Связь фотосинтеза с продуктивностью растений. Фотосинтетическая продуктивность растений это

Фотосинтетический потенциал

Продуктивность посевов определяется наряду с ИФ и ИЛП длительностью функционирования фотосинтетического аппара­та, характеризуемого показателем фотосинтетический потенциал (ФП) посева. Фотосинтетический потенциал - это число «рабо­чих дней» листовой поверхности посева, рассчитываемое как произведение полусуммы площадей листьев за два последующих определения на длительность периода между этими определения­ми в днях. ФП посева тесно коррелирует как с биологической, так и с хозяйственной продуктивностью растений и составляет в Нечерноземной зоне в оптимальных условиях 2,5-3,0 для зерно­вых и 1,5-2,0 млн м2 дней/га для картофеля.

По многолетним данным И. С. Шатилова с сотрудниками (1987), каждые 1000 ед. фотосинтетического потенциала посевов формируют 2-3 кг зерна, 5-7 кг картофеля. На избыточном агрофоне эти величи­ны уменьшаются, что свидетельствует об ухудшении баланса уг­лерода в результате снижения показателей фотосинтеза.

По данным В. А. Кумакова (1975), рост урожайности се­лекционных сортов яровой пшеницы обусловлен преимущест­венно увеличением ИЛП и ФП, главным образом верхних листьев, а также доли ФП, приходящейся на период колошение - спелость. Званс с сотрудниками (1975) установил, что колебания зерновой продуктивности наполовину объясняются вариациями ФП.

Наряду с листьями значительный вклад в ФП растения и соответственно ассимиляцию СО2 вносят стебли, листовые влагалища, плодоэлементы, причем у таких культур, как овес и ячмень, вклад метелки (колоса у ячменя) и листьев примерно одинаков и составляет 35-40 %.

У ржи ведущая роль принадлежит стеблю (50-55 %) и зна­чительно уступают ему листья (20 %). Видимо, поэтому селек­ционерам до сих пор не удается вывести короткостебельные сорта ржи. У пшеницы основной вклад в ассимиляцию СО2 вносят листья (57 %), особенно флаговый, и лишь затем колос (12 %).

Указанные данные позволили польскому исследователю Е. Нальборчику условно отнести к листовому типу пшеницу, стеблевому- рожь, листа-колосовому- овес и ячмень. К стеб­левому типу относятся также выведенные за последнее десятиле­тие в бывш. СССР и за рубежом сорта зернобобовых культур (горох, люпин, кормовые бобы) с сильно редуцированными лис­товыми пластинками. Они отличаются высокой устойчивостью к загущению, неполегаемостью, а также экономным использовани­ем ассимилированного углерода. Зерновая продуктивность этих форм в расчете на одно растение ниже чем у облиственных форм, а с единицы площади - выше благодаря большей густоте посева. Принадлежность культуры к определенному типу необходимо учитывать при разработке агротехники, обработке посевов регу­ляторами роста и гербицидами.

3. Чистая продуктивность фотосинтеза

Чистой продуктивностью фотосинтеза (ЧПФ) называется накопление биомассы единицей площади листа за единицу времени. Она, как правило, измеряется в граммах сухой массы на 1 м2 за сутки, варьируя в зависимости от условий в широком диапазоне [7-20 г/м2 сут]. ЧПФ характеризует среднюю эф­фективность фотосинтеза листьев в посеве, но, как и ИФ, слабо коррелирует с конечным урожаем. Она максимальна при низких величинах ИЛП, когда большинство листьев хорошо освещены (рис.). С увеличением ИЛП и соответственно усилением взаимного затенения листьев в посеве, как и при избыточном азотном питании, ЧПФ. ЧПФ не включает фотосинтез нелистовых органов (стеблей, влагалищ листьев, ко­лосковых чешуй и др.), который в определенных условиях, на­пример при дефиците влаги, может вносить существенный вклад в формирование урожая. ЧПФ представляет собой комплексный параметр, определяемый интенсивностью не только фотосинтеза, но и дыхания. При одинаковой скорости этих процессов у двух сортов ЧПФ будет выше у того, у которого больше вклад надзем­ных (фотосинтезирующих) органов в массу целого растения. Произведение ЧПФ на индекс листовой поверхности равно ско­рости роста посева (СРП). Максимальная СРП, по данным Б. И. Гуляева (1989), составила 30-35 и 50-60 г/(м2сут) соот­ветственно для С3- и С4-видов.

По мере увеличения периода, в течение которого сохраняются максимальные величины СРП, возрастает также биологическая продуктивность посевов. Эффективность работы фотосинтети­ческого аппарата в посеве, характеризуемая КПД ФАР, достигает в этот период 6-8 %. Однако у большинства важнейших сель­скохозяйственных культур период высокоэффективной работы ценоза весьма непродолжительный.

У зерновых культур велики потери углерода на темповое дыхание, а у таких культур, как сахарная свекла, картофель, - на отмирание ботвы. Поэтому по­тенциальный урожай и значения КПД ФАР за теплый период года у них значительно ниже оптимальных и составляют в пере­счете на хозяйственный урожай для кукурузы при урожае 10 т/га 1,1 %, для пшеницы при урожае зерна 5 т/га около 0,5 %, для сахарной свеклы при урожае сухой массы корнеплодов 17,5 т/га 1,9 %. Средняя в мире урожайность пшеницы составляет 2 т/га, кукурузы - 3,5 т/га, что соответствует значения КПД ФАР со­ответственно 0,2 и 0,4 %.

Посевы по их средним значениям КПД ФАР подразделяют на низкие - 0,5-1,5 %, средние - 1,5-3,0 и высокие - 3,0-5,0 %. Значения КПД ФАР являются основным показателем продук­тивности и урожайности сельскохозяйственных культур. Поэтому повышение значения КПД ФАР в результате применения про­грессивных технологий и максимального использования продук­тов фотосинтеза на формирование урожая представляет собой главную задачу растениеводства и селекции.

studfiles.net

Фотосинтетическая продуктивность листьев

Фотосинтетическая продуктивность листьев и её зависимость от внешних и внутренних факторов.

Показатель фотосинтетической активности – ИФ – характеризует «скорость» поглощения СО2 листьями в течение короткого промежутка времени – 1 часа, и в течение дня ИФ изменяется в зависимости от внешних и внутренних условий. В течение ночи фотосинтез не происходит, а дыхание всех живых клеток происходит непрерывно все время. Следовательно, баланс образования органических веществ в фотосинтезе и их расходования на дыхание в течение суток может сильно изменяться в зависимости от внешних и внутренних условий.

По этой причине по ИФ нельзя судить безоговорочно о результативности или эффективности фотосинтеза; нужен показатель, который характеризует баланс изменений содержания органических веществ за целый сутки. Таким показателем является продуктивность фотосинтеза. В первой лекции суть и значение этого показателя были рассмотрены. Теперь ставим задачу проанализировать причины изменений ПФчист. и ПФхоз. под влиянием внешних и внутренних условий.

Зависимость ПФч от внешних условий. - Прямо связана со средней за день ИФ и продолжительностью дня и находится в обратной зависимости от интенсивности дыхания (ИД) всех клеток во всех органах растений.

Изменения ИФ и их причины кратко рассмотрены, теперь об изменениях ИД.

