Способ определения надежности жизнеобеспечения растений Советский патент 1992 года по МПК A01G7/00 A01H1/04 

Изобретение относится к общим вопросам теоретической и практической биологии и может быть использовано в агрономической и селекционной практике для оценки функционального состояния вегетирующих растений.

Известен способ определния физиологического состояния растений по активности пероксидазы, который характеризует жизнеспособность растительного организма.

Известны многочисленные способы определения устойчивости растений к специфическим фитопатогенным и неспецифическим поражениям (мороз, соли, засуха, инфекции и пр.).

Однако для характеристики биологической надежности растений определение

жизнеспособности и устойчивости недостаточно.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения жизнеспособности растений по измерению электропроводности живых растений с помощью электродов, прикладываемых к апикальному концу и корневой шейке, при этом о жизнеспособности судят по соотношению сопротивлений при прямой и обратной полярности прикладываемого напряжения. Для мертвых и измельченных растений это соотношение равно 1, а для живых растений увеличивается до 12 и более.

Недостатки прототипа - определение только одного параметра (жизнеспособноVJ

CJ Ю 00 Ю О

сти) и малая информативность анализа для живых растительных тканей.

Цель изобретения - повышение точности определением количественных критериев надежности жизнеобеспечения растений.

На фиг, 1 представлена кинетика изменения величин удельных сопротивлений (ш) черешков растений со временем ускоренного увядания для хлопчатника сорта 108-Ф, выращенного до 2-х месячного возраста в лизиметрах ИПА АН УзССР на различных агрофонах; на фиг. 2 - то же, для растений 3-х сортов перца сладкого: Зумрад, Дар Ташкент, Заря Востока, и двух вариантов опыта с растениями огурца сорта Узбекский 740.

Сущность изобретения заключается в периодическом измерении удельного сопротивления выхода электролитов в водный раствор из свежесрезанных односантиметровых черешков растений, выдерживаемых в условиях ускоренного старения, например, завядания, в термошкафу при оптимальной температуре. По величинам удельных сопротивлений черешков растений (ш) каждого варианта опыта в течение всего периода ускоренного старения и гибели составляют таблицу и строят график ки- нетической зависимости изменения удельного сопротивления от времени завядания (Wt), которая имеет вид экстремальной кривой с максимумом в момент гибели живых клеточных структур и необратимым увеличением выхода ионов (соответственно, снижением (о) в последующее время. Из анализа зависимости CD/I определяют следующие количественные параметры: начальное сопротивление время наступления максимального значения удельного сопротивления - критерий устойчивости (КрУ); скорость прижизненного нарастания удельного сопротивления - критерий реактивности (КрР); интегральную мощность сопротивления в первый час завядания - критерий жизнеспособности (КрЖ).

Надежность жизнеобеспечения растений определяется соотношением критериев устойчивости, реактивности и жизнеспособности. При этом высокую надежность жизнеобеспечения обнаруживают растения, если кОмсм2 ч, а время наступления максимума удельного сопротивления более чем втрое превышает скорость нарастания удельного сопротивления (КрУ/КрР 3,0); растения относят к малонадежным, если кОм- см2 ч и КрУ/КрР 3,0.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается следующим. В качестве биофизического показателя измеряется удельное сопротивление черешков; параметры надежности определяются в динамике ускоренного старения. Функциональное состояние растения оценивается потрем количественным критериям с четкой характеристикой степени надежности жизнеобеспечения. Так как фактором ускоренного старения выбрано обезвоживание при повышенной (35°С)тем- пературе, то именно к этим условиям определяют: критерий жизнеспособности - как потенциальный запас сопротивления гибели; критерий устойчивости - как время продолжительности сохранения живых структур, в течение которого удерживается

выход ионов в условиях ускоренного старения; критерий реактивности - как мера отзывчивости и скорости ответных реакций для мобилизации жизненного потенциала растений; степень надежности - по абсолютной величине критерия жизнеспособности и отношению количественных критериев устойчивости и реактивности.

Пример 1. Для определения параметров жизнеобеспечения растений хлопчатника сорта 108-Ф, выращенных в лизиметрах ИПА АН УзССР на различных агрофонах: без удобрений; с минеральными удобрениями N250P с органикой - навоз 50 т/га;

со смесью PnsKvs навоз (20 т/га), с 8 до 9 ч утра отбирают в холодильную сумку листья с черешками - главные листья среднего яруса в определенной фазе развития. Затем листья протирают увлажненной марлей и

укладывают на фильтровальную бумагу в сушильный термошкаф при ±1°C. Параметр измерения - удельное сопротивление контрольных и увядающих листьев - определяют в кинетических условиях съемки

электропроводности на 5-й минуте выхода ионов после помещения двух свежесрезанных 1-сантиметровых отрезков (на расстоянии 0,5 см от основания листа) черешков в термостатируемую при ,1°C ячейку

кондуктометра ОК-102/1 Radelkis, Венгрия, снабженную 3-кольцевым коаксиальным платиновым микроэлектродом и укрепленную на магнитной мешалке ММ- ЗМ со скоростью вращения 500 об/мин. Кинетика выхода ионов регистрируется на самописце КСУ-4, сопряженном с кондуктометром (ширина ленты 250 мм). Скорость протяжки ленты 1800 мм/ч. Объем дистиллированной воды в измерительной ячейке 6

мл, диапазон измерений 50//S микросименс (КР-Ом 1).

