810

4. В колбу помещают веточку или лист, которую привязывают к стеклянной палочке в пробке или на нитке. Предварительно лист срезают под водой, и черешок обертывают мокрой фильтровальной бумагой (рис. 20).

5. Колбу с растением плотно закрывают пробкой (для герметичности замазывают пластилином) и определяют рН.

6. Колбу на 30 минут выставляют на яркий свет. Одновременно измеряют температуру при помощи термометра, который вставлен в отверстие пробки.

7. Через 30 минут вновь измеряют рН раствора в колбе. 8. По таблице определяют начальное количество СО2 в растворе и после опыта. Рассчитывают, сколько углекисло-

ты ушло на фотосинтез.

9. Затем рассчитывают интенсивность фотосинтеза листа Jф в мг СО2 на 1м2 за час по формуле в %:

J ф – интенсивность фотосинтеза (мг СО2/м2 х час); S – площадь листьев побега (см2);

10000 – коэффициент перевода см2 в м2; мг СО2 – масса углекислого газа, поглощенного расте-

нием при фотосинтезе;

t – время опыта (час).

10. Для определения истинного фотосинтеза учитывают количество СО2, выделенного в результате дыхания этим же растением за 30 минут.

Для этого колбу накрывают темной тканью и выдерживают в темноте еще 30 мин., после чего вновь определяют рН раствора и повторяют расчет, как в предыдущем варианте опыта.

Полученные результаты записывают в таблицу и делают выводы об интенсивности фотосинтеза и ее зависимости от внешних и внутренних факторов.

121

дуктов фотосинтеза растений в значительной мере изменяется в зависимости от их видовых особенностей, физиологического состояния и условий внешней среды.

Однако у большинства растений, особенно у двудольных, в результате фотосинтеза в хлоропластах откладывается крахмал, который легко обнаружить пробой Сакса. Для этого лист обесцвечивают кипячением в спирте и обрабатывают раствором J2 в КJ. Посинение указывает на наличие в листе крахмала.

Цель работы. Методом Сакса (обесцвеченный лист обрабатывают раствором йода) проверить наличие крахмала в листе намеченного для опыта растения.

Материалы и оборудование: растения, подготовленные для исследования; светонепроницаемые бумажные чехлы; пинцет; горячая водяная баня; 96%-ный этанол; раствор йода в йодистом калии; ножницы; канцелярские скрепки.

Ход работы. На лист подготовленного к опыту растения при помощи канцелярских скрепок плотно прикрепляют сложенную вдвое черную бумагу с вырезанными фигурками (рис. 21). Растение выставляют на яркий солнечный или электрический свет, в последнем случае на расстоянии не менее 30 см от лампы.

Рис. 21. Определение крахмала в листе

123

Через 1,5-2 часа с листьев снимают бумагу, их отрезают от растения и опускают на 2-3 минуты в кипящую воду, чтобы убить клетки. Для того чтобы зеленый цвет хлорофилла не маскировал происходящее изменение окраски, листья нужно предварительно обесцветить. Для этого их опускают в чашку с кипящим 96%-ным этанолом, помещенную в водяную баню, и держат их там столько, сколько потребуется (не следует пользоваться открытыми горелками, так как этанол легко воспламеняется).

После обесцвечивания листья опускают на несколько секунд в теплую воду, чтобы размягчить ткани, которые после спирта становятся хрупкими. Затем их раскладывают в кюветы с раствором йода в йодистом калии. Этот краснокоричневый раствор окрашивает все части листа, где есть крахмал, в сине-черный цвет.

Пронаблюдайте за окрашиванием частей листа, затененных бумагой и без нее. Зарисуйте.

Вопросы для самоконтроля

1.Какой полисахарид образуется в процессе фотосинтеза?

2.Как проверить наличие этого полисахарида в листе?

3.Почему крахмал в листьях исчезает при выдерживании растений в темноте?

Работа 47. Образование сахара в листьях растения при фотосинтезе

Вводные пояснения (см. в предыдущей работе).

Цель работы. Обнаружить образование сахара в листьях лука при фотосинтезе.

Материалы и оборудование: листья лука; пинцет; го-

рячая водяная баня; 96%-ный этанол; раствор йода в йодистом калии; ножницы; жидкость Фелинга; 10%-ный раствор NaОН; слабый раствор СиS04; пробирки; спиртовки.

