Способ диагностики функционального состояния растений

 

Изобретение относится к физиологии растений и может быть использовано в сельском хозяйстве при оценке физиологического состояния растений и их адаптации к неблагоприятным условиям среды. Цель изобретения - повышение точности диагностики и снижение 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 окружающей средой, по которым определяется разность температур между растением и средой как средняя для всех листьев, после чего определяют тепловые потери в единицах мощности по соотношению Q =LE + ΑΔТ, где L - удельная теплота парообразования

α - коэффициент теплопередачи

ΔТ - 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 теплопередачу 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.

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 14967 (51) 4 А 01 С 7/00

НСЕСОЮЗНЯЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЛАТЕН1Л к ...„";ECCH

E, iÁÀ .1O: l :,ë, И

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4100723/31-15 (22) 05.08,86 (46) 30.07.89. Бюл. Р 28 (71) Институт физиологии и биохимии растений AH МССР (72) Н.С.Балаур и М.И.Копыт (53) 631.1 (088.8) (56) Петербургский А.В. Агрохимия и физиология питания растений. М., 1981, 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 неблагоприятным условиям среды. Цель изобретения повышение точности диагностики и снижение 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

Изобретение относится к физиологии растений и может быть использовано в сельском хозяйстве при оценке физиологического состояния растений и их адаптации к неблагоприятным условиям среды, а также решении смежных задач.

Целью изобретения является повышение точности диагностики и снижение трудоемкости.

На чертеже представлены графики изменения тепловых энергетических

2 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 Q = LE + 0 6 Т,где

L — удельная теплота парообразования; Ы вЂ” коэффициент теплопередачи;

Q Т вЂ” 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 теплопередачу 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. потерь (а) и изменения отношения сырой биомассы к сухой (б) в ответ на насыщение почвы водой до полной вла-, 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 растеЬТ;S;

ЬТ = — — — — =

:.Б ) 35 1453+71 ° 18+150 8

А Х

13,9

Q = ЬК+ ЬТ, r

0,.017 - — - . ч см

3 1496703 ний (Е} и разности температур между листьями и окружающей средой, по которым определяют разность температур между растением и средой, как средняя для всех листьев (Т). Тепловые потери определяются в единицах мощности по формуле

Q LE4eL<Ò где L — - удельная. теплота парообра- 1р зования, являющаяся линейной функцией. от температуры;

Й вЂ” коэффициент теплопередачи, который определяется предварительно опытным путем с по- 15 мощью листовой модели.

При изменении условий окружающей среды по динамике тепловых потерь оценивается изменение функционального состояния растений. 20

Пример 1. Необходимо рассчитать тепловые потери с единицы площади растений кукурузы на фазе

3-х листьев, находящихся при 25 С. о

Пусть В - текущее значение транспирации растений. В таком случае скорость транспирации воды с единицы листовой поверхности

 — В

t 1-

11 tNKS;

J где Q t — промежуток времени между измерениями В и В;,;

N — - количество растений.в из мерительной камере;

S — площадь j-ro листа.

В данном примере 6 t = 1 ч, j

З,так как растения находятся в фазе 3-х листьев N-5 растений кукурузы, т.е. полученное значение транспира-, 45 ции среднее по 5 растениям.

Значения S определяются плани,1 метрически, как средние для всех растений, находящихся в измерительной а z . камере. S(5,3 см; S = 7,1 см; 45

S = 1,5 см; QS) = 13,9 см

Текущие значения транспирации соответственно равны B = 74,3 r;

В, = 73,1.

74аЗ г — 73 1 г

1 ч 5 13,9 см сти листовой пластины и растения при этом не повреждаются. В данном примере

ЬТ< = 1,4 С Ьта = 198 С» Ьтз

= 0,8 С.

При этом доверительный интервал при уровне значимости 95Х не превыо шает 0,2 С. Уровень доверительного

,интервала + 0,2 С выбран исходя из

I .,того, что погрешность датчика изме рения разности температур лист-воздух лежит в этих пределах. Например, для каждого 2-го листа растений кукурузы, для которых взят данный при1 мер, в данном интервале времени значения измерений h Т второго листа составили 1,80 С; 1,86 С; 1,76 С. Результат математической обработки дает величину ЬT = 1,81 «+ 0 12 С, т,е. доверительный интервал входит в указанный предел 0,2 С.

