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Customer Spotlight : Groupe de nutrition végétale à l'Institut des sciences agricoles de l'ETH Zurich

L'ETH Zurich utilise un IRMS IsoPrime100 pour étudier le cycle du phosphate dans le système sol-plante

Federica Tamburini est technicienne et chercheuse dans le groupe de nutrition végétale de l'Institut des sciences agricoles de l'ETH Zurich (Suisse), où elle dirige l'installation de production d'isotopes stables. Le Dr. Tamburini a un doctorat en géologie et a suivi une formation de géochimiste (sédiments marins) avant de se lancer dans un projet portant sur les isotopes stables dans le phosphate du sol. Depuis, elle effectue des recherches sur le sujet et optimise les protocoles de préparation des échantillons de sol et des extraits de plantes pour en analyser la composition isotopique.

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En tant que responsable de l'installation de production d'isotopes stables, le Dr Tamburini prélève des échantillons pour les autres membres de son groupe, pour ses propres recherches et pour des collaborateurs externes, tout en entretenant l'équipement de spectrométrie de masse des rapports isotopiques. Le groupe a acheté un vario PYRO cube® et un IsoPrime100 à Elementar pour analyser des échantillons solides et liquides pour  CNS et O. Avant cela, le groupe analysait ses échantillons dans l'installation d'isotopes stables du département de géologie de l'EPF ou envoyait ses échantillons à l'étranger. L'équipement a énormément profité au groupe, d'autant plus que les recherches du groupe reposent largement sur les isotopes stables et que toutes les analyses peuvent désormais être effectuées en interne. 
 
Le groupe utilise l'équipement pour une multitude d'applications, notamment le 13C, le 15N et le 34S dans les échantillons de sol et de plantes. Pour le C et le N, l'équipe analyse à la fois l'abondance naturelle et les échantillons enrichis en 15N et 13C. Ces derniers mois, elle a expérimenté une nouvelle technique utilisant l'échantillonneur vario LIQUID pour analyser le 15N et le 13C dans les eaux du sol afin d'examiner la signature isotopique des rhizodépôts. Ces échantillons présentent de faibles concentrations en N et C, et une quantité relativement importante de liquide (80 µl) est donc injectée directement dans le four de combustion. 

Dr Federica Tamburini dans son laboratoire avec l'IsoPrime100 et le vario PYRO cube
Dr Federica Tamburini dans son laboratoire avec l'IsoPrime100 et le vario PYRO cube

Son domaine d'intérêt est le cycle du phosphate dans le système sol-plante et son "outil" préféré est les isotopes stables de l'oxygène dans les phosphates. Cet outil analytique lui permet d'avoir un aperçu plus approfondi du cycle du phosphore dans le système sol/plante. Ici, les changements dans le rapport des isotopes de l'oxygène dans le phosphate sont causés par des processus biotiques, tels que l'hydrolyse enzymatique de la matière organique, chacun d'entre eux entraînant un effet isotopique spécifique. Cela s'est avéré utile pour comprendre le cycle du phosphore dans l'environnement, par exemple au cours des premières étapes du développement du sol ou à l'intérieur des plantes dans des conditions de stress. Dans des conditions spécifiques, le 18O contenu dans le phosphate pourrait également être utilisé comme traceur des sources de P dans l'environnement. 
 
Pour l'analyse du phosphate, le groupe analyse principalement des échantillons de Ag3PO4 pour déterminer la signature isotopique 18O du phosphate, qui a été précédemment extrait de différents ensembles de sols et de plantes. Il existe un "dogme" répandu dans la communauté selon lequel l'analyse des échantillons d'Ag3PO4 est particulièrement difficile. A part  la procédure laborieuse de préparation et de nettoyage pour générer les échantillons d'Ag3PO4, le Dr Tamburini rapporte que le vario PYRO cube® n'a jamais eu de difficulté à effectuer cette analyse. Pour chaque échantillon, une petite quantité de carbone vitreux est ajoutée à la capsule d'argent afin d'augmenter la disponibilité du carbone pour l'échantillon pyrolysé. Les blancs du système sont très faibes, ce qui est important pour cette analyse et la qualité de la chromatographie CO résultante est excellente avec une bonne séparation de tout N2 et une forme de pic symétrique et nette. 
 
