Способ определения функциональной деятельности корневой системы растений Советский патент 1979 года по МПК A01G7/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к физи логии минерального питания, и может быть использовано для анализа водноионных потоков в модельных системах Известны способы оценки поглотительной деятельности корня по убыли раствора из среды корнеобитания с помощью потометра- или путем периодического взвешивания 1 и измерения концентрации ионов в среде корнеобитания с помощью ионочувствитель ных стеклянных электродов {2, или аналитическими методами 3. Известны также способы измерения количества раствора, выделяемого с пасокой, путем автоматической регистрации скорости выделения n icoKH 4 и концентрации в ней ионов у де капитированного растения аналитическими методами 5. Недостатками подобных способов исследования количества и концентра ции подаваемых в надземные органы ионов минеральных солей является неполная оценка транспортной деятель ности корня. Это .обусловлено тем, что функционирование декапитированной корневой системы связано с исчерпанием фондов корня, которое при водит к изменению процесса вьщеления пасоки во времени после удаления побега . Известен способ определения поглотительной деятельности корня интактного -растен|ия по убыли раствора из среды корнеобитания во времени путем его периодического взвешивания и по определению концентрации ионов калия и нитрё га в нем с помощью ионочувствительных электродов. Транспорт указанных ионов в ксилемные сосуды корня определяется анализа пасоки декапитированных корней через значительные интервалы времени (1ч) 6 . Недостатком данного способа является то, что отсутствуют одновременные измерения количества раствора и концентрации ионов в пасоке и в среде декапитированного растения, что необходимо для разделения общего поглощения на накопление в корне и подачу в побег. Измерение общего поглощения додекапитации не характеризует этот процесс после декапитации; на производится измерение количества раствора, выделяемого с пасокой, во времени после срезания побега, что не позволзбт пблучить полной коли.чественной характеристики водно-ионного транспорта, обусловленного корневым давлением, При таком способе измерения как количества раствора, так и концентрации в нем ионов производятся через значительные интервалы времени, что делает невозможным получение детальных кинетических характеристик поглотительной и транспортной деятел ,нести корня, подробно описываюгдих процессы. Цель изобретения - получение боле полной характеристики функциональной деятельности корневой системы и сокращение длительности способа. Это достигается тем, что у декапитированного растения дополнительно измеряют количество раствора и концентрацию ионов в среде -корнеобитани а об общей деятельности корневой системы судят по экстраполяции кине тической кривой выделения пасоки в течение 6-7 ч после декапитации, . описываемой формулой; -. . „-А.е . ) -vA.e ii , ... jf- . где „ - суммарный (общий) тюток, МКЛМИН ,2. соответственно первая вторая и третья соста ляющие общего потока, , ; А, Ag, АЗ - коэффициенты, имеющие размерность потока; & - основание натуральных логарифмов; i, cLj ,о1. J-г константы скорости изменения потока соот ветственно для каждой ;ИЗ с6ст;авляющих; , t время; OU -- угловая скорость сину сонды. Отличием предлагаемого способа я ляется также то, что-измерения количества раствора, подаваемого с пасокой, концентрации ионов в среде и в пасоке производятся непрерывно. На фиг.1 представлена кривая зависимости потока воды и ионов калия от времени до и после декапитации побега; на фиг,2 показано разло женйе кинетических кривых вьаделения воды и калия с пасокой на составляю щие. Способ осуществляют следующим об разом. Растение помещают нд электрические весы ВЛК в сосуде, содержащем опытный раствор, для периодического измерения поглощения раствора корне вой системой. Измерения производят с частотой до одного отсчета в 510 мни. Регистрация концентрации ионов калия в среде корнеобитания осуществляется на самопищущем потенциометре КСП-4, включенном через милливольтметр рН-121, путем измерения электродвижущей силы электродной системы-стандартный электрод сравнения и стеклянный К - чувстви тельный электрод. Точность измерения ЭДС - 1 мВ, что составляет в данном диапазоне концентрации калия 0,05 мМ (3-4% от средней концентрации раствора) . Продолжая эти измерения, через 3 ч после начала эксперимента растение декапитируют. На пенек надевают тонкую резиновую втулку с П-образно изогнутым стеклянным капилляром так,что основание капилляра плотно прилегает к поверхности среза. Измерения количества раствора, выделяемого с пасокой, проводят подсчетом капель во времени, импульсы тока, возникающие в цепи при замыкании электродов падающей каплей, регистрируются через усилитель И-37 на ленте самописца Н-37. Объем капли пасоки составляет 0,09 мл, частота за мыкания электродов - порядка 1 капля за 5 мин. Регистрацию концентрации ионов калия в пасоке осуществляют на самопищущем потенциометре КОП-4, включенном через милливольтметр рН-121, путем измерения ЭДС электродной системы - стандартный электрод сравнения и К - чувствительный точечный электрод (микро) осадочного типа 7.