Процесс транспирации у разных сортов рода Cucurbita

Как физиологический процесс транспирация зависит от света, влажности почвы, удобрений.

Свет -- главный фактор, регулирующий транспирацию. Интенсивность транспирации, например, у кукурузы в темноте -- 97, на рассеянном свету -- 114, на прямом солнечном свету -- 785 мг воды/ дм2 * ч. На испарение со свободной водной поверхности свет влияет мало (Медведев, 2004).

Влияние света на транспирацию связано, прежде всего, с тем, что зеленые клетки поглощают не только инфракрасные солнечные лучи, но и видимый свет, необходимый для фотосинтеза. Однако лист расходует на фотосинтез только 1--2% поглощенного света, редко 5%, а остальная энергия (до 98%) превращается в тепло и используется на испарение воды. Поэтому влияние света на транспирацию тем сильнее, чем выше концентрация хлорофилла. У зеленых растений даже на рассеянном свету интенсивность транспирации увеличивается на 30-40 % по сравнению с темнотой -- это прямое действие света на транспирацию.

Свет играет и косвенную роль, регулируя открывание и закрывание устьиц. Например, устьица у сахарного тростника открываются на прямом солнечном свету; слабый или рассеянный свет вызывает их частичное закрывание, причем устьица нижней эпидермы закрываются сильнее, чем верхней. В полной темноте устьица сначала полностью закрываются, а потом немного приоткрываются (Медведев, 2004).

С уменьшением влажности почвы транспирация уменьшается. Чем меньше воды в почве, тем ее меньше в клетках, и, следовательно, растение уменьшает транспирацию, прикрывая устьица. Если почва была сухой, то при увеличении ее влажности интенсивность транспирации сначала увеличивается. Но если в почве становится много воды, то интенсивность транспирации падает, так как вода вытесняет из почвы кислород, необходимый для дыхания корней. Нарушение дыхания приводит к плохому поглощению солей и, следовательно, уменьшению поступления воды. Если вода плохо поступает в корни, то интенсивность транспирации уменьшается. Интенсивность транспирации зависит и от условий минерального питания. У растений, испытывающих недостаток азота, фосфора или калия, интенсивность транспирации максимальна. Транспирация резко сокращается, если растения получают полное минеральное удобрение. Таким образом, чем лучше питается растение, тем меньше транспирация. Объясняется это тем, что поглощаемые растением ионы и синтезируемые вещества связывают воду, а испаряется только свободная вода. Следовательно, внесение удобрений -- это один из методов уменьшения интенсивности транспирации.

Транспирация зависит и от внутренних факторов, прежде всего от содержания воды в листьях. Всякое уменьшение оводненности листьев уменьшает транспирацию. Интенсивность транспирации зависит от количества свободной воды, водоудерживающей силы клеток. Чем меньше свободной воды, тем меньше транспирация (Воронин, 1981).

Количество воды, испарившейся растением, зависит от величины его листовой поверхности: чем больше листовая поверхность, тем больше воды теряет растение. Однако в процессе эволюции у растений выработались приспособления для сокращения испарения воды. Опушение листовой пластинки снижает транспирацию в 2--3 раза. Устьица могут быть погружены в мезофилл. Толщина кутикулы, зависящая от вида растений, влияет на интенсивность кутикулярной транспирации.

Интенсивность транспирации зависит и от соотношения поверхности корней и побегов. При увеличении доли корней транспирация увеличивается.

На интенсивность транспирации влияет физиологическое состояние тканей, например, связанное с возрастными изменениями. У молодых листьев интенсивность испарения воды выше, поскольку у них кутикула еще тонкая, и поэтому кутикулярная транспирация сильнее.

Интенсивность транспирации зависит и от фазы развития растения. Так, у пшеницы в фазу колошения транспирация снижается, а сразу после цветения растений усиливается, что приводит к уменьшению влажности тканей и помогает созреванию зерновок.

