3083

14

2.1. Водообмен побега древесной или кустарниковой породы

Задача данной работы – количественный учет и изучение особенностей трех основных процессов, из которых складывается водообмен растения: поступления воды в растение, передвижение воды по проводящим тканям и транспирации. Растение помещают в банку с определенным количеством воды, принимают меры против испарения воды непосредственно из банки и взвешивают всю установку. Через несколько дней вторично взвешивают установку, учитывают количество оставшейся в банке воды и на основе полученных данных вычисляют количество поглощенной растением воды (по убыли ее в банке) и количество транспирированной воды (по уменьшению массы всей установки). Для получения ответа на вопрос, по какой части стебля идет восходящий ток, к воде добавляют небольшое количество краски.

Налить в банку примерно на 3/4 воду, подкрашенную эозином, наклеить этикетку и взвесить банку с водой. Взять двулетнюю ветку сосны, очистить нижнюю часть стебля (до мутовки побегов) от хвои и вставить стебель в отверстие пробки. Если имеется резиновая пробка, то можно очень плотно зажать в ней ветку, для чего нужно просверлить в пробке отверстие немного меньше толщины стебля, вставить в отверстие с нижней стороны более крупное сверло, опустить в сверло с верхней стороны пробки стебель и, придерживая пробку и стебель пальцами, вытащить сверло из пробки. Если пробка корковая, то приходится делать отверстие немного больше толщины ветки, а затем закрыть пластилином щели между веткой и пробкой. Вставив ветку в пробку, следует обновить срез стебля под водой: погрузить нижний конец стебля в кристаллизатор с кипяченой водой и отрезать наискось острой бритвой кусок стебля длиной 3-5 см. Продержав свежесрезанный конец стебля под водой менее мин, вставить пробку с веткой в банку так, чтобы нижний конец стебля не доходил до дна банки на 1-2 см. Залить пробку парафином (если пробка резиновая и плотно закрывает банку, то этого можно не делать) и взвесить всю установку с точностью до 0,1 г.

Оставить банки на свету в обычных лабораторных условиях, одинаковых для обоих вариантов опыта.

Через 1-2 недели взвесить всю установку, вынуть пробку с веткой и взвесить банку с оставшейся в ней водой (если пробку заливали парафином, то перед взвешиванием необходимо тщательно удалить весь оставшийся на банке парафин). Оборвать всю хвою и взвесить ее.

Записать результаты в табл. 1. Испаряющую поверхность вычислить исходя из того, что 1 г сырой хвои сосны обыкновенной соответствует

15

поверхность 33 см2 (поверхностью стебля пренебрегают). Интенсивность транспирации вычислить, разделив количество испаренной воды на площадь поверхности хвои и продолжительность опыта (в ч).

Таблица 1

Количество поглощенной (А) и транспирируемой воды (Т) побегом, г

__________________________________________________________________

2.2. Содержание воды и сухого вещества в побегах и листьях

Содержание воды и сухого вещества в тканях служит одним из показателей состояния растения, качества семян и плодов различных видов и сортов растений. Содержание воды меняется в довольно больших пределах. Знание степени оводненности тканей и отдельных органов имеет существенное значение при оценке жизненного состояния растений, их устойчивости.

На торзионных весах взвесить листья, хвою или небольшое количество семян (до 2 г), повторность – четырехкратная. Переложить навеску растительного материала в бюксы, записав предварительно их номера. Бюксы поместить в сушильный шкаф при температуре 105 ˚С на 6 ч. После этого открытые бюксы с навеской листьев перенести в эксикатор для охлаждения. Повторное взвешивание высушенного растительного материала следует проводить быстро, сразу после его извлечения из эксикатора.

Относительное содержание воды в исследуемом материале определить по следующей формуле:

С = (а-b/a)100, %

где а – сырая масса, г; b – абсолютно сухая масса листьев, г.; С – содержание воды в %.