Le groupe traite en moyenne environ 4 000 échantillons sans avoir à renouveler le four C vitreux. La taille de la série est généralement de 112 à 120 échantillons, ce qui prend environ 20 à 22 heures. Grâce à la bonne sensibilité offerte par l'instrument, le groupe est capable de traiter des échantillons entre 200 et 300 µg, voire moins. Ceci est important pour l'équipe car la quantité d'Ag3PO4 qu'elle produit lors de la préparation des échantillons de sol est souvent faible, principalement parce qu'elle traite parfois des échantillons où il y a peu de phosphate. Le groupe utilise également les résultats de la composition élémentaire en O2 du vario PYRO cube® pour vérifier la pureté des échantillons 
 
En parlant de ce qui l'a d'abord impressionnée à propos d'Elementar, le Dr Tamburini a dit :  

Nous avons dû chercher différentes entreprises et solutions d'instruments lorsque nous avons demandé de l'argent, et ce qui m'a attiré, c'est le système de préparation innovant du vario PYRO cube, la simplicité d'utilisation de tous les composants du système et sa "modularité". Le personnel d'Elementar était également extrêmement compétent et attentif à nos exigences particulières, ce qui a fait la différence.

Le Dr Tamburini a expliqué que le système de distribution d'échantillons à blanc zéro, la facilité de changement de mode de combustion à la pyrolyse et la précision et la fiabilité de l'IRMS sont parmi les caractéristiques les plus utiles de l'instrument. Elle a ajouté qu'en plus des avantages analytiques liés aux mesures de l'IRMS, les instruments ont également contribué à optimiser la préparation des échantillons (des extraits de sol à l'Ag3PO4) au sein du laboratoire.

A propos du groupe de nutrition végétale de l'ETH Zurich

Le groupe de nutrition végétale fait partie de l'Institut des sciences agricoles de l'ETH Zurich. Il mène des recherches dans plusieurs domaines, notamment la nutrition des plantes, la dynamique des nutriments dans les sols et le cycle des nutriments dans les agro-écosystèmes. Ses travaux soutiennent le développement d'une gestion intégrée des nutriments, impliquant diverses sources de nutriments pour les cultures et favorisant les fonctions microbiennes pour l'utilisation des nutriments.

Instrumentation installée :

IsoPrime100 

(successeur : isoprime precisION)
vario PYRO cube® CNSOH elemental analyzer
vario Liquid Sampler pour l'injection automatisée de liquides

Adresse :

Plant Nutrition 
D-USYS 
ETH Zurich 
Eschikon 33 
8315 Lindau 
Switzerland 

Coordonnées :

Email : federica.tamburini@usys.ethz.ch 

Site internet : www.plantnutrition.ethz.ch

Publications sélectionnées :
  • Tamburini, F., Bernasconi, S. M., Angert, A., Weiner, T. and Frossard, E. (2010), A method for the analysis of the δ18O of inorganic phosphate extracted from soils with HCl. European Journal of Soil Science, 61: 1025–1032. doi:10.1111/j.1365-2389.2010.01290.x 

  • Oxygen Isotopes Unravel the Role of Microorganisms in Phosphate Cycling in Soils. Federica Tamburini, Verena Pfahler, Else K. Bünemann, Kathi Guelland, Stefano M. Bernasconi, and Emmanuel Frossard. Environmental Science & Technology 2012 46 (11), 5956-5962. DOI: 10.1021/es300311h 

  • Tamburini, F., V. Pfahler, C. von Sperber, E. Frossard, and S. M. Bernasconi. 2014. Oxygen Isotopes for Unraveling Phosphorus Transformations in the Soil–Plant System: A Review. Soil Sci. Soc. Am. J. 78:38-46. doi:10.2136/sssaj2013.05.0186dgs 

 

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