Ничипорович А.А. Методические указания по учету и контролю важнейших показателей процессов фотосинтетической деятельности растений в посевах

Подождите немного. Документ загружается.

- 58 -

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВЕТОВЫХ КРИВЫХ ФОТОСИНТЕЗА РАДИО-

МЕТОДОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ КАМЕРЫ-КЛИНА

физиологии растений

АН СССР)

Изучение световых кривых

листа

фотосинтеза от интенсивности света) в естественных -

одна из наиболее важных задач в исследовании фотосинтетической

деятельности посевов

так как сведе-

ния об изменении количественной стороны и формы световых кри-

вых при различных значениях

определяющих фотосинтез,

позволяют оценить всю сложность изменения активности фотосин-

аппарата (листа) и послужить материалом для матема-

тического моделирования фотосинтеза растительного покрова

(М.И.Будыко,

Световые кривые фотосинтеза получают в результате

стической обработки большого числа измерений фотосинтеза в ес-

тественных условиях при различных в течение дня или даже вегета-

ционного периода значениях

этом случае световая

фотосинтеза листа строится на основании осреднения измерений

фотосинтеза, полученных при различном сочетании неконстантных

внешних и внутренних факторов фотосинтеза. Очевидно, данные

световых кривых, полученные подобным образом, не позволяют

сделать заключение о том, чем вызваны их изменения. Следова-

в естественных условиях необходим метод определения

световых

позволяющий изучить их изменения, которые

зависят от воздействия только одного выбранного фактора. При

таком требовании к определению световых кривых фотосинтеза

в естественных условиях возникают значительные эксперименталь-

ные трудности. Они заключаются в том, что все

- 59 -

ные точки одной световой кривой должны быть получены при оди-

наковой для них температуре

концентрации

и т.д.

Кроме того, желательно измерять все

световой кривой на

одном листе и в

нескольких минут.

или

методы измерения интенсивности фотосин-

теза при различном затенении листовых камер с нейтральными

светофильтрами или другими ослабляющими радиацию материала-

ми, как правило, не удовлетворяют

выше требо-

ваниям. Недостаток подобных методов заключается в том, что

для измерения

точек одной кривой необходимы значитель-

ные интервалы времени (до I часа и

В таких случаях

невозможно получить надежный статистический материал о зави-

симости фотосинтеза от радиации, поскольку на световые кри-

вые накладывается еще и зависимость фотосинтеза от других

факторов.

Во-первых, следует учитывать зависимость световых кри-

вых от времени дня

Кроме того, в естественных

условиях при длительных интервалах

для

получения всех точек световой кривой, возможно значительное

изменение не только интегральных, но и спектральных потоков

радиации

при измерении различных точек

одной кривой, а

возможно и искажение формы

световой кривой, поскольку вид кривой фотосинтеза зависит

также и от длины волны

Если измерение световой кривой проводится на одном ли-

сте, то длительное экспонирование может привести к значитель-

ному повышению температуры в камере и перегреву листа. В этом

случае температура листа для отдельных точек одной световой

кривой может быть существенно различна. При этом точки одной

- 60

световой кривой по существу принадлежат

характерным для тех значений температуры, при

рых получены соответствующие точки кривой, измеренной при

длительном экспонировании листа.

Наконец, измерение световой кривой при помощи нескольких

листовых камер с нейтральными светофильтрами связано с необ-

ходимостью проводить эти измерения на нескольких листьях

одного яруса и тогда возможны ошибки только за счет неодно-

родности биологического материала.

Все

возможные ошибки могут приводить к значительно-

му изменению вида световой кривой. Поэтому целесообразно при-

менить такой метод, который позволил бы довести до минимума

влияние других факторов.

Изучение световых кривых фотосинтеза в естественных усло-

виях проводилось нами

методом с применением

Метод заключается в определении

фотосинте-

за в токе радиоактивной углекислоты в листовой камере с опти-

ческим ступенчатым клином из нейтральных

Такая

камера позволяет

одновременно на одном листе интен-

сивность фотосинтеза при различной величине радиации и посто-

янных для всех экспериментальных точек кривой температуры воз-

духа и концентрации углекислоты. Включение радиоактивного уг-

лерода происходят в соответствии с имеющейся зависимостью

между

фотосинтеза и интенсивностью радиации,

то есть в соответствии со световой кривой фотосинтеза опреде-

ленного листа. Преимущество применяемого метода заключается

также в том, что световая кривая фотосинтеза может быть полу-

чена за короткие интервалы времени (2-5

со

- 62 -

Этот

впервые описан

Позд-

нее в мастерских Института физики и астрономии АН СССР

ла

камера новой конструкции и оценены возможные

погрешности при экспонировании и фиксировании листа.

