Способ определения надежности жизнеобеспечения растений
Патент 1739896
Авторы
Способ определения надежности жизнеобеспечения растений
Иллюстрации
Реферат
Использование: биология, агрономическая и селекционная практика, способы функционального состояния вегетирующих растений. Сущность изобретения: измеряют изменение удельного сопротивления растительных тканей в процессе ускоренного завядания. Выявляют кинетическую зависимость изменения удельного сопротивления от времени завядания. На основании ее определяют время наступления максимального значения удельного сопротивления , скорость прижизненного нарастания удельного сопротивления и интегральную мощность сопротивления в первый час завядания . Растения относят к надежно жизнеобеспеченным, если интегральная мощность сопротивления более 5 кОм-см -ч и время наступления максимального значения удельного сопротивления в три и более раз превышает скорость нарастания удельного сопротивления, или к маложизнеобеспеченным, если - менее 5 кОм-см -ч и менее 3,0 соответственно. 2 ил., 4 табл. сл С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧ Е С К ИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОП И САН И Е И 3О6РЕТЕ Н ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4870116/13 (22) 26,09,90 (46) 15,06.92. Бюл. ¹ 22 (71) Институт почвоведения и агрохимии АН
УЗССР (72) Д.С.Саттаров, Ф.Н.Рустамова и Х.Х,Сагдуллаев (53) 632.11(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N1205796,,кл. А 01 G 7/00, 1984, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ (57) Использование: биология, агрономическая и селекционная практика, способы функционального состояния вегетирующих растений. Сущность изобретения: измеряют изменение удельного сопротивления
Изобретение относится к общим вопросам теоретической и практической биологии и может быть использовано в агрономической и селекционной практике для оценки функционального состояния вегетирующих растений.
Известен способ определния физиологического состояния растений по активности пероксидазы, который характеризует жизнеспособность растительного организма.
Известны многочисленные способы определения устойчивости растений к специфическим фитопатогенным и неспецифическим поражениям (мороз, соли, засуха, инфекции и пр,).
Однако для характеристики биологической надежности растений определение Ж„„1739896 А1 (51)5 А 01 G 7/00//А 01 Н 1/04 растительных тканей в процессе ускоренного завядания, Выявляют кинетическую зависимость изменения удельного сопротивления от времени завядания. На основании ее определяют время наступления максимального значения удельного сопротивления, скорость прижизненного нарастания удельного сопротивления и интегральную мощность сопротивления в первый час завядания. Растения относят к надежно жизнеобеспеченным, если интегральная мощность сопротивления более 5 кОм см ч
2 и время наступления максимального значения удельного сопротивления в три и более раз превышает скорость нарастания удельного сопротивления, или к маложизнеобеспеченным, если — менее 5 кОм см ч и
2. менее 3,0 соответственно, 2 ил„ 4 табл. жизнеспособности и устойчивости недостаточно.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения жизнеспособности растений по измерению электропроводности живых растений с помощью электродов, прикладываемых к апикальному концу и корневой шейке, при этом о жизнеспособности судят по соотношению сопротивлений при прямой и обратной полярности прикладываемого напряжения. Для мертвых и измельченных растений это соотношение равно 1, а для живых растений увеличивается до 12 и более.
Недостатки прототипа — определение только одного параметра (жизнеспособно1739896
10
25 сти) и малая информативность анализа для живых растительных тканей.
Цель изобретения — повышение точности определением количественных критериев надежности жизнеобеспечения растений.
На фиг, 1 представлена кинетика изменения величин удельных сопротивлений (а)) черешков растений со временем ускоренного увядания для хлопчатника сорта 108-Ф, выращенного до 2-х месячного возраста в лизиметрах ИПА АН УЗССР на различных агрофонах; на фиг, 2 — то же, для растений
3-х сортов перца сладкого: "Зумрад", "Дар
Ташкент", "Заря Востока", и двух вариантов опыта с растениями огурца сорта "Узбекский 740".
