Экспресс-способ ионометрического определения содержания калия в листьях и распределения его по физиологическим пулам

Изобретение относится к области биологии, а именно к физиологии растений, и может быть использовано для экспресс-способа ионометрического определения содержания калия в листьях и распределения его по физиологическим пулам. Для этого берут лист анализируемого растения, делят его пополам по срединной пластинке. Одну часть листа используют для определения сухой массы листа. Вторую часть разрезают на 1-1,5 см части и настаивают в течение часа в 30 мл 0,01 М раствора CaCl₂. Далее определяют концентрацию калия в вытяжке калийным электродом, показывающим содержание калия в проводящей системе листа. После 4-минутного кипячением той же вытяжки с листьями, охлаждения до первоначальной температуры повторно определяют содержание калия калийным электродом, показывающим общее содержание калия. Производят перерасчет полученной на приборе величины, выраженной в мг К/л, в процент K₂O от массы листа, умножением на коэффициент 0,003615 и делением на сухую массу листа, выраженную в граммах. Далее используют полученные данные как информацию об общем содержании калия в листьях, позволяющую вычитанием из полученного количества калия содержания калия в апопластном пуле получить содержание калия в метаболическом пуле. Изобретение обеспечивает определение содержания калия в апопластном и симпопластном пулах. 1 табл.

 

Изобретение относится к области биологии, физиологии растений и агрохимии и может быть использовано для экспресс-анализа на содержание калия в зеленой и сухой массе свежеубранных злаковых растений: ячменя, пшеницы, тритикале.

Известны способы количественного определения калия в навесках растительного материала химическими методами, пламено-фотометрическим (ГОСТ 26726-85), методом атомно-адсорбционной спектрометрии, методом инфракрасной спектроскопии. Все эти методы сравнительно дороги, требуют специального оборудования, не являются экспресс-методами и способны определить только общее (валовое) содержание калия.

Кроме того, известен ряд экспресс-методов определения калия в листьях растений. Таковыми являются:

- анализ вытяжек из растений по Магницкому (1954, 1959, 1972 гг.) с экстракцией 2% уксусной кислотой, этот экстрагент не подходит для ионометрического определения;

- быстрые анализы на срезах растений, проводимые на пасоке растений, то есть учитывающие только апопластный калий, не задействованный в метаболизме. Этот анализ не позволяет дать характеристику концентрациям калия в тканях, коррелирующим с валовым содержанием, а только лишь отражает поступление калия в данный момент времени

- химическое определение калия микроскопическим методом по реакции с дипикриламином (Полуэктов, 1933). Этот метод относится к методам микроскопии и достаточно трудоемок (Описание всех вышеперечисленных способов в книге Агрохимические способы исследования почв. М.: Наука. - 1975. - 656 с.).

Известен способ определения проницаемости мембран для электролитов по выходу электролитов из листьев растений с определением на реохордном мосте электропроводности раствора, в котором кипятятся листья растений. (Кожушко Н.Н. Выход электролитов как критерий оценки засухоустойчивости и особенности его использования для зерновых культур // Методы оценки устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды - Л.: Колос, 1976. - С.32-43.). Этот метод является прототипом предлагаемого способа, поскольку в его основе лежит тот же принцип - кипячение для разрушения мембран листа.

Этот способ определения ионов в листьях отражает общее количество электролитов в листьях, не вычленяет ионов калия, хотя является зависимым от их концентрации, как наиболее массовых ионов электролитов в листьях и использует в качестве раствора дистиллированную воду, что не позволяет создать ионную силу раствора для корректного ионометрического определения.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в получении недорогого, доступного и простого способа определения калия в растительном материале с использованием навески свежих листьев методом ионометрии и возможности разделения полученного в вытяжках калия на калийпроводящей системы и внутриклеточный калий - двух физиологически разных пулов калия. Данный способ является полуколичественным, поскольку при полном сжигании растений и определении валового калия извлекается несколько большая часть калия, чем указанным способом. Возможность получения данных по содержанию калия предлагаемым способом обусловлена тем, что калий не образует связанных соединений и массово выходит в раствор при кипячении. При низких концентрациях измеренная ионометрически активность иона стремится к численному совпадению с величиной концентрации иона в растворе и условно может быть к ней приравнена. Если точность измерения потенциала составляет около 0.5 мВ, то минимальная погрешность для однозарядного иона калия составит примерно 0,01 единицы рХ и 2% при измерении концентрации.