Суточный ход интенсивности транспирации максимально полно повторяет дневной ход солнечной радиации, с которой хорошо коррелируют температура и влажность среды. Слабая в утренние часы транспирация быстро возрастает по мере поднятия солнца, увеличения температуры и уменьшения влажности воздуха достигает максимума вскоре после полудня, а затем быстро падает к заходу солнца. В часы максимальной освещенности наблюдается и максимальная транспирация. Ночью интенсивность транспирации в 10 раз меньше (Курсанов, 1964).

Однако такой ход транспирации бывает в природе не всегда. Очень часто, несмотря на большую освещенность и высокую температуру, в полуденные часы транспирация уменьшается, и возникают двухвершинные кривые. У многих тропических растений в 14 ч транспирация уменьшается: у старых листьев ананаса минимальная транспирация приходится на самые жаркие часы дня. Это вызвано тем, что в дневные часы трата воды часто превышает ее поступление. Возникающий водный дефицит приводит к увяданию: потере тургора, опусканию листьев, закрыванию устьиц и, таким образом, к снижению транспирации. Это наблюдение говорит о способности листа подавлять испарение воды, несмотря на внешние условия, способствующие его увеличению. В сухих субтропиках, в степях, в тропиках интенсивная транспирация часто возможна только в ранние утренние часы, а потом она идет очень медленно. Например, максимальная интенсивность транспирации у сахарного тростника наблюдается до 10--11 ч.

У любого растения в жаркие сухие дни транспирация превышает поступление воды, и возникает водный дефицит. Ночью поступление воды становится интенсивнее транспирации, в результате в утренние часы водный дефицит снижается и может совсем исчезнуть. Разница между скоростью поступления воды и транспирацией, постепенно увеличивающейся днем, приводит к уменьшению водного потенциала клеток корней. Последнее стимулирует поступление воды - этот пример показывает, что неблагоприятная для растений ситуация -- разница между скоростями транспирации и поступлением воды -- служит основой для ее исправления. В идеале расход воды должен уравновешиваться ее поступлением. Но реально ежеминутно, ежесекундно происходит нарушение водного баланса. При этом растение чутко реагирует на эти нарушения: еще не наступил дефицит, а уже включаются механизмы для его ликвидации (Тахтаджян, 1981).

Интенсивность транспирации в данный момент суток зависит от многих причин. Во-первых, она зависит от напряженности метеорологических факторов: температуры, освещенности, влажности воздуха, при изменении которых интенсивность транспирации изменяется через несколько секунд. Во-вторых, интенсивность транспирации сегодня зависит от того, как шла вчера транспирация. В-третьих, транспирация, как и поступление воды, подчиняется эндогенным ритмам: даже в постоянных условиях днем она интенсивнее, чем ночью. Таким образом, по крайней мере, три причины: внешние условия данного дня, влияние условий предыдущих дней и наследственность -- взаимодействуют друг с другом и определяют реальную интенсивность транспирации. В результате кривые дневного хода транспирации очень разнообразны.

Величина транспирационного коэффициента сильнее зависит от внешних условий, чем от вида растения. Она возрастает по мере увеличения сухости воздуха. Интересный опыт был проведен на чайной плантации в Грузии. Кусты поливали не обычным способом -- по бороздам, а с помощью дождевального аппарата, что повышало влажность воздуха. В результате величина интенсивности транспирации снизилась, а урожай листьев удвоился (Медведев, 2004).

Температура воздуха тоже влияет на транспирационный коэффициент. У многих растений с понижением температуры воздуха транспирационный коэффициент уменьшается, так как снижается транспирация. Однако у риса, проса, сорго транспирационный коэффициент в прохладных условиях может увеличиться в несколько раз. Это связано с тем, что при понижении температуры у теплолюбивых растений резко тормозится рост. В таких условиях даже при уменьшении испарения транспирационный коэффициент возрастает.