Сущность изобретения заключается в и ериодичес ком измерении удел ьн ого сопротивления выхода электролитов в водный раствор из свежесрезанных односантиметровых черешков растений, выдерживаемых в условиях ускоренного старения, например, завядания, в термошкафу при оптимальной температуре. По величинам удельных сопротивлений черешков растений (в) каждого варианта опыта в течение всего периода ускоренного старения и гибели составляют таблицу и строят график кинетической зависимости изменения удельного сопротивления от времени завядания (м/t), которая имеет вид экстремальной кривой с максимумом в к в момент гибели живых клеточных структур и необратимым увеличением выхода ионов (соответственно, снижением в) в последующее время, Из анализа зависимости в/t определяют следующие количественные параметры: начальное сопротивление иЮ; время наступления максимального значения удельного сопротивления — критерий устойчивости (КрУ); скорость прижизненного нарастания удельного сопротивления критерий реактивности (КрР); интегральную мощность сопротивления в первый час завядания — критерий жизнеспособности (Крж), Надежность жизнеобеспечения растений определяется соотношением критериев устойчивости, реактивности ижизнеспособности. При этом высокую надежность жизнеобеспечения обнаруживают растения, если КрЖ>5 кОм см ° ч, а время наступления максимума удельного сопротивления более чем втрое превышает скорость нарастания удельного сопротивления (КрУ/КрР)3,0); растения относят к малонадежным, если
КрЖ<5 ?????? ???? ?? ?? ??????>
Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается следующим. В качестве биофизического показателя измеряется удельное сопротивление черешков; параметры надежности определяются в динамике ускоренного старения.
Функциональное состояние растения оценивается по трем количественным критериям с четкой характеристикой степени надежности жизнеобеспечения. Так как фактором ускоренного старения выбрано обезвоживание при повышенной (35 С) температуре, то именно к этим условиям определяют: критерий жизнеспособности — как потенциальный запас сопротивления гибели; критерий устойчивости — как время продолжительности сохранения живых структур, в течение которого удерживается выход ионов в условиях ускоренного старения; критерий реактивности — как мера отзывчивости и скорости ответных реакций для мобилизации "жизненного потенциала" растений; степень надежности — по абсолютной величине критерия жизнеспособности и отношению количественных критериев устойчивости и реактивности.
Пример 1, Для определения параметров жизнеобеспечения растений хлопчатника сорта 108-Ф, выращенных в лизиметрах
ИПА АН УЗССР на различных агрофонах: без удобрений; с минеральными удобрениями NzsoP >soKvs; с органикой — навоз 50 т/га; со смесью Р17 К75 навоз (20 т/га). с 8 до 9 ч утра отбирают в холодильную сумку листья с черешками — главные листья среднего яруса в определенной фазе развития. Затем листья протирают увлажненной марлей и укладывают на фильтровальную бумагу в сушильный термошкаф при t=35 1 Ñ, Параметр измерения — удельное сопротивление контрольных и увядающих листьев — определяют в кинетических условиях съемки электропроводности на 5-й минуте выхода ионов после помещения двух свежесрезанных 1-сантиметровых отрезков (на расстоянии 0,5 см от основания листа) черешков в термостатируемую при т=25+0,1 С ячейку кондуктометра ОК-102/1 "Radelkis", Венгрия, снабженную 3-кольцевым коаксиальным платиновым микроэлектродом и укрепленную на магнитной мешалке ММЗМ со скоростью вращения 500 об/мин. Кинетика выхода ионов регистрируется на самописце КСУ-4, сопряженном с кондуктометром (ширина ленты 250 мм). Скорость протяжки ленты 1800 мм/ч. Объем дистиллированной воды в измерительной ячейке 6
1739896
55 мл, диапазон измерений 50,из микросименс (10 Ом ).
Общая площадь поверхности срезов 2-х отрезков определяется по их диаметрам, просматриваемым под градуированной картографической лупой;
2 (2) В (мм} ж,(1)2»
100 100 2
+ — 2) — 1,57 (dt + d5 )/ 100 где d1 и бг — диаметры срезов, мм.
