Способ определения скорости пасоки в проводящих пучках травянистых растений в ювенильном возрасте

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1644810 А УОО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТВУ Р СКОМУ)Е. Е 1 е КогпрепзаТЬегеоееИгзпеп анз 1 гоее, Бег Оеоб % - з. 514-529,ЛЕНИЯ СКОРОСТЩИХ ПУЧКАХ ТРАВ В ЮВЕНИЛЬНО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР 21) 460515 М 1522) 12,10.8846) 30,04.91. Бюл. ЬЬ 16Р 1) Московский гидромелиоративный и(72) Л. Г. Прищеп, Ю. М Ю. Х. Шогенов и А, С. С (53) 63151,9:581,53(088 (56) НоЬег В, ЗСЬпйбт.11 опзаетпобе гог Меззоп 9 1 апцзааеп з Вокал. без., 19375, Вб (54) СПОСОБ ОПРЕДЕ ПАСОКИ В ПРОВОДЯ НИСТЫХ РАСТЕНИЙ ВОЗРАСТЕ Щ Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к биофизике растений. Целью изобретения является повышение точности измерения при сохранении прочности тканей и естественного физиологического состояния растений, В процессе реализации способа пучок 1 света разделяется на два луча, которые проходят через растение. В корневую систему растения подают окрашенный питательный раствор. Нижний 7 и верхний 8 фотоприемники регистрируют моменты ослабления светового потока, которые свидетельствуют о прохождении раствора мимо соответствующих фотоприемников 7 и 8. Данный интервал времени регистрируется и по этой величине определяется скорость пасоки, 5 табл 7 ил,МИзобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к биофизике растений.Целью. изобретения является повышение точности измерения при сохранении . целостности тканей и естественного физиологического состояния растений.На фиг, 1 показано устройство для реализации способа; на фиг. 2 и 3 - потенциалы действия растений при различных уровнях облучения; на фиг. 4 - срез стебля растения в процессе проведения способа; на фиг. 5, 6 и 7 - графики изменения интенсивности световых пучков для различных расстояний между зондирующими элементами,Способ осуществляют в следующей последовательности.В качестве обьекта исследований быливыбраны двухнедельные растения огурца ТСХА - 575. Пучок 1 света(для удобства можно использовать в качестве источника света лазер) проходит через фильтр(поляризационный) 2 и с помощью оптической. системы, состоящей из полупрозрачного 3 и отражающего 4 зеркал, делится на два зондирующих элемента - световых пучков одинаковой интенсивности, которые направляются зеркалами в зондируемые нижнюю 5 и верхнюю 6 точки, Диаметры пучков составляют в данном случае по 2 мм, Здесь диаметры падающих пучков света должны быть меньше диаметров стебля в точках зондирования, чтобы свет мог рассеиваться именно структурными составляющими стебля растения. Максимальная плотность мощности излучения в данном примере составила 40 Вт/м, что в несколько раз ниже дневного солнечного облучения растений, Свет, рассеянный от частиц, движущихся в проводящих пучках, а также неподвижных структур древесного слоя растения в плоскости рассеяния света попадает соответственно зондируемым точкам на нижний 7 и верхний 8 фотоприемники. Сигнал от фото элементов через измерительный усилительпостоянного тока 9 и 10 фиксируется на самописце 11. В стебель растения 12 из окрашенного питательного раствора, находящегося в сосуде 13, растворенные в питательном растворе в концентрации 1:50000 молекулы органического красителя (метиле.новый синий) после частичной метаболизации в корневых волосках вместе с водой поступают в ксилему - инертную проводящую систему, по которой они в водном растворе беспрепятственно передвигаетсявверх по растению 12, окрашивая стенки сосудов, частично соединяясь с дубильными веществами, Как только окрашенный водный раствор дойдет до зондируемых зон стебля 12 растения, молекулы органическо го красителя и окрашенные стенки сосудов начнут поглощать часть рассеянного пучка света(например, красного). При этом уменьшаются фототоки последовательно сначала на нижнем 7 потом на верхнем 8.