Работа 3. Определение интенсивности транспирации весовым методом по Л.А. Иванову

Цель: определить интенсивность транспирации по уменьшению массы листьев

Объекты, реактивы, оборудование: листья и проростки разных растений, торзионные весы, миллиметровая или писчая бумага, лезвия безопасной бритвы, вазелиновое масло, электролампа на 200-500 Вт, вентилятор, колпаки стеклянные, фильтровальная бумага, чашка Петри.

 

Краткие сведения:

Транспирация—процесс испарения воды надземными частями растения. Интенсивность транспирации — это количество воды, испаряемой растением (в г) за единицу времени (ч) единицей поверхности листа (в дм²). Эта величина колеблется в пределах 0,15—1,47 г/дм²-ч. Отношение воды, испаряемой листом, к воде, испаряемой со свободной водной по­верхности той же площади за один и тот же промежуток времени при одних и тех же условиях называется относительной транспирацией. Этот показатель характеризует способность растений регулировать транспирацию.

Наиболее простой и достаточно точный метод учета транспирации — метод быстро взвешивания, предложенный Л. А. Ивановым. Метод Иванова пригоден только для определения транспирации у листьев небольших размеров, вес которых не превышает максимально допустимой нагрузки на торзионные весы (200-1000 мг). Другая особенность метода заключается в том, что для соблюдения точности результатов необходимо делать взвешивания через короткие интервалы времени (2-3 мин), повторяя их не менее 3 раз.

Ход работы

Лист срезают с растения и, удалив черешок, место среза смазывают тонким слоем вазелинового масла для предотвращения испарения с его поверхности. Иголкой к листу прикрепляют небольшую петельку из нитки. Устанавливают торзионные весы, согласно правилам работы с ними, и включают их. Исследуемый лист взвешивают за петельку на крючок коромысла весов, закрывают весовую камеру, включают весы и делают первое взвешивание (Р₁). Затем лист быстро вынимают и помещают в исследуемые условия, подвесив петлю к штативу. С интервалом 3 мин взвешивание повторяют трижды (Р₂, Р₃, Р₄). По разности между предыдущим и последующим взвешиванием определяют количество воды, испарившийся за данный промежуток времени, и вычисляют среднюю величину (Р). Для повышения точности определений желательно иметь трехкратную повторность по каждому варианту, т.е. исследовать по три листа.

Для определения поверхности листа взвесить на технических весах квадрат миллиметровой бумаги известной площади (например, 100 см²), наложить на этот квадрат исследуемый лист, тщательно обвести карандашом листовую пластинку, вырезать и взвесить полученную бумажную фигуру. Площадь листа вычислить по пропорции a/b = c/S, где а – масса квадрата, b – масса бумажной фигуры, с – площадь квадрата, S – площадь листа.

Одновременно определить при тех же условиях интенсивность свободного испарения. Для этого взвесить чашку Петри, наполненную почти до краев водой комнатной температуры (наружная поверхность чашки должна быть совершенно сухой), и через любое время, например через 30 мин, сделать второе взвешивание. Определить испаряющую поверхность, измерив внутренний диаметр чашки. Результаты наблюдений записывают по форме в таблицу 1.

 

Таблица 1

 

Вариант опыта	Повторность	Вес испаренной воды (в мг) через интервалы времени, мин	Р	Площадь листа, дм^2	И тр, г/дм^2▪ч
Р1	Р1-Р2	Р2-Р3	Р3-Р4

Интенсивность транспирации (И тр)рассчитывается по формуле:

Р▪ 1000▪ 60, г/дм²▪ч.

И тр = 2S

 

Вычислить интенсивность свободного испарения (И _{св. ис}) по той же формуле. Найти относительную транспирацию (И _от): И _от = И тр/ И _{св. ис}.

На основании величины относительной транспирации (И _от менее 0,5 считается низкой) сделать вывод о регуляции листом процесса транспирации. Сделать вывод о влиянии изучаемого фактора на интенсивность процесса транспирации.

 

Задачи. Сравнить интенсивность транспирации:

1) старых и молодых листьев;

2) у листьев на свету и в темноте;

3) у листьев при нормальном и интенсивном движении воздуха;

4) листьев мезофитов и листовых суккулентов;

5) у листьев традесканции и пеларгонии.

 

Общие результаты записать в таблицу 2.

Таблица 2

 

Вариант опыта	Интенсивность транспирации, г/дм^2▪ч	Относительная транспирация
Вид растения	Условия

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ «ВОДНЫЙ ОБМЕН РАСТЕНИЙ»

 

1. Сколько воды испарится из растения за 5 мин, если интенсивность транспирации 120 г/м^2.ч, а поверхность листьев 240 см²?

2. На лист пеларгонии нанесли каплю спирта, бензола и ксилола. В двух последних случаях на листе появились прозрачные пятна. Почему?

3. С листовой поверхности древесного растения площадью 12 м² за 2 ч испарилось 3 кг воды. Чему равна интенсивность транспирации?