Разрез камере изображен на

Воздух в камере вдоль продольного сече-

каждой секции камеры. Для того, чтобы обеспечить равные

скорости воздуха во всех секциях камеры, новый вариант каме-

ры был

с таким расчетом, чтобы диаметры отверстий

два газа в секциях были

что их суммарное сопротивле-

ние газовому потоку было бы в несколько раз

ления в трубке иди сумма

маленьких отверстий была

бм

площади сечения

В этом случае не должен

перепад давления вдоль газохода, который мог бы

скоростям воздуха в отдельных секциях

камеры. Возможные различия в скорости воздуха имеют наиболь-

шее значенве при работе с естественными концентрациями

кислоты и низкими скоростями воздуха. При работе с насыщаю-

щими

или

концентрациями углекисло-

ты (на плато зависимости фотосинтеза от скорости воздуха)

возможные различия в скоростях воздуха между отдельными сек-

циями камеры не будут иметь значения.

В крышке камеры (рис.1) - 7 окошек. В б из них вклеены

нейтральные светофильтры. Седьмое окно закрыто светонепрони-

цаемой шторкой

фиксация

Когда камера закрыта

крышкой, светофильтры расположены над секциями камеры. Нейт-

ральные светофильтры камеры имели следующие коэффициенты про-

пускания: I -

2 - 0,79; 3 - 0,65; 4 - 0,55; 5 - 0,40;

б -

которые могут быть изменены

зависимости от

- 68 -

поставленной

Например, для того, чтобы иметь

шее

экспериментальных точек в области низких

тей света, и, следовательно, получать более детальные

сведения об углах наклона световых

нами

лась другая крышка

с набором светофильтров с

малыми коэффициентами пропускания.

Экспонирование и Фиксирование листа. Для измерения

товой кривой в камеру помещают вырезанную из листа пластин-

ку, соответствующую площади камеры

Камеру

ориентируют перпендикулярно солнцу. Одновременно двумя

нометрами Янишевского, у которых полусферические стеклянные

колпаки заменены фильтрами БС-8 и KC-I9, ведется измерение

активной радиации (ФАР).

вклю-

чены в дифференциальную схему и ориентированы также перпен-

дикулярно солнцу. Величина падающей ФАР служит для расчетов

проходящей к листу под каждым из нести окон камеры

с нейтральными

Затем, используя коэффициен-

ты поглощения в области ФАР, полученные

листьев различных ярусов посева кукурузы

рассчи-

тывают

поглощенную листом под каждым нейтральным

светофильтром. Полученные величины составляют ось абсцисс

световой кривой.

Специальные методические исследования показали, что при

определении фотосинтеза радиометрическим методом на хорошо

освещенном отрезанном листе в первые 5 мин. не наблюдается

изменения фотосинтеза во времени в пределах любых

возможных в естественных условиях радиации.

- 64 -

Таблица I

для экспонирования листа во всех

двухминутная экспозиция. Во

время экспонирования листа возможен переток включенного

листа. При максимальном включении

(высокие

ФАР,

=0,4

величина погрешности

за счет перетока

в соседние участки листа кукурузы не

экспозиции лист быстро помещают в специальный

для вырезания отдельных участков листа, точно

соответствующих по положению на пластинке листа нейтральным

камеры, под которыми экспонировались эти уча-

высечек равен 9 мм.

.2. Переток

из освещенного участка листа (окно I)

при двухминутной экспозиции в соседние

листа, закрытые светонепроницаемой шторкой.

срок

срок срок

срок

0,40

0,72

0,70

0,57

0,73

0,74

0,70

0,77

0,74

0,82

0,84 0,84

0,65

0,80

0,86

0,87

0,78

0,85

0,73

0,80

—

0,75

поглощения ФАР для

кукурузы различных ярусов

неопублико-

данным

- 66 -

высечки в фильтровальной

двумя нагретыми металлическими пластинками и фиксируют в

сушильном шкафу при

в течение 20 мин.