Общая площадь поверхности срезов 2-х отрезков определяется по их диаметрам, просматриваемым под градуированной картографической лупой:

с /ГМ2 S ( мм2) 2л:/г di .2 , Ъ(см ) - -10(J - +

+ (),57((tf+diX-100

где di и d2 - диаметры срезов, мм.

В табл. 1 приводятся величины электропроводности (к), измеренные по кондуктог- раммам на 5-й минуте кинетики выхода ионов в абсолютных величинах (мм шкалы КСУ), пересчетных - в микросименсах («/ s) и с учетом общей площади поверхности срезов испытуемых черешков - величины удельной электропроводности (к /s), из которых рассчитывают обратные величины удельных сопротивлений (со).

На фиг. 1 представлен график зависимости изменения удельных сопротивлений растительных образцов со временем ускоренного увядания ( со/г) для растений хлопчатника сорта 108-Ф, выращенных на агрофонах:1 - без удобрений (б/у); 2-NPK; 3 - органика; 4 - РК навоз.

Кинетическая зависимость со/г имеет экстремальный характер с максимумом в критический момент деградации мембранных структур (т.крит. при ), определяю- щим критерий устойчивости (КрУ 1крит). Тогда до наступления tKpm наблюдается этап прижизненного нарастания м, в последующее время необратимо увеличивается выход ионов с падением удельного сопротивления в результате деструкции растительных тканей.

По скорости прижизненного нарастания удельного сопротивления определяют критерий реактивности (КрР):

Крр к0м.см2ч-1 1кр

Тогда й))о+ Кр- КрУ, кОм.см2.

По интегральной мощности сопротивления в первый час завядания определяют критерий жизнеспособности каждого варианта растений;

КрЖ yot+KpPt2/2( uJo+KpP/2), ( ч) кОм-см2. ч.

В табл. 2 приводятся вычисленные значения количественных параметров для испытуемых вариантов растений.

Наибольшую величину критерия жизнеспособности показали растения, выращенные на органических удобрениях (,38 кОм-см . ч). Наименьшую - растения, выращенные на агрофоне без удобрений (,65 кОм-см ч).

Критерий жизнепособности так же, как величина максимального удельного сопротивления (ft/макс) увеличивается в ряду вариантов:

б/у РК РК навоз органика. В тоже время абсолютная величина отношения КрУ/КрР для них варьирует от 0,83 до 16,1 (табл.2).

Как видно из табл. 3 самая низкая продуктивность показана для варианта 1 - без удобрений (9,87); для варианта 2 с NPK выявлена высокая урожайность и одновременно высокая заболеваемость вилтом

(36-39%), что резко влияет на качество волокна, его длину, прочность и другие технологические свойства, Самая высокая сопротивляемость к инфекции выявлена у варианта 3, которая согласуется с оценкой

критерия жизнеспособности. Для варианта 4 относительно высокая сопротивляемость базируется и на более оптимальном соотношении критериев устойчивости и реактивности (5,75).

Если величина КрУ/КрР мала (3,0), то

растения проявляют чрезмерную лабильность и чувствительность к такому стрессовому фактору, как ускоренное увядание, если велика ( 10), то растения обладают

большей жесткостью, устойчивостью мембранных структур в ущерб реактивности, поэтому высоконадежные растения, выращенные на вариантах с органическими удобрениями, проявляют наибольшую жизнеспособность и оптимальное соотношение критериев устойчивости и реактивности (5- 10).

Пример 2. Определяют надежность жизнеобеспечения растений перца сладкого

3-хсортов: 3умрад, Дар Ташкент, Заря Востока иогурца сорта Узбекский

740, выращенного на агрофонах - без удобрений и с минеральными удобрениями N25oPi5oKi50 кг/га.

У всех испытуемых растений отобрали листья с черешками, поместили их на фильтровальную бумагу в термостат при ± 0,5°С и периодически по мере завядания измеряли величину удельных сопротивлений черешков растений по стандартной методике.

На фиг. 2 представлен график кинетики изменения со/г для каждого варианта опыта, из которого определяют количественные

параметры и степень надежности для каждого испытуемого образца (табл. 4).