Дыхание – это процесс окислительного распада органических соединений в живых клетках, в котором образуются высокоактивные энергетические соединения (главным образом – АТФ – аденозинтрифосфат) и промежуточные продукты распада, которые необходимы для разных преобразований органических соединений (биосинтез белков, нуклеиновых кислот, аминокислот, крахмала, клетчатки – всего их разнообразия в растении). За счет энергии, которая выделяется при распаде АТФ → АДФ + фосфорная кислота и Е в клетках проходят все биохимические реакции и физиологические процессы, для которых нужна энергия. Например: первичные продукты фотосинтеза из листа должны быть транспортированы в точки роста (плоды, стебли, корни и пр.). Этот транспорт осуществляется по ситовидным трубкам флоэмы с обязательной затратой энергии АТФ. Поэтому в растении к ситовидным элементам всегда тесно примыкают так называемые клетки-спутницы с большим количеством митохондрий - органоидов дыхания. Транспортная форма органики – продуктов фотосинтеза – у подавляющего большинства растений – сахароза. В клетках-потребителях продуктов фотосинтеза (фотоассимилятов) из сахарозы нужно синтезировать жиры, клетчатку, аминокислоты, белки и все другие необходимые вещества.

Для этих биосинтезов нужна энергия АТФ и промежуточные продукты распада сахарозы при дыхании.

Следовательно, дыхание у растений – не «бяка», от которой нужно избавиться, а необходимый физиологический процесс, без которого не может быть продуктивности фотосинтеза. Это – так называемое продуктивное дыхание, оно необратимо, и нужно поддерживать условия, способствующие такому дыханию (температура, особенно в теплице ночью, доступ О2 к корням). Однако бывает и непродуктивное дыхание, при котором энергия окислительного распада выделяется в виде тепла и промежуточные продукты этого распада не используются в биосинтезах а окисляются до Н2О и СО2.

Такое дыхание возникает при экстремальных внешних условиях или воздействии на растения гербицидов и других факторов (возбудители заболеваний). Из обычных внешних условий увеличения интенсивности непродуктивного дыхания является температура более 30 оС.

Один из агроприемов защиты листьев и плодов от перегрева в солнечную жаркую погоду – создание «кроны – ряда» плодовых деревьев с ориентацией по меридиану. При такой конструкции сада обеспечивается взаимное затенение растений в наиболее жаркое время дня.

Очень сильно зависит ПФч от активности ростовых процессов. Механизм этой зависимости: в активных точках роста потребляется много фотоассимилятов → ускоряется их «отток» из листьев → ИФ сохраняется на высоком уровне в течение всего дня → образуется больше органических веществ.

Активность ростовых процессов можно увеличить через создание благоприятных условий почвенного питания и обрезку кроны.

ПФхоз. зависит от ПФ чистой и характера распределения фотоассимилятов по органам растения: чем большая часть продуктов фотосинтеза направляется в урожайные органы, тем выше ПФхоз.. Эта зависимость выражается через хозяйственный коэффициент фотосинтеза:

= Кхоз.;

масса сухого вещества урожая

прирост массы сухого вещества всего растения за вегетацию = Кхоз.

Проанализируем зависимость урожайности от ПФч и Кхоз на примере.

Вар. 1: ПФч обеспечила в течение вегетации прирост 5 т/га общей сухой биомассы; коэффициент использования этой биомассы на формирование урожая (Кхоз) составил 0,2. Урожайность сухого вещества плодов в этом варианте составляет 0,2 х 5 т/га = 1 т/га. При содержании в свежих плодах 20 % сухого вещества урожайность плодов составляет 5 т/га.

Вар.2: При таком же Кхоз = 0,2 на 1 га в течение вегетации накопилось 10 т общей сухой биомассы. Урожайность сухого вещества плодов = 0,2 х 10 т/га = 2 т/га, а урожайность свежих плодов = 2 т/га х 5 = 10 т/га.

Вывод: при одинаковом Кхоз урожайность прямо зависит от ПФчист..

Вар. 3: Годичный прирост сухого вещества общей биомассы составил 10 т/га; Кхоз.= 0,4. Урожайность сухого вещества плодов = 0,4 х 10 т/га = 4 т/га, а свежих плодов = 4 т/га х 5 = 20 т/га (при содержании в плодах 20 % сухого вещества).

Вывод: Урожайность прямо зависит от ПФч и Кхоз.. Следовательно, урожайность можно повышать только через увеличение этих двух базовых интегральных показателей фотосинтетической активности растений. Значение каждого из них зависит от конкретных условий. Если не созданы условия для плодоношения (нет опылителя, заморозки весной, не сформировались цветковые почки, неправильная обрезка и т. д.), то уменьшается Кхоз (возможно, до нуля) и, соответственно Кхоз падает урожайность. Если завязалось много плодов, но условия для высокой ИФ не созданы. то при высоком Кхоз. урожайность будет низкой.

Зависимость ИФ от внешних и внутренних условий кратко была рассмотрена. Как можно увеличить Кхоз.?

Во временнóй последовательности решения задач этой проблемы – первая задача: обеспечить закладку достаточного количества цветковых почек в текущем году под урожай следующего года. Принципы решения этой задачи агротехническими приемами: при максимально благоприятных условиях для фотосинтеза своевременно ослабить рост побегов; не допускать перегрузки растений урожаем.

Вторая задача: сохранить заложившиеся цветковые почки живыми в течение зимы и начала весны от повреждений морозами. Принципы решения: обеспечить выполнение агроприемов, повышающих морозо - и зимостойкость растений.

Третья задача: при обрезке кроны обеспечить правильную нагрузку урожаем; при «перестраховке» в обрезке – провести нормирование плодоношения весной.

Четвертая задача: обеспечить эффективное опыление, защитить цветки и завязи от повреждений весенними заморозками, вредителями и болезнями (у абрикоса и других косточковых – монилиоз) в течение формирования урожая.

Физиологические основы агроприемов для решения первой задачи – ограничить рост побегов летом.

Основной, наиболее эффективный прием: отклонить сильнорослые побеги до горизонтального или наклонного (верхушкой вниз) положения. Физиологическая основа этого приема: необходимые для роста побега цитокинины поступают из корней в наиболее приподнятые точки роста; при наклоне побега в его верхушку поступает меньше цитокининов, вследствие чего ослабевает аттрагирующая способность верхушки (перестает активно «притягивать» из листьев продукты фотосинтеза), а фотосинтетическая активность листьев сохраняется за счет оттока ассимилятов в другие потребители, в т. ч. – почки в пазухах листьев. на винограднике этот механизм обеспечивается ведением на высоком штамбе со свободным свисанием лоз. За счет такого механизма перераспределения фотоассимилятов по органам растения обеспечивается не только более высокий процент формирования цветковых почек, но и усиливается рост завязей плодов. раньше начинают плодоносить молодые деревья.

Не менее важным (в стареющих садах с ослаблением приростов побегов – более важным) является обеспечение сбалансированного почвенного питания.

В молодых садах при очень высокой обеспеченности доступным азотом на фоне оптимальной влажности почвы бывает целесообразно провести подрезку корней. Этот прием снижает поступление цитокининов в растущие побеги, и их рост в длину приостанавливается. В питомнике и молодых садах бывает целесообразным использование БАВ – регуляторов роста.

po-teme.com.ua

Урожай как результат фотосинтетической деятельности растений

Лекция  Урожай как результат фотосинтетической деятельности растений.

