Способ определения кинетических параметров @ - и @ -газообмена растений Советский патент 1987 года по МПК A01G7/00 

Изобретение относится к способам исследования гетерогенных процессовj в частности к способам исследования процессов фотосинтеза и транспирации и водного рейсима вьгсших растений, и может .быть использовано в экспериментальной физиологии растений.

Цель изобретения повьшение точности определения.

Способ осуществляется следующем образом.

Сначала в стационарном режиме экс понирования и, соответственно, состонии листа, для которого предусмотрено определение кинетических парамет- ров НО- и СО,-газообмена, регистрируют , скорости транспирации и ассимиляции СО, затем изменяют неизвестные диффузионные сопротивления в газовой фазе для Н,.,0-пара и СО в из- вестньш отношениях- сб и и соответственно путем изменения состава инертной в физиологическом отношении части газовой смеси (например, азот заменяют гелием, а изменившиеся при этом скорости газообмена компенсируют до их исходных значений путем изменения концентрации в воздухе НО- пара и СО до контролируемых значений, кинетические параметры находят по формулам;

де А и С - средние концентрации

Hj O-napa и СО над по- . верхностыо жидкой фазы внутри листа, Г( см j

R и R с диффузионные сопротивления потокам Н О-па- ра и СО в газовой фазе, С

Aj и Cg, - исходные концентрации 45 Н О-пара и 00 в воздухе над листом, г-см ;

А и CQ компенсирующие концентрации Н О-пара и СО в воздухе над листом, 50 .;

Е и F скорости диффузионных

потоков Н и С0„,

2 -J

Г. СМ .С ;

р - относительные измене- НИЛ коэффициентов диффузии H jiO-napa и СО в воздухе при изменении

состава инертной в физиологическом отношении части газовой смеси. Выражения для расчета А-, С ,- R , Rqj получают из следующих представлений и экспериментальных данных.

При замене в воздухе азота гелием изменяются вследствие изменения коэффициентов диффузии Н О-па- ра и С0„ в воздухе. Предполагать, что гелий может непосредственно влиять на апертуру устьичных щелей или на водный потенциал испаряющей поверхности и диффузию СО в жидкой фазе в настоящее время нет никаких оснований. Апертура устьичных щелей может при этом измениться вследствие изменения скоростей транспирации и фотосинтеза, но предлагаемый способ предусматривает возврат этих скоростей к исходным значениям. При этом существенно то обстоятельство, что исходные скорости потоков устанавли- ваютс.я путем изменения факторов внешней среды - концентраций Н О-пара и СО, в воздухе, которые по их влиянию на скорости потоков эквивалентны в физиологическом отношении изменениям Rja ROP соответственно. Это является достаточным основанием для ТОГО; чтобы при замене в воздухе азота гелием и последующем установлении исходных зн ачений Е, F и температуры листа вьш1еописанным путем изменения К„д и Клс связывать только с изменением коэффициентов диффузии Н О-па- ра и СО в воздухе. При условии установления исходных значений Е, F и температуры листа путем изменения соответственно концентраций в воздухе над листом Ы О-пара, 00 и .температуры камеры, когда AJ и Cj будет иметь также исходные значения, диффузионные потоки Н О-пара и СО в газовой фазе в начальном и конечном состояниях будут описьтаться следующими уравнениями:

. Кла

(1) 9

(2)

55

Из двух систем уравнений получают приведенные выше формулы для определения А;, GJ , R,,5 R,,(..

а

Осуществляемое по данному способу изменение диффузионных сопротивлений в газовой фазе путем замены в

31316596

е азота гелием в техническом нии просто, не влияет на параестественного состояния листа

п

со пр в те во во но па то J5 на пр го

и, что особенно важно в физиолого

биохимическом отношении безупречно, поскольку для растений гелий - так ж инертен, как и содержащийся в естественном воздухе азот.

Определение кинетических параметров осуществляют следующим образом.