В табл. 1 приводятся величины электропроводности (к), измеренные по кондуктограммам на 5-й минуте кинетики выхода ионов в абсолютных величинах (мм шкалы
КСУ), пересчетных — в микросименсах (и/ s) и с учетом общей площади поверхности срезов испытуемых черешков — величины удельной электропроводности (к /s), из которых рассчитывают обратные величины удел ьн ых соп ротивлений (в ), На фиг. 1 представлен график зависимости изменения удельных сопротивлений растительных образцов со временем ускоренного увядания (cd/t) для растений хлопчатника сорта 108-Ф, выращенных на агрофонах;1 — без удобрений (б/у); 2-NPK;
3 — органика; 4 — PK навоз, КинЕтичЕСкая ЗавиСимОСть Cd/t имЕЕт экстремальный характер с максимумом в критический момент деградации мембранных структур (tKpvlT. при cdcdBKc), определяющим критерий устойчив)сти (КрУ=1крит.), Тогда до наступления ткрит, наблюдается этап прижизненного нарастания в, в последующее время необратимо увеличивается выход ионов с падением удельного сопротивления в результате деструкции растительных тканей, По скорости прижизненного нарастания удельного сопротивления определяют критерий реактивности (КрР):
КрР=, кОм см ° ч
Cdìàêñ ®о ткр
Тогда жмакс= м3+ Кр КрУ, КОм.см
По интегральной мощности сопротивления в первый час завядания определяют критерий жизнеспособности каждого варианта растений:
КрЖ= в0т+КрРт /2=(ив+КрР/2), (t=1 ч) кОм.см ч.
В табл. 2 приводятся вычисленные значения количественных параметров для испытуемых вариантов растений.
Наибольшую величину критерия жизнеспособности показали растения, выращенные на органических удобрениях (КрЖ=9,38 кОм см. ч). Наименьшую — растения, выра2 щенные на агрофоне без удобрений (КрЖ=4,65 кОм см. ч).
Критерий жиэнепособности так же, как величина максимального удельного сбпротивления (вмакс) увеличивается в ряду вариантов: б/у< РК< PK навоз< органика.
В то же время абсолютная величина отношения КрУ/КрР для них варьирует от 0,83 до 16,1 (табл. 2), Как видно из табл. 3 самая низкая продуктивность показана для варианта 1 — без удобрений (9,87); для варианта 2 с NPK выявлена высокая урожайность и одновременно высокая заболеваемость вилтом (36 — 39 ), что резко влияет на качество волокна, его длину, прочность и другие технологические свойства, Самая высокая сопротивляемость к инфекции выявлена у варианта 3, которая согласуется с оценкой критерия жизнеспособности. Для варианта
4 относительно высокая сопротивляемость базируется и на более оптимальном соотношении критериев устойчивости и реактивности (5,75).
Если величина КрУ/КрР мала (<3,0), то растения проявляют черезмерную лабильность и чувствительность к такому стрессовому фактору, как ускоренное увядание, если велика (> 10), то растения обладают большей жесткостью, устойчивостью мембранных структур в ущерб реактивности, поэтому высоконадежные растения, выращенные на вариантах с органическими удобрениями, проявляют наибольшую жизнеспособность и оптимальное соотношение критериев устойчивости и реактивности (510).
Пример 2. Определяют надежность жизнеобеспечения растений перцасладкого
3-х сортов:"Зумрад", "Дар Ташкент", "Заря
Востока" и огурца сорта "Узбекский
740", выращенного на агрофонах — без удобрений и с минеральными удобрениями
М250Р150К150 KF/га.
У всех испытуемых растений отобрали листья с черешками, поместили их на фильтровальную бумагу в термостат при t=35
0,5 С и периодически по мере завядания измеряли величину удельных сопротивлений черешков растений по стандартной методике.
На фиг. 2 представлен график кинетики изменения cd/täëÿ каждого варианта опыта, из которого определяют количественные
1739896
50 параметры и степень надежности для каждого испытуемого образца (табл. 4).
