Методы определения физиологических процессов у растений

1. Методы по определению интенсивности фотосинтеза. Существует несколько методов определения интенсивности фотосинтеза у растений: а) метод Сакса, или его называют еще методом половинок. Этот метод наиболее древний и менее точный. Он заключается в использовании половинок листа, или путем взятия из листа высечек определенного размера по площади; б) при полевой концентрации СО₂, отображающий истинную интенсивность фотосинтеза у объекта в данных лесорастительных условиях; в) радиометрический метод наиболее точный, проводимый с помощью радиоуглеродной метки [6] (Вознесенский и др., 1965) при удельной радиоактивности газовой смеси в замкнутой системе 0,2 МБк/л, показывающий потенциальную возможность данного объекта в данных лесорастительных условиях при исключении дефицита СО₂, позволяющий получать массовый материал одновременно с разных объектов в контролируемых условиях (освещенности, температуры). Метод специальных комнат в стац. условиях.

Метод Сакса пригоден при работе только с травянистыми растениями и лиственными породами, и не пригоден к работе с хвойными породами. Он заключается в том, что берут половинку листа, ее взвешивают с высокой точностью, определяют площадь, помещают в затемненное место, записывают время начала опыта от момента взятия образца, и показатели освещенности. Через 1 ч или через 1 сутки (что делается чаще) взвешивают оставшуюся часть листа и определяют ее площадь. По разности масс определяют скорость нарастания массы листа, а значит и интенсивность фотосинтеза. Этот метод отошел в прошлое. Расчеты фотосинтеза можно проводить как на сухую массу, так и на полевую влажность опытного объекта. В том и другом случае мы будем иметь естественный прирост биомассы объекта на единицу площади работающего органа (листа), но не на интенсивность фотосинтеза.

Метод определения интенсивности истинного фотосинтеза при естественной концентрации СО₂ в воздухе тоже менее современный. Он определяется в атмосфере полевой концентрации СО₂ с использованием ассимиляционных колб по Л.А Иванову. Метод заключается в следующем. Берется 8-10 колб (5 опытных для повторных определений и 2 контрольные) с круглым или плоским дном обязательно с широким горлышком и с боковым отверстием в виде небольшого носика для надевания на него резинового шланга с целью прокачки через колбу воздуха и уравнивания в ней его концентрации с внешней атмосферой. Для этого колба с помощью резинового шланга подключается к насосу Камовского, способного создавать необходимое разряжение и обеспечивать движение воздуха через колбу. Перед началом опыта в течение 1-2 минут с помощью насоса Камовского через колбу проводится прокачка воздуха для уравнивания воздушной смеси в колбе и наружной среде. Затем в каждую колбу наливается по 20 мл барита (водная смесь, состоящая из 53 частей ВаСО₃ и 7 частей ВаСl), необходимого для поглощения после окончания фотосинтеза оставшегося в колбе СО₂. Для недопущения нового поступления (или утечки) воздуха и искажения будущих возможных результатов, каждая колба закрывается резиновой пробкой. Затем от опытного дерева берут необходимый материал в виде побега с 3-5 годами, можно даже с разветвлениями. Каждый побег осторожно укрепляют в донной части каучуковой пробки, в виде подвешивания на крючочке, или виде вбуравливания в нее. Вся пробка с побегом с ее обратной стороной помещают в колбу. Колба плотно закрывается. Одновременно берут 2-3 колбы также с налитым в них баритом для контроля и помещаются в затемненное место. Колбы с опытным материалом осторожно подвешивают на крючках натянутой между деревьями веревки. Освещенность места, на котором предполагается растянуть веревку, максимально должно соответствовать освещенности места произрастания опытных растений. По секундомеру фиксируют время начала опыта и через каждые 10 мин замеряют освещенность. Поскольку интенсивность фотосинтеза у разных растений различная, особенно она высокая у травянистых растений и лиственных пород, поэтому экспозиция опыта может длиться 1 час или 30 мин в зависимости от интенсивности предполагаемого фотосинтеза. В течение этого времени колбы осторожно покачивают для разрушения образующейся в них при дыхании пленки. Одновременно от этих же деревьев берут образцы аналогичных побегов для определения интенсивности их дыхания. Экспозиция дыхания также длится либо 1 час или 30 мин в зависимости от продолжительности опыта для фотосинтеза. После окончания экспозиции побеги из колбы быстро извлекаются, а колба вновь быстро закрывается пробкой с тем, чтобы в колбу не допустить поступления внешнего концентрированного воздуха. Побеги с хвоей от каждой колбы отдельно фиксируются в спиртовом растворе над пламенем спиртовки и помещают в бумажный пакет, который фиксируется с присвоением ему своего номера. Затем в каждую колбу добавляют несколько капель фенолфтолеина (раствор готового порошка в спирте) для окрашивания опытного раствора и начинают титровать с помощью слабой щавелевой кислотой (1:5) до исчезновения цвета раствора. Разбавленную кислоту заливают в бюретку на 50 или 100 мл (для большей точности опыта бюретку берут на 25 мл) и начинают титровать опытный и контрольный растворы, определяя в них концентрацию оставшейся в колбе СО₂ и поглощенной налитым в нее баритом (в журнале записывают все отсчеты от начала и окончания титрования). Побеги с хвоей доставляют в лабораторию, высушивают в сушильных шкафах до постоянного веса при температуре 100-105⁰, хвою отделяют от побегов и взвешивают, а побеги выбрасывают. По разности использованных для титрования растворов щавелевой кислоты (в контроле и опыте) определяют количество поглощенной из раствора для фотосинтеза СО₂. Расчеты количества связанного при фотосинтезе СО₂ проводят по формуле:

И. Ф. = (К-А)۰Т ۰0,5/Р, где

К – количество щавелевой кислоты, пошедшее на титрование раствора в контрольной колбе, А – количество щавелевой кислоты, пошедшее на титрование раствора в опытной колбе, Р – масса сухого материала (хвоя, листья),

Т – титр щавелевой кислоты определяют путем деления объема взятого для опыта барита на количество щавелевой кислоты, пошедшей на его титрования с целью доведения его окраски до исходного состояния. Т = 20:16= 1,25, где 16 мл – количество раствора щавелевой кислоты, пошедшей на титрование контрольного раствора, 20 мл – количество барита, налитого в контрольную колбу.

Следует отметить, что в данном случае мы получаем не истинный фотосинтез данного объекта, а брутто-фотосинтез. Для получения истинного фотосинтеза при той концентрации СО₂, которая имеется в воздухе на данной территории, необходимо из брутто фотосинтеза исключить расходы СО₂, появившейся в колбе в результате дыхания растения и затем использованное растением при фотосинтезе. Такие опыты мы провели с крупным и средним подростом ели в 59-летнем березняке черничных лесорастительных условий. Вот их результат.

Таблица. Интенсивность истинного фотосинтеза подроста ели в 59-летнем березняке черничном через 3 года после выборочной рубки, мг СО₂/(г۰ч)

Примечание. % – это прибавка к фотосинтезу от дыхания

Из данных таблицы видно, что брутто фотосинтеза у обеих категорий подроста значительно выше истинного фотосинтеза. Разница между ними и явилась дополнительной добавкой СО₂, которая поступила в колбу в результате его выделения при дыхании опытного объекта. Также видно, что изреживание березового древостоя привело к увеличению освещенности, а вместе с ней и повышению интенсивности фотосинтеза у обеих категорий подроста. Добавка СО₂ дыхания к брутто фотосинтезу в контроле составила 50%, на участках с рубкой от 21 до 44%. Следовательно, изреживание древостоев у оставленного на выращивание подроста ели больше повышает фотосинтез за счет повышения освещенности, чем его фотодыхание за счет повышения температуры окружающей среды. Расчеты истинного фотосинтеза можно проводить как на сухую, так и на полевую влажность опытного объекта.