фотоприемниках, что и фиксируется двухканальным самописцем 11, Зная время Т (например, по самописцу), за которое окрашенный раствор проходит от нижней до верхней зондируемых эон, а также расстояние . между 10 эондируемыми точками, можно определить среднюю скорость Ч водного тока в сосудах растений по формулеЧ = - 360 (см/ч).1ТНижняя зондируемая точка 5 выбирается выше корневой шейки растений, а верхняя точка (в данном примере) находилась на 15 мм выше нижней. Такое расположение 15 сеянным светом от верхнего пучка 6 на нижний фотоприемник 7 и соответственно рассеянным светом от нижнего пучка 5 на верхний фотоприемник 8 (погрешность не 25 должна быть больше 1-5 от измеряемой величины), С другой стороны на таком расстоянии сохраняется достаточная для измерений структурная однородность по вертикальной оси растения 12, Для подопытных растений однородность по вертикальной оси растения 12 сохранялась с незначительными отклонениями (1-5 от 30 измеряемой величины) в пределах 15-30 В табл. представлена зависимость площади поперечного сечения ксилемных пучков от расстояния между зондируемыми точками по вертикальной оси стебля растений огурца ТСХА Для устранения влияния на фотоприемники 7 и 8 внешних источников света изучаемый участок стебля 12 на время измерения помещался в светонепроницаемую коробку 40(например, бумажную) с отверстиями для 45 проникновения пучков света,Для осуществления способа необходимо подобрать концентрацию органического красителя (например, метиленовый синий) в 50 питательном растворе, которая не повлияла бы негативно на физиологическое состояние растения. Исследовались следующие концентрации красителя в питательном растворе: 1:1000; 1:10000; 1:20000; 1:35000; 1;50000, При этом корневую систему опытных растений 12 помещали в сосуды с окрашенным питательным раствором на 2 ч. Это время соответствует максимальной продолжительности опытов с применением окрашенных растворов. Затем растения 20 между эондируемыми точками 5 и 6 обосновывается погрешностями, вносимыми рас помещали в обычный питательный раствор(Аргона-Хогланда или Кнопа) и следили эаега состоянием в течение 15 дней, Повторность опытов на каждый вариант 12-кратная. Результаты экспериментовпредставлены в табл. 2, из которой следует,что у всех растений с концентрацией красителя в питательном растворе 1;50000 не наблюдалось нарушение жизнедеятельностипо внешним признакам, Таким образам, дляосуществления способа был выбран окрашечный питательный раствор с концентрацией красителя 1:50000. Опыты сопределением концентрации красителяпроводились для растений огурца, томатови перца.Известно, что универсальным показателем функционального состояния растенийслужат биоэлектрические потенциалы(БЭП), измеряемые между различными участками растений.На любое ступенчатое воздействие растение реагирует генерацией потенциалов,действия.Поэтому для выбора интенсивностипадакгщего на растение световога пучка использовался данный экспресс-информативный электрафизиалагическийпоказатель,Для измерений разности БЭП ммежду основанием 14 и верхушкой 15 растения 12использовались неполяризующиеся датчики - хлорсеребряные электроды ЭВЛМ 18и 17, которые подсоединялись к соответствующим точкам 14 и 15 растения с помощьюхлопчатобумажных фитилей, смоченных водопроводной водой, Далее сигнал через измерительный усилитель рН18 поступална самописец 19,Для точного измерения скорости водного тока необходимо опросить также суммарную мощность падающего на растение 12светового пучка, не вызывающую нарушение функционального состояния растения12, но достаточную для проведения измерений, По амплитуде потенциала действия(фиг. 2 и 3) можно определить отклонение атфункционального состояния растений 12.