17. Методы изучения фотосинтеза.

Интенсивность фотосинтеза (ИФ) – количество СО₂, усваиваемое единицей листовой поверхности за единицу времени. ИФ измеряется преимущественно в мг СО₂/(дм² *ч). Реже для характеристики активности фотосинтеза используют количество О₂, выделяемое единицей листовой поверхности за единицу времени.

1. Газометрический метод определения ИФ

Наиболее распространенный метод как в лабораторных, так и в полевых условиях.

Данный метод применим в любое время, не приводит к уничтожению растения и позволяет оценить прибавку сухой массы за короткий интервал времени (за минуты, часы или дни). Кроме того, этот метод дает возможность изучать каждый лист в отдельности и соответственно оценить вклад каждого яруса в фотосинтетическую деятельность растения.

Это самый производительный и точный метод учета поглощения СО₂, основанный на инфракрасном анализе содержания углекислого газа в воздухе.

• В большинстве исследований газообмена СО₂ используется метод, основанный на помещении листа, растения или группы растений в прозрачную камеру. ИФ таких объектов определяют с помощью инфракрасных газоанализаторов по изменению концентрации СО₂ в потоке воздуха, протекающем через камеру.

• Обмен СО₂ больших участков, например, поля, можно измерить с помощью микрометеорологического метода. При этом ИФ посевов определяют с помощью параллельных измерений концентрации СО₂ и движения воздуха над посевом.

2. Радиометрический метод определения ИФ

Преимущество – может использоваться для полевого измерения. Лист или целое растение помещают в газовую среду, содержащую СО₂ с радиоактивным изотопом углерода ¹⁴С. Лист или растение выдерживают в этой среде короткое точно измеренное время (обычно 60 сек.), а затем фиксируют лист или растение в жидком азоте и определяют содержание в нем ¹⁴С: чем больше интенсивность фотосинтеза листа (растения), тем больше он поглощает СО₂ и, следовательно, тем больше в нем накапливается ¹⁴С.

Недостатки – приводит к гибели растения и имеет не очень высокую точность, может систематически завышать ИФ.

В последние годы появились портативные инфракрасные газоанализаторы, поэтому радиометрический метод сейчас применяется редко.

3. Полярографический метод определения ИФ

Преимущество – наиболее дешевый альтернативный метод определения ИФ

Количество кислорода, выделяемое растением при фотосинтезе, определяют поляриметрическим методом – прикладывают к листовой высечке специальный электрод и по величине полученного тока судят об интенсивности фотосинтеза

Электрод для листовой высечки можно использовать для измерения максимальных скоростей фотосинтеза в условиях насыщения СО₂.

Этим же методом удобно проводить измерение скорости фотосинтеза в зависимости от освещенности.

18. Физиологические основы выращивания растений при искусственном освещении.

Светокультура растений изучает теоретические основы и методы выращивания растений с помощью искусственного облучения.

В этом случае растения не создают новых запасов энергии на земле, как в природе, а лишь трансформируют лучистую энергию ламп в химическую энергию растений.

Искусственное облучение широко применяется в тепличных хозяйствах, особенно в северных регионах страны, для выращивания овощей, а также для ускорения выведения новых сортов, теоретических исследований по биологическим наукам и других целей. Источники облучения в светокультуре – электрические лампы различных типов. Они должны удовлетворять требованиям:

1. Спектральный состав излучения ламп должен в наибольшей степени способствовать осуществлению основных физиологических процессов. Для этого необходимо, чтобы в спектре были все участки видимого излучения с преобладанием красных, синих, фиолетовых лучей. Излучение с длиной волны менее 290нм не должно попадать на растения.

2. Лампы не должны излучать большое количество теплоты, так как это нарушает нормальный обмен веществ в растениях, приводит к преждевременному цветению, плодоношению и, как правило, снижению урожая.

3. Лампы не должны быть экономичными, т.е. создавать достаточную фотосинтетическую облученность при возможно меньшем потреблении электроэнергии и выдерживать продолжительную эксплуатацию.

В настоящее время наиболее широкое применение нашли газоразрядные лампы и в меньшей степени – лампы накаливания.

Источник лучистой энергии в газоразрядных лампах – излучение газов или паров металлов, возникающее при газовом разряде

• Ксеноновые лампы из газоразрядных источников искусственного света по спектральной характеристике в области ФАР наиболее близки к солнечному спектру. Растения разных видов, выращенные с применением этих типов ламп, имели при коротком вегетационном периоде продуктивность значительно выше, чем в поле. Однако низкий КПД этих источников (12-13%) и сложность эксплуатации препятствуют их широкому применению в светокультуре растений.

• Металлогалогенные лампы выпускаются с добавками йодидов металлов, более перспективны в сравнении с ксеноновыми лампами, так как обладают высоким КПД (25-30%) и относительно полным спектром.

В лампах накаливания, отличающихся невысокой стоимостью, простотой в обращении и высокой мощностью лучистого потока, источником излучения служит раскаленная вольфрамовая нить.