Так как интенсивность транспирации зависит от условий минерального питания растений, то внесение удобрений должно влиять и на величину транспирационного коэффициента. Например, кукурузу выращивали на бедных, средних и плодородных почвах. Транспирационный коэффициент был соответственно 550, 478 и 392 г воды/ г сухого вещества, т. е. на плодородных почвах он меньше. При внесении удобрений во всех трех вариантах транспирационные коэффициенты были сходные -- 350, 341 и 347, следовательно, произошло их выравнивание. Особенно сильно упал транспирационный коэффициент на бедных почвах, а на плодородных он изменился мало. Этот пример показывает, что можно управлять водным режимом растений, внося удобрения. Орошение без внесения удобрений неэкономично из-за высокого транспирационного коэффициента. Управление водным режимом -- ключ к управлению урожаем (Нога, 1976).

Глава IV. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ТРАНСПИРАЦИИ И ТРАНСПИРАЦИОННОГО КОЭФФИЦИЕНТА У ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РОДА CUCURBITA В ИСКУССТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

IV.-1. Методика постановки и проведения эксперимента

Для полной характеристики водного обмена растений необходимо знать показатели эффективности расходования воды: продуктивность транспирации, т.е. количество сухого вещества (г), образовавшееся при испарении 1 кг (1 л) воды, и обратную величину - транспирационный коэффициент.

Выращивают пятинедельные растения. Из трех сосудов каждого варианта аккуратно извлекают растения, отмывают корни от песка, просушивают фильтровальной бумагой и определяют начальную массу воздушно-сухого материала в каждом сосуде отдельно. Для этого растения измельчают и в открытых коробочках из кальки помещают в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 105°С. При этой температуре происходит полная инактивация всех ферментов, что предотвращает последующие изменения сухой массы. Затем материал высушивают на воздухе или в сушильном шкафу при 60°С и взвешивают на технических весах с точностью до второго знака.

Оставшиеся три сосуда каждого варианта нумеруют, поливают через дренажную трубку до постоянной массы и в течение недели учитывают количество израсходованной растениями воды. Через неделю определяют воздушно-сухую массу растений каждого сосуда.

На основании данных о количестве израсходованной растениями каждого сосуда воды и накопленного сухого вещества за этот период вычисляют продуктивность транспирации и транспирационный коэффициент. Сопоставляют результаты определений по вариантам. Результаты опыта записывают в таблицу 1

В данной работе мы использовали следующие сорта представителей рода Cucurbita:

· Тыква Хуторянка (рис. 4, прил. I) - среднеспелый сорт столового назначения. Формирует плоды цилиндрической формы, с гладкой поверхностью, массой 8-11 кг. Мякоть ярко-желтая, сладкая, очень сочная. Сорт обладает повышенной холодостойкостью, выравненностью плодов, хорошей транспортабельностью и лежкоспособностью.

· Тыква Кустовая оранжевая (рис. 5, прил. I) - скороспелая. Растение кустовое, компактное, главная плеть короткая. Плоды массой 4,7-7,5 кг. Мякоть желтая, хрустящая, средней толщины, сочная. Слабо поражается мучнистой росой. Транспортабельность и лежкость хорошие.

· Тыква Грибовская кустовая 189 (рис. 6, прил. I) - Растение кустовой формы, мощное. Плоды овальные и цилиндрические со сбегом к плодоножке, массой 2,3-4,8 кг. Поверхность гладкая или слаборебристая. Окраска интенсивно-оранжевая с черно-зеленым рисунком в виде полос. Мякоть темно-желтая и светло-оранжевая. Транспортабельность и лежкость плодов хорошие.

IV.-2. Материалы и оборудование

Пятинедельные сорта представителей рода Cucurbita.

Технические весы, сушильный шкаф, кристаллизаторы, калька, фильтровальная бумага, стеклянные стаканчики.

IV.-3. Ход эксперимента и его результат

Были выращены пятинедельные представители трех вышеперечисленных сортов. Из трех сосудов каждого варианта аккуратно извлекаем растения, не повреждая его. Отмываем корни от песка, просушиваем фильтровальной бумагой и определяем начальную массу воздушно-сухого материала каждого растения отдельно (см. прил.II.1).