4. В сосуде с почвой вырастили растение и довели его до состояния устойчивого завядания. Определить коэффициент завядания, зная, что проба почвы из сосуда весом 5,16 г после высушивания при 100° стала весить 4,8 г.

5. Как изменится процент активного поглощения от общего при помещении растения в темноту, в условия повышенной влажности, интенсивного движения воздуха? Почему?

6. С поверхности побега, площадь листьев у которого 1,2 дм², испарилось на 4-й минуте 0,06 г воды. При тех же условиях со свободной водной поверхности площадью 20 см² за 2 ч испарилось 0,6 г воды. Определить относительную транспирацию.

7. За вегетационный период в растении накопилось 2,1 кг органического вещества, а испарилось 525 кг воды. Определить продуктивность транспирации. К какому экотипу (мезофит, ксерофит) относится растение?

8. Почему в жаркий день растения, несмотря на достаточное количество влаги в почве, подвядают, а в ночные часы тургор восстанавливается?

9. Рассчитать транспирационный коэффициент древесного растения, испарившего за вегетационный период 2 т воды, если за это время накопилось 10 кг сухого вещества. К какому экотипу по характеру водообеспеченности относится растение?

10. Транспирационный коэффициент равен 125 мл/г. Найти продуктивность транспирации. К какому экотипу по характеру водообеспеченности относится, данное растение?

11. Почему при помещении букета в вазу рекомендуется обновлять срез под водой?

12. Продуктивность транспирации растения равна 4 г/л. Найти транспирационный коэффициент.

13. Какая почва называется физиологически сухой? Какие виды почв можно назвать физиологически сухими?

14. Одно из двух одинаковых растений в глиняных горшках поставлено в кристаллизатор с водой 20⁰С, другое — с водой при 30°. Какое из них будет более интенсивно поглощать воду, почему?

15. Опытами установлено, что растением за 1 ч испаряется 5 г воды, а поглощается 4,5г. Какими условиями могло быть вызвано такое несоответствие?

16. Какие листья, верхнего или нижнего яруса, быстрее завядают при недостатке влаги в почве, почему?

17. Одно растение пеларгонии поместили на некоторое время в темноту, другое — во влажную камеру, третье — на проточный воздух. На нижнюю сторону листа среднего яруса каждого растения нанесли по капле спирта, бензина и ксилола. На листе, находившемся в темноте, прозрачные пятна в месте нанесения растворителей не обнаружены. На листе, помещенном в условия повышенной влажности, пятна образовались в месте нанесения всех трех растворителей. На листе, находившемся на проточном воздухе, прозрачное пятно появилось только в месте нанесения ксилола. Объяснить полученный результат.

18. Бумагу, пропитанную хлористым кобальтом, приложили к обеим сторонам молодого и зрелого листа пеларгонии. В первом случае порозовели куски бумаги, приложенные как к верхней, так и к нижней стороне, во втором ярче оказалась окраска бумаги, приложенной к нижней стороне. Почему?

19. Как изменится соотношение между активным поглощением воды и присасывающей силой транспирации при понижении температуры в зоне корней?

20. Что означает активное поглощение воды растением? Какова примерно будет его доля от общего поглощения при обычных условиях?

21. У многих злаков в отличие от других растений устьица расположены на верхней стороне листа. Почему?

22. Побег, взвешенный сразу после срезания, имел вес 10,26 г, а через 3 мин — 10,17 г. Площадь листьев побега равна 240 см². Определить интенсивность транспирации.

23. В утренние часы при высокой влажности воздуха на концах колеоптилей проростков злаков, по краям листьев манжетки и других растений можно наблюдать капли воды. Что это за явление? Объяснить его возникновение.

24. Ветку ивы поставили в сосуд с водой, подкрашенной эозином. Через несколько дней сделали продольный срез через стебель. По какой части стебля поднимается вода (окрасится красителем)?

25. Растение посадили в почву, осмотическое давление почвенного раствора которой 0,3 МПа. Во время посадки осмотическое давление клеточного сока корневых волосков составило 1 МПа, а тургорное давление — 0,8 МПа. Может ли данное растение жить на этой почве? Ответ обоснуйте.

26. Как можно объяснить «плач» березы при повреждении ствола ранней весной и отсутствие этого явления в летнее время.

27. Две ветви, которые подвяли поставили в сосуд с водой, причем у одной из ветвей срез стебля обновили под водой. Какая из ветвей раньше и полнее перейдет в состояние тургора? Почему вы так думаете?

28. Охарактеризуйте механизм транспирации воды растением, его эта­пы, механизм регуляции. Значение транспирации.

29. Назовите показатели транспирации и объясните их биологический смысл.

30. Бумага, пропитанная раствором хлористого кобальта и просушенная до ярко-голубого цвета, была приложена к двум сторонам листа дуба. С нижней стороны листа бумага порозовела через 15 минут, приложенная к верхней стороне изменила свою окраску только через 3 часа. Как объяснить полученные результаты?

31. Как объяснить, что при общей небольшой площади устьичных отверстий (не более 1 % от площади листьев) интенсивность транспирации при благоприятных условиях водоснабжения приближается к интенсивности эвалорации (испарения со свободной водной поверхности)?