Содержание сухого вещества в тканях листьев или семян определить по следующему уравнению:

16

Х = 100-С, %,

где Х – содержание сухого вещества, %; С – содержание воды, %.

Результаты обработать статистически. Полученные значения внести в табл. 2.

Таблица 2

Содержание воды и сухого вещества в побегах, %__________

2.3. Интенсивность транспирации и транспирирующая поверхность

Потерю воды наземными частями растения в процессе испарения называют транспирацией. Транспирация представляет собой сложное физиологическое явление, тесно связанное как со структурой организма, так

ис отдельными его функциями – фотосинтезом, дыханием, ростом. Участие в транспирации живых клеток, сложных тканевых систем, связь с другими физиологическими явлениями делают транспирацию отличной от простого физического испарения. Это, в частности, находит свое выражение в усложненной, в сравнении с испарением, зависимости транспирации от внешних условий.

Транспирация наземных частей растения неизбежна. Поскольку листья

истебли, нуждаясь в газообмене, не могут быть нацело изолированы от окружающего их воздуха.

Всвязи с тем, что для целей лучшего поглощения углекислоты и более полного улавливания солнечной энергии растение развивает огромную листовую поверхность, транспирационные потери растения оказываются очень большими.

Влетние месяцы каждый гектар древесной растительности ежедневно теряет в процессе транспирации огромное количество воды, измеряемое тоннами и даже десятками тонн.

17

Объем транспирационных потерь в значительной степени зависит от сочетания внешних условий и биологических особенностей самого растения.

Физиологическое значение транспирации сводится, прежде всего, к следующему: во-первых, транспирация ускоряет доставку минеральных веществ, воспринятых корнями из почвы, и, во-вторых, предохраняет листья от перегрева солнечными лучами.

Основным показателем транспирационного процесса является интенсивность транспирации, т.е. количество воды, испаренной в единицу времени с единицы поверхности. Единицей времени служит 1 час,

единицей площади – 1м2 или 1 дм2, а количество испаренной воды исчисляется в граммах.

Интенсивность транспирации весьма различна у разных растений и непостоянна у одного и того же растения в зависимости, главным образом, от внешних условий. В большинстве случаев она колеблется в пределах от 10 до 250 г в час с 1м2. Интенсивность транспирации травянистых растений выше, чем у деревьев. Особенно большой транспирацией обладают сорняки.

Весовой метод учета транспирации основан на определении количества испаренной воды по уменьшению веса срезанного побега или отдельного листа, причем интервал между взвешиваниями не должен быть больше 4 мин, так как при более длительной экспозиции может начаться завядание листа, приводящее к уменьшению интенсивности транспирации. Весьма удобно пользоваться для быстрого взвешивания торзионными весами.

Установить торзионные весы в вертикальном положении по уровню при помощи двух винтов на подставке весов. Проверить нулевую точку весов, для чего открыть арретир (положение «свободно») и установить большую стрелку на нулевом делении шкалы.

Срезать лист и подвесить к крючку торзионных весов. Взвесить лист с точностью до миллиграмма, записать время.

Через 3-4 мин сделать второе взвешивание, закрыть арретир, снять лист с весов, определить его поверхность методом палетки (обрисовать лист на миллиметровой бумаге и подсчитать площадь, которую он занимает) или весовым методом.

В последнем случае для определения поверхности листа вырезать из бумаги (лучше всего миллиметровой) квадрат известной площади, например, 10 см2 и взвесить на торзионных весах; после этого положить лист, транспирация которого определялась, на квадрат или на другой кусок той же бумаги, обвести контур листа карандашом, вырезать и взвесить бумажную фигурку.

Найти площадь листовой пластинки по пропорции:

18

a

b = ,

где a – вес квадрата;

b – вес бумажной фигурки; С – площадь квадрата;

S – площадь листьев.