Радиометрический метод. Данный метод наиболее перспективный и используется при самых разных научных исследованиях. Он позволяет получать массовый материал с разных объектов, одновременно помещенных в контролируемые условия (освещенности и температуры). Метод основан на использовании в опытах радиоуглеродной или любой другой радиоактивной метки, например, фосфора, хлора, кислорода, железа, кальция, стронция и др., способных выделять радиоизлучение при определении интенсивности фотосинтеза, передвижении веществ в растении и поглощении их из почвы и активность др. физиологических процессов (Л.В.Вознесенский, О,В. Заленский, О.А. Семихатова: «Методы исследования фотосинтеза и дыхания растений». М.: Наука, 1965, 305 с.). Известно, что в ядре любого химического элемента присутствуют обычные электроны и электроны, испускающие излучение. Так, углерод имеет обычные электроны С¹² и радиоактивные изотопы С¹⁴, последние способны излучать импульсы. Фосфор имеет обычные электроны Р³² и радиоактивные Р³⁴. Такие простые и радиоактивные электроны имеются практически в каждом хим. элементе, у железа, хлора, кислорода и др. химических элементов. С учетом наличия излучения на их основе строятся атомные бомбы для уничтожения и возможного получения облучения ненужных объектов. Для получения достоверной информации при работе с этими элементами необходимо обязательно учитывать период распада их ядер. В расчет обычно берется период полураспада ядер и затем при расчетах делается на него поправка с учетом прошедшего времени от периода изготовления его и до окончания работы с ним. Например, период полураспада ядра у фосфора равен 12 часам, углерода 5 тыс. лет. В научные центры обычно поступают материалы с указанием в документах период их полураспада. Если в паспорте указано время изготовления данного препарата и период его полураспада, тогда будет не трудно вычислить истинную радиоактивность препарата на данный момент, принимая во внимание каждый период его полураспада. Например, у фосфора через каждые 12 час. радиоактивность уменьшается в 2 раза. За сутки от момента изготовления радиоактивность его уменьшится в 2 раза, через 2 сут она уменьшится в 4 раза от исходного начала, указанного в паспорте. Следовательно, для выхода на исходную радиоактивность элемента, полученную в результате проведения опыта, интенсивность поглощенного полученного при опыте элемента (фосфор, железо) тем или иным объектом (в нашем опыте корнями растения) при его использовании в опыте, через 2 сут после изготовления его уменьшится в 4 раза. Для получения точной информации, полученные данные в контроле и опыте необходимо умножить на 4. Зная период полураспада, такие опыты можно проводить с каждым химическим элементом. Период полураспада ядер у С¹⁴ составляет 5 тыс. лет. Поэтому этот элемент считается стабильным. Его можно использовать при любых научных опытах и в любых радиоактивных препаратах (сахароза, фруктоза, мальтоза, крахмал), в которых присутствует углерод, и в любое время, не делая поправки на период его полураспада. Этим методом пользуются при определении истории погибших животных, по распаду ядер кальция в меловых отложения, давность их образования и возраст обнаруженных в них животных и растений.

В опытах при определении интенсивности потенциального максимально возможного фотосинтеза (исключеная дефицит СО₂), используется углерод-14 или его соединения, в состав которых он входит (фруктозы, мальтозы, сахарозы и др.). При изучении минерального питания растений можно использовать любой хим. элемент, метаболизм которого в опыте исследуется. По активности его поглощения тем или иным органом растения (корень, лист) определяется жизнеспособность растения. Потенциальная интенсивность фотосинтеза растения определяется по количеству поглощенного листом (хвоей) радиоуглерода из газовой смеси в замкнутой системе при работе на свету.

Работы по изучению скорости фотосинтеза, равно как и скорости передвижения в растении углеродных соединений, начинается с приготовления радиоактивного порошка. Первоначально перед началом исследования в обязательном порядке готовится полевой журнал, в который необходимо занести название объекта исследования, время проведения исследования, показания освещенности, показания влажности сухого и влажного воздуха. В лабораторном журнале предусматриваются все необходимые графы для обработки экспериментального материала.