Достижение технического результата обеспечивается посредством приготовления вытяжки из растительной ткани свежесорванного листа. Для чего берут лист анализируемого растения, делят его пополам по срединной пластинке. Одну часть листа используют для определения сухой массы высушиванием, вторую часть - для определения калия в зеленом материале. Высушенная часть листа также может быть использована для последующего определения в нем общего калия. Зеленую часть листа разрезают на 1-1.5 см кусочки, погружают в 30 мл раствора 0,01М CaCl₂, в течение часа настаивают, после чего проводят определение содержания калия с помощью калийного электрода (ЭЛИТ-031) на иономере типа Эконикс Эксперт 001. Данный прибор позволяет определить содержание калия в мг/л, а также построить зависимость ЭДС от концентрации калия по предварительно построенной шкале образцовых растворов в изучаемом диапазоне концентраций (10^-1-10^-4 М). Измерение концентрации калия в вытяжке после часового отстаивания показывает калий, попавший в определяемый раствор из проводящей системы и некоторых мест разрезанной ткани, - это, в основном, апопластный калий. После первого определения калия производят кипячение вытяжки в течение 4 минут, охлаждают до комнатной температуры и снова, как и первый раз, производят измерение концентрации калия калийным электродом.

В приготовленной таким образом вытяжке определяется общий калий, включающий как ионы калия, находившиеся в проводящей системе, так и калий внутриклеточный (симпластный). Внутриклеточный калий можно рассчитать по разнице общего калия (второе измерение) и калия проводящей системы (первое измерение).

Полученные ионометрически данные могут быть сняты с прибора Эконикс Эксперт 001 как в виде ЭДС (MB), так и в виде рК и молярной концентрации (мМ) с последующим перерасчетом в мг К/л, но наиболее простым способом является получение сразу данных в виде мг К/л. Для перерасчета этой величины в процент K₂O от массы сухого листа необходимо умножить полученный результат на коэффициент 0,003615 и разделить на массу сухого листа, выраженную в граммах.

Коэффициент 0,003615 получен при переводе данных прибора (мг К/л) в процентное содержание K₂O от сухого веса листа. Чтобы получить этот коэффициент, необходимо выполнить следующие расчеты:

1) Умножить полученное на приборе число (мг К/л) на 0,03 для перевода содержания калия (мг/л) в содержание в 30 мл

2) Для перевода K в K₂O - умножают на 1,205

3) Для перевода мг калия в граммы - делят на 1000

4) Для выражения в процентах грамм K₂O от сухой массы листа (выраженной в г) умножают на 100.

Для подтверждения возможности реализации способа для разных методических задач исследовательских работ и для экспериментального подтверждения реализации приводится пример осуществления способа.

Половинку листа растения тритикале, имеющую сухую массу 0,031 г, разрезают на кусочки по 1-1,5 см и погружают в 30 мл 0,01М CaCl₂. Через час опускают электроды в вытяжку и снимают показания с прибора (концентрация калия 3,484 мг/л). Вытяжку с находящимися в ней частями листа кипятят в течение 4 минут в стаканчике, накрывая часовым стеклом. Остужают до комнатной температуры и измеряют концентрацию калия в растворе на приборе Эконит Эксперт 001 калийным электродом. Снимают с прибора показания либо концентрации ионов калия (в конкретном случае эксперимента - 4,084 мг/л), либо параметры ЭДС, рК или мМ, с последующим переводом по шкале растворов в размерность концентрации ионов калия (мг/л). Полученные числа умножают на коэффициент 0,003615 и делят на сухую массу листа. Результат - содержание K₂O в % от сухой массы до кипячения (калий проводящей системы, апопластный калий) 0,96%, после кипячения (общий калий) 1,127%. Внутриклеточный калий (симпластный калий) вычисляют по разнице между первым и вторым измерением 0,167%. Результаты могут быть записаны в таблицу:

Сухая масса листа	0,0131 г
Коэффициент пересчета	0,003615
мг К/л до кипячения	3,484
мг К/л после 4-минутного кипячения	4,084
Результат умножения содержания калия на коэффициент 0,00361 и деления на сухую массу листа	Калий проводящей системы (апопластный калий)	Общий калий	Внутриклеточный калий (симпластный калий)
	0,960 (%)	1,127(%)	0,167(%)

Экспресс-способ ионометрического определения содержания калия в листьях и распределения его по физиологическим пулам, отличающийся тем, что берут лист анализируемого растения, делят его пополам по срединной пластинке, одну часть листа используют для определения сухой массы листа, вторую часть разрезают на 1-1,5 см части и настаивают в течение часа в 30 мл 0,01 М раствора CaCl₂ с последующим определением концентрации калия в вытяжке калийным электродом, показывающим содержание калия в проводящей системе листа, т.е. апопластном пуле, дальнейшим 4-х минутным кипячением той же вытяжки с листьями и после охлаждения до первоначальной температуры повторным определением содержания калия калийным электродом, показывающим общее содержание калия, перерасчетом полученной на приборе величины, выраженной в мг К/л, в процент K₂O от массы листа, умножением на коэффициент 0,003615 и делением на сухую массу листа, выраженную в граммах, дальнейшим использованием полученных данных как информации об общем содержании калия в листьях, позволяющей вычитанием из полученного количества калия содержания калия в апопластном пуле получить содержание калия в метаболическом пуле.