Исследуемьш лист растения помещают в термостатируемую камеру, ющую площадь 6-12 см и снабженную вентилятором, и экспонируют в токе воздуха в открытой системе при по-, стоянньк предусмотренных экспериментом освещенности (50-500 Вт/м ), температуре (10-40°С) и расходе воздуха через камеру (40-60 л/ч), а также при постоянном составе воздуха на входе, %: СО 0,01-0,1; 0 21; N 78 и относительной влажности воздуха 10-80%, При этом непрерывно регистрируют скорости транспирации (Е) и COj-газообмена исследуемого листа (F), а также концентрации Н О-пара и COj в воздухе на выходе камеры, ко

торые в данном случае (камера с вентилятором) равны соответственно средним концентрациям П,0-пара (Ag) и СО, (Cg) в воздухе над листом. Экспонирование ведут до тех пор, пока установится стационарный режим, о чем судят по постоянству во времени значений Е, F, Ag, Cg.

После того, как установлены и зарегистрированы соответствующие стационарному режиму Е, F, Ag,, Cg,, в ка I

меру подают с прежним объемным расходом вместо воздуха газовую смесь, отличающуюся по составу от подаваемого ранее воздуха только тем, что в, ней вместо азота содержится гелий в той же объемной концентрации. Из- менивщиеся при этом Е и F (вследствие изменения соответственно Над и Rgj,) приводят (компенсируют к исход- нь1м уровням путем изменения соответственно влажности подаваемой в лис-

товую камеру газовой смеси и концен- 50 и ятором соответственно концентратрации в ней COj. Одновременно при-Циям на выходе камеры, измеряют инводят к исходному значению и темпе-фракрасными газоанализаторами Инратуру листа-путем изменения темпе-фралит-4. Скорости транспирации и

ратуры листовой камеры. При установ-СО -газообмена измеряют с помощью

газометрической установки, содержащей в качестве основных узлов два

лении исходных Е, F и температуры листа фиксируют значения Cgj. Используя полученные Е, F, А,, Ag, е И рассчитанные или найденные в специальных экспериментах об и jS ,

по формулам определяют неизвестные А; С,- , , ,.

Пример. Опытные растения фасоли выращивают в почвенной культуре при влажности почвы 50-70% от ГШВ (полная полевая.влагоемкость почвы) в условиях климатической камеры; температура воздуха 25 С, влажность воздуха 60-70%, концентрация СО в во.здухе 0,032% по объему, освещенность в- середине объема камеры ПО Вт/м (источник освещения - лампа накаливания КГ-1000-220 с рефлектором и тепловым водяным фильтром находится вне камеры). Измерения проводят на растениях 30-35-дневного возраста.

Во всех измерениях используют листовую камеру с рабочей площадью

12 см , имеющую водяную рубащку для термостатирования и снабженную вентилятором для перемещивания воздуха и двумя термопарами (на входе и выходе воздуха) для контактного измерения температуры исследуемого лис-, та. Листовую камеру устанавливают с помощью штатива в середине объема климатической камеры, где освещенность равна ПО Вт/м.

Порядок измерения. Помещают в листовую камеру исследуемый лист. С помощью ультратермостата И-1 устанавливают температуру листа в камере 25 С, ас помощью динамической газосмесительной установки составляют и подают в листовую камеру газовую смесь, соответствующую по составу воздуха с расходом 50 л/ч, регулируют влажность газовой смеси и содержание в ней СО так, чтобы в стационарном режиме влажность в камере была равна А,38,8% (при 25°С это соответствует 8,9 10 г- см ) , а концентрация СО. (Cg) - 0,0316% (0,57

„-3

45 1

xIO г.см). Скорости транспирации

и COj- газообмена при этом 4,43 f 10 г Н„0- с 48,3 г СО. ;

соответственно Ag, и С„ в ка- е

мере, равные в случае камеры с венСО -газообмена измеряют с помощью

55

газометрической установки, содержащей в качестве основных узлов два

таких же газоанализатора.

