Способ оценки газоустойчивости древесных растений
Владельцы патента RU 2766187:
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр имени И.В. Мичурина" (RU)
Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для отбора устойчивых к загрязнению атмосферы форм растений. Способ включает искусственное моделирование в герметичной камере стрессового воздействия диоксида серы и экспозиции в течение 10 мин листьев испытуемых образцов древесных растений. Контрольным вариантом являются аналогичные листья испытуемых образцов древесных растений, не подвергнутые воздействию газа. Концентрация диоксида серы составляет 150 мг/м3. Проводят регистрацию параметров эффективного квантового выхода фотосистемы II, рассчитывают сумму евклидовых расстояний между взятыми попарно значениями контрольного и опытного вариантов эффективного квантового выхода фотосистемы II, формирующих световые кривые насыщения фотосинтеза. Чем меньше значение суммы евклидовых расстояний между контрольным и опытным графиками, тем выше газоустойчивость образца. Способ обеспечивает повышение эффективности. 2 ил., 1 табл., 1 пр.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в декоративном и промышленном садоводстве для подбора видов и форм, устойчивых к загрязнению атмосферы.
Уровень техники
К настоящему времени известен ряд способов диагностики газоустойчивости по косвенным признакам: интенсивность газообмена (фотосинтез и дыхание), фотохимической активности (реакция Хилла), окислительно-восстановительного потенциала, общей оводненности листьев. Для устойчивых к сернистому газу видов древесных растений по сравнению с неустойчивыми характерны: пониженная интенсивность фотосинтеза, более низкие показатели окислительно-восстановительного потенциала, общей оводненности листьев и фотохимической активности (Федулов, 2015).
Предложен способ оценки газоустойчивости растений, отличающийся тем, что вегетативные органы, листья и хвою различных видов растений, отобранные в незагрязненной и сильнозагрязненной выхлопными газами и промышленными выбросами зонах, анализируют на содержание свободного пролина с последующим вычислением коэффициентов устойчивости, выраженных отношением содержания аминокислоты в пробах загрязненного района к таковому в контрольной зоне, а затем определяют степень газоустойчивости растений (Иванов, Стаценко, 2009). Данные методы не получили широкого распространения в связи с их недостаточной точностью и трудоемкостью.
Разработан метод оценки газоустойчивости растений, основанный на искусственной фумигации сернистым ангидридом или серой в полиэтиленовых камерах с последующей глазомерной оценкой повреждений (Илькун, 1971). Отмечается надежность и простота этого метода, однако недостатками метода является фактор субъективности глазомерной оценки и невозможность учета угнетения физиологических процессов, не сопровождающихся гибелью клеток.
Наиболее близким техническим решением (прототип) задачи определения степени газоустойчивости растений является метод, заключающийся в помещении листа растения в камеру, введение в нее токсичного газа, регистрацию изменения электрического сопротивления листа. Оценку газоустоичивости осуществляют по величине предельной безвредной концентрации токсического газа на момент начала снижения электрического сопротивления листа (Юдин и др., 1986). Недостатком данного способа-прототипа является трудоемкость расчетов количества газа, поступившего в камеру на момент снижения сопротивления и большое варьирование начального сопротивления листьев в зависимости от условий культивирования.
Технический результат заявленного способа заключается в повышении его эффективности с учетом непосредственного сравнения с контролем степени снижения фотосинтетической активности листа после моделирования загрязнения атмосферы. Техническое решение заключается в том, что в отличие от способа-прототипа оценка проводится до наступления необратимых повреждений клеток, что повышает ее точность и предполагает использование минимальных концентраций поллютантов, более соответствующих реальным условиям.
Раскрытие сущности изобретения
Способ включает искусственное моделирование в герметичной камере стрессового воздействия диоксидом серы (SO2) определенной концентрации (150 мг/м3) и экспозиции (10 мин) на листья испытуемых культур или сортов. Далее проводится регистрация параметров эффективного квантового выхода фотосистемы II, полученных методом импульсной амплитудно-модулированной флуориметрии с использованием сканирующего хлорофиллфлуориметра. Контрольным вариантом являются аналогичные листья испытуемых образцов не подвергнутые воздействию газа. Рассчитывается сумма евклидовых расстояний между взятыми попарно значениями контрольного и опытного вариантов эффективного квантового выхода фотосистемы II, формирующих «световые кривые». Чем меньше значение суммы евклидовых расстояний между контрольным и опытным графиками, тем выше газоустойчивость образца. Способ позволяет повысить достоверность и точность эксперимента.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Влияние двуокиси серы на «световые кривые» эффективного квантового выхода фотосистемы II (газоустойчивый вид). На рисунке представлены кривые, характеризующие эффективный квантовый выход фотосистемы II для контрольного и опытного (подвергнутого воздействию диоксида серы) вариантов листьев жимолости татарской (Lonicera tatarica). Кривые расположены близко друг к другу, что свидетельствует о стабильности фотосинтетической активности листа при токсическом воздействии и, следовательно, высокой газоустойчивости растения.
Фиг. 2. Влияние двуокиси серы на «световые кривые» эффективного квантового выхода фотосистемы II (негазоустойчивый вид). На рисунке представлены кривые, характеризующие эффективный квантовый выход фотосистемы II для контрольного и промышленных предприятий концентрация двуокиси серы может достигать 6-9 мг/м3 (Кулагин, 1974). Однако такой уровень содержания газа при моделировании загрязнения атмосферы потребовал бы очень продолжительной экспозиции. В этой связи была выбрана концентрация в 15-25 раз превышающая отмеченную в антропогенных ландшафтах. Листья выдерживают в камере 10 мин и используют в качестве опытного варианта. Параллельно такие же листья (контрольный вариант) поместили черешками в емкости с дистиллированной водой и выдерживали в оптимальных условиях (температура +22°С, влажность 80%,). Повторность опыта трехкратная. Далее, как описано выше, регистрируется эффективный квантовый выход фотосистемы II листьев контрольного и опытного вариантов каждого вида или формы растений взятых попарно и фиксируются «световые кривые» (фиг. 1, 2).
