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

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5t)5 А 01 G 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1 (21) 4605155/15 (22) 12.10.88 (46) 30.04.91. Бюл. М 16 (71) Московский гидромелиоративный институт

{72) Л. Г. Прищеп, Ю. M. Романовский, Ю. Х. Шогенов и А. С. Степанян (53) 631.51.9:581 53(088.8) (56) НоЬег В. Schmidt Е. Е1е Когпрепзаtionsmethode zur Thermoelektrishen

Messung iangsameh sattstrbme, Бег Оеоб

Вомп. Ges., 19375. Bd % — s. 514-529, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ

ПАСОКИ 8 ПРОВОДЯЩИХ ПУЧКАХ ТРАВЯНИСТЫХ РАСТЕНИЙ 8 ЮВЕНИЛЬНОМ

ВОЗРАСТЕ.,51J, (644810 А1 (57) 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, 8 процессе реализации способа пучок 1 света разделяется на два луча, которые проходят через растение. B 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.

1644810

Изобретение 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 были выбраны 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 усилитель постоянного тока 9 и 10 фиксируется на самописце 11. 8 стебель растения 12 из окрашенного питательного раствора, находящегося в сосуде 13, растворенные в питательном растворе в концентрации 1:50000 молекулы органического красителя (метиленовый синий) после частичной метаболизации в корневых волосках вместе с водой поступают в ксилему — инертную проводящую систему, по которой они в водном растворе беспрепятственно передвигается вверх по растению 12, окрашивая стенки сосудов, частично соединяясь с дубильными веществами. Как только окрашенный водный раствор дойдет до зондируемых зон стебля 12 растения, молекулы органического 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 T (например, по самописцу), за которое окрашенный раствор проходит от нижней до верхней зондируемых эон, а также расстояние L между

10 эондируемыми точками, можно определить среднюю скорость Ч водного тока в сосудах растений по формуле

Ч = — 360 (см/ч).

Т

Нижняя 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 1-5ф 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 (1-57 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-575

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 окра55 шенных растворов. Затем растения

20 между эондируемыми точками5и бобосновывается погрешностями, вносимыми распомещали в обычный питательный раствор (Аргона-Хогланда или Кнопа) и следили эа ега состоянием в течение 15 дней, Повторность опытов на каждый вариант 12-кратная. Результаты экспериментов представлены в табл. 2, из которой следует, что у всех растений с концентрацией красителя в питательном растворе 1;50000 не наблюдалось нарушение жизнедеятельности по внешним признакам, Таким образам, для осуществления способа был выбран окрашечный питательный раствор с концентрацией красителя 1:50000. Опыты с определением концентрации красителя проводились для растений огурца, томатов и перца.

Известно, что универсальным показателем функционального состояния растений служат биоэлектрические потенциалы (БЭП), измеряемые между различными участками растений.

На любое ступенчатое воздействие растение реагирует генерацией потенциалов .действия.

Поэтому для выбора интенсивности падакгщега на растение световога пучка использовался данный экспресс-информативный электрафизиалагический показатель, Для измерений разности БЭП мме>кду Основанием 14 и верхушкой 15 растения 12 использовались неполяризующиеся датчики — хлорсеребряные электроды ЭВЛ-3М 18 и 17, которые подсоединялись к соответствующим точкам 14 и 15 растения с помощью хлопчатобумажных фитилей, смоченных водопроводной водой. Далее сигнал через измерительный усилитель рН-340 18 поступал на самописец 19.

Для точного измерения скорости водного тока необходимо опросить также суммарную мощность падающего на растение 12 светового пучка, не вызывающую нарушение функционального состояния растения

12, но достаточную для проведения измерений. По амплитуде потенциала действия (фиг. 2 и 3) можно определить отклонение от функционального состояния растений 12.

Интенсивность светового пучка (фиг. 1) после прохождения поляризационнога фильтра 2 изменялась по закону

W-=NiîsIn а, где Wo — мощность светового пучка до поляризационнога фильтра; а — угол повррота поляризатора света вокруг оптической оси светового пучка, 3 ная диаметры пучков света d 1d2= =2 мм, а также мощности излучения в точках 5 и 6, можно определять суммарную плотнссть мощности излучения, падающую на растения, па формуле р yW 2

В 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 плотность 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 П2аи интенсивностях излучения Р=405,8 Вт/м и P= 1 03,2 Вт/и для двухнедельных растений огурца ТСХА575. Стрелками указаны моменты начала воздействия пучков 1 света и момент выхода биоэлектрических потенциалов иа естественный уровень 2.