Повышение валовых сборов продукции возделываемых растений возможно осуществить двумя путями. Первый путь — это расширение посевных площадей. В этом случае возможности ограничены, так как проведенные подсчеты показывают, что в результате мелиорации и освоения ряда территорий площади под сельскохозяйственными растениями могут быть увеличены в 2—3 раза. Увеличение же посевов на освоенных площадях одной культуры связано с сокращением посева другой.

Второй путь — повышение урожайности благодаря увеличению продуктивности фотосинтеза растений в насаждениях и, в частности, повышение чистой продуктивности фотосинтеза. Этот путь увеличения сборов продукции через фотосинтез таит в себе большие возможности, так как 90—95% биомассы растений составляют органические вещества, образуемые в процессе фотосинтеза. В то же время выяснено, что конечным решающим фактором, определяющим максимально возможную урожайность, может быть приход солнечной радиации.

В настоящее время ежегодно всеми организмами, находящимися на земном шаре и способными к ассимиляции, в процессе фотосинтеза фиксируется 2х1011 углерода. Энергетический эквивалент этого количества углерода в 10 раз больше, чем используется населением Земли топлива за этот же период, и в 200 раз больше энергетического эквивалента потребляемых продуктов питания. Средняя для Земли эффективность использования солнечной радиации, поступающей за год, составляет всего 0,1%. В 2—3 раза эффективнее используют солнечную энергию наземные растения (0,2—0,3%). В агрофитоценозах этот показатель достигает 0,5—1,5% (Росс, 1970; Kouchkovsky, 1977), в садах — около 1% (Тукеу, 1968 и др.).

Низкий процент солнечной радиации, используемой в процессе фотосинтеза, не является величиной предопределенной. Он широко варьирует в зависимости от вида растений, сорта, фенофазы, условий произрастания. О возможности краткосрочного повышения до 4—6 % количества солнечной радиации, используемой сельскохозяйственными растениями, сообщает Ю. К. Росс (1970).

Фотосинтетически активная радиация (ФАР). Исследованиями еще в конце прошлого века было установлено, что процесс фотосинтеза, в результате которого образуется органическое вещество, происходит при избирательном поглощении лучистой энергии листьями растений. В результате лабораторных исследований было установлено, что растения в искусственных условиях могут нормально расти и развиваться в спектре излучения 300—800нм при отсутствии ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Эту область спектра, которая обусловливает важнейшие физиологические процессы — фотосинтез, синтез пигментов и фотопериодизм, называют физиологически активной областью излучения.

Для процесса фотосинтеза, в ходе которого растения поглощают атмосферный углекислый газ и создают органическое вещество, наиболее существенное значение имеет солнечная радиация участка спектра, ограниченного длинами волн 380—710нм, которая получила название фотосинтетически активной радиации (ФАР). Кванты энергии этого диапазона волн способны приводить в возбужденное состояние молекулы хлорофилла.

Солнечная радиация имеет длину волны 300—4000нм, а видимая радиация 400—750нм.

Для количественной характеристики радиационного потока обычно используют данные плотности лучистого потока, или интенсивность радиации, которая поступает в единицу времени на единицу облученной поверхности и выражается в кал/см2мин или в кал/см2день.

В приближенном выражении для расчета можно считать, что доля ФАР (380-710нм) в интегральном потоке суммарной солнечной радиации составляет 0,50 (К — для рассеянной радиации 0,57; К — для прямой солнечной радиации 0,43):

Годовой ход ФАР подобен годовому ходу суммарной радиации, а сумма радиации определяется географической широтой территории. Для условий северной части Украины суммарная ФАР (ккал/см2) за год составляет 44,4, за период вегетации с tср.> >10°С—28,6 и за период вегетации — tcp, >5°С — 33,4, а в южной (Крым) – 70,0 ккал/см2.

Листья растений, несмотря на огромное разнообразие форм, характеризуются общими чертами, совокупность которых позволяет рассматривать листовую пластинку как весьма совершенный оптический аппарат, способный улавливать и целесообразно использовать ничтожную и избыточную интенсивность солнечной радиации. Характерные оптические свойства листьев определяются, в первую очередь, оптическими особенностями пигментов зеленых растений — хлорофилла и каротиноидов.

Во многих работах встречаются исчисления интенсивности радиации в люксах. Это наименее точный метод оценки интенсивности радиации при изучении фотосинтеза. Люксметры регистрируют только часть энергии солнечной радиации, которая не полностью совпадает с фотосинтетической активной частью солнечного спектра. Приближенно можно считать, что 1000 люкс на прямом солнечном свету соответствует 70—80 кал/дм2/ч общей радиации и 35 кал/дм2/ч фотосинтетической активной радиации.

В практической работе непосредственный интерес представляет суточная изменчивость интенсивности солнечной радиации. Последняя достигает максимума в полуденные часы и снижается при переходе к утренним часам и вечерним, практически достигая нуля с наступлением навигационных сумерек, т. е. при опускании солнца ниже горизонта на 12°.

Значительным суточным колебаниям подвержена и диффузная (рассеянная) радиация. Процент этой части радиации в потоке физиологической радиации даже в ясный солнечный день составляет не менее 15%. Роль рассеянной радиации увеличивается еще более в туманные и облачные дни, когда солнечная радиация может полностью состоять из рассеянных лучей. Рассеянная радиация по своему составу более благоприятна для растений, чем прямые лучи солнца. В рассеянной радиации на долю физиологической приходится от 50 до 90%, тогда как в прямых лучах солнца — не более 37%.

Определяя роль солнечной радиации в продуктивности растений, следует учитывать ее тепловой, фотосинтетический и фотоморфогенетический эффект, поскольку каждый из них сказывается на продукционном процессе. Из всей приходящей к растению солнечной радиации на кажущийся, или на наблюдаемый, фотосинтез, представляющий собой алгебраическую сумму интенсивности истинного фотосинтеза, светового и теплового дыхания, используется в лучшем случае 3—6 %. Максимально же возможное использование ФАР на фотосинтез составляет, по данным А. А. Ничипоровича (1977) 25%, E. Рабиновича (1951) — 28 %. В литературе есть сообщения о том, что в лабораторных условиях удалось использовать на фотосинтез 35% ФАР.

Прямое участие солнечной радиации в продукционном процессе выражается в фотосинтетическом эффекте и оценивается тем ее количеством, которое связывается в синтезируемой первичной продукции. Чем больше связано солнечной энергии в процессе фотосинтеза, тем выше суммарная результативность продукционного процесса.

Количество синтезированной растением массы является функцией поглощенной в процессе фотосинтеза ФАР. Среднемноголетние значения прихода ФАР на единицу площади для различных областей и районов нашей страны имеют вполне определенные значения. По приходу ФАР максимально возможный для каждого данного района Убиол можно рассчитать по формуле, предложенной А. А. Ничипоровичем:

, (1)

где Убиол — биологический урожай абсолютно сухой фитомассы, т/га; R1О9 — приход ФАР, млрд. ккал/га; Кфар — процент использования ФАР в процессе фотосинтеза; 102 (100%) — число для перехода к Кфар; Q — калорийность абсолютно сухой фитомассы, ккал/г; 106 — коэффициент перехода от граммов к тоннам.