Рассчитывается сумма евклидовых расстояний между взятыми попарно значениями контрольного и опытного вариантов эффективного квантового выхода фотосистемы II, формирующих «световые кривые» (табл.). Чем меньше значение суммы евклидовых расстояний между контрольным и опытным графиками, тем выше газоустойчивость. Таким образом, в представленном примере максимальной газоустойчивостью обладает жимолость татарская, промежуточной - изученные сорта яблони декоративной и обыкновенной, минимальной - ива прутовидная.
Суммы евклидовых расстояний между «световыми кривыми» эффективного квантового выхода фотосистемы II контрольного и опытного образцов
Следует отметить, что полученные данные по газоустойчивости согласуются с литературными данными, где жимолость татарская описывается как опытного (подвергнутого воздействию диоксида серы) вариантов листьев ивы прутовидной (Salix viminalis). Кривые существенно отдалены друг от друга, что свидетельствует о снижении фотосинтетической активности листа при токсическом воздействии и, следовательно, низкой газоустойчивости растения. Осуществление изобретения
Способ осуществляется следующим образом. Маркером ранней реакции листа на токсическое воздействие является снижение параметров фотосинтетической активности, в частности, эффективного квантового выхода фотосистемы И. Листья испытуемых растений помещают черешками в емкость с дистиллированной водой, выдерживают их в условиях, обеспечивающих эффективную сохранность в течение 30 мин, чтобы использовать их в качестве контрольного варианта. Параллельно такие же листья с погруженными черешками в емкости с дистиллированной водой помещают в закрытую камеру известного объема (240 л), в которую затем вводят диоксид серы. Листья выдерживают в камере 10 мин и используют в качестве опытного варианта. Далее регистрируется эффективный квантовый выход фотосистемы II листьев контрольного и опытного вариантов взятых попарно. Флуоресцентные исследования проводятся с использованием хлорофилл-флуориметра методом импульсной амплитудно-модулированной флуориметрии. Эффективный квантовый выход фотосистемы II регистрируется в режиме «световой кривой». На листья с интервалами в 20 с периодически воздействуют насыщающими вспышками 2700 мкмоль/(м2с) с. Общее количество импульсов насыщения - 12, общая длительность - 720 мс (12 импульсов по 60 мс). Между насыщающими вспышками образцы освещаются не поддерживающим фотосинтез измерительным светом низкой интенсивности (450 нм, 0,5 мкмоль/(м2с)), модулированным с частотой (1 Гц). Количественная оценка степени газоустойчивости проводится путем расчета евклидова расстояния между «световыми кривыми» эффективного квантового выхода фотосистемы П. Минимальное евклидово расстояние свидетельствует об отсутствии угнетения фотосинтеза и высокой газоустойчивости образца.
Пример. Листья испытуемых растений (яблоня обыкновенная сорта Антоновка обыкновенная, яблоня декоративная сорта Комсомолец, яблоня декоративная сорта Роялти, жимолость татарская, ива прутовидная) поместили в герметичную емкость объемом 0,23 м3, при этом листья каждого вида находились черешками в отдельном стаканчике объемом 50 мл с дистиллированной водой (опытный вариант). В камеру вводят диоксид серы концентрацией 150 мг/м3. В атмосферном воздухе окрестностей высокогазоустойчивый вид, яблоня - как среднеустойчивый, ива - как неустойчивый (Николаевский, 1979).
Представленные результаты исследований доказывают, что предлагаемый способ позволяет ускорить и повысить точность оценки газоустойчивости древесных растений.
Источники информации
1. Федулов, Ю.П. Методы определения устойчивости растений: курс лекций. - Краснодар: КубГАУ, 2015. - 39 с.
2. Иванов, А.И. Способ оценки газоустойчивости растений / А.И. Иванов, А.П. Стаценко // Описание изобретения к патенту, кл. A01G 7/00. - заявл. №2007121285/12, 2007.06.06, опубл. 2008.12.20.
3. Илькун, Г.М. Газоустойчивость растений. Киев, 1971. - 250 с.
4. Юдин, Ю.Н. Способ оценки газоустойчивости растений / Ю.Н. Юдин, А.Я. Безменов, Л.К. Клюкина, О.Д. Миронов// Описание изобретения к патенту, кл. A01G 7/00. - заявл. №3798433, 1984.09.04, опубл. 1986.10.30.
5. Николаевский, B.C. Биологические основы газоустойчивости растений. Новосибирск: Наука, 1979. - 276 с.
Способ оценки газоустойчивости древесных растений, включающий искусственное моделирование в герметичной камере стрессового воздействия диоксидом серы и экспозиции в течение 10 мин листьев испытуемых образцов древесных растений, контрольным вариантом являются аналогичные листья испытуемых образцов древесных растений, не подвергнутые воздействию газа, отличающийся тем, что концентрация диоксида серы составляет 150 мг/м3, проводят регистрацию параметров эффективного квантового выхода фотосистемы II, рассчитывают сумму евклидовых расстояний между взятыми попарно значениями контрольного и опытного вариантов эффективного квантового выхода фотосистемы II, формирующих световые кривые насыщения фотосинтеза, чем меньше значение суммы евклидовых расстояний между контрольным и опытным графиками, тем выше газоустойчивость образца.