После фиксирования препараты помещают в другую пару

пластинок с мелкими отверстиями на верхней

пластинке и сушат в течение

часа при

Фиксирова-

ние и препаратов в металлических

для того, чтобы избежать изменений поверхности препаратов

при сушке и не нарушать поверхностную геометрию.

Принятый способ фиксации

в листе дает заниженные

результаты по сравнению с фиксацией горячим спиртом на

(с учетом возможных потерь

на бумаге).

Преимущество этого способа фиксации заключается в том,

что в полевых условиях становится возможным без специаль-

ных лабораторных помещений, необходимых для

спир-

та и растирания образцов в случае фиксирования горячим спир-

том, получать массовый материал, готовый для счета радиоак-

тивности в

Предварительно высушенные препараты взве-

шиваются и по плотности препарата находят поправку на само-

поглощение

Результаты счета активности препарата в

служат

исходным материалом для расчета интенсивности фотосинтеза в

абсолютных единицах (О.В.Заленский,

Вознесенский,

Измерение световых кривых фотосинтеза

при низких концентрациях

Применяя камеру-клин, можно получать световые кривые фо-

тосинтеза при любых

-67 -

Измерения световых кривых при

концентрациях

проводили в замкнутой

в атом случае камеру-

клин присоединяют в прибору ИФП конструкции

работы с насыщающими концентрациями

заключается в том, что становится

изучать световые

кривые фотосинтеза при

зависимости фотосинтеза от

одного из определяющих фотосинтез факторов - концентрации

углекислоты.

Однако при изучении фотосинтетической деятельности рас-

тений в посевах возникает необходимость выявить зависимость

фотосинтеза от интенсивности радиации при концентрациях

близких к естественным.

В настоящее время появились работы

В.Л.Вознесенский,

ставящие под сомнение возможность получения надежных данных

при изучении фотосинтеза

методом в замкну-

тых камерах при низких концентрациях

Ошибка измерения

фотосинтеза в этом случае связана с изменением удельной ак-

тивности углекислоты уже в первые минуты экспонирования

в замкнутых камерах при низких концентрациях

вследствие

постоянно идущего выделения дыхательной

Поэтому для изучения световых кривых фотосинтеза при

низких концентрациях

радиометрическим

в зависимо-

сти фотосинтеза от концентраций углекислоты следует применять

проточную систему с источником углекислоты постоянной удель-

ной активности и несколькими

полное поглощение активности в воздухе, прошедшем через каме-

- 68

служит

газовый

баллов. В баллоне создается разряжение 0,5

баллону

присоединяется колба с

ство радиоактивной и

соды

рас-

исходя из требуемой концентрации

удельной

активности и количества рабочей силы. В колбу

кислота и для

растворенной

зарядки

баллона этой газовой смесью через реакционный раствор

кается внешний воздух.

колбой и баллоном включается

лотитель водяного пара. Когда давление в баллоне становится

пропускание воздуха заканчивают. Для контро-

ля выхода реакций до и после окончания реакций берут пробу

на активность. Затем к баллону с активностью присоединяют

другой баллон со сжатым воздухом

лишенным

наполняют первый баллон воздухом до определенного давления.

После этого баллон готов к работе. Изменяя количество возду-

ха

s рабочем баллоне можно получать различные концент-

рации

в баллоне

баллоне

- количество в баллоне в

- количество воздуха в

в литрах.

Подученные таким образом различные концентрации углекис-

лоты, рассчитанные и проверенные на

были ис-

пользованы для изучения углекислотной зависимости

Сразу после зарядки баллона углекислую активность возду-

ха измеряли радиометром 2-3 раза в день. Оказалось, что при

первом заполнении баллона

удельная активность воздуха

3. Убывание удельной

при первом

баллона С

быстро убывала, вероятно, вследствие адсорбции углекислоты

внутренними стенками

Ори последующих заряд-

ках баллона снижения

активности воздуха (рис.4) и

концентрации

не наблюдалось.