У хвойных пород оборвать и взвесить всю хвою (Д – масса всей хвои). Рассчитать транспирирующую поверхность исходя из того, что 1 грамм сырой хвои составляет 33 см2 (сосна обыкновенная). Внести данные в табл. 3.

Таблица 3

Транспирирующая поверхность побега, см2 ____________________

_________________________________________________________________

Интенсивность транспирации I вычислить по формуле:

I = n 10000 ,

St

где n – количество испаренной воды, г; S – площадь листьев, см2;

t – продолжительность опыта, часы;

10000 – коэффициент перевода квадратных сантиметров в квадратные метры.

Заполнить табл. 4.

Таблица 4

Интенсивность транспирации побега, г/час

______________________________________________________

19

2.4.Водный баланс растения

Втечение суток содержание воды в клетках растений не остается постоянным. Оно изменяется в зависимости от непрерывно происходящих процессов поступления и отдачи воды.

Соотношение между поступлением и расходованием воды называют водным балансом. Возможны три случая: поступление больше расходования, равно ему или меньше. В умеренно влажные и не слишком жаркие дни транспирация хорошо согласована с поступлением воды, оводненность тканей довольно постоянна. В жаркие летние дни расход воды на транспирацию превышает ее поступление, возникает водный дефицит.

Водный дефицит, или относительное содержание воды, - это разница между содержанием воды при максимальном насыщении ею тканей и ее реальным содержанием; он выражается в процентах от максимального содержания воды в растении.

Процессы водного режима зависят от напряженности факторов внешней среды. Так, поглощение воды связано в первую очередь с доступностью воды корневым системам растений (различные формы воды в почве, концентрация почвенного раствора, аэрация и температура почв и почвенного раствора и т.д.) из других факторов, оказывающих влияние на водный режим растений, следует назвать температуру почвы и воздуха (особенно неблагоприятна низкая температура почвы и высокая – воздуха), влажность почвы и воздуха, свет и др. из всех форм воды почвы капиллярная вода составляет основу водного питания растений.

Рассчитать водный баланс вычитанием количества поглощенной (А) и испаренной воды (Т).

Водный баланс = А – Т, г,

где А – поглощенная вода, г; Т – испаренная вода, г.

Все полученные данные заносим в табл. 5.

Таблица 5

Водный баланс побега, г _______________________________________

20

2.5. Скорость водного тока

При постоянных внешних условиях скорость движения воды в сильной степени зависит от анатомического строения водопроводящих элементов. Так, у кольцесосудистых лиственных пород, имеющих широкополосные сосуды весенней древесины, скорость движения воды, по данным Б. Губера, достигает 25,7 (ясень) и даже 27,7 (дуб) м в час. Рассеянососудистые древесины проводят воду значительно медленнее, со скоростью (в час) от 1 до 3,4 м (бук и липа). У хвойных пород скорость движения воды по трахеидам измеряется несколькими десятками сантиметров в час.

Анатомическое строение древесины определяет также величину ее водопроводимости. Водопроводимость есть количество воды (в см3), проходящее через единицу поперечного сечения (в см3) ствола в единицу времени (в час). Водопроводимость древесных лиственных пород всегда выше, чем хвойных, несмотря на то, что поперечное сечение водоносных клеток у хвойных пород больше, чем у лиственных. Водопроводимость лиственных пород равно примерно 20, а хвойных 2-5 см3 в час. Воде, которая движется по полости сосудов и трахеид, приходится преодолевать значительные силы сопротивления. Прямое механическое препятствие водному току оказывают поперечные стенки сосудов и, в особенности, трахеид.

Стенки сосудов имеют сквозные отверстия (перфорации), но через каждые 10-70 см встречаются и сплошные неперфорированные поперечные стенки. Что касается трахеид, то они, как это известно из анатомии растений, являются замкнутыми клетками длиною в 1-5 мм, поэтому движение воды по трахеидам встречает препятствие в виде поперечных перегородок чаще, чем при движении по сосудам.