Ход работы. 2 г листьев лука растирают, переносят в колбу, обливают 10-15 мл Н2О, кипятят и фильтруют. Параллельно берут кусочек листа лука длиной 2-3 см, убивают

124

его кипячением в воде, обесцвечивают в горячем спирте и проводят йодную реакцию на крахмал. В полученной вытяжке определяют моносахариды (глюкозу и фруктозу). Для этого к 3-5 мл фильтрата прибавляют такой же объем смеси Фелинга и нагревают до кипения. При наличии в жидкости моносахаридов выпадает кирпично-красный осадок закиси меди, образующийся благодаря восстановлению гидроксида меди Си(ОН)2, входящего в состав фелинговой жидкости. Кроме реакции Фелинга, можно использовать пробу Троммера. Для этого к 5 мл испытуемой жидкости приливают 1 мл 10% NаОН и немного слабого раствора CuSО4. Образующийся вначале гидрат окиси меди Си(ОН)2 растворяется и жидкость окрашивается в синий цвет. Раствор CuSО4 прибавляют до тех пор, пока останется в жидкости немного нерастворимого гидрата окиси меди. После этого жидкость нагревают до кипения. Сахар, отнимая от окиси меди кислород, окисляется в кислоту, а окись меди восстанавливается в закись, которая выпадает в виде кирпично-красного осадка; иногда выпадает желтый гидрат закиси меди. Оба осадка указывают на присутствие в растворе сахара, обладающего редуцирующими свойствами.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие продукты фотосинтеза накапливаются в листьях лука?

2.Как определить продукты фотосинтеза?

3.Какие сахара обладают редуцирующими свойствами?

Работа 48. Определение площади листьев

Вводные пояснения. При изучении интенсивности фотосинтеза, дыхания, транспирации чаще всего получаемые величины рассчитывают на единицу листовой поверхности, поэтому возникает необходимость ее измерения. Определение площади листьев имеет и самостоятельное значение при установлении листового индекса, фотосинтетического потенциала и др.

125

Листовой индекс - это отношение общей площади листьев растений к площади посева. В зависимости от культуры и условий произрастания он обычно варьирует от 1 до 7 и более, по нему можно судить о степени обеспеченности посева водой и элементами минерального питания. У большинства сельскохозяйственных растений оптимальный листовой индекс составляет 4-5 м2/м2 посева.

Для характеристики фотосинтетической работы посева используют специальный показатель - фотосинтетический потенциал (ФСП). Его находят, суммируя площади листьев (м2 на 1га посева за каждые сутки вегетационного периода или определенной его части). Для хороших посевов фотосинтетический потенциал за вегетацию составляет 2,2-3 млн м2/га х сут., средних -1,0-1,5 и плохих - 0,5-0,7 млн м2/га х сут. Данный показатель хорошо коррелирует с показателем урожайности. Например, фотосинтетический потенциал около 3 млн м2/га х сут. может обеспечить получение 4-6 т/га зерна или 70-80 т/га корне- и клубнеплодов.

Определение площади листовой поверхности проводят разными способами. Рассмотрим некоторые из них.

Ход работы. Первый способ. Берут не менее 10 растений с опытной делянки, срезают все листья и взвешивают (P). Из них с помощью пробочного сверла (металлическая трубка с заточенными краями) берут по 50 высечек общей площадью не менее 20см, и взвешивают их (Р1). Зная массу (Р1) и площадь высечек листьев S1, а также массу листьев в пробе Р, рассчитывают поверхность листовых пластинок всей пробы по формуле:

S – общая площадь листьев пробы (см2); S1 – площадь высечки (ПR2) в см2;

Р – общая масса листьев (г); Р1– масса высечек (г); Н - число высечек.

126

Площадь листьев на 1га посева рассчитывается, исходя из густоты стояния растений, и выражается в м2 на 1га.

Второй способ. Листья раскладывают на писчую бумагу и аккуратно обрисовывают их контуры тонко отточенным карандашом. Контуры листьев вырезают и взвешивают. Из такой же бумаги вырезают квадрат площадью 100 см2 и взвешивают его. Площадь листьев находят по формуле:

S - площадь листьев (см2);

Р - масса контуров листьев (г)

Р1 - масса квадрата 100 см2 бумаги (г).

Третий способ. Площадь листьев злаковых культур может быть вычислена по формуле:

S = ⅔ А х В

S - площадь листьев (см2 ) А - ширина листа (см); В - длина листа (см).

Этот способ особенно удобен тем, что длину и ширину листьев можно измерять неоднократно в течение вегетации на одних и тех же растениях, не срезая листья.

Четвертый способ. Автоматическое планиметрирова-

ние. Для определения площади листьев все шире применяют различные модели фотопланиметров: с параллельным пучком, с интегрирующей сферой, со сканирующим лучом. Основное преимущество фотопланиметров – высокая производительность. Однако работать с ними можно только на отделенных от растения листьях и в лабораторных условиях. Кроме того, фотопланиметры имеют ряд существенных конструктивных недостатков, служащих источником различных ошибок.

Потенциальную фотосинтетическую мощность посева может характеризовать фотосинтетический потенциал

(ФСП) растений – сумма ежедневных показателей площади

127

листьев посева за весь вегетационный период или часть его, выраженная в м2 х дней/га. Расчет ФСП производят по формуле:

Л1 - площадь листьев в начале периода (м2); * Л2— площадь листьев в конце периода (м2); Т - период между двумя наблюдениями (дней).