Далее растения измельчаем и помещаем в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 105°С. 3атем материал высушиваем в том же сушильном шкафу при 60°С и взвешиваем на технических весах с точностью до второго знака (см. прил.II.2).

Оставшиеся три сосуда с представителями каждого сорта нумеруем и в течение недели учитываем количество израсходованной растениями воды. Через неделю определяем воздушно-сухую массу растений каждого сосуда.

На основании данных о количестве израсходованной растениями каждого сосуда воды и накопленного сухого вещества за этот период вычисляем продуктивность транспирации и транспирационный коэффициент.

Исходя из того, что представитель сорта Хуторянка накопил 0,018 г воздушно-сухой массы, израсходовав за неделю 14,5 г воды, можно вычислить, сколько растение израсходует воды для накопления 1 г массы. Для этого составим пропорцию:

0,018 г - 14,5 г

1 г - Х;

Отсюда Х будет равен:

Х = 14,5 г ? 1 г = 805 г

0,018 г

Аналогично вычисляем коэффициент транспирации для тыквы Кустовой оранжевой и для Грибовской. Он соответственно равен 806 и 800 г.

Учитывая, что продуктивность транспирации -- это количество сухого вещества (в г), накопленного растением за период, когда оно испаряет 1 кг воды, мы можем вычислить его для каждого сорта. В ходе эксперимента представитель сорта Хуторянка изначально весил 3,236 г. Однако после обработки в сушильном шкафу мы вычисляем, что сухой вес растения составляет 0,142 г, а остальной вес (3,094 г) приходится на воду. Исходя из этого, можно вычислить, каков будет сухой вес растительного организма, если он испарит 1 кг воды. Для этого составим следующую пропорцию:

3,236 г - 3,094 г воды

Х г - 1000 г воды;

Отсюда находим Х:

Х = 3,236 г ? 1000 г = 1045,9 г

3,094 г

Однако следует учитывать, что растение использует на образование сухого вещества лишь 0,2% из усвоенной растением воды, а определенная выше величина указывает на 100% усвоение воды. Следовательно:

1045,9 г - 100%

Х - 0,2%

Из этой пропорции продуктивность транспирации равна

Х = 1045,9 г ? 0,2% г = 2,09 г

100%

Аналогичные вычисления выполняем для определения продуктивности транспирации для двух других сортов. Тыква Кустовая оранжевая имеет продуктивность транспирации равную 2,1 г, а Грибовская 189 - 2,097.

Результаты опыта записываем по форме (табл. 1).

Таблица 1 Определение показателей эффективности расходования воды

ВЫВОДЫ

На основании проведенного опыта, можно сделать следующие выводы:

· Cucurbita -- однолетнее травянистое растение. Корень стержневой, ветвистый. Стебель до 5-8 метров в длину. Листья очерёдные, длинночерешковые. Цветки крупные, одиночные, однополые. Опыляются перекрёстно. Плод -- тыквина, шаровидной или овальной формы.

· Начало экспериментальных исследований транспирации растений относится к первой четверти XVIII в. Более широко развернулись исследования водного режима растений в XX в. Чаще всего применяют или метод быстрого взвешивания, или метод инфильтрации (открытость устьиц). Величину транспирации растений также можно определить весовым или объемным методом. Определить продуктивность транспирации и транспирационный коэффициент можно по методу, описанному Н. В. Пильщиковой.

· Физиологический процесс испарения воды надземными органами растения получил название транспирации. Различают два типа транспирации: устьичную -- испарение воды через устьица и кутикулярную -- испарение воды через всю поверхность листовой пластинки.