Применяемая проточная система газа проста и

при работе в полевых условиях, а изменение количества возду-

ха в рабочем баллоне позволяет получать световые кривые при

любых значениях концентрации

постоянных в течение всего

эксперимента.

Интенсивность фотосинтеза зависит от скорости тока газа

в камере. При различных концентрациях

зависимость фото-

синтеза от скорости тока воздуха в камере-клине различна

Как видно, зависимости фотосинтеза от скоростей воздуха

при выбранных концентрациях

имели значительное плато,

где интенсивность фотосинтеза не зависела от скорости

Вид этой зависимости, величину и протяженность плато опреде-

ляют не только факторами, от которых зависит фотосинтез

(концентрация

интенсивность радиации и т.д.), но и аэро-

динамическим режимом камеры. Последний в значительной степени

зависит от конструкции камеры, расположения в ней газоходов

т.д. В нашем случае площадь сечения камеры равна 7

вы-

сота зазора в камере над листом -

мм. В каждой секции каме-

ры создается турбулентный ток воздуха. Для этого отверстия

для воздуха (6) в каждой секции расположены на трубке (5)

так, что воздух под углом направляется в стекло секции (рис.1)

Методические испытания при описанных условиях позволили

выбрать для всех концентраций

скорость воздуха, при кото-

рой фотосинтез от нее не зависел (объемная

л/час или линейная

- 78

Влажность воздуха в

измерении

световых кривых фотосинтеза

Форма изучаемых световых кривых фотосинтеза определен-

ным образом зависит от влажности воздуха в

во

экспонирования

Поэтому для того,

чтобы поддерживать в воздухе, идущем над листом, постоян-

ную влажность, в открытую систему перед

клияом

кювета

пористым фильтром

и насыщенным раствором над насыщенным

устанавливается

относительная влажность воз-

включения в систему такой кюветы связана

с тем, что баллон заряжается

осушенным возду-

хом,

как создавать определенную влажность воздуха в бал-

лоне с

не

поскольку влаж-

ный воздух вызывает коррозию и увеличивает поглощение

стенками

При всех указанных условиях разброс точек в пределах

одной световой кривой фотосинтеза не превышает

от изме-

ряемой величины фотосинтеза.

СГОРАНИЯ РАСТЕНИЙ

(Институт Физиологии растений им.

СССР)

Определение теплоты сгорания или же

запасенной

отдельным органом и

с помощью калори-

метрической установки УК-2 с самоуплотняющейся бомбой СКБ-52.

Калориметрическая установка УК-2, представляющая собой

жидкостный калориметр с изотермической

из

калориметрической бомбы

калориметрического сосуда,

оболочки калориметра с укрепленными на ней мешалкой и переда-

точным механизмом; щитка панели с электромотором, реостатом,

контрольной лампочкой и выключателем; мета-

статического термометра; лупы; кислородного

пресса

для

штатива с кольцом.

Для определения теплоты сгорания в калориметре берут на-

веску растительного образца, помещают в калориметрическую

бомбу, наполняют ее кислородом до давления 25-30

по-

гружают бомбу в калориметрический сосуд с водой и зажигают на-

веску при помощи электрического тока.

Измеряя температуру в калориметрическом сосуде перед

сжиганием навески и по окончании опыта, находят разность тем-

ператур в калориметре и вычисляют количество теплоты, выделен-

ное при сгорании навески.

Теплота, выделяемая при сгорании

не полностью

передается воде, находящейся в калориметрическом сосуде, а

расходуется также на повышение температуры бомбы, мешалки,

термометра и других частей калориметра. Поэтому при расчетах

необходимо вводить поправку на теплообмен калориметра, которую

- 75 -

определяют по формуле Ренье-Пфаундлера-Усова

С помощью вышеуказанной установки (при соблюдении всех

условий опыта) можно определить теплоту сгорания с точностью

до

и даже до

Устройство калориметра

Главной частью калориметра является калориметрическая

бомба, в которой производится сжигание вещества. Она

ляет собой толстостенный стальной стакан, внутри эмалирован-

ный или платинированный, емкостью около 300 мл с

ющейся навинчивающейся крышкой.

Через крышку бомбы проходят два канала. Один канал с кла-

паном внутри заканчивается платиновой трубочкой, доходящей

почти до дна бомбы, служит для заполнения ее кислородом. Че-

рез другой канал из бомбы выпускают газы после сжигания.