Таким образом, медленное движение воды по древесине объясняется силами сопротивления, связанными с наличием поперечных стенок в проводящих клетках и трением между водою и боковыми стенками сосудов. Следует при этом отметить, что увеличение скорости движения воды привело бы к значительному возрастанию сил трения.

Скорость движения воды в древесном стволе в значительной степени определяется внешними факторами, особенно условиями водоснабжения. При недостаточном водоснабжении эта скорость снижается вследствие повышения сил сопротивления. Если же дерево обеспечено водой, скорость водного тока обнаруживает зависимость от интенсивности транспирации и приобретает, как и последняя, определенный суточный ритм.

21

Задача работы – определить: 1) топографию водного тока; 2) водопроводимость древесины.

При погружении побега в раствор краски происходит окрашивание участков стебля, по которым проходит водный ток. Рассматривая в микроскоп поперечные срезы такого побега, легко установить водопроводящие элементы стебля.

Водопроводимость – количество воды (в см3), проходящее за сутки через 1 см2 сечения древесины. Количество воды, прошедшей через побег, определяется по убыли окрашенной жидкости в сосуде. Площадь поперечного сечения древесины вычисляют по формуле

Q = πR2 – πr2,

где Q – площадь поперечного сечения древесины, см2; R – радиус древесины и сердцевины вместе, см;

πR2 – площадь поперечного сечения древесины и сердцевины, см2; r – радиус сердцевины, см;

πr2 – площадь поперечного сечения сердцевины, см2.

Скорость водного тока – это количество воды, прошедшее в сутки через 1 см2 поперечного сечения стебля.

Рассчитать скорость водного тока (V) по следующей формуле:

V = ,

где M = г, т.е. среднее из массы поглощенной и испаренной воды в граммах;

Q – поперечное сечение древесины в см2. Внести полученные данные в табл. 6.

22

Таблица 6

Скорость водного тока побега (V), г/____________________________

2.6. Экономность транспирации

Другим показателем транспирационного процесса является быстрота расходования воды, иначе называемая экономностью транспирации. Этот показатель исчисляется путем отнесения количества транспирированной за 1 час воды к общему запасу воды в растении. Быстроту расходования воды принято выражать в процентах. Растение, израсходовавшее в течение часа своих водных запасов, имеет показатель экономности, равный 10 %. Разумеется, это не значит, что содержание воды в растении снизилось на 10 %, так как одновременно с потерей воды идет подача ее корнями из почвы. Данный показатель поэтому характеризует лишь быстроту расходования запасов влаги, не учитывая размеров компенсации потерь за тот же промежуток времени.

Под экономностью транспирации, или быстротой расхода воды, подразумевается отношение количества испаренной воды за 1 ч к общему количеству ее в растении, выраженное в %.

Отношение интенсивности транспирации к интенсивности испарения со свободной поверхности носит название относительной транспирации. Она всегда меньше единицы, т.е. транспирация происходит медленнее, чем испарение с поверхности чистой воды при тех же условиях.

Экономность транспирации рассчитывается по следующей формуле:

Этр = , % за час, где

23

T – количество транспирируемой воды, г; t – продолжительность опыта в часах;

B – количество воды во всей хвое, г.

Количество воды во всей хвое рассчитывается следующим образом:

В = Д100С , %

где Д – сырая масса хвои, г; С – % воды в хвое.

Исходя из полученных данных, рассчитать величину экономности транспирации и данные занести в табл. 7.

Таблица 7

Экономность транспирации побега, % (Этр)__________________________

Выводы

После выполнения курсовой работы тезисно, по порядку должны быть приведены выводы. Они должны соответствовать полученным экспериментальным результатам, пронумерованы, их общее количество не должно превышать шести. Выводы необходимо логически сформулировать на основе собственных исследований и согласовать с целью и задачами работы, по сути, они должны представлять ответы на поставленные задачи проводимого исследования.

ВЫВОДЫ:

1.По данным – содержание воды, сухого вещества составило__________