Способ определения температурной зависимости дыхания растительных объектов в темноте

Изобретение относится к сельскохозяйственной науке, в частности к области физиологии растений. Способ определения температурной зависимости дыхания растительных объектов в темноте в заданном диапазоне температур включает отбор растительной пробы исследуемого объекта и помещение пробы в темную газопроточную камеру. При этом задают начальную температуру пробы и скорость воздушного потока через камеру. Освобождают входящий в камеру воздух от углекислого газа и определяют его концентрацию на выходе из камеры. Далее находят начальную массу исследуемой пробы и определяют ее конечную массу по завершении опыта. Дыхание определяют при непрерывно изменяющейся температуре во всем диапазоне, причем скорость изменения температуры задают с учетом температурной инерционности системы камера - растительная проба. Изобретение позволяет повысить производительность труда, точность и воспроизводимость получаемой информации при определении температурной зависимости дыхания.

 

Изобретение относится к области ботаники - физиологии растений, а именно к способам изучения дыхания растительных объектов по выделению углекислого газа в темноте и может быть использовано для характеристики жизнедеятельности растительных объектов в связи с влиянием на них температуры.

Известны различные способы (методы) изучения дыхания. Часть их основана на применении инфракрасного газового анализа, позволяющего характеризовать дыхание растений по скорости выделения углекислого газа (Семихатова, Чиркова, 2001; Ничипорович, ред., 1990). Изучение ведут в закрытых или открытых системах газообмена. В последнем случае пробу растительного материала (объекта исследования) помещают в темную камеру, через которую пропускают воздух, и измеряют концентрацию углекислого газа с помощью инфракрасного газоанализатора. Зная разность концентрации углекислого газа на входе и выходе камеры ΔС(Т) при температуре Т, скорость воздушного потока v, массу пробы m_i, рассчитывают интенсивность (скорость) дыхания R(T)_i:

где i - номер пробы.

Для нахождения температурной зависимости дыхания в некоторой температурной области в ней выбирают несколько температурных точек и в каждой из них измеряют дыхание, всякий раз беря новую пробу растений. Температурную зависимость находят, соединяя (интерполируя) полученные температурные точки дыхания между собой. Если температурные точки берут с интервалом 5°С, то для характеристики температурной зависимости дыхания в области шириной 40°С (например, в работе Семихатовой, 2000) требуется провести не менее 8 отдельных определений, что занимает, как правило, один-два дня. Наряду с достаточно большой потерей времени на получение одной температурной кривой требуется расходовать достаточно большое количество растительного материала, так как на каждую температурную точку, как было указано выше, берут новую пробу. Несмотря на значительные потери времени и расход растительного материала, данные по температурной зависимости дыхания, получаемые таким способом, имеют два недостатка. Первый - искажение действительного хода температурной кривой в силу того, что пробы растительного материала для разных температурных точек не являются идентичными. Второй - возможность потери части информации о ходе температурной зависимости дыхания в результате интерполяции температурных точек между собой. Действительно, нет гарантии того, что даже в пределах 5°С температурная кривая дыхания не даст отклонения от линии интерполяции.