Предложенная формула приемлема для посевов, в которых растения при полном развитии образуют сплошной покров. В плодовом саду освоение отведенного для каждого дерева пространства продолжается в течение ряда лет и даже при полном развитии, в зависимости от схемы размещения, составляет 50—70%. В связи с этим значительная часть солнечной радиации не поступает к листовому пологу и не принимает участия в фотосинтезе. Поэтому в формулу следует ввести коэффициент (Р), показывающий степень освоения площади сада деревьями и представляющий отношение, то есть проекции кроны S1 к площади питания S2,отведенной дереву в соответствии со схемой посадки. Таким образом, формула 1 примет следующий вид:

(2)

Рассчитав возможные в конкретных условиях значения Убиол, можно определить величину Ухоз, для чего применяют Кхоз — коэффициент хозяйственной эффективности, показывающий, какая доля фитомассы используется на формирование плодов.

По свидетельству А. А, Ничипоровича (1977), Кхоз — явно выраженный генетический признак. Однако верхние пределы Кхоз у плодовых деревьев достаточно высоки и в существующих садах потенциальные возможности деревьев в формировании Ухоз реализуются далеко не полностью. Поэтому Кхоз с полным основанием можно считать функцией складывающихся эндо - и экзогенных факторов. Кроме того, у плодовых в связи с тем, что прохождение этапов онтогенеза растянуто на многие годы, Кхоз с возрастом деревьев сильно изменяется. Так, в первые годы, пока деревья не плодоносят, Кхоз обычно равен нулю, в период начала плодоношения он увеличивается до 0,1—0,3, начиная с полного плодоно­шения Кхоз может составлять 0,4—0,6, а в ряде случаев и быть выше. При прогрессирующем старении деревьев он вновь резко снижается. В существующих конструкциях садов в период полного плодоношения деревьев оптимальные пределы Кхоз равны 0,5—0,6. При более низких значениях Кхоз рост преобладает над плодоношением, что невыгодно с экономической точки зрения, при более высоких — наблюдается резкое ослабление роста, что связано с усилением периодичности, снижением устойчивости растений к неблагоприятным факторам внешней среды и быстрым выходом насаждений из строя. В суперинтенсивных садах при выращивании высокопродуктивных сортов на слаборослых подвоях допустимы более высокие (до 0,8) значения Кхоз. Для получения ежегодно высоких урожаев плодов в течение длительного периода необходимо определить оптимальные значения Кхоз для конкретного насаждения, исходя из его конструкции, сортового состава, используемых подвоев, возрастного состояния и выдерживать их в рассчитанных пределах.

Возможный в конкретном насаждении Ухоз (т/га сырой массы) рассчитывают по формуле:

(3)

где Кхоз — коэффициент использования фитомассы на формирование Ухоз с учетом указанных выше характеристик; — формула для перехода от абсолютно сухого вещества к сырой массе плодов (Св — содержание сухого вещества в плодах), %.

Подставив в формулу 3 значение Убиол из формулы 2, получим Ухоз (т/га):

(4)

Для упрощения расчетов условно принимают Св=15% и Q=4,5 ккал/г.

Сравнение средней интенсивности фотосинтеза листьев кольчаток, расположенных в разных по уровню освещения зонах кроны 29-летних деревьев яблони с большой округлой кроной на периферии и в центре ее, показывает, что у последних она в 3 раза ниже, несмотря на то что напряженность основных внешних факторов в обеих зонах кроны была сходной, кроме уровня освещения. Так, на периферии кроны (южная сторона) средняя интенсивность фотосинтеза за период с 6 до 18 ч составила 5,6 мг СО2/дм2.ч, а в центре кроны— 1,7 мг СО2/дм2.ч.

Интенсивность видимого фотосинтеза сказывалась на его продуктивности. Так, если дневную продуктивность фотосинтеза листьев, расположенных на периферии кроны, принять за 100 %, то в центре кроны она составляла примерно 30 %, что в целом соответствует различиям в уровне освещения.

В прямой зависимости от уровня освещения листьев и интенсивности фотосинтеза находится их чистая продуктивность. При уровне освещения 70—80% от полного она составляет 4—7г сухого вещества на 1 м2 листьев в день, при 28-30% - в 1,5-2 раза ниже, или 3-4г.

Таким образом, снижение уровня освещения листового полога приводит к ослаблению фотосинтетической деятельности растений и соответствующему сокращению количества накапливаемой фитомассы. Установлено (Streiberg, 1975), например, что снижение уровня освещения на 25% от полного, даже при достаточном количестве влаги, приводит к недобору урожая яблок на 21—31%. Следовательно, с уменьшением уровня освещения немногим более чем наполовину, синтез фитомассы сокращается почти в 3 раза, а с уменьшением прихода солнечной радиации в 4 раза, накопление фитомассы уменьшилось почти в 9 раз.

Количество приходящей к листу солнечной радиации обусловливает темп нарастания, анатомическую структуру и оптико-физиологические свойства ассимилирующих тканей основного фотосинтезирующего органа яблони — листа.

Прежде всего, следует отметить, что в условиях низкого уровня освещения в глубинных участках кроны, а при сильном затенении и на периферии на кольчатках и побегах формируется меньшее количество листьев с меньшей суммарной площадью.

Если отдельные листья, сформировавшиеся при разном уровне освещения, по средней площади мало различались, то по анатомической структуре, содержанию пигментов и оптико-физиологическим свойствам между ними наблюдались существенные различия. Даже при визуальном сравнении можно отметить, что в условиях достаточно высокого уровня освещения листовая пластинка гораздо толще, плотнее и интенсивнее окрашена, чем при недостатке света. Специальные наблюдения и учеты подтверждают существенность различий. Более толстая листовая пластинка при высоком уровне освещения формировалась главным образом за счет лучшего развития столбчатого мезофилла — ткани, наиболее приспособленной к фотосинтезу.

У листьев, развившихся при полном дневном освещении, было до трех слоев столбчатого мезофилла, в то время как у развившихся при недостатке освещения (менее 30—40% от полного) только два слоя. Причем нормально был развит лишь один верхний слой.

Уровень освещения в период роста листовой пластинки влияет на структуру фотосинтезирующего аппарата, особенно на количество хлоропластов.

Содержание хлорофилла, в свою очередь, определяется условиями освещения в период формирования листьев. Как свидетельствуют результаты наблюдений Р. П. Кудрявца, с ослаблением уровня освещения содержание хлорофилла в расчете на единицу поверхности листа в основном уменьшается, хотя в расчете на сырую массу возрастает. Сходные данные получены ранее Д. Н. Грозовым, Г. В. Шишкану (1972) и др.

От содержания пигментов в хлоропластах и структурной анатомо-гистологической организации тканей листа зависят его оптические свойства. В зависимости от структуры листа, на пропускание приходится 2—11%, на отражение — 5—14 и на поглощение — 76—98% общего прихода солнечной энергии. Оптические параметры листьев определяются в первые дни вегетации.

Зависимость интенсивности ассимиляции от освещения характеризуется световыми кривыми фотосинтеза.

Рисунок 1. Световые кривые фотосинтеза для листьев яблони из разных зон кроны:

1 — из периферийной части, 2 —из срединной; 3 — из центральной части (по Друговой)

Для всех листьев, независимо от их морфологического и анатомического строения, кривая наблюдаемого фотосинтеза начинается с некоторой отрицательной величины отражающей интенсивность дыхания. Затем по мере возрастания уровня освещения она пересекает нулевую координату (компенсационный пункт - пунктирная линия) и под тем или иным углом к оси абсцисс поднимается вверх. При низких значениях прихода солнечной энергии кривая фотосинтеза поднимается почти пропорционально повышению уровня освещения. В дальнейшем направление кривой определяют другие факторы: наличие СО2, влаги, питательных элементов, структура и возраст листа и фотосинтезирующих органелл, интенсивность дыхания, скорость оттока и утилизация ассимилятов и др. Эти же факторы обусловливают и выход кривой на плато светового насыщения (Рабинович, 1951).