Из данных табл. 4 очевидно, что самая низкая жизнеспособность (2,78 кОм.см,ч) и г низкая величина отношения КрУ/КрР (2,25) соответствуют малой надежности жизнеобеспечения для варианта 4 — растений огурца сорта "Узбекский 740", выращенных без удобрений. Другие варианты, для которых величина КрУ/КрР>3,0 и КрЖ>5, относят к надежно жизнеобеспеченным. Самую высокую степень надежности жизнеобеспечения проявили растения перца сладкого сорта "Зумрад", для которых высокая величина КрЖ=8,00 сопряжена с оптимальным соотношением КрУ/КрР= 8,26, Как показали испытания, надежность жизнеобеспечения наравне с величиной критерия жизнеспособности (поскольку для них КрУ/KpP>3,0) увеличивается в ряду сортов перца: "Заря Востока" < "Дар Ташкент" <
"Зумрад", что согласуется с повышением полевой устойчивости к инфекциям по наблюдениям сотрудников УзНИИ овощебахчевых культур и картофеля САО ВАСХНИЛ, Таким образом, оценка 3-х критериев и степени надежности жизнеобеспечения дает более полную характеристику истинного функционального состояния растения, изменяющегося на каждой фазе вегетационного развития.
Способ можно осуществить и на других морфологических структурах растения, например на высечках листьев — дисках определенного диаметра. В этом случае трудность заключается в точном определении площади деструктированной поверхности — площади среза с учетом толщины листовой пластинки, еще больше уменьшающейся при увядании. Поэтому выбор 1сантиметровых черешков более обоснован ввиду возможности точного определения площади срезов для расчета удельного сопротивления в кинетике кондуктометрических измерений, Предлагаемый способ позволяет в минимальные сроки (7 — 10 ч) определить количественные параметры надежности жизнеобеспечения испытуемых сельхозкультур, оценить степень надежности, распознать причинный характер ее вариаций и выполнить целенаправленный отбор растений с требуемыми хозяйственно-ценными и физиологическими качествами, Использование способа эффективно как для оценки условий выращивания растений, так и для характеристики различных генотипов, выращиваемых на одном и том же агрофоне.
Использование предлагаемого способа определения параметров жизнеобеспечения растительных систем обеспечивает по сравнению с известными способами определения устойчивости и жизнеспособности следующие преимущества.
Количественное определение критерия реактивности позволяет оценить вклад чувствительности растительных структур с стрессовым фактором в надежность жизнеобеспечения растительных систем.
Применение условий ускоренного старения позволяет одновременно оценить 3 критерия надежности жизнеобеспечения растений: жизнеспособность, устойчивость и реактивность.
Количественные определения параметров и каждого критерия в отдельности позволяет распознать причинную связь изменения степени надежности с вариацией количественных значений анализируемых критериев, Формула изобретения
Способ определения надежности жизнеобеспечения растений, включающий измерение биофизического показателя, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности способа, в качестве биофизического показателя измеряют изменение удельного сопротивления растительныхтканей в процессе ускоренного завядания, выявляют кинетическую зависимость изменения удельного сопротивления от времени завядания, на основании ее определяют время наступления максимального значения удельного сопротивления, скорость прижизненного нарастания удельного сопротивления и интегральную мощность сопротивления в первый час завядания, растения относят к надежно жизнеобеспеченным, если интегральная мощность сопротивления более 5 кОм см ч и время наступления максимального значения удельного сопротивления в три и более раз превышает скорость нарастания удельного сопротивления, или к маложизнеобеспеченным, если — менее 5 кОм см ч и менее 3,0
2. соответствен но.
1739896
Табли ца 1
ms вс/s, ms/смв ааривнты опыта
Время суток
d черешков, мм аремя увядания, ч
S сре- h, мм
ЗОВ>
Я, кОм см2
127
82
87
104
173
1,8
1,5 ,4
1,5
9о
1О
11о
13
16оо
108-ф (б/у) 1,6 +
1,5 +
1,6 +
1,6.+1
1,5 +
108-Ф (NPK) 199
204
148
147
132
113
126
108-Ф (органика) 108-Ф
З,О + 3,1
3,1 + 3,0
3,0 + 2,8
2>9 + 2,9
3,0 + 2,7
2,8 + 2,8
2,8 + 2,6
2,6 + 2,5
Таблица 2
Таблица 3
КрУ/
/KpP
Степень надежнОСти жизнеобеспечения
Заболеваемость вилтом, %
Показатели роста и продуктивнОСти с е нее за 1986-1988 гг, ВарианТЫ ОПЫ та
Урожай хлопка1986 г. 1987 г.
