稳定同位素示踪术stable isotope tracertechnique

利用富集的稳定性同位素标记的化合物作为示踪剂，通过同位素组成分析追踪生物学过程的技术。是同位素应用的重要部分，尤其¹⁵N示踪技术是研究植物氮素营养的重要手段。
基本概念 稳定性同位素是相对于放射性同位素而言的，即原子核是稳定的，不会自发地发生可检测到的核衰变。稳定性同位素均天然存在。自然界大多数元素由两种或两种以上的同位素组成。一种元素中某一种同位素的含量以原子百分比表示，即由多种核素组成的一种元素。其中某种核素的原子数与组成该元素的各种核素的总原子数的百分比(atom%，可简写成at.%)，如¹⁵N的含量：

原子百分比也称相对丰度。各种稳定性核素在自然界具有相对恒定的丰度，称为自然丰度。稳定性同位素一般不能人工生产，示踪所需富集同位素从天然同位素中分离、浓缩而得。丰度高于天然同位素的称富集同位素。富集同位素的丰度减去天然丰度称为原子百分超(atom % excess，可简写成at.% excess)也称同位素的富集度。通过分离后留下部分同位素的丰度低于天然丰度，称贫化同位素。生物学上应用的稳定性核素有2H,13C,10B,15N,18O和34S。它们的天然丰度分别为0.0147,1.108,18.46,0.365,0.2039和4.20原子百分比。而在农业研究中应用的只有15N。
基本原理 富集或贫化的同位素由于其同位素组成与天然同位素不同，因而用富集或贫化同位素标记的化合物都可以作为示踪剂进行生物学试验。通过分析样品的同位素组成，以其富集或贫化的程度，根据同位素稀释原理来分析试验结果。例如，将标记氮肥应用于土壤，植物能同时吸收示踪剂的标记氮和土壤中的自然丰度氮。在植株内，标记氮遭到自然丰度氮的稀释，根据样品的总氮量，样品和示踪剂的¹⁵N丰度，计算吸收来自示踪剂的氮量（见肥料利用率示踪研究）。
在生物学研究中稳定性同位素示踪的应用以三个假定为基本依据：❶自然界中一种元素的稳定性同位素组成是一定的。即每一种同位素都具有恒定的自然丰度。
❷生命体系很难在一个元素中区分不同的同位素。即生物体对各种同位素具有同等的吸收几率。
❸在各种生物化学反应中，同一元素的各种同位素保持化学性质的同一性。即它们遵循相同的生理生化规律。此外，同位素的丰度能用质谱仪或光谱仪测定。
基本特点 稳定性同位素示踪法具有下列优点：❶示踪剂对研究的生物体系无辐射效应。即对试验对象无不良影响；
❷安全。工作人员操作不需防护；不污染环境，可在田间和一般实验室进行试验；
❸不需考虑衰变。试验周期不受限制。然而由于其灵敏度不及放射性同位素，分析需要的光谱仪或质谱仪一般价格较贵，标记化合物费用较高，样品制备繁琐、费时等问题，稳定性同位素的应用不及放射性同位素广泛。
主要应用 稳定性同位素的应用始于20世纪30年代。其中¹⁵N在农业研究中应用特别广泛。因为氮的放射性同位素中¹³N的半衰期最长也只有10.05分，所以绝大多数的氮素示踪只能用¹⁵N进行。¹⁵N示踪技术在土壤肥料和植物氮素营养研究中应用主要有下列方面：❶氮肥施用技术。应用¹⁵N标记肥料能区分作物吸收来自肥料和土壤的氮，因而提供了唯一能直接测定作物氮肥利用率的方法。与非示踪法比，它不需要不施肥的对照处理，能在正常施肥条件下，测定作物吸收的肥料氮量。能更真实地反映作物对肥料的利用情况。用于研究氮肥形态、氮肥施用时期、施肥量、施肥位置、其他肥料的配比及土壤性质，各种栽培措施和环境条件对氮肥利用率的影响等。
❷土壤中氮素转化。应用¹⁵N标记肥料或其他标记材料，通过土壤各组成成分的¹⁵N丰度测定，能了解土壤中各种氮的转化过程。
❸肥料氮追踪。利用15N标记肥料追踪施于土壤的肥料氮去向，定量测定植物吸收、土壤中残留，淋溶和气体损失的氮。
❹肥料残效。用¹⁵N能直接测定土壤中残留肥料对植物的有效性。
❺土壤肥力。根据同位素稀释原理测定土壤中对植物有效的氮量(A—值氮)。
❻肥源的有效性。根据A—值概念，用¹⁵N标记的无机肥料间接评价各种天然或农家肥料对植物的有效性。
❼生物固氮。用¹⁵N标记材料测定生物N₂固定。能直接提供生物固定N2量的准确资料。尤其采用同位素稀释法和“A—值”法能在田间条件下测定固氮作物固氮力，具有很高的实用价值。¹⁵N应用领域的扩展是利用贫化或天然¹⁵N丰度的变异测定肥料氮利用和生物N₂固定。