Световые кривые фотосинтеза для листьев, сформировавшихся при прямом солнечном освещении, существенно различаются по всем основным характеристикам: крутизне и высоте подъема, месту выхода на плато. Световое насыщение для листьев, развившихся в тени, наступает при значительно более низких уровнях освещения, чем для листьев, сформировавшихся при полном освещении. Это определяется разной приспособленностью их к различным условиям освещения.

Структура и оптические свойства листьев, расположенных в зонах слабого освещения, обеспечивают эффективное использование ими солнечной энергии невысокой интенсивности. Листья же, сформировавшиеся в условиях сильного освещения, характеризуются меньшим КПД использования солнечной энергии на фотосинтез. Световое насыщение для них наступает при уровне освещения, близком к полному дневному, что свидетельствует о меньшей зависимости фотосинтетической деятельности таких листьев от других факторов. В целом возможный предельный показатель фотосинтеза у плодовых растений наблюдается при том уровне освещения, при котором они формировались. Поэтому повышение освещения неэффективно для фотосинтетической деятельности листьев, развившихся при средних и низких значениях уровня освещения.

При высоком уровне освещения лимитирующим является не количество поступающей энергии, а другие факторы — наличие СО2, влаги, структура фотосинтезирующего аппарата, отток и утилизация продуктов фотосинтеза. Особенно важным, следует считать отток ассимилятов, поскольку интенсивность этого процесса, с одной стороны, определяет рост и развитие акцепторов, a с другой — соответствующее повышение уровня фотосинтеза.

В интенсивности и направленности оттока продуктов фотосинтеза существенную роль играет гормональная система растения. Биосинтез соответствующих гормонов происходит в точках роста побегов и в семенах развивающихся плодов. Следовательно, в эти части растения (побеги, плоды) и направляется наибольшее количество ассимилятов. По мере поступления они используются на обеспечение процессов метаболизма или остаются в качестве запасных веществ. В случае накопления достаточно большого количества резервных ассимилятов в этих органах отток продуктов фотосинтеза переключается к другим органам, а если последние не в состоянии обеспечить быструю их утилизацию, соответственно ослабляется интенсивность фотосинтеза.

Наиболее сильные акцепторы — генеративные органы, особенно плоды через 2—3 недели после их образования, и верхушки растущих побегов в начале лета. По мере роста плоды приобретают все более доминирующую роль в потреблении ассимилятов. Уровень интенсивности фотосинтеза листьев, расположенных вблизи плодов, обычно более высок, чем у листьев с неплодоносящих ветвей.

Рост плода обеспечивается в первую очередь за счет фотосинтеза ближайших к нему листьев. При недостатке ассимилятов из ближайших к плоду листьев активизируется отток их из листьев, расположенных дальше. Установлено стимулирующее действие плода на фотосинтез на расстоянии 0,6-1м и даже до 3,5м.

Подводя итоги рассмотрению роли солнечной радиация в продукционном процессе, можно отметить, что эффективность использования Кфар листьями плодовых пород в существующих садах крайне низка: она составляет в среднем 1—1,5 для всей фитомассы и 0,4—0,6 для Ухоз. Только в годы наибольшей активности продукционного процесса средние показатели Кфар возрастают соответственно до 1,9—2 и 0,8—0,85.

Учитывая место и роль солнечней радиации в продукционном процессе, следует отметить, что постоянное регулирование светового режима во всем объеме листового полога сада — одна из важнейших задач агротехники начиная с выбора места под сад, размещения деревьев и системы формирования кроны. В дальнейшем особая роль принадлежит обрезке как средству контролирования размерных характеристик крон и регулированию нагрузки вегетативными и генеративными образованиями в пределах растения.

Контрольные вопросы по теме лекции.

1.  Как может влиять солнечная радиация на продуктивность плодовых и ягодных растений;

2.  Что такое ФАР и какую роль она играет в продукционном процессе плодовых растений;

3.  Охарактеризуйте физиологическую активность листьев в разных частях кроны плодовых деревьев в загущенном типе сада;

4.  Как определить Ухоз для плодовых насаждений и чем она отличается от Убиол;

5.  Что означают световые кривые листьев в кронах плодовых деревьев и чем они характеризуются;

6.  Как проходит утилизация продуктов фотосинтеза в кроне плодового дерева.

po-teme.com.ua

Пути повышения продуктивности фотосинтеза

Основываясь на механизмах влияния внутренних и внешних факторов, действующих на показатели фотосинтетической активности растений, в практике сельского хозяйства используют ряд приемов, позволяющих увеличить интенсивность фотосинтеза и повысить урожайность сельскохозяйственных культур.

Схема фотосинтеза

Прежде всего это точное соблюдение оптимальной технологии:

• соблюдение режима орошения,
• соблюдение режима минерального питания,
• использование необходимых внекорневых подкормок микроэлементами,
• повышение в защищенном грунте концентрации углекислого газа за счет применения органических удобрений (внесение навоза), использования сухого льда, поддымление парниковых рам. При этом у огурцов не только повышается интенсивность фотосинтеза, но и увеличивается количество женских цветков.

Соотношение между количеством усвоенного в процессе фотосинтеза углекислого газа и накопленного сухого органического вещества называется коэффициентом эффективности фотосинтеза.

Необходимо учитывать, что на итоговое накопление органического вещества влияют два процесса: фотосинтез и дыхание. Количество накапливаемых органических веществ зависит от интенсивности фотосинтеза и дыхания растений, то есть от положения компенсационной точки. Компенсационная точка характеризует такое состояние растения, когда в нем фотосинтез и дыхание полностью уравновешиваются, т.е. при таких условиях органическое вещество не накапливается.

Накопление органического вещества растением за определенный период или за всю его жизнь следует рассматривать как разницу между количеством созданного на свету органического вещества и израсходованного на дыхание.

Кроме того, в процессе преобразования веществ также может происходить уменьшение массы (например, масса клетчатки на 10% меньше массы глюкозы, из которой она образуется), на накопление органического вещества влияет также опадение или гибель частей растения (цветков, корневых волосков) в период вегетации.

При оптимальных условиях влажности и температурного режима важно также соблюдать оптимальное размещение растений. Для лучшего освещения растений рядки располагают с востока на запад или с северо-востока на юго-запад. Величина урожая в значительной мере зависит от оптимальной структуры посевов.

Структурой посевов называется создаваемая архитектоника сообщества растений, которое характеризуется определенными морфологическими признаками и физиологическими функциями, а оптимальная структура - это такой посев, который имеет высокий КПД фотосинтеза и обеспечивает максимальный урожай. Обычно потери энергии на дыхание составляют 15-25%, но при загущенном посеве нижние, а частью и средние листья становятся не столько синтезирующими, сколько потреблояющими.

Одной из важнейших задач селекции является создание сортов, способных развивать большую фотосинтезирующую поверхность, имеющих высокую продуктивность фотосинтеза и дающих большой биологических и хозяйственный урожай.

В сельском хозяйстве наибольший интерес представляет получение конечного продукта - полезной накопленной биомассы растений, то есть чистой продуктивности фотосинтеза.

