florescimento e 4 - florescimento à maturação fisiológica). Foi utilizado o delineamento experimental de blocos ao acaso, dispostos em esquema fatorial 2 x 4, com três repetições. As plantas foram postas em um grupo de 48 vasos. Em um grupo de 24 vasos, com solução nutritiva e NH4SO4 enriquecido (15N), no início de cada estádio preestabelecido de desenvolvimento da planta ao final de cada um deles, as plantas foram coletadas e separadas em suas partes constituintes. Em outro grupo de vasos (24 vasos), no final de cada estádio, em vez de serem coletadas, as plantas voltavam a se desenvolver em solução nutritiva com NH4SO4 natural, para então serem coletadas no final do ciclo. O regulador de crescimento vegetal reduziu a altura das plantas e o acúmulo de 15N na panícula e promoveu a redistribuição do 15N absorvido e o aumento do 15N acumulado na raiz, colmo+bainha e folhas. A contribuição de 15N absorvido, em cada estádio estudado, para formação da panícula aumentou com o desenvolvimento das plantas, em menor proporção na presença do regulador de crescimento utilizado. O etil-trinexapac influenciou negativamente os componentes do rendimento e a massa de grãos de arroz.

Manejo da adubação nitrogenada e utilização do nitrogênio (15N) pelo milho em Latossolo Vermelho

O N é o nutriente absorvido em maior quantidade pelo milho, o que mais influencia a produtividade de grãos e o de manejo mais complexo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de doses e parcelamentos de N, na forma de uréia 15N, sobre a produtividade de grãos, o aproveitamento do N do fertilizante e a quantidade de N nativo do solo absorvida pelo milho em um Latossolo Vermelho. O delineamento experimental foi o de blocos casualizados com nove tratamentos e quatro repetições, compreendido de cinco doses de N: 0, 55, 95, 135 e 175 kg ha-1 de N, aplicando-se 15 kg na semeadura e o restante em diferentes estratégias de parcelamentos: 40 e 80 kg ha-1 no estádio de oito folhas ou ½ no estádio de quatro folhas + ½ no estádio de oito folhas; 120 kg ha-1 fracionados em ½ + ½ ou ¹/3 + ¹/3 + ¹/3 no estádio de quatro, oito ou 12 folhas; e 160 kg ha-1 parcelados em ¼ + ³/8 + ³/8 ou ¼ + ¼ + ¼ + ¼ no estádio de quatro, oito, 12 folhas ou de florescimento e polinização. O aproveitamento do N do fertilizante pelo milho foi, em média, de 39 % e o solo foi a principal fonte do nutriente para a cultura. A aplicação de 135 kg ha-1 de N parcelados em três vezes, até o estádio de oito folhas, proporcionou maior aproveitamento do N do fertilizante (52 %) e maior produtividade de grãos.

Long-term fertilizer field trials: comparison of three mathematical response models

Selostus: Lannoituksen pitkäaikaiset kenttäkokeet: kolmen matemaattisen mallin vertailu

Effect of fertilizer-N application and seed coating with rhizobial inoculants on soybean yield in eastern Paraguay

Nitrogen removal in soybean grains at harvest may exceed biological N2 fixation, particularly if grain yields are as high as typically achieved on "Terra Rossa" soils of Eastern Paraguay. Applying N fertilizer or coating seeds with rhizobial inoculants that enhance nodulation may represent a way of balancing the N budget. However, the effects of such treatments appear to be highly site-specific. The objective of this study was to examine the effects of N application (N) and rhizobial inoculation (I) on nodulation, N accumulation and soybean yields in Eastern Paraguay. Field experiments were conducted in two consecutive soybean seasons. Dry conditions in the first year delayed sowing and reduced plant number m-2 and pod number plant-1. Grain yields were generally below 2 t ha-1 but the +N+I treatment increased yields by about 75%. In the second year favorable conditions resulted in yields of around 4 t ha-1 and the treatments had no effect. Nitrogen accumulation was higher in the first year and could therefore not explain the observed yield differences between years and treatment combinations. The positive effect of the +N+I treatment in year one was associated with a more rapid root growth which could have reduced susceptibility to intermittent drought stress. Nodule biomass decreased between flowering and pod setting stages in the +I treatment whereas further increases in nodule biomass in the -I treatment may have led to competition for assimilates between nodules and developing pods. Based on these preliminary results we conclude that N application and seed inoculation can offer short-term benefits in unfavorable years without negative effects on yield in favorable years.

Effects of variety, soil type and nitrogen fertilizer supply on the nutritive value of barley for growing pigs

Selostus: Lajikkeen, typpilannoitustason ja maalajin vaikutus ohran ruokinnalliseen arvoon lihasioilla