Цель изобретения - повышение производительности труда, точности и воспроизводимости получаемой информации при определении температурной зависимости дыхания. Новый способ осуществляют следующим образом. Выбирают интервал температур, для которого требуется найти температурную зависимость дыхания, например 10-60°С. Исследуемый растительный объект (семена, проростки, целые растения или их отдельные части - листья, стебли, корни и др.) сырой массой порядка 2-5 г помещают в проточную темную камеру с заданной начальной температурой, отвечающей нижней границе выбранного интервала температур. Через камеру с постоянной заданной скоростью пропускают увлажненный воздух, предварительно очищенный от углекислого газа. В результате дыхания концентрация углекислого газа в воздушном потоке увеличивается и измеряется инфракрасным газоанализатором, например отечественным прибором ГИАМ-5М. Через 5-10 минут после помещения пробы в камеру (за это время наступает температурное равновесие между объектом и камерой) температуру в камере начинают повышать с постоянной скоростью, например 1°С в минуту. Непрерывное повышение температуры с заданной скоростью с одновременной регистрацией концентрации СО₂ на выходе из камеры продолжают до тех пор, пока не будет достигнута верхняя граница заданной области температур. После этого повышение температуры и регистрацию температуры и концентрации СО₂ в воздухе прекращают, растительную пробу извлекают из камеры, определяют ее сырую и сухую массу. На этом экспериментальная часть работы по определению температурной зависимости дыхания заканчивается. При расчете искомой кривой учитывают задержку в регистрации концентрации СО₂, а также температурную инерционность системы камера - проба. Чем больше температурная инерционность названной системы, тем медленнее выравнивается температура между камерой и пробой, тем скорость повышения температуры должна быть меньше. При малой инерционности системы выравнивание температуры происходит быстро и скорость повышения температуры в камере с пробой можно задавать более высокой. Экспериментально найдено, что камера в виде металлической (медной) трубки длиной 40 см, с толщиной стенки 0.7-1 мм и внутренним диаметром 13-14 мм позволяет работать с растительными пробами сырой массой до 5 г в следующем режиме: скорость проходящего через камеру воздуха около 15 л/ч, скорость повышения температуры пробы в камере в изучаемой температурной области - 1°С/мин, время задержки в измерении концентрации СО₂ в воздухе, выходящем из камеры, около 30 с. Регистрацию концентрации углекислого газа осуществляли мультиметром Арра-109, подключенным к газоанализатору и имеющим выход на PC Пентиум-II. Нами проведены опыты по сопоставлению известного (Семихатова, 2000, с.21) и нового, предложенного в данной заявке способов изучения температурной зависимости дыхания. Сопоставление результатов опытов показало, что абсолютные величины дыхания и их зависимость от температуры, полученные двумя способами, имеют один и тот же порядок, хотя и несколько отличаются, особенно в области оптимальных и супероптимальных температур. Предлагаемый способ более информативен, так как отражает изменения в кинетике дыхания между температурными точками, выбранными для реализации известного способа. Кроме того, предлагаемый способ позволил записать температурную кривую дыхания ("температурный спектр дыхания") за 1 час, а известным способом температурная кривая была построена по экспериментальным точкам, полученным за 8 часов. Наряду с повышением производительности работы был заметно уменьшен и расход растительного материала: при использовании нового способа он составил около 3 г сырой массы листьев, в то время как известный способ потребовал свыше 20 г. Таким образом, предлагаемый новый способ определения температурной зависимости дыхания растительных объектов и по информативности, и по производительности, и по экономии расходов исследуемого материала имеет преимущество перед известным способом.

Использованная литература

1. Семихатова О.А. Эколого-физиологические исследования темнового дыхания растений: прошлое, настоящее и будущее // Бот. журн. 2000. Т.85. № 4. С.15-32.

2. Семихатова О.А., Чиркова Т.В. Физиология дыхания растений: Учеб. пособие. - СПб.: Изд-во С.-Петербургского ун-та, 2001, 224 с. (см. с.77-79).

3. Инфракрасные газоанализаторы в изучении газообмена растений. / Под ред. А.А.Ничипоровича. М., 1990. 140 с.

Способ определения температурной зависимости дыхания растительных объектов в темноте в заданном диапазоне температур, включающий отбор растительной пробы исследуемого объекта и помещение пробы в темную газопроточную камеру, отличающийся тем, что задают начальную температуру пробы и скорость воздушного потока через камеру, освобождают входящий в камеру воздух от углекислого газа и определяют его концентрацию на выходе из камеры, находят начальную массу исследуемой пробы и определяют ее конечную массу по завершении опыта, дыхание определяют при непрерывно изменяющейся температуре во всем диапазоне, причем скорость изменения температуры задают с учетом температурной инерционности системы камера - растительная проба.