Дополнительно, для контроля измеряли скорость водного — îêà в проводящих пучках растения па расходу жидкости. Срезы поперечного сечения стебля растения проводили на микросхеме, а фотографирование срезов на микроскопе МИ-15. Общую площадь сечения окрашенных ксилемных пучков на по. перечном срезе определяли способом планиметрии (фи-. 4). "аким же образом определяль аднараднсс-.ь па вертикальной оси подопытных -астений 12, Таким Образам, зная линейное увеличение (фиг. 4) V=40, общую площадь сечения ксилемных пучков S (мм ), расход воды (ммз), за времяапыта т=-14ч, необходимого для проведения проверочных Опытов,,мажBG точно определить расход тока в растениях г.а формуле

O V2 О1бо

10 Sr S — r

Опы Гные проверочные эксперименты проводились при одинаковых внешних климатических услаьиях.

Сравнительный анализ опытных и проверочных экспериментов, проведенных при одинаковых внешних климатических факторах показал достоверность определения скорости течения водного тока в проводящих пучках растения па данному способу.

В табл. 5 приведены данные измерения скорости течения ваднага TQKB B проводящих пучках растений па предлагаемамуспосабу и по расходу жидкости при различных

1644810 таблица 1

Расстояние между зондируемыми точками, мм

Площадь поперечного сечения ксилемных пучков по порядковому номеру астения, мм

1882

1894

1848

1824

1711

1757

1712

1689

1646

1623

1607

1554

1523

1503 l497.

2082

2032

2014

1983

1963

1926

1904

1882

2021

2006

1987

1962

1924

1898

1852

2148

2131

2097

2044

2021

2004

1967

1933

1624

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 (искусственных) 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.

Пример 1, Трехнедельныв растения огурца "Эстафета" помещают в сосуд с окрашенным питательным раствором в концентрации 1:50006. 8 качестве органического красителя применяют метиленовый синий. Далее пб описанной схеме направляют на стебель растения два зондирующих пучка света, причем расстояние между зондируемыми точками 20 мм. На ленте самописца (см. фиг. 6) определяют время между последовательными отклонениями фототоков фотоприемников 7 и 8 (T--400 с). Затем определяют скорость водного тока в проводящих пучках растения (V=18 см/ч). Плотность мощности излучения в этом опыте составляет Р-50 Bt «P., Пример 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/м2, Расстояние между зондируемыми точками 5 и 6 равно

30 мм. На ленте самописца(фиг. 7) определяют время T=180 с. Скорость водного тока

V=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 ор5 ганического красителя используют метиленовый 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 между последовательными отклонениями фототоков фотоприемника 7 и 8 (Т=720 с). Затем определяют скорость водного тока s проводящих пучках растения V=7,5 см/ч, 15

®ормула изобретения

Способ onðåäåëåíèÿ скорости пасоки в проводящих пучках травяни©тых растений

20 в ювенильном возрасте, включающий размещение двух зондирующих элементов один над другим на определенном расстоянии, фиксирование времени. прохождения потоком пасоки расстояниямежду зоидиру25 ющими элементами стебля растения и определение скорости течения потока пасоки, о тличающийся тем,что,сцельюповышения очности измерения при сохранении целостности тканей и естественного

30 физиологического. состояния растения, в корневую систему подают окрашенный питательный раствор, в качестве зондирую. щих элементов используют сввтовыез пучки интенсйвностью не более 100 Вт/м,.а мо35 мент времени прохождения пасоки rIo растению определяют по уменьшению светового патака в пучке, причем точки зондирования устанавливают между соседними седлами стебля растения.

1644810

Таблица 2

Влияние концентрации красителя в питательном растворе на функциональное состояние растений

Количество нормально-функционирующих растений по внешним признакам на заданной концентрации к асителя в питательном аство е

Растения перца

Болгарский

Растения томатов Рианто

Растения огурца

ТСХА — 575

1:1000

1:20060

1:35000

1:50000

Таблица 3

Зависимость амплитуды потенциала действия растения от интенсивности возбуждающего излучения световых пучков

ПЛОТНОСТЬ МОЩНОСТИ

СВЕТОВОГО ИЗЛ ЧЕНИЯ

Р, Вт/м

Значения амплитуды потенциала действия растения, вызываемого возбуждающим излучением пучков света заданной интенсивности, МВ

Растения томата Рианто

Растения огурца

ТСХА — 575

Растения перца Болга ский

20,2 +-2,6

5,7 0,4

0,7 "=0,2

Р 4058 й65

P/2

Р/4

Р/10

14,6+ 1,9

3,5 й0,4

07 й0,3

17,4 - 4.1

3,2 "=0,7

0,6 = 0,4

Таблица 4

Время восстановления возбужденного состояния растений при различных интенсивностях падающего светового пучка н и е. Зондирующие световые пучки большой интенсивности, например выше 100 Вт/м, могут вызвать изменение функционального состояния растения (о чем свидетельствуют потенциалы действия), Это может повлиять 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

t5

15

8

12

12

3

11

12

5

2

11

12

12 т/ >

2В

1644810

Таблица 5

1644810

Фиг.7

Составитель С.КУваева

Техред М.Моргентал . Корректор. О.Ципле

Редактор Н.Швыдкая

3аказ 1300 Тираж 400 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС

Т ССР

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

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