В середину крышки вмонтирован изолированный платиновый

электрод, который при помощи тонкой железной проволоки, прохо-

дящей через брикет исследуемого вещества, помещенный в плати-

новый тигель, соединяется с платиновой трубкой. Сжигание ве-

щества в тигле происходит при пропускании электрического тока.

К бомбе прилагаются особая подставка для установки крыш-

ки бомбы на время присоединения концов проволоки, два гаечных

ключа и никелированная трубочка для соединения калориметри-

ческой бомбы с редуктором, привинченным к кислородному балло-

Наружный оосуд имеет две стенки, между которыми наливает-

ся вода комнатной температуры. С помощью электрического реле,

соединенного с контактным термометром и электронагревателем,

температура поддерживается постоянной. Отклонения допустимы

в пределах

На дне сосуда имеется эбонитовая крестовина, на которую

калориметрический сосуд. Кроме

на крынке сосуда

имеются приспособления для

и приведения в

вие

для удержания термометра Бекмана, лупы, через

которую отсчитывают показания

т.д.

Калориметрический сосуд, снаружи и изнутри покрытый нике-

лем, заполняют обычно дистиллированной водой, которая

тепло, образующееся при сжигании вещества в

ческой бомбе.

В калориметрический сосуд устанавливают мешалку, состоя-

щую иа

пластинок с отверстиями. Пластинки

расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и прикреп-

лены к стержню, который можно передвигать по вертикали. При

наиболее низком положении мешалки ее нижняя пластинка не дол-

жна касаться дна калориметра; в поднятом положении верхняя

пластинка находится в

см от поверхности воды в сосуде. Та-

образом, мешалка равномерно размешивает

В отверстие

верхних двух пластинок мешалки входит нижняя часть

приводится в движение электромотором и должна делать

60-70 движений в минуту.

Для измерения температуры воды в калориметрическом сосу-

де применяется метастатический термометр

который

снабжен делениями от 0 до 5°. Шкала термометра разделена на

сотые части градуса, но при помощи лупы

производить от-

счеты с

Требования, предъявляемые к помещению

Комната, предназначенная для проведения калориметрических

опытов, должна быть отдельной, непроходной, достаточно простор-

ной и

постоянной температурой в течение рабочего

дня и в разное время года.

чтобы окна выходили на

север и тем самым комната защищалась от влияния солнечных лу-

чей. Лучше всего проводить опыты в затемненной комнате. Кало-

риметр должен быть удален от батареи центрального отопления

- 77 -

(или печей), чтобы исключить влияние сильных воздушных тече-

ний.

Взятие проб для определения

калорийности

Как разные виды растений, так и разные органы одних и

тех же растений имеют

химический состав, а сле-

довательно, обладают разной теплотворной способностью иди ка-

лорийностью. Поэтому растения, из которых составляется обра-

зец, должны быть типичными для данного поля или опытного участ-

ка. Если нужно составить средний образец из целых растений,

необходимо проследить, чтобы в этот образец попали все

ор-

ганы и обязательно в соответствующих пропорциях.

Если растения имеют небольшой вес (2-5 г) сухого вещества

(пшеница, рожь, ячмень и

тогда отбирают

образца по

20-30 типичных для данного участка растений. Образцы взвешива-

ют, помещают в марлевые мешочки и для прекращения деятельности

ферментов их держат над кипящей водой

после чего

высушивают до воздушносухого состояния и берут на анализ.

В большинстве же случаев целесообразно расчленить взятые

образцы растений на отдельные органы, взвесить их раздельно в

сыром и

состоянии, определить калорийность каж-

дого органа и, суммировав результаты, найти калорийность целых

растений.

У крупных растений (свекла, картофель и др.) из

ти-

пичных растений для образца отбирают часть органов. Например,

корнеплоды свеклы разрезают на 4-8 частей по длине и в образец

берут одну часть от каждого корнеплода. Во всех случаях обра-

зец воздушносухого вещества должен иметь вес не менее

г.

Для определения калорийности целесообразно пользоваться

теми же пробами, которые берут для определения химического

состава отдельных органов растений, так как отбор проб и пред-

варительная их подготовка должны быть одни и те же.