На долю органических соединений, создаваемых в ходе фотосинтеза, приходится около 85% общей биомассы растительного организма. Поэтому изменение сухой массы может довольно объективно отражать ассимиляционную деятельность растений. Именно этот показатель положен в основу метода определения «нетто-ассимиляции», или чистой продуктивности фотосинтеза.

Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) пред-

ставляет собой прирост сухой массы растений в граммах за определенное время (сутки), отнесенный к единице листовой поверхности (м2). Ее учитывают периодическим отбором проб растений, у которых определяют общую массу, массу отдельных органов и площадь листьев. Далее «неттоассимиляцию» в (г/м2 х сутки) рассчитывают по формуле:

ЧПФ В2 В1 , 0,5 (Л1 Л 2 ) n

В1 и В2 – сухая масса растений в начале и в конце учетного периода; (В2 – В1)-прирост сухой массы за n дней;

Л1 и Л2 – площади листьев в начале и в конце периода, м2; 0,5(Л1 + Л2) – средняя рабочая площадь листьев за время опыта;

N – период между двумя наблюдениями, дней.

При использовании формулы допускают, что листовая поверхность за время наблюдения нарастает равномерно.

В действительности же в большинстве случаев площадь листьев увеличивается неравномерно. Следует иметь в виду,

_______________________________________________________________

* Для расчета ФСП в фазу кущения площадь листьев в период всходов принимаем за ноль

128

что чем больше разрыв между пробами, тем менее точны результаты определения. Оптимальное время между пробами составляет 7-10 дней, в периоды интенсивного роста растений оно может быть сокращено до 5 дней.

Другой источник погрешностей метода связан с трудностью отбора проб растений, обусловленной большим разнообразием культур, ценозов и условий произрастания.

Невозможно точно учесть и изменения массы подземных частей, которые у некоторых растений служат основным местом накопления пластических веществ. Кроме того, часть фотосинтетически усвоенного углерода расходуется на дыхание и экзоосмос. Наконец, в период физиологической зрелости растений наблюдается стабилизация массы сухого вещества, а с возрастом отмечается даже снижение количества биомассы в результате отмирания части листового аппарата и других органов растения. Однако скорость фотосинтеза у функционирующих листьев может не меняться или меняться очень слабо.

В данном случае показатель «нетто-ассимиляции» уже не будет отражать реальное состояние фотосинтетической активности растений. Перечисленные обстоятельства необходимо учитывать при использовании рассматриваемого метода. Метод определения «нетто-ассимиляции» эффективен при исследовании фотосинтеза в природных условиях. Он позволяет получать ценный материал для изыскания наиболее рациональных путей повышения продуктивности культурных и естественных ценозов, прогнозирования и программирования урожаев, целесообразного географического размещения сельскохозяйственных растений.

Показатели чистой продуктивности фотосинтеза в природных условиях обычно колеблются от 0,1 до 20 г и более сухого вещества на 1м2 площади листьев в сутки: у злаков в фазе интенсивного роста — 40-50, у основных сельскохозяйственных культур при благоприятных условиях – 4-10 г/м2 х сутки.

129

Цель работы. Ознакомиться с методами определения площади листьев и понятиями: листовой индекс, фото-

синтетический потенциал (ФСП) и чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ).

Материалы и оборудование: растения пшеницы, ячме-

ня, овса, кукурузы и т.д., аналитические весы, термостат, бюксы, ножницы, бумага.

Ход работы. На опытных посевах берут наиболее типичные и однородные для данного посева и фазы развития экземпляры. У злаков,например, не менее пятидесяти параллельных проб, каждая из которых состоит из 10-20 растений. В пробу включают все опавшие и засохшие листья и побеги. Отобранные растения помечают этикетками, заворачивают в бумагу и переносят для анализа в лабораторию, где быстро разделяют на отдельные органы, и каждую часть взвешивают. Пожелтевшие или отмершие листья учитывают отдельно.

Дальнейшая обработка материала заключается в отборе проб для определения сухого вещества в отдельных органах растений и измерении площади листьев.

Для нахождения содержания сухого вещества из растительной массы каждой части берут две-три порции материала, помещают в бюксы, взвешивают и высушивают в термостате при 105°С до постоянной массы. Затем рассчитывают содержание сухого вещества (%) и устанавливают массу абсолютно сухих частей, а в итоге общую сухую массу растений, взятых для исследования.

Площадь листьев определяют по одному из методов, описанных в работе. Определение следует выполнять быстро и только на зеленых листьях.

Через 7-10 дней таким же образом вновь отбирают растения, описанные определения повторяют и рассчитывают чистую продуктивность фотосинтеза.

130