· Было экспериментально выяснено, что тыква Хуторянка имеет коэффициент транспирации равный 805 г и продуктивность транспирации - 2,09 г; Кустовая оранжевая - транспирационный коэффициент 806 г, продуктивность транспирации - 2,1 г. У тыквы Грибовской кустовой 189 транспирационный коэффициент 800 г, продуктивность транспирации - 2,097 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Беликов П.С., Дмитриева Г.А. Физиология растений - Изд-во УДН, 1992. - 248 с.

2. Вавилов Н.И. Центры происхождения культурных растений /Н.И. Вавилов // Избр.тр. В 5-ти т. - М.- Л.: 1965, с. 9-107.

3. Викторов Д. П. Практикум по физиологии растений - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1991. - 160 с.

4. Водный обмен растений - М.: Наука, 1989. - 256 с.

5. Воронин Н.С. Руководство к лабораторным занятиям по анатомии и морфологии растений /Н.С. Воронин - М.: 1981. - 160 с.

6. Еленевский А. Г. и др. Ботаника высших или наземных растений - М.: Академия, 2000. - 432 с.

7. Жизнь растений: В 6 т. / Гл. ред. А.Л. Тахтаджян. Т. 5 (2). Цветковые растения /Под ред. А.Л. Тахтаджяна. М.: Просвещение, 1981. - 512 с.

8. Касьянова Л.Н. Экология растений. Водный обмен. М.: Наука, 1994. - 287 с.

9. Кузнецов В. В., Дмитриева Г.А. Физиология растений - М.: Высшая школа, 2005. - 720 с.

10. Малиновский В. И. Физиология растений: Учеб. пособие. -- Владивосток: Изд-во ДВГУ, 2004. - 163 с.

11. Медведев С. С. Физиология растений: учебник для вузов /С. С. Медведев. - СПб. : Изд-во СПбГУ, 2004. - 335 с.

12. Микулинский С. История биологии с древнейших времен до начала XX века - Изд-во: Наука, 1972. - 564 с.

13. Мирославов Е.А. Структура и функция эпидермиса листа покрытосеменных растений - Л.: Наука, 1974. - 120 с.

14. Нога Г. С. Опыты и наблюдения над растениями - Просвещение - 1976. 176 с.

15. Полевой В. В. Физиология растений: Учеб. для биол. спец вузов. - М.: Высш. Шк., 1989. - 464 с.

16. Практикум по физиологии растений /Под ред. В.Б.Иванова, - М.: Из-во Академия, 2001. - 136 с.

17. Практикум по физиологии растений /Н. Н. Третьяков, Т. В. Карнаухова, Л. А. Паничкин и др.-3-е изд., перераб. и доп. (Под ред. проф. Н.Н. Третьякова) - М.: Агропромиздат, 1990. - 271 с.

18. Скрипников Ю.Г. - Все о тыкве // Альманах "Сад и огород" №7 - М.: Колос, 1993. - 23-26 с.

19. Тутаюк В.Х. Анатомия и морфология растений - М.: 1972. - 336 с.

20. Физиология и биохимия растений: Методические указания / Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; Сост. Н. П. Решецкий, О. С. Кильчевская, Н. С. Вагина, Р. М. Латыпова, В. П. Моисеев, - Горки, 2000. -144 с.

21. Физиология растений /Под ред. И.П.Ермакова, - М.: Академия,2005. - 640 с.

22. Физиология растений /Под ред. А. Л. Курсанова, - М.: Академия наук СССР, изд-во Наука, т. 11, 1964. - 558 с.

23. Физиология растений /Под ред. А. Л. Курсанова, - М.: Академия наук СССР, изд-во Наука, т. 29, 1982. - 816 с.

24. Хржановский В. Г. Курс общей ботаники / В. Г. Хржановский. М.: Высш. шк., 1982. - 544 с.

25. Эсау К. Анатомия растений / К. Эсау.- М.: 1969. - 570 с.

26. Якушкина Н. И. Физиология растений: Учеб. пособие для биол. спец. высш. пед. учеб. заведений - М.: Просвещение, 1993. - 335 с.

Размещено на Allbest.ru