Чистую продуктивность фотосинтеза определяют, пользуясь легко определяемыми величинами: площадью листовой поверхности и фактически накопленной биомассой:

                   В2-В1

Фч. пр. = - ---------------

             (Л1+Л2).1/2п,

где В1 и В2 - масса сухого вещества пробы урожая в начале и конце учетного периода, т.е.

В2 - В1 - прирост сухой массы за учетный период (п дней), Л1 и Л2 - площадь листьев пробы в начале и конце периода, т.е. (Л1+Л2).1/2п - средняя площадь листьев за указанный отрезок времени, п - число дней в учетном периоде.

Кроме общей чистой продуктивности фотосинтеза определяют и интенсивность работы листьев, направленную на создание хозяйственной части урожая. В этом случае вместо В2 - В1 подставляют величины Х2 - Х1, то есть прирост сухой массы хозяйственной части урожая.

Фотосинтетический потенциал растений - это сумма ежедневных показателей площади листьев посева за весь вегетационный период (или за его часть), выраженная в

м2. дни/га.

Биологический урожай - это сумма суточных приростов за весь вегетационный период:

Убиол. = a С1,2... n

где С - суточные приросты массы, в кг/га в сутки.

      Ф. Кэф.

С= - ---------

         Л

Х1000, где Ф - количество ассимилированного СО2, Кэф. - коэффициент фотосинтеза (суточный прирост урожая/ суточное усвоение углекислого газа), Л - листовая поверхность, 1000 - граммы (для пересчета в кг). В среднем при хорошей агротехнике сельскохозяйственные культуры накапливают 15-20 т/га сухой биомассы.

Хозяйственный урожай составляет ту долю биологического, которая используется человеком:

Ухоз. = Убиол. Кхоз.

Коэффициент хозяйственного использования у разных культур может сильно различаться (зерновые культуры и сахарная свекла).

Продуктивность фотосинтеза сельскохозяйственных культур целесообразно оценивать величиной выхода полезной энергии с гектара.

Демонстрация таблиц с данными по интенсивности фотосинтеза для разных культур.

Для определения площади листовой поверхности используют три основных метода:

фотопланиметрирование - когда с помощью специального прибора определяют уменьшение интенсивности светового потока, пропорциональное площади листа,

расчет по высечкам - когда, взвесив несколько высечек известной площади, делят общий вес листа на вес высечек и узнают общую площадь листа,

расчет по линейным размерам листа по формуле S=а. b. k, где а и b - ширина и длина листа, а k - коэффициент для данной сельскохозяйственной культуры. Для всех сельскохозяйственных культур он определен и приведен в справочниках: для кукурузы - 0,68; для ячменя - 0,65; для сахарной свеклы - 0,76; для яблони - 0,62-0,74.

biofile.ru

Связь фотосинтеза с продуктивностью растений

Чистой продукцией растений, или биологическим урожаем, называется количество органического веще­ства, накопленное на единицу площади растительного сообщества. Но человек использует далеко не весь био­логический урожай. Обычно ту часть чистой продукции, которую человек использует на свои нужды, называют хозяйственным урожаем. Отношение массы хозяйствен­но ценной части биологического урожая (зерно, клубни, древесина и т.д.) ко всей продукции растений получило название хозяйственного коэффициента Кхоз. Этот ко­эффициент всегда меньше единицы и колеблется от 0,05 у хлопчатника до 0,5 у сахарной свеклы.

Урожай растений является функцией фотосинте­за. Сухая масса растений на 90 — 95 % состоит из органических соединений, источником образования кото­рых был фотосинтез — процесс, от которого зависит не только количество, но и качество урожая, … т.е. пре­обладание в хозяйственно ценной части растения тех или иных веществ.

Связь между фотосинтезом и продуктивностью растений, между фотосинтезом и урожаем издавна интересует ученых. Эта связь довольно сложна. Дело в том, что общее количество накопленного за определен­ный период времени органического вещества зависит не только от фотосинтеза, но и от противоположно направленных процессов дыхания и фотодыхания. Кроме того, масса растения может меняться в зависи­мости от изменения направленности синтетических процессов: так, например, целлюлоза на 10 % легче, чем глюкоза, из которой она образовалась. При этом следует учитывать и опад различных частей: листьев, кор­ней, корневых волосков, корневого чехлика и др., что особенно заметно сказывается на балансе органичес­кого вещества у древесных растений.

Учитывая все это, Л.А. Иванов в 1941 г. предложил известную формулу связи фотосинтеза растений, дыхания и опада с урожайностью, в основном для древесных растений:

Убиол = Ф — Д — о + п,

где Ф — продуктивность фотосинтеза; Д — потери на дыхание; о — потеря органического вещества с опадом листьев, корней и т.д.; п — масса минеральных веществ, поглощенных из почвы.

Значения Ф зависят от интенсивности фотосинте­за, рабочей поверхности фотосинтеза и времени фото­синтеза, Д — от интенсивности дыхания, рабочей по­верхности дыхания и времени дыхания. В связи с этим пропорциональная зависимость между биологическим урожаем (Убиол) и интенсивностью фотосинтеза наблю­дается далеко не всегда.

При изучении связи урожая с фотосинтезом и дыханием необходимо учитывать затраты органичес­ких веществ на дыхание не только надземных органов, но и корневых систем.

В растительных сообществах общую фотосинтети­ческую продуктивность в значительной степени опре­деляет листовой индекс, т.е. отношение площади всех листьев фитоценоза к площади почвы, занятой этим сообществом. С листовым индексом связаны и другие важные функции растительного сообщества, особенно лесного: распределение лучистой энергии солнца и ее утилизация на различные физиологические процессы слагающей растительности, тепловой и углекислотный режим ценоза и т. д.

Для сельскохозяйственных культур значения лис­тового индекса достигают 4 — 5. Он примерно в 1,5 раза меньше, чем в высокопродуктивных лесах. Например, в лиственных лесах умеренной зоны индекс листовой поверхности колеблется от 3 до 12, а в некоторых хвойных — до 14. Каждому типу растительного сообщества свойствен свой листовой индекс. Наблюдается явная тенденция уменьшения продуктивности леса с пони­жением этого показателя. Рыхлость лесного полога способствует при равном листовом индексе более высо­кой продуктивности древостоев.

Применительно к сельскохозяйственным растени­ям широкое распространение получила теория фото­синтетической продуктивности А.А. Ничuпоровича. Основные положения этой теории сводятся к следую­щему. Агроном обязан разместить растения на площа­ди участка, создавая такие фитоценозы, в которых формировался бы оптимальный листовой индекс, оп­тимальных размеров достигал агроценоз и по вертика­ли. Большое значение автор теории фотосинтетичес­кой продуктивности придает селекции растений на низкорослость, когда значительная часть ассимилятов идет на формирование зерна и плодов, селекции на компактность крон плодовых, особенно для Сибири. Уместно напомнить, что в лесном хозяйстве только за счет правильного ориентирования посадок лесных культур по странам света можно добиться повышения продуктивности фотосинтеза на 20 %.

Чистую продуктивность фотосинтеза АА. Ничипо­рович предложил определять по формуле:

Фч.пр. = (М2 — М1) / Т -Л,

где М1 и М2 — сухая масса растений в начале и конце учетного периода, и, следовательно, разница М2— М1 пред­ставляет собой прирост сухого вещества за время Т; Л — ­листовая поверхность (средняя величина).

Обычно чистую продуктивность фотосинтеза, рас­считанную по этой формуле, выражают в граммах сухой массы, накопленной в течение суток на 1 м2 листовой поверхности.