Точность измерения ЭДС 1 мВ, что составляет в Дачном диапазоне концентрации К в пасоке 2 мМ (5% от средней концентрации в пасоке). Данный способ измерения проверен в экспериментах с 4-недельными растениями подсолнечника, выращенными на 1/4 питательного раствора Хогланда-Арнова в факторостатных условиях. В процессе эксперимента устанавливают объем поглощенной растением воды и диналдаку концентрации ионов калия в среде корнеобитания до и после срезания побега, а также определяют количество выделившейся пасоки и концентрацию в ней ионов калия. На фиг.1 представлена зависимость скорости поглощения и вьщеления с пасокой воды и ионов калия от времени до и после декапитации соответственно. Кривая 1 выражает зависимость скорости поглощения от времени до декапитации побега, кривая 2 - то же после декапитации побега, кривая 3 - зависимость скорости выделения их с пасокой от времени после декапитации побега. Кинетический анализ процесса выделения пасоки показывает, что скорость выделения воды и калия с пасокой в течение первых С -1 ч после декапита побега -Is слагается как сумма трех потоков (f, ) описывается следующим выражением: А,е - суммарный (общий) поток воды с пасокой мкл мин ; ,f-j. соответственно перва вторая и третья сост ляющие общего потока .мкл- мин , ; А, , имеющи размерность потока; е - основание натуральны логарифмов; ,- константы скорости из менения потока соотве ственно для каждой из составляющих; t - время; 1А1 - угловая скорость сину соиды. Минус в показателе степени указы вает на нисходящий характер кривой. Метод определения начального потока пасоки по экстраполяции кинетической кривой позволяет pajcc4HTaTb скорост стационарного процесса выделения воды и калия в кст.лемные сосуды интактного растения. На фиг.2 показана последовательн операция разложения кинетической кр вой общего потока воды с пасокой на составляющие. Кружки - эксперимента ные данные, сплошные линии - теорет ческие кривые общего потока z, , f2 + 3 ° составляющих f-j (Б) и f. 2 (В) (А - прямые, Б и В - полулогарифмические координаты). .Сравнение кинетических кривых потоков до и после декапитации побега позволяет количественно оценить вклад корневого давления в радиальный транспорт воды и ионов калия в корне интактного растения (по разнице между общим поглощением и величиной, определяемой по экстраполяции кинетической кривой.выделения пасоки) и таким образом, разделить обдее поглощение растением на накопление в корне и подачу в побег. Использование предложенного способа оценки поглощающей и транспортной деятельности корневой системы растения обеспечивает по сравнению с существующими способами возможность получения детальных кинетических характеристик, позволяювдах одновременно определить общее поглощение воды и ионов минеральных солей, накопление их в корне и подачу в побег интактного растения. Формула изобретения Способ определения функциональной деятельности корневой системы растений, включающий измерение во времени количества раствора и концентрации ионов в среде корнеобитания интактного растения для установления поглотительной деятельности корневой системы растений и измерение количества раствора и концентраций ионов выделяемого с пасокой у декапитированного растения для установления транспортной деятельности корневой систеглл, ,о л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью получения более полной характеристики функциональной деятельности корневой системы и сокращения сроков определения, у декапитированного растения дополнительно измеряют количество раствора и концентрацию ионов в среде корнеобитания, а об общей деятельности корневой системы судят по экстраполяции кинетической кривой выделения пасоки в течение 6-7 ч после декапитации, описываемой формулой: sinty-t + A е f - суммарный (общий) поток воды с пасокой, мкл-мин ; -.,€„,..- соответственно первая, . . вторая и третья составляющие общего помкл-мин - ; тока, А., AjiA, - коэффициенты, имеющие размерность потока; е - основание натуральных логарифмов; , - константы скорости изменения потока соответственно для каждой из составляющих; - время; IJJ - угловая скорость синусоиды. Источники информации, принятые во внимание-при экспертизе 1.Трубедкова О.М. Исследования над поступлением воды и минеральных еществ в растение. - :Уч.зап.МГУ. иология,1935,вып.4, с.278-307. 2.Максимов Г.Б. и др. Применение ионоселективньк электродов для изучения поглотительной деятельности корневой растений,-Физиология растений ,1974,т.21,вып.1,с.211218. 3.Колосов И.И. Поглотитель.ная деятельность корневых систем растений. М., -АН СССР, 1962. 4.Гунар И.И. и Паничкин Л.А, Водно-ионные потоки и передача.воз буждения у растений. - .Известия ТСХА, 1069,вып.4,с.3-13. 5.Сабинин Д.А, Принципы и методика изучения .минерального соста ва пасоки.-Бюллет,отдел.земледел. ГИОА, 1928, № 15. 6.t.S.Kelday and D, J,F .Bouling The Effecf of Cycloheximide OP Uptake and Transport of jous by Sunflower Roots. Ann Bot, 1975, 39, 1023-1027. ,7. Хитров Ю.А, и Воробьев Л.Н. Определение активности ионов калия в цитоплазме и вакуоли клеток N1telIд, К - чувствительным микроэлектродом нового типа.Физиология растений ,1971,т.18,вып.5,с.1063-1074. т- tHUH