32. На нижнюю поверхность листьев лещины в разные часы ясного летнего дня наносили капли ксилола, бензола и этилового спирта. При этом наблюдалось следующее: в 5 часов утра указанные жидкости не оставляли на листе никакого следа, в 7часов получились пятна от ксилола и бензола, в 9 часов пятна дали все 3 жидкости, а в 13 часов пятен на листе не оказалось. Как объяснить эти результаты?

33. Дерево за 1 час испарило 500 г, а корневая система поглотила за это же время 450 г воды. Какие условия внешней среды могли вызвать несовпадение количества поглощенной и испаренной воды? Как это отразится на растении.

34. Как объяснить «плач» березы при поражении ствола ранней весной и отсутствие этого явления в летнее время?

35. У некоторых комнатных растений незадолго перед дождем появляются капли воды на кончиках листьев. Как объяснить это явление?

36. Растение было выдержано несколько часов в темноте. А затем выставлено на прямой солнечный свет. Как изменится при этом транспирация? Почему?

37. Растения одного вида выращиваются в одинаковых почвенных условиях. На одну грядку было внесено определенное количество удобрений, а в другую - вдвое больше. Будет ли различие в процессах поступления и расходования воды этими растениями?

38. Почему у растений разных видов, произрастающих в одинаковых условиях, водный режим складывается по-разному?

39. Какое влияние на растение оказывает недостаток и избыток воды? Есть ли различия в физиологических процессах в засушливые годы и в годы с нормальным увлажнением?

40. Вес побега сразу после срезания составил 10,54 г, а через 3 минуты 10,45 г. поверхность листьев равна 200 см². Определить интенсивность транспирации.

41. Чему равна интенсивность транспирации, если дерево с листовой поверхностью 10 м² испарило за 2 часа 4 кг воды?

42. Чему равна листовая поверхность дерева, если при интенсивности испарения (транспирации) 50 г/м2▪час, дерево за 30 минут испарило 10 кг воды? Определить экономность транспирации по следующим данным: интенсивность транспирации 25 г/м. кв. в час, площадь листьев 550 см² сырая масса 20 г, абсолютно сухая масса 9 г.

43. Интенсивность транспирации растения составляет 40 г/м. кв. в час, площадь листьев равна 80 см. кв., сырой вес растения - 40 г, сухой вес -10 г. Определите экономность транспирации.

44. Продуктивность транспирации равна 5 г/литр. Найти транспирационный коэффициент.

45. При наличии листовой поверхности площадью 1,5 дм² побег испарил за 5 минут 0,08 г воды. При тех же условиях со свободной поверхности площадью 25 см² за 2 часа испарилось 0,6 г воды. Определить относительную транспирацию.

 

Тема 3. МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ

Питание растительных организмов представляет собой процесс поглощения и усвоения из окружающей среды химических элементов, необходимых для их жизнедеятельности. Минеральное питание включает процессы поглощения минеральных ионов из наружной среды, их связывания (преобразования, ассимиляции) и транспорта по клеткам и тканям к местам возможного потребления.

Наземные растительные организмы в естественных условиях получают необходимые минеральные вещества из почвы. В этом случае корни оказываются в сложной системе биологических и физико-химических взаимоотношений между почвенными частицами, почвенным раствором, почвенными микроорганизмами и грибами. Ионы минеральных солей могут поступать в клетки корневой системы растений, как из почвенного раствора, так и в результате контактного обмена с почвенными частицами. Оба эти процесса обычно связаны с обменом ионов Н+ на катионы и анионов НСО₃^—, ОН^— и органических кислот на минеральные анионы.

Из почвы минеральные элементы поглощаются в виде катионов и анионов. Попадая в клетку, одни элементы участвуют в метаболизме в форме свободных ионов, другие связываются с органическими соединениями, не претерпевая при этом никаких изменений, третьи же включаются в состав органических молекул только после ряда окислительно-восстановительных превращений.

В растениях обычно обнаруживаются следы почти всех химических элементов, находящихся в окружающей среде. Однако для жизни растений необходимо не более двенадцати элементов, которые получили название биогенных.

Элемент считается необходимым, если его отсутствие исключает нормальный жизненный цикл растения; его нельзя заменить каким-либо другим элементом; для данного элемента четко определены его физиологические функции. Элементы, входящие в состав растения делятся на две основные группы: органогены и зольные, а последние в свою очередь подразделяются на три группы:

2. Макроэлементы первой группы (содержание в % на единицу сухой массы): N (0,5-6,0), К (0,1-1,0), Р (0,04-0,6);

3. Макроэлементы второй группы: Са (0,03-1,7), Мg (0,03-0,3), S (0,01-0,6), Fе (0,002-0,009);

4. Микроэлементы (содержание <0,001% на сухую массу): Мо, Мn, Zn, Сu, В, Со и др.

Считается, что для упорядоченного обмена веществ, развития и высокой продуктивности необходимо, чтобы растения получали питательные элементы не только в достаточных количествах, но и в требуемых соотношениях.