Обычно в научное учреждение радиоактивный порошок поступает определенной удельной радиоактивности. К нам в СевНИИЛХ радиоактивный порошок ВаС¹⁴О₃ поступал в виде небольшой навески, помещенной в небольшие стеклянные или п/э ампулки емкостью 5 мл и с массой р/порошка 250 мг. Каждая упакованная ампулка размещалась в отдельный свинцовый (в последнее время в плотный п/э контейнеры), с удельной радиоактивностью 200 МБк (миллибеккерель), иногда ошибочно с 2000 МБК. В системы СИ 1 беккерель означает 1 распад ядра углерода в секунду. Радиоактивность присылаемой упаковки обычно составляла 200 млн. радиоактивных распадов угоерода-14. До введения в мировую практику единой системы учета СИ (система измерений) удельная радиоактивность препаратов исчислялась в кюри, микрокюри, млликюри, мегакюри. Для фотосинтеза нами обычно использовалась присылаемая в лабораторию стандартная заводская упаковка 5 мкрокюри. Приготовление рабочего порошка осуществляется в специальных металлических или изготовленных из орг. стекла боксах с резиновыми рукавами, используемые для исключения возможного попадания радиоактивной пыли в помещение и в дыхательные пути оператора. Оператор работает в резиновых перчатках повязкой, закрывающей органы дыхания для исключения возможного попадания в организм радиоактивной пыли. Для приготовится радиоактивная смесь берется фарфоровая ступка, емкостью на 1,5-2,0 л. В нее высыпается 100 г обычного порошка углекислого бария ВаС¹²О₃. Затем к нему добавляется стандартная упаковка радиоактивного порошка ВаС¹⁴О₃ и спирт для размещивагтя порошка и создания однородной радиоактивной массы. Ампулка из-под радиоактивного порошка тщательно промывается спиртом. Вся полученная смесь в течение двух дней по 6 часов каждый день с помощью фарфорового пестика тщательно размешивается с постоянным добавлением в нее небольших порций спирта. После окончания размешивания смесь на сутки оставляется в боксе для испарения спирта. Затем ступка с радиоактивной смесью на сутки помещается в сушильный шкаф и просушивается при температуре 70-80⁰ С. После окончания просушки смесь с помощью фарфоровой ложки переносится в небольшую стеклянную или п/э бутылочку с широким горлышком для последующего использования. Сама ступка тщательно протирается ватным тампоном смоченном в спирте. Для этого берется небольшой ватный тампон, смоченный в спирте. С его помощью вся внутренняя поверхность ступки тщательно протирается. После окончания такой обработки тампон помещается в радиоустановку под торцовый счетчик СБТ-17 для проверки наличия в нем остаточной радиоактивность. Ступка очищается до полного исключения в ней радиоактивности. Бутылочка с Р/смесью плотно закрывается резиновой пробкой и помещается в сейф для хранения, который опечатывается с указанием даты закрытия и ответственного лица за приготовление смеси. Можно всю р/смесь сразу развесить по бутылочкам, поместив в каждую по 1 г. Для этого берутся медицинские пенициллиновые бутылочки объемом на 15 мл. Бутылочки закрываются резиновыми пробками, укладываются в коробочки и помещаются в сейф для хранения и последующего использования.

Использование данного метода для определения интенсивности фотосинтеза у растений состоит в следующем (см. фото). Вначале готовится журнал с таблицами для записи всех опытных показателей и характеристики испытуемого объекта исследований. Затем готовится замкнутая система для определения фотосинтеза, состоящая из газгольдера и ассимиляционной камеры. Газгольдером может быль любая известная емкость – стеклянная бутыль, п/э канистра или п/э кулек из прочной пленки, надеваемый на изучаемый объект с известным объемом. Для удобства расчетов объем газгольдера чаще всего принимается равным 10 или 5 л. В последнем случае навеска р/порошка уменьшается до 0,5 г. Ассимиляционная камера с помощью резиновых шлангов (входном и выходном) плотно соединяется с газгольдеров. На входном шланге укрепляется резиновая груша, необходимая для прокачки через систему газовой смеси.