I

По установлении стационарного режима в листовой камере, через 35 мин после начала экспонирования листа (о чем судят по постоянству во времени Е, F, С.,) заменяют в газовой смеси азот гелием; Е и F при этом возрастают, температура листа падает. Следя за показаниями газоанализаторов, контролирующих Е и F, и электротермометра, измеряющего температуру листа в камере, и постепенно повышая влажность : газовой смеси и понижая содержание в ней СО с помощью газосмесительной установки, а также повышая с помощью ультратермостата температуру камеры, приводят скорости и СО-- газообмена. и тем пературу листа к исходным значениям. После того, как путем последовательного приближения устанавливают исходные Е, F и температуру листа, фиксируют соответствуюпрае значения Ае 70,3% (16,2. .,см ). и ,0223% (0,.см). На этом наблюдения заканчиваются.

Необходимые для расчета кинетических параметров отношения коэффициентов диффузии Н О-пара и СО в воздухе к тактовым в газовой смесиj содержащей вместо азота гелий, получают расчетным путем.

Для Н О-пара отнощение ot 0,431 , для СО р 0,437.

Используя экспериментальные значения Е, F, Ag,, Се,, Aei, полученные расчетом с6 и |Ь , по соответствующим формулам находят: ,2t2%; R 2,89±0,05 с. см- ; ,01510,0003% RL 6,2540,13 с.. 1

Использование изобретения позволяет получать более точную информа- цию в исследованиях кинетики процессов фотосинтеза и транспирации высших растений, в частности в исследовании механизма засухоустойчивости и, соответственно, продуктивности сельекохозяйственных культур.

Редактор Л.Веселовская

Составитель А.Сизов Техред Л. Олийнык

2376/2

Тираж 629 . Подписное БНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула, изобретения

Способ определения кинетических параметров К,0- и COj-газообмена растений путем измерения скоростей диффузионных потоков, отличающийся тем, что, с целью повьщ1е- ния точности определения, измеряют в стационарном режиме скорости транспирации и ассимиляции СО при контролируемых концентрациях Н О-пара и COj в воздухе над листом, заменяют состав инертной в физиологическом отношении части газовой смеси, доводят до исходного значения скорости транспирации и ассимиляции СО увеличением или уменьшением концентраций H,jO-napa и СО в воздухе над листом и рассчитьгоают кинетические параметры по формулам

А. . с, CergCei.

в - R Cei-C i (l-ot)E f 0 р)Р

где А- и С; - средние концентрации

Н О-пара и СО над поверхностью жидкой фазы внутри листа;

Кдд|И RUC диффузионные сопротивления потокам HjO-napa и СО в газовой фазе;

Ag, и Cg, - исходные концентрации Н О-пара и СО в воз- , . духе над листом;

Се2-. концентра;ции Н2;0-пара и СО в воздухе над листом после замены состава инертной части газовой смеси; Е и F - скорости диффузионных

потоков Н О-пара и COg; ot и |i - относительные изменения диффузионных сопротивлений в газовой фазе для HjO-napa и СОг.

Корректор- А.Обручар

Изобретение относится к способам исследования гетерогенных процессов, в частности к способам :исследования процессов фотосинтеза и транс- пирации и водного режима высших растений, и может быть использовано в экспериментальной физиологии растений. Цель изобретения - повьшение точности определения. Сначала в ста- ционарном режиме экспонирования и, соответственно, состоянии листа, для которого предусмотрено определение кинематических параметров и СО -газообмена, регистрируют скорости транспирации и ассимиляции СО. Изменяют неизвестные диффузионные сопротивления в газовой фазе для napa и СО в известных отношениях об и /i соответственно путем изменения состава инертной в физиологическом отношении части газовой смеси (например, азот заменяют гелием). Изменившиеся при этом скорости газообмена компенсируют до их исходных значений путем изменения концентрации в воздухе H O-napa и СО до контрог лируемых значений. Приведены формулы для расчета кинетических параметров. сл Sb ел