Среднюю температуру растения определяют как среднюю по его листьям.

Это допущение принято по причине того, что теплообмен растений со средой в основном определяется теплообменом между листьями и окружающим воздухом. Таким образом, в нашем примере

1,50С.

Скорость тепловых потерь где Т, — удельная теплота парообразования воды — линейная функция от температуры;

Ы вЂ” коэффициент теплопередачи.

Для температуры 25 С - L =

2532 Дж/г. Коэффициент Ы определен экспериментально с помощью листовой модели, на которую подавалась электрическая мощность P. При этом фиксировалось измерение разности температур между моделью и воздухом

Ом.

Разность температур между листья:ми и воздухом 6Т> определяют для каждого уровня листьев как среднюю .по 3-4 измерениям, причем измерение температуры осуществляют с поверхноP 2

М = — — — = 4,0 мВс/см град, ЬТ„

Таким образом, тепловые потери растений кукурузы с единицы листовой поверхности составляют

1496 70

С! = LE +КЬТ, Q = 2532 Дж/г 0,0 17 г/ч см +

+ 4,0 мВт/см град 1,5 С = 11,9 +

+ 6,0 = 17,9 мВт/см

Измерение предлагаемым способом проводят в условиях контролируемого климата.

Пример 2, Необходимо оценить динамику физиологического состояния растений кукурузы (гибрид М 257) 1ð на фазе трех листьев в процессе их адаптации к переувлажнению почвы.

Оценку осуществляют по традиционным физиологическим параметрам: удельной скорости прироста сухой био- 15 массы (в пересчете на r сухой биомассы); содержанию воды в тканях; а также предлагаемым способом — по изменению тепловых потерь растений.

Растения в вегетационных сосудах 20 выращивают в установке искусственного климата в нормальных для кукурузы условиях (температура воздуха +22 С, фотопериод 16 ч, влажность почвы

603 от ПВ). По достижении растениями 25 фазы трех листьев вегетационные сосуды насыщают водой до полной влагоемкости. 3а трое суток до начала действия стресса и вплоть до окончания испытаний с интервалом в 1 сут берут 30 пробы на определение сухой биомассы

W и содержание воды в тканях, о котором судят по отношению сырой биомассы W к сухой Мс. Тепловые потери растений определяют по непрерывным измерениям транспирации и разности температур между листьями всех ярусов и окружающей средой (см. чертеж).

Как видно из чертежа, "всплеск" тепловых потерь после залива сопро- 4р вождается соответствующими изменениями других физиологических параметров, характеризующих адаптивную реакцию растений на залив. Стабилизация всех параметрбв наступает через 5 сут

45 после залива, что свидетельствует об адаптации растений к изменившимся условиям произрастания. Новый стационарный уровень тепловых потерь характеризует новое (адаптированное) физиологическое состояние растительного

3 6 организма. Поскольку тепловые потери являются интегральным параметром, зависящим от всей совокупности процессов, протекающих в растении, их изменение (h Q) может служить количественной мерой при оценке функционального состояния растительного орГанизма.

Примеры, а также проверка способа на других видах стресса (ниэкие и высокие температуры) позволяют прийти к заключению, что тепловые энергетические потери могут количественно характеризовать физиологическое состояние растительного организма в изменяющихся условиях окружающей среды 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 йс 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

Q по формуле где L — удельная теплота парообразования воды; о вЂ,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 его адаптацию к изменению условий произрастания.

1496703

СУи7й и

1 2 3 9 3 Ы 7 8 9 1

Ю,O

П7КЦ

Редактор М.Вандура

Заказ 4347/3 Тираж 621 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Ю, мат

СН

1 2 Э 9 5 6 7 8 9 10

Составитель А.Сизов

Техред А, Кравчук Корректор М. Шароши