Ассимиляционная камера собой представляет плоскую камеру из оргстекла. Внутри камеры имеется двухстворчатая сетка в виде двойной дверцы, на которую укладываются образцы растительной ткани (хвоя, листья, побеги). Поскольку работа при определении интенсивности фотосинтеза иногда проводится на полном солнечном свету (опыт можно проводить и под люминисцентными лампами), что приводит к нагреванию камеры и перегреву имеющего в ней опытного материала, поэтому для определения температуры в камеру дополнительно монтируется также портативный термометр. Во избежание перегрева камеры работу можно проводить в емкостях с водой. Для опытов можно использовать готовый небольшой ящик (водяную камеру), дно которого выстилается плотной п/э пленкой с целью исключения потери воды, и наливается вода. После этого камера помещается в емкость с водой, или укрепляется в зажимах и удерживается на металлическом штативе, затем выставляется на свет. В водяной бане для исключения возможного всплытия, камера с помощью деревянных распорок или металлических стержней надежно удерживается под водой. Затем готовится испытуемый материал (образцы побегов с хвоей разного возраста, листья растений), который компактно в один слой укладывется на сеточку, и помещается в ассимиляционную камеру. Камера плотно закрывается. Во избежание потери радиоактивной смеси и создания замкнутой системы, входное отверстие камеры обмазывется пластелином. После того как камера наполнена растительным материалом, ее временно укладывают на стол и прикрывют темной материей, а в газгольдере начинает готовить газовую рабочую смесь, состоящую из обычной и радиоактивной углекислоты (ВаСО₃+ Ва¹⁴СО₃). Для ее приготовления берется 1 бутылочка с радиоактивным порошком, которая открывается и на прочной нитке подвешивается в газгольдере. Отверстие газгольдера закрывается каучуковой пробкой, через которую проходят три стеклянные укороченные трубочки. Длина выходной от камеры трубочки, через которую будет проводиться забор радиоактивной смеси, на 3-5 см не должна достигать дна газгольдера. Длина входной в камеру трубочки, отходящего от ее шланга, заканчивается на 5 см ниже основания пробки. Третья трубочка своим основанием вставляется в бутылочку с радиоактивной смесью. К ней на небольшом резиновом шланге (5 см) прикрепляется стеклянная воронка для подачи в бутылочку с радиоактивным порошком слабой соляной кислоты с целью перевода его с помощью химической реакции в газообразное состояние. К двум другим трубочкам (входной и выходной) прикрепляются резиновые шланги, соединенные через входное и выходное отверстия с ассимиляционной камерой. На выходном шланге крепится резиновая груша, с помощью которой осуществляется постоянная прокачка газовой смеси через камеру. Все резиновые шланги у входа и выхода из камеры и около воронки снабжаются упругими зажимами во избежание возможной потери радиоактивной смеси в период ее прокачки. Перед началом работы готовится стол, на котором устанавливается люксметр для замера освещенности, ложится секундомер для фиксации времени начала и окончания опыта, ассимиляционная камера для приема образцов, спиртовка с стакан со спиртом, скальпиль для нарезания побегов, коробок спичек, устанавливается штатив с зажимом для крепления ассимиляционной камеры и поддержания камеры в рабочем состоянии, бутылочки с радиоактивным порошком и соляной кислотой, журнал для записи, карандаш или ручка для записи. Около стола устанавливается газгольдер с замкнутой системой для определения фотосинтеза. На ближайш6ем дереве подвешивается психрометр Ассмана для определения температуры сухого и влажного воздуха. После приготовления замкнутой системы, начинается ее заправка. Для этого открываются зажимы на шлангах. Через воронку в бутылочку с радиоактивным порошком заливается небольшое количество разбавленной соляной кислоты (1:3) с целью перевода его с помощью соответствующей химической реакции в газообразное состояние. Масса порошка и объем газгольдера рассчитаны таким образом, что при переводе 1 г радиоактивного порошка в газообразное состояние в 10-литровом газгольдере концентрация образующейся в результате хим. реакции газовой смести составляет 1%, которая и соответствует требованиям данной методики. Удельная радиоактивность образующейся газовой смеси после перевода порошка в газообразное состояние в 10 л газгольдере составляет 0,2% МБк/л ( 2 МБк:10 л). После получения газовой смеси зажим на шланге с воронкой быстро закрывается, а на рабочих шлангах входном и выходном зажимы открываются и образовавшаяся газовая смесь начинает заполнять всю замкнутую систему, одновременно поступая в камеру с растительным материалом. С помощью груши газовая смесь постоянно в течение 10 мин прогоняется через камеру с образцами. Перед прокачкой газовой смеси включается секундомер начинается ее прокачка. Прокачка газовой смеси через камеру (собственно экспозиция опыта) продолжается 10 мин. В течение этого времени над камерой с помощь люксметра Ю-116М через каждые 2 мин замеряется освещенность, ее показания второй оператор заносит в журнал. Этот оператор включает психрометра Ассмана и записывает в рабочий журнал показания сухого и влажного термометров.