КоличЕСтвс коробочек на ) растение шт
Вес
ОДНОЙ коробочки, г
Высота главного стебля, см
Крж
0,83
16,1
1 б/у
2 NPK
3 OpraHl>IK8
4 PK-наВОЗ
4,65
7,36
2,0
39,0
3,40
4,95
9,87
36,5
2,90
7,37
43,6
69,6
36,0
19,0 9,38
3,34
24,2
4,64
28,0
61,0
6,03
5,75
8,23
26,2
33,0
7,27
4,54
68,1
9оо
1 0 >о
11 >о
1 10
) 3 "о
) 4>о
15 ! 6>о
1О
11 йо !
3 о
4ао
162о
9"
11 зо
12
13", 14
3,0+ +3,0
3,2 + 3,0
2,8 + 2,6
2,7 + 2,8
2,6 + 2,7
2,5 + 2,5
2,5 + 2,4
2,4 + 2,4
2,8 + 2,6
2,8 + 2,7
2,6 + 2,7
2,4 + 2 5
2,4 + 2,4
2,3 + 2,4
2,3 + 2,2
0,103
0,086
0,075.
0,071
0,071
0,283
0,302
0,229
0,237
0,196
0,196
0,188
О, 181
0,229
0,237
0>221
0,188
0,181
0,173
0,159
0,292
0,292
0,264
0,264
0,258
0,246
0,229
0,204
)о7
121
91
98
103
131
168
131
121
124
126
120
25;4
16,4
17,6
20,8
34,6
39,8
4 О, 8
29, 6
2 9, 4
26, 4
22, 6
24, О
2 5 > 2
Z 5, 4
2 4, 2
2 1, О
1 8, 2
1 9 > 6
2 О, 6
2 6, 2
3 7, О
3 3, 6
2 8, О
2 6, 2
2 4 > 2
2 4, 8
2 5 > 2
2 4, О
246,6
190,7
232,0
292,9
487,3
140,6
135,1
129,3
124,0
119,5
115,3
127,7
139,2
110,9
102;1
95,0
96,8
108,3
119,1
164,8
126,6
115,1
106,1
99,2
93,8
100,8
110,0
117,6
4,05
5,24
4,31
3,41
2,05
7,11
7,40
7,74
8,06
8,37
8,67
7,83
7,18
9,01
9,79
10,52
10,33
9,23
8,40
6,07
7,90
8,69
9,43
10,08
10,66
9,92
9,09
8,50
1739896
КрУ/Кр Р чх маке
+Kpy KpPi кОм ° смз
7,74 4,2 0,51
8,0
9,88
8,26 ++
2 Перец сладкий "Дар
Ташкента" 7,28
0,42
7,49
5,0
9,38
11 90 +
3 Перец сладкий "Заря
Востока" 5,42
0,89
5,87
3,3
8,36
3,71 +
2,6
2,20
2,78
1,15
5,20
2,25
5 Огурец "Узбе кс к и и -74 О", агрофон
5 05
4,5
0,38
5,24
6,76
11,82 +
Варианты опыта
1 Перец сладкий "Зумрад"
4 Огурец "Узбекский 740"„ агрофон без удобрений
Начальное сопротивление,Яе, кОм смз
Время наступления
00 вакс
Кру, ч
Скорость прижизненного нарастания„Я, Крр, кОмх хсмз, ч
Интегральная мощность сопротивления в 1 час КрЖ, кОм смз ° ч
Таблица 4
Степень надежности жизнеобес" печения
1739896
> кОм см
IO
I
О
l цас.
2 3
Фаз. Z
Составитель Е,Шкрадюк
Редактор М.Бандура Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С,Шевкун
Заказ 2025 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101