Растения в процессе фотосинтеза используют ма­лую долю падающей на них энергии солнечного света. Коэффициент использования солнечной энергии (КПД фотосинтеза) подсчитывают путем сравнения количе­ства синтезированного органического вещества, исхо­дя из теплоты сгорания последнего, с количеством поглощенной световой энергии. Расчеты, проведенные КА. Пуриевичем, показали, что листья клена потреб­ляли от 0,6 до 2,7 % всей падающей на лист энергии. В целом на Земле растения используют всего лишь 0,2 — 0,3 % ФАР. В посевах сельскохозяйственных куль­тур, дающих сравнительно хороший урожай, КПД фотосинтеза составляет 4 — 5 %, продуктивных хвойных лесных культур — примерно 2 %, а низкопродуктив­ных — доли процента. А.А. Ничипорович считает, что всеми современными средствами воздействия на рас­тения КПД фотосинтеза можно поднять до 8 — 10 %.

В лесохозяйственном производстве хозяйственной частью урожая, прежде всего, является масса сфор­мировавшейся древесины. Специальные расчеты по­казали, что доля древесины с ухудшением лесорасти­тельных условий и с продвижением с юга на север уменьшаются. Кхоз в лесном хозяйстве можно повы­сить за счет рационального использования древесной зелени, сбора семян, переработки коры, добычи пне­вого осмола и некоторых других элементов биомассы дерева.

Лесохозяйственный урожай формируется главным образом за счет камбиальной деятельности ствола. Недавно Н.Е. Судачкова предложила схему ксилогенеза (образования древесины), за основу которой взят показатель использования ассимилятов в жизнеобес­печении камбиальной зоны дерева. На организменном уровне продукты фотосинтеза идут на поддержание жизнедеятельности древесного организма и на рост различных частей. Значительная доля ассимилятов может быть направлена на формирование плодов и семян в ущерб приросту древесины. На тканевом уров­не они могут пойти на образование гетеротрофных тканей (меристем, запасающих, покровных и других тканей) и дальнейшее образование автотрофных ­фотосинтетического аппарата. Повышенная трата пла­стических веществ на образование новых масс листо­вой поверхности опять-таки отвлекает эти вещества от использования в процесс е формирования древесины. Довольно сильным аттрагирующим центром может выступать флоэма ствола и других частей дерева. В дан­ной схеме основным механизмом регуляции биосинте­за компонентов древесины считается конкуренция тка­ней дерева за ассимиляты, направляемые на различные процессы жизнедеятельности и морфогенеза.

К настоящему времени разработаны практические мероприятия, направленные на повышение урожайности растений путем оптимизации условий внешней среды. В лесном хозяйстве для увеличения продуктивности лесов и улучшения их качественного состава широко используются рубки ухода. Регулируя свето­вой режим в лесу, эти рубки оптимизируют процесс фотосинтеза оставшихся деревьев, Причем не только в верхней, но и в нижней части кроны, и тем самым повышают размеры активно фотосинтезирующей по­верхности этих деревьев. Наряду с рубками ухода су­ществует целая серия мероприятий, направленных на регулирование фотосинтетической активности древес­ных растений. Среди них можно назвать такие при­емы, как орошение в засушливых и осушение в водо­избыточных областях, внесение минеральных удобре­ний на бедных питательными веществами почвах, применение физиологически активных веществ и др.

Повысить биологическую продуктивность и уро­жай растений можно воздействием на отток ассимиля­тов, скорость расходования их в синтетических и ро­стовых реакциях, а также на отложение продуктов фо­тосинтеза в запасаю

refac.ru

ИЗУЧЕНИЕ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА И ПРОДУКТИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА

ИЗУЧЕНИЕ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА И ПРОДУКТИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА

1

Текст работы размещён без изображений и формул.Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Уже привычны в жизни нашей,

Неотделимы от души

Индустриальные пейзажи,

Высотных строек этажи

……………………………..

Все чаще мы вздыхаем тяжко,

Решая каверзный вопрос:

Как примирить бетон с ромашкой,

Звон стали с шелестом берез?

В. Шамшурин.

Согласно закону Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» зеленые зоны городов и населенных пунктов относятся к особо охраняемым природным территориям. Растительность на улицах городов, поселков рассматривается прежде всего с точки зрения улучшения среды жизни для человека в гигиеническом и эстетическом отношениях. Растения обогащают воздух кислородом, увлажняют и очищают его, способствуют снижению шума, влияют на микроклимат территорий.

Обычно растения в той или иной степени реагирует на изменения окружающей среды, но в ряде случаев это нельзя выявить физическими или химическими методами, так как разрешающие возможности приборов или химических анализов ограничены.

Источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а также серьёзных нарушений экологического равновесия в биосфере множество. Однако самыми значительными из них являются два: транспорт и индустрия.

В течении ряда лет в нашей школе ведутся исследования состояния древесных пород, в частности, березы бородавчатой (Betula pendula Roth) в различных местах поселка Октябрьский и на Новорязанском шоссе. Это одна из крупнейших магистралей, протяженностью 176 км, соединяющая города Москву и Рязань. Проблема автотранспортных загрязнений воздуха на сегодняшний день остаётся актуальной, так как городское поселение Октябрьский расположен вдоль этой магистрали.

Целью нашего исследования является изучение фотосинтетического аппарата листа березы бородавчатой, произрастающей в разных районах нашего городского поселения и выявление влияния среды обитания на состояние процесса фотосинтеза.

Задачи исследования:

- изучить продуктивность фотосинтеза на примере березы бородавчатой (Betula pendula Roth) в различных пунктах поселка Октябрьский,

- определить сравнительное количество хлорофилла в листьях березы бородавчатой (Betula pendula Roth) в исследуемых пунктах,

- изучить морфологические особенности листьев березы бородавчатой (Betula pendula Roth) в исследуемых пунктах.

Растения реагируют на условия жизни изменением процессов своей жизнедеятельности. Измеряя скорость роста растений, темпы сезонного развития, интенсивность цветения и плодоношения, фотосинтеза и дыхания, особенности морфологии (размеры и форму).

Данное исследование является актуальным, так как позволяет судить о степени благополучия окружающей среды для растений. Видовой состав флоры любого населенного пункта – также индикатор условий жизни.

II. Теоретическая часть.

1.1.Роль древесных растений в природе и жизни человека.

Лес имеет огромные санитарно-гигиеничесие и целебные свойства. Неоценимо и эстетическое значение лесов. Лес один из факторов поддержания равновесия химического состава атмосферы, особенно в балансе трёх веществ: кислорода, углерода и азота. Подсчитано, что 1 га леса в год способен поглотить 5-10 тонн углекислого газа и выделить 10-20 тонн кислорода. Леса называют «зелёными лёгкими» планеты.

Участие лесов в природном балансе азота так же очень велико. Как известно, листва, хвоя, куски коры и сучья, попадая в почву, с помощью бактерий постепенно превращаются в удобрения.

В процессе фотосинтеза многие древесные, кустарниковые и травянистые растения выделяют особые химические соединения, которые обладают большой активностью. Учёными определено 300 различных наименований химических веществ, содержащихся в воздухе природных лесов, различных ароматических соединений, эфирных масел и др.

Леса способны активно преобразовывать химические и атмосферные загрязнения, особенно газообразные, причём наибольшей окисляющей способностью обладают хвойные насаждения, а так же некоторые сорта лип, верб, берёз. Кроме того, лес обладает возможностью поглощать отдельные компоненты промышленных загрязнений.