Интенсивность светового пучка фиг. 1)после прохождения поляризационнагофильтра 2 изменялась по законуф=фсзп %где В/о - мощность светового пучка до поляризационнога фильтра;а - угол павррота поляризатора светавокруг оптической оси светового пучка,3 ная диаметры пучков света б 1=б 2= =2 мм, а также мощности излучения Вточках 5 и б, можно определять суммарную плотность мощности излучения, падающую на растения, па формулер РЯ21В табл. 3 и 4 представлены реакции растений 12, а также Время восстановления Т стационарного. уровня записи потенциала действия в зависимости ат мощности Р, падающего на стебель растения 12, Иэ табл, 3 видно, чта амплитуда потенциала действия уменьшается с уменьшением интенсивности излучения, Максимальная платность мощности излучения, не вызывающего изменения функцианальнога состояния растений изменяется В пределах до 100 Вт/м, Из табл. 4 видно, что время восстановления вазбужденнаго состояния растения составляет 10 - 15 мин, На фиг, 2 и 3 представлены и потенциалы действия п 2 аи интенсивностях излучения Р=405,8 Вт/м и Р=163,2 Вт/и для двухнедельных растений огурца ТСХА. Стрелками указаны моменты начала Воздействия пучков 1 света и момент выхода биоэлектрических потенциалов иа естестВенный уровень 2.Дополнительно, для контроля измерялискорость водного тока в проводящих пучках растения па расходу жидкости, Срезы поперечного сечения стебля растения проводили на микросхеме, а фотографирование соезов на микроскопе МИ. Общую площадь сечения окрашенных ксилемных пучков на по. перечном срезе определяли способомпланиметрии фиг. 4). Таким же образом апределяль аднароднсс-,ь по Вертикальной оси подопытных растений 12,Таким образам, зная линейное увеличение (фиг. 4) Ч=40, общую площадь сечения ксилемных пучков Я (мм ), расход воды ммз), эа время опыта г=-14 ч, необходимого для проведения праВерачных опытовможно точно определить расход тока в растениях го формуле О 2 О 1 бо105 т 5 - тОпытные проверочные эксперименты проводились при одинаковых внешних климатических услаьиях.Сравнительный анализ опытных и проверочных экспериментов, проведенных при одинаковых внешних климатических факторах показал дсставернасть определения скорости течения водного тока В проводящих пучках растения па данному способу.В табл. 5 приведены данные измерения скорости течения ВОднОГО така В проВодящих пучках растений па предлагаемамуспосабу и по расходу жидкости при различных1644810 Таблица 1 Расстояние между зондируемыми точками, мм Площадь поперечного сечения ксилемных пучков по порядковому номеру астения, мм1882 1894 1848 1824 1711 1757 1712 1689 1646 1630 1623 1607 1554 1523 1503 1497. 2082 2032 2014 1983 1963 1926 1904 1882 2021 2006 1987 1962 1924 1898 1870 1852 5 10 15 20 25 30 35 40 2148 2131 2097 2044 2021 2004 1967 1933 1624 1630 1609 1578 1542 1523 1501 1465 значениях освещенности растений огурца ТСХА - 575.Строительные измерения скорости течения водного тока в проводящих пучках растения велись при одинаковых (искусрвенных) внешних климатических факторах. Анализ табл. 5 подтверждает точность измерений по предлагаемому способу. Важно отметить, что среди физических факторов внешней среды, определяющих скорость водного тока, на первой место надо поставить освещенность.