После окончания прокачки газовой смеси через камеру (окончание опыта) Зажимы на всех шлангах закрываются. Ассимиляционная камера вскрывается, из нее извлекается сетка с испытуемым материалом. Каждый образец опытного материала (побеги с хвоей) раздельно в соответствии с изучаемым объектом помещается в стеклянный стаканчик на 100 или 200 мл, в него добавляется спирт и над спиртовкой начинается его фиксация в парах спирта. После окончания фиксации материал с помощью пинцета из стакана извлекается и помещается (если он небольших размеров) в пенициллиновую бутылочку, если он значительных размеров, то укладывается в бумажный пакет, приготовленный из плотной бумаги Крафта. Оставшийся после фиксации спирт вместе с фиксированным материалом сливается в бутылочку, либо вообще сливается на землю. Каждой бутылочке и пакету с опытным материалом присваивается соответствующий номер, который в журнале соответствует определенному опытному объекту. После этого весь опытный материал помещается в плотные картонные коробки и доставляется в лабораторию для обработки. В Лаборатории опытный материал высушивается в сушильных шкафах при температуре 70-80⁰ в течение 2-3 сут. Хвоя отделяется от побегов, побеги выбрасываются, а хвоя в медной ступке с ее ребристыми краями с помощью медного пестика тщательно растирается до порошкообразного состояния. После окончания измельчения вся масса порошка переносится в бумажный пакет с номером, соответствующему номеру его пенициллиновой бутылочке. Для просчета радиоактивности порошка из упругой фольги изготавливается несколько небольших подложек (можно использовать стандартные), с внутренним диаметром, равным диаметру уплотнительного пестика, который в опыте используется для выравнивания поверхности и однородности плотности порошка. Затем берется подложка с известной массой, на нее насыпается небольшая масса этого порошка. Поверхность порошка уплотнительным пестиком, изготовленным из медного материала, выравнивается и уплотняется. Подложка с р/п на аналитических весах тщательно взвешивается, затем сразу помещается в свинцовый домик радиометра (Б-3 или др.), обеспечивающего изоляцию порошка от внеш- них воздействий, и просчитывается его радиоактивность с помощью торцового счетчика МСТ-17 данной установки и определяется радиоактивность испытуемого порошка. Для этого от каждого объекта (например, хвоя 1 года) берется две (можно и больше) повторности порошка для получения среднего статистического показателя и промеряется не менее, чем в двух повторностях. Для этого изготавливается несколько небольших, изготовленных из упругой фольги подложек с внутренним диаметром, равным диаметру уплотнительного пестика, который в опыте используется для выравнивания поверхности и плотности порошка. Каждая подложка на аналитических весах с высокой точностью взвешивается и определяется ее исходная масса. В подложку насыпается небольшое количество испытуемого порошка (от 100 до 300 мг), подложка с порошком взвешивается на аналитических весах, и в свинцовом домике вводится под основание счетчика. Начинается просчет р/порошка. Продолжительность просчета порошка определяется уровнем его радиоактивности. При низкой радиоактивности (20-50 имп/мин) для точности 5% просчет длится 30 мин, при высокой радиоактивности (500 имп/мин и более) достаточно 5 мин. Все полученные данные заносятся в специальный журнал. Для этого п еречислим основные графы рабочего журнала, необходимые для математической обработки данных:

