Способ диагностики функционального состояния растений

(19) (11) 0 51 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВСЕСОВЗНЯЯ А 1 ЕН 10 у;д,щ Б БА 1 Ол, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И тношения сыв ответ на рь (биом и изменениясы к сухой (бпочвы водой д п к изиологи Изобретение относрастений и может быт использованопри оценке физио растений и их полнои вла-,асыще сельском хозяиств стоян благо гического с иятным условия пта к смежных зад вляется пов тики и сниж еше реды, а такж Целью изоб ение точност ие трудоемко На чертеже(71) Институт физиологии и биохимиирастений АН МССР(56) Петербургский А.В. Агрохимияи физиология питания растений, М1981, с. 24,(54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ РАСТЕНИЙ(57) Изобретение относится к физиологии растений и может быть использовано в сельском хозяйстве при оценке физиологического состояния растений и их адаптации к неблагоприятнымусловиям среды. Цель изобретенияповышение точности диагностики иснижение трудоемкости. Для осуществления способа на растения прикрепляют датчики, с помощью которых измеряют скорость транспирации воды с единицы листовой поверхности (Е) и разность температур между листьями и изменения тепловых энергетически окружающей средой, по которым опреде ляется разность температур между растением и средой как средняя для всех листьев, после чего определяют тепловые потери в единицах мощности по соотношению С 1 = ЬЕ + Ы, Ь Т,где Ь - удельная теплота парообразования; Ы - коэффициент теплопередачи;Ь Т - средняя температура растения. После измерения стационарного уровня тепловых потерь на растения воздействуют стрессовым фактором, что приводит к "всплеску" тепловых потерь и последующей стабилизации этих значений на новом стационарном уровне. Таким образом, определение тепловых потерь растительного организма как суммы потерь на транспирацию и тепло- передачу позволяет по стационарному уровню тепловых потерь оценивать физиологическое состояние организма в данных условиях среды, а по динамике тепловых потерь оценивать адаптацию к изменению условий произрастания. 1 ил. гоемкости,Способ осуществляют следующим образом.На растения, находящиеся в данных условиях окружающей среды, прикрепляют датчики, с помощью которых измеряют скорость транспирации воды с единицы листовой поверхности расте3 1496703ний (Е) и разности темцератур междулистьями и окружающей средой, по которым определяют разность температурмежду растением и средой, как средняя для всех листьев (Т). Тепловыепотери определяются в единицах мощности по формулеЦЬЕ+оБЬТ,где Ь - удельная. теплота парообра Озования, являющаяся линейнойфункцией, от температуры;Й - коэффициент теплопередачи,который определяется предварительно опытным путем с помощью листовой модели.При изменении условий окружающейсреды по динамике тепловых потерьоценивается изменение функционального состояния растений. гоП р и м е р 1. Необходимо рассчитать тепловые потери с единицыплощади растений кукурузы на фазе3-х листьев, находящихся при 25 С.оПусть В- текущее значение транспирации растений. В таком случаескорость транспирации воды с единицы листовой поверхностиВ - В1-111т евЬсХ 2.Бгде Ь С - промежуток времени междуизмерениями Ви В;,;Я - количество растений,в измерительной камере;Б - площадь 1-го листа.В данном примере 6= 1 ч,З,так как растения находятся в фазе 3-х листьев Ярастений кукурузы,т.е. полученное значение транспира-, 4 Оции среднее по 5 растениям.Значения Б определяются плани,1метрически, как средние для всех растений, находящихся в измерительнойа г. камере. Б 1 = 5,3 см; Б = 7,1 смБ= 1,5 см ;Б) = 13,9 смТекущие значения транспирации соответственно равны В = 74,3 г;73,1.74 аЗ г - 731 г1 ч 5 13,9 см сти листовой пластины и растения приэтом не повреждаются. В данном примере ЬТ = 1,4 С; Т = 1,8 С; ЬТз== 0,8 С.При этом доверительный интервалпри уровне значимости 953 не превыошает 0,2 С. Уровень доверительного,интервала + 0,2 С выбран исходя из,того, что погрешность датчика измеФения разности температур лист-воздух лежит в этих пределах. Например,для каждого 2-го листа растений кукурузы, для которых взят данный пример, в данном интервале времени значения измерений а Т второго листа составили 1,80 С; 1,86 С; 1,76 С. Результат математической обработкидает величину ЬТ = 1,81 + 0,12 С,т,е. доверительный интервал входитв указанный предел 0,2 С,Среднюю температуру растения определяют как среднюю по его листьям.