Из данных табл. 4 очевидно, что самая низкая жизнеспособность (2,78 кОм.см .ч) и низкая величина отношения КрУ/КрР (2,25) соответствуют малой надежности жизнеобеспечения для варианта 4 - растений огурца сорта Узбекский 740, выращенных без удобрений. Другие варианты, для которых величина КрУ/КрР 3,0 и , относят к надежно жизнеобеспеченным. Самую высокую степень надежности жизнеобеспечения проявили растения перца сладкого сорта Зумрад, для которых высокая величина ,00 сопряжена с оптимальным соотношением КрУ/КрР 8,26,

Как показали испытания, надежность жизнеобеспечения наравне с величиной критерия жизнеспособности (поскольку для них КрУ/КрР 3,0) увеличивается в ряду сортов перца: Заря Востока ДарТашкент Зумрад, что согласуется с повышением полевой устойчивости к инфекциям по наблюдениям сотрудников УзНИИ овощебах- чевых культур и картофеля САО ВАСХНИЛ.

Таким образом, оценка 3-х критериев и степени надежности жизнеобеспечения дает более полную характеристику истинного функционального состояния растения, изменяющегося на каждой фазе вегетационного развития.

Способ можно осуществить и на других морфологических структурах растения, например на высечках листьев - дисках опре- деленного диаметра. В этом случае трудность заключается в точном определении площади деструктированной поверхности - площади среза с учетом толщины листовой пластинки, еще больше уменьшающейся при увядании. Поэтому выбор 1- сантиметровых черешков более обоснован ввиду возможности точного определения площади срезов для расчета удельного сопротивления в кинетике кондуктометриче- ских измерений.

Предлагаемый способ позволяет в минимальные сроки (7-10 ч) определить количественные параметры надежности жизнеобеспечения испытуемых сельхозкультур, оценить степень надежности, распознать причинный характер ее вариаций и выполнить целенаправленный отбор растений с требуемыми хозяйственно-ценными и физиологическими качествами.

Использование способа эффективно как для оценки условий выращивания растений, так и для характеристики различных генотипов, выращиваемых на одном и том же агрофоне.

Использование предлагаемого способа определения параметров жизнеобеспечения растительных систем обеспечивает по сравнению с известными способами опре- деления устойчивости и жизнеспособности следующие преимущества.

Количественное определение критерия реактивности позволяет оценить вклад чувствительности растительных структур с стрессовым фактором в надежность жизнеобеспечения растительных систем.

Применение условий ускоренного старения позволяет одновременно оценить 3 критерия надежности жизнеобеспечения растений: жизнеспособность, устойчивость и реактивность.

Количественные определения параметров и каждого критерия в отдельности позволяет распознать причинную связь изменения степени надежности с вариацией количественных значений анализируемых критериев.

Формула изобретения

Способ определения надежности жизнеобеспечения растений, включающий измерение биофизического показателя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, в качестве биофизического показателя измеряют изменение удельного сопротивления растительныхтка- ней в процессе ускоренного завядания, вы- являют кинетическую зависимость изменения удельного сопротивления отвремени завядания, на основании ее определяют время наступления максимального значения удельного сопротивления, скорость прижизненного нарастания удельного сопротивления и интегральную мощность

сопротивления в первый час завядания, растения относят к надежно жизнеобеспеченным, если интегральная мощность сопротивления более 5 кОм-см2-ч и время наступления максимального значения

удельного сопротивления в три и более раз превышает скорость нарастания удельного сопротивления, или к маложизнеобеспечен- ным, если - менее 5 кОм -см2 -ч и менее 3,0 соответственно.

Таблица 2

Использование: биология, агрономическая и селекционная практика, способы функционального состояния вегетирующих растений. Сущность изобретения: измеряют изменение удельного сопротивления растительных тканей в процессе ускоренного завядания. Выявляют кинетическую зависимость изменения удельного сопротивления от времени завядания. На основании ее определяют время наступления максимального значения удельного сопротивления, скорость прижизненного нарастания удельного сопротивления и интегральную мощность сопротивления в первый час завядания. Растения относят к надежно жизне- обеспеченным, если интегральная мощность сопротивления более 5 кОм-см -ч и время наступления максимального значения удельного сопротивления в три и более раз превышает скорость нарастания удельного сопротивления, или к маложизнеобес- печенным, если - менее 5 кОм-см -ч и менее 3,0 соответственно. 2 ил., 4 табл. сл С

Таблица 3

1,1k

7,28

5,42

, 2,20

5,05

4,2

5,0 3,3

0,51 0,42 0,89

2,6 1,15

,5 0,38

6J,K°M

ем

Ю -I

8

б -I

2 -I

Таблица

9,88 8,26

9,38 ц,90

8,36 3,71 +

5,20 2,25

6,76 11,82

7

час

Фиг.1

uJ, кОм см2

0-| 9

8- (

5 4

3- 2

I. 0

23

Фиг. 2.

2 I

r tpac.