1. Дата работ. 2. №№ ПП (1, 2). 3. Повторности образцов р/п (1, 2). 4. Масса р/п с подложкой (1.-0,7284 мг и 2.-0,6382 мг). 5. Вес подложки (1– 0,6708 мг и 2.– 0,5963 мг). 6. Масса чистого порошка без подложки (А) 0,0576 мг и 0.0419 мг). 7. Поправка (К) на самопоглощение порошка за счет его плотности определяемая по спец. таблицам (в нашем опыте 1 – 3,78 и 2 – 2,94). 8. Количество р/импульсов порошка за «n » минут = 694 имп/ n. и 790 имп/ n. 9. Количество импульсов за 1 мин. («n:t ») (694:11= 63 имп./мин. и 790:14=59 имп./мин.). 10. Фон установки (устанавливается перед началом просчета рабочих образцов) Б - 3(«n:t ») (203:16=13 имп./мин. и 258:16=16 имп./мин. 11. Количество импульсов без фона (n–ф) 63-13=48 имп./мин и 59-16=56 имп./мин. 12. Количество импульсов с учетом поправки на самопоглощение (n–ф) К [48۰3,78=1817 имп./мин и 56۰2,94=1217 имп./мин.]. 13. Активность порошка в 1 г опытного материала (n–ф) К/А = 3,155 имп./мин и 2,906 имп./мин (А –масса порошка в граммах). 14. Средняяинтенсивность фотосинтезапорошка (n–ф) К/А ۰ 0,00216, где 0,00216 коэффициент перевода работы установки на показатели фотосинтеза. Тогда для перевода в граммы ( 3,155۰0,00216)۰1000= 6,8 мг СО₂ и (2,906۰0,00216)۰1000 = 6,3 мг С О₂. 15. Средняя интенсивность фотосинтеза исчисляется из парных определений: 6,8+6,3=6,5 мг мг СО₂, что и сделано нами. После окончания просчета порошка начинается его математическая обработка и полученных данных. Интенсивность фотосинтеза измеряется в мг СО₂ на 1 г сухого вещества в 1 час. Ниже приводится второй пример интенсивности потенциального фотосинтеза у подроста ели.

Таблица. Интенсивность фотосинтеза и дыхания мелких корней у подроста ели в 53-летнем березняке черничном через два года после выборочной рубки

Интенсивность рубки, %	Фотосинтез, мг СО2 на 1 г сухой массы в час	Дыхание корней, мг СО2 на 1 г сухой массы в час
М±m	%	t	М±m	%	t
Контроль	10,6 1,8		-	0,39 0,03		-
	12,6 1,9		2,9	0,48 0,2		2,3
	15,1 1,7		3,4	0,67 0,04		4,9
	17,2 1,9		4,0	0,72 0,03		5,7