Это допущение принято по причинетого, что теплообмен растений сосредой в основном определяется теплообменом между листьями и окружающимвоздухом. Таким образом, в нашемпримере 1,5 фС.Скорость тепловых потерь где Т, - удельная теплота парообразования воды - линейная функция от температуры;Ы - коэффициент теплопередачи.Для температуры 25 С - Ь = 2532 Дж/г. Коэффициент Ы определен экспериментально с помощью листовой модели, на которую подавалась электрическая мощность Р. При этом фиксировалось измерение разности температур между моделью и воздухом Ом.Разность температур между листьями и воздухом ЬТ определяют для каждого уровня листьев как среднюю по 3-4 измерениям, причем измерение температуры осуществляют с поверхноР 2М = --- = 4,0 мВс/см град, ЬТТаким образом, тепловые потерирастений кукурузы с единицы листовойповерхности составляют+ 6,0 = 17,9 мВт/смИзмерение предлагаемым способомпроводят в условиях контролируемогоклимата,П р и м е р 2, Необходимо оценить динамику физиологического состояния растений кукурузы (гибрид М 257) 1 Она фазе трех листьев в процессеих адаптации к переувлажнению почвы.Оценку осуществляют по традиционным физиологическим параметрам:удельной скорости прироста сухой биомассы (в пересчете на 1 г сухой биомассы); содержанию воды в тканях;а также предлагаемым способом - поизменению тепловых потерь растений.Растения в вегетационных сосудах 20выращивают в установке искусственного климата в нормальных для кукурузыусловиях (температура воздуха +22 С,фотопериод 16 ч, влажность почвы603 от ПВ). По достижении растениями 25фазы трех листьев вегетационные сосуды насыщают водой до полной влагоемкости, За трое суток до начала действия стресса и вплоть до окончанияиспытаний с интервалом в 1 сут берут 30пробы на определение сухой биомассыИ и содержание воды в тканях, о котором судят по отношению сырой биомассы 1 к сухой Ус. Тепловые потерирастений определяют по непрерывнымизмерениям транспирации и разноститемператур между листьями всех ярусов и окружающей средой (см. чертеж).Как видно из чертежа, "всплеск"тепловых потерь после залива сопро Овождается соответствующими изменениями других физиологических параметров,характеризующих адаптивную реакциюрастений на залив, Стабилизация всехпараметрбв наступает через 5 сут45после залива, что свидетельствует обадаптации растений к изменившимсяусловиям произрастания. Новый стационарный уровень тепловых потерь характеризует новое (адаптированное) физиологическое состояние растительного.з 6организма. Поскольку тепловые потери еявляются интегральным параметром,зависящим от всей совокупности процессов, протекающих в растении, ихизменение ( Д Я) может служить количественной мерой при оценке функционального состояния растительногоорганизма,Примеры, а также проверка способана других видах стресса (ниэкие ивысокие температуры) позволяют прийти к заключению, что тепловые энергетические потери могут количественнохарактеризовать физиологическое состояние растительного организма визменяющихся условиях окружающейсреды и адаптацию растений к ним. Формула изобретения Способ диагностики функционального состояния растений, включающий измерение физиологического показателя растений, по значению которого оценивают функциональное состояние до и после воздействия неблагоприятным фактором, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения точности диагностики и снижения трудоемкости, в качестве физиологического показателя непрерывно измеряют транспирацию растений Е, дополнительно измЕряют разность температур между листьями и окружающей средой Ь Т, определяют тепловые потери Я по формуле где- удельная теплота парообразования воды;Ы в ,коэффициент теплопередачи,определяемый предварительно,опытным путем,при этом по стационарному уровню тепловых потерь оценивают функциональное состояние растения в данных ус"ловиях среды, а по динамике изменения тепловых потерь оценивают егоадаптацию к изменению условий произрастания.2 3 э 8 Ы Ю,О Я 6 7 8 910 Составитель А.СизРедактор М.Вандура Техред А.Кравчук к тор М. Шароши Заказ 4347/3 Тираж 621 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушскаянаб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1