П р и м е р 1, Трехнедельные растения огурца "Эстафета" помещают в сосуд с окрашенным питательным раствором в концентрации 1:5 ОООО. 8 качестве органического красителя применяют метиленовый синий. Далее пб описанной схеме направляют на стебель растения два зондирующих пучка света, причем расстояние ду зондируемыми точами 20 мм, На ленте самописца (см, Фиг. 6) определяют время между последовательными отклонениями Фототоков фотоприемников 7 и 8 (Т=400 с). Затем определяют скорость водного тока в проводящих пучках растения (Ч=18 см/ч). Плотность мощности излучения в этом опыте составляет РВт/м,П р и м е р 2, Растения томатов "Агата" в месячном возрасте помещаем в сосуд с окрашенным питательным раствором в концентрации 1:50000. Далее направляют на стебель растения два параллельных зондирующих пучка света с общей интенсивностью излучения 100 Вт/м 2, Расстояние между зондируемыми точками 5 и 6 равно 30 мм. На ленте самописца(фиг. 7) определяют время Т=180 с. Скорость водного тока Ч=60 см/ч. П р и и е р 3. Растения перца Болгарский в трехнедельном возрасте помещают в .сосуд с окрашенным питательным раствором в концентрации 1:50000, В качестве ор ганического красителя используютметиленовый синий. На стебель растения направляем два зондирующих пучка света, причем расстояние между зондируемыми точками 5 и 6 составляет 15 мм. На ленте 10 самописца(фиг, 5) определяют время междупоследовательными отклонениями фототоков Фотоприемника 7 и 8 (Т=720 с). Затем определяют скорость водного тока в проводящих пучках растения Ч=7,5 см/ч, 15формула изобретения Способ определения скорости пасоки впроводящих пучках травянитых растений 20 в ювенильном возрасте, включающий размещение двух зондирующих элементов один над другим на определенном расстоянии, фиксирование времени. прохождения потоком пасоки расстояниямежду зоидиру ащими элементами стебля растения и определение скорости течения потока пасоки, о тличающийся тем,что,сцельюповыаения очности измерения при сохранении целостности тканей и естественного 30 Физиологического состояния растения, вкорневую систему подают окрашенный питательный раствор, в качестве зондирую. щих элементов используют световыез пучкиинтенсйвностью не более 100 Вт/м,.а мо мент времени прохождения пасоки йо растению определяют по уменьшению светового патака в пучке, причем точки зондирования устанавливают между соседними седлами стебля растения.401644810 10 Таблица 2 Влияние концентрации красителя в питательном растворе на функциональное состояние растенийКоличество нормально-Функционирующих растенийпо внешним признакам на заданной концентрациик асителя в питательном аство е Растения перца БолгарскийРастения огурца ТСХА - 5751:1000 1:20 ООО 1:35000 1:50000 Таблица 3 Зависимость амплитуды потенциала действия растения от интенсивности возбуждающего излучения световых пучков ПЛОТНОСТЬ МОЩНОСТИСВЕТОВОГО ИЗЛЧЕНИЯР, Вт/м Значения амплитуды потенциала действия растения, вызываемоговозбуждающим излучением пучков света заданной интенсивности,МВ Растения томата РиантоРастения огурца ТСХА - 575Растения перца Болга ский20,2 +2,6 5,7 + 0,4 0,7 ф 0,2 Р 405,8 й 6,5Р/2Р/4Р/10 14,6 + 1,9 3,5 й 0,4 0,7 + 0,3 17,4 ф 4.13,2 ф 0,70,6 ф 04 Таблица 4 Время восстановления возбужденного состояния растений при различных интенсивностях падающего светового пучкан и е. Зондирующие световые пучки больаой интенсивности, напримервыше 100 Вт/м, могут вызвать изменение функционального состояниярастения (о чем свидетельствуют потенциалы действия), Это можетповлиять на измерения по определению скорости водного тока и проводящих пучках растения,Концентрация органического красителя - метиленового синего - в питательном растворе КолиЧество суток после 2-часовой экспозиции окрашенного питательногоо раствора на корневую систему растения 5 15 5 15 5 15 5 15 5 15 4 8 1 12 6 12 12 3 7 11 7 12 12 5 8 2 11 6 12 121644810 Составитель С,КуваеваРедактор Н,Швцдкая Техред М.Моргентал, Коррект е Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 1300 ВНИИПИ Г Тираж 400 Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Рауаская наб 4/5