При изучение оттока и транспорта ассимилятов (органических соединений) также используется радиометрический метод, что и при изучении фотосинтеза, с той лишь разницей, что концентрация удельной радиоактивности в газовой смеси должна быть в десятки раз больше по сравнению с определением фотосинтеза, поскольку дерево, это не отдельный побег, а в сотни раз его больше, и уловить в нем слабую радиоактвную метку (в кроне и корнях) представляет большую трудность. Обычно в этом случае используют радиоуглекислоту с удельной концетрацией 4 или 8 МБк/л. в зависимости от размера дерева и цели опыта. В этом случае также создается замкнутая система, состоящая из газгольдера, в котором готовится радиоактивная газовая смесь, и ассимиляционной камеры. Ассимиляционной камерой чаще всего служит п/этиленовый кулек изготавливаемый из прочной пленки, который надевается на вершину дерева, или на все дерево. Использовать камеру из оргстекла не представляяется возможным из-за большого размера испытуемого материала. Здесь можно привести опыт Сухова, который при изучении смолообразования у сосны полностью помещал дерево в большой п/э кулек. Основание кулька очень плотно укрепляется во избежание возможной утечки из системы газовой смеси. К камере от газгольдера подводятся входной и выходной резиновые шлаги и начинается прокачка р/смеси через камеру. Газгольдером может служить либо стеклянная бутыль на 10 или 5 л, п/э канистра или даже сам кулек с установленной в нем пенициллиновой бутылочкой с радиоактивным порошком и подведенным к ней шлангом для введения в бутылочку соляной кислоты. Экспозиция опыта может быть любая, в зависимости от принятого в опыте регламента и затем учитываться при расчетах. Она может увеличиваться до 0,5 часа, до 1 часа и более. Во время прокачки р/смеси через каждые 5 мин над камерой с помощь люксметра Ю-116М замеряется освещенность, с помощь психрометром Ассмана температура сухого и влажного воздуха. Все показания заносятся в специальный журнал. После окончания подкормки в отдельные кульки берутся образцы органов и тканей дерева (раздельно побеги с хвоей разных лет с центрального и боковых побегов, образцы проводящих и поглотительных (мочек) корней, с помощь пёртки высечки образцов луба и древесины. Каждый опытный образец фиксируется в стакане со спиртом над пламенем спиртовки для исключения его функционирования и потери им радиоактивности. Помещается в п/бутылочку или в специальный бумажный пакет с присвоением ему своего номера. Все образцы берутся в двух, лучше в трех повторностях во избежание возможных ошибок. Все данные заносятся в Специальный журнал. Весь собранный экспериментальный материал доставляется в лабораторию для обработки. Обработка экспериментального материала и расчеты проводится тем же образом и с использованием той же аппаратуры, что и при фотосинтезе. Расчеты проводятся в имп./мин на 1г вещества.

Таблица. Скорость накопления и передвижения ¹⁴С - углерода

(имп./мин 10³) у подроста ели (высота 1,5-1,7 м) в 130-летнем

елово-березовом насаждении и в 13-летнем березняке

В последнее время в передовых странах мира (Германия, США и др.) при научных разработках фотосинтеза в отдельной физиологической комнате готовится оборудование, которое позволяет одновременно получать данные по многим физиологическим показателям, включая такие показатели как процесс фотосинтеза, дыхания, передвижения веществ, водный режим, продуктивность растения, то есть данные о характере всего метаболизма растения одновременно, но при естественной концентрации СО₂ в воздухе. Изотопы при этом не используются во избежание загрязнения установки. В России такого оборудования пока нет.

Изучение обмена веществ в растениях можно проводить путем изучения скорости поступления их через корень из почвы, либо из соляного раствора. В последнем случае готовят специальный раствор испытуемого элемента с его известной концентрацией. Опытным элементом чаще всего бывают изотопы фосфора или железа, обладающие радиоактивным излучением. Раствор выливают в пробирку на 100 или 200 мм и в него помещают живой корень растения непосредственно в почае, фиксируют время начала и окончания опыта. После окончания опыта измеряется оставшаяся концентрация элемента в исходном растворе, берутся образцы тканей, в которые изучаемый элемент мог поступить, и в лабораторных условиях с помощью радиационного метода начинают изучать его передвижение в органах растения. Обычно используют интактные, не отделенные от дерева живые корни, которые в растворе способны функционировать как в обычной почве.

Водный режим растения

Водный режим является важным элементом общего обмена веществ растения. Высокая обводненность тканей является непременным условием нормального функционирования растения, необходимым условием для нормальной работы ассимиляционного аппарата. По наблюдениям классика лесного дела В.Ф. Морозова (1966) быстрорастущим видам растений свойственен и более энергичный водообмен. Основными процессами водного обмена в растении являются: степень водонасыщенности тканей и органов, интенсивность транспирации отдельного органа или всего растения, водный дефицит.

Транспирация растений. Транспирация, как диффузный процесс, представляет собой физиологическое испарение воды листом в системе «растение-воздух» в результате его жизнедеятельности и контролируется самим растением. Физическое испарение воды происходит с поверхности растения (хвои) и физиологического значения для дерева не имеет. Известно, что в клетке вода представлена в двух состояниях – в свободном и связанном с ее биоколлоидами. Во втором случае это, так называемая, трудно испаряемая гигроскопическая вода. Наиболее легко из клетки при транспирации испаряется свободная вода. Именно он