Лесопарковый пояс в непосредственной близости от поселка Октябрьский является мощным резервом чистого воздуха для населения и защитой от неблагоприятных ветров, заноса загрязнений от автотранспорта исследуемой территорий.

Доказано, что гектар зеленых насаждений поглощает за один час около 8 л углекислого газа – столько же выделяют при дыхании за это время примерно двести человек. Дерево средней величины может обеспечить дыхание трем людям. Зеленые насаждения смягчают летнюю жару и сухость, защищают нас от палящего солнца, сильных ветров и от шума. Растения ионизируют воздух, выделяют биологические активные вещества – фитонциды. Работая как живой фильтр, городские растения поглощают пыль, токсичные газы из воздуха и тяжелые металлы из почвы.

Флора населенных пунктов складывается из разных экологических типов. В силу специфических условий значительное число растений, произрастающих вблизи крупных магистралей, относится к ксероморфному типу, то есть растения приспособлены к недостатку влаги. Растения галофитного типа живут в условиях повышенного засоления. Нитрофильные растения – азотолюбы; а растения-эврибионы выживают в любых условиях.

Все выше названые черты городской флоры свойственны растительному миру, который постоянно окружает человека и на котором отражается его деятельность. Комплекс видов, сложившихся в городах и поселках, называются синантропным. Черты синантропизации максимально выражены у растений центральной части городов, где складываются наиболее специфические городские условия. Здесь среднегодовая температура воздуха на несколько градусов выше, а относительная влажность на несколько процентов ниже, чем на окраинах. Непрозрачность атмосферы из-за запыленности и туманов здесь больше на 10% , а суммарное загрязнение в 12 раз выше, чем в пригородах.

Большую роль играют искусственные лесные насаждения в городах: сады, парки, скверы, посадки деревьев вдоль улиц. Чем больше листьев у дерева, тем оно полезней для людей – больше усваивает углекислого газа и задерживает пыли, уменьшает шум, выделяет кислород, увлажняет атмосферу, очищает её от болезнетворных микроорганизмов выделением биологически активных веществ. Поэтому стрижка деревьев для придания им более красивой формы не целесообразна. Чем выше дерево и шире крона, тем лучше.

Наконец, растения просто красивы и доставляют людям эстетическое удовольствие, улучшают настроение, способствуют созданию психологически комфортной среды. Зеленый цвет оказывает самое благоприятное воздействие на психическое состояние человека. Без зелени однообразные стены высоких домов превращаются в «поля агрессивности», повышающих раздражительность человека.

2.Лист.

Важнейшим органом высшего зеленого растения является лист – орган фотосинтеза, газообмена и транспирации. Помимо этих трех его основных функций, лист может служить хранилищем запасных питательных веществ, органом вегетативного размножения, движения и т.п. ни один орган растения не является столь изменчивым, столь пластичным в эволюционном отношении, как зеленый лист.

Лист первоначально растет путем деления клеток меристемы на периферии зачатка листа, а в дальнейшем – путем деления клетки всей пластинки листа. Вскоре после появления зачаток листа дифференцируется на пластинку, черешок и нередко трилистники. Их верхней части зачаточного листа развивается листовая пластина и черешок, а из нижней части - влагалище листа и разрастающиеся основание черешка у места прикрепления к стеблевому узлу. Черешок обычно развивается после образования пластинки из-за вставочного роста. Утолщение черешка происходит благодаря делению клеток его основной ткани. У листьев вставочный рост локализуется в основании листа. Черешок листа служит органом ориентировки листа по отношению к солнцу, а также имеет механическое значение для ослабления ударов по листовые пластинки от дождя, града, ветра.

2.1. Анатомическое строение листа.

Лист образуется из первичного бугорка конуса нарастания стебля. Толща листа состоит главным образом из основной ткани (мезофилла), кроме того из проводящей и механической тканей, представленных в жилках листа. Механические ткани укрепляют не только жилки, но и мезофилл листа, то есть они часто развиваются не в жилках. Крупные жилки – это проводящие пучки коллатерального типа.

Задача основных жилок – доставлять мезофиллу воду с растворенными в ней неорганическими веществами и отводить от него по флоэме продукты фотосинтеза. Поэтому жилки пронизывают мезофилл листа во всех направлениях. Внутреннее строение листа является важнейшим экологическим признаком.

2.2. Физиологические функции зеленого листа.

Физиологические функции листа – фотосинтез газообмен и транспирация.

а) Фотосинтез.

Интенсивность фотосинтеза в листьях зависит от их нахождения в кроне, времени образования, величины, структуры и др. интенсивность фотосинтеза также определяются сочетанием количественных и качественных факторов окружающей среды. К ним относят свет, температуру, концентрацию углекислоты, перемещение воздуха у листа, наличие влаги и элементов минерального питания.

Зеленые растения не испытывают недостатка в солнечной энергии. За 5 миллиардов лет существования нашей планеты Солнце не ослабило заметно своей лучистой энергии. Зеленые растения используют лишь 1 – 2% всей энергии, падающей на зеленый экран. Первичными продуктами фотосинтеза являются углеводы. Но в зеленом листе происходит также первичный синтез белков и жиров. Первичные жиры образуются в результате превращения сахаров, с одной стороны, в глицерин, с другой – в жирные кислоты. В дальнейшем три молекулы жирной кислоты и одна молекула глицерина конденсируется в жир и воду. Первичный синтез белковых веществ происходит в зеленом листе при взаимодействии неорганических соединений азота, углерода, фосфора, серы. Береза светолюбивое растение, по исследованиям В. Н. Любименко, световой порог у них выше, чем у теневых растений. У световых растений есть палисадная ткань, пластиды у них не такие крупные, как у теневых, менее чувствительны к свету и концентрация хлорофилла значительно ниже.

Фотосинтезом называют образование органических молекул из неорганических за счет использования энергии солнечного света. Этот процесс состоит из двух фаз световой и темновой.

В световой фазе кванты света - фотоны – взаимодействуют с молекулами хлорофилла, в результате чего эти молекулы на некоторое время переходят в более богатое энергией «возбужденное» состояние. Затем избыточная энергия возбужденных молекул преобразуется в теплоту или испускается в виде света. Другая её часть передается ионам водорода, всегда имеющимся в водном растворе вследствие диссоциации воды.

Образовавшиеся атомы водорода непрочно соединяются с органическими молекулами – переносчиками водорода. Ионы гидроксила отдают свои электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы. Радикалы взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуется вода и молекулярный кислород.

Таким образом, источником молекулярного кислорода, образующегося в процессе фотосинтеза и выделяющегося в атмосферу, является вода, расщепляющаяся в результате фотолиза – разложения воды под влиянием света. Кроме фотолиза воды энергия света используется в световой фазе для синтеза АТФ из АДФ и фосфата без участия кислорода. Это очень эффективный процесс: в хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях этого же растения с участием кислорода. Таким путем накапливается энергия, необходимая для процессов, протекающих в темновой фазе фотосинтеза.

В комплексе химических реакций темновой фазы, для течения которых свет не обязателен, ключевое место занимает связывание углекислого газа. В этих реакциях принимают участия молекулы АТФ, синтезируемые во время световой фазы, и атомы водорода, образовавшиеся при фотолизе воды и связанными с молекулами-переносчиками.

Так энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей сложных органических соединений.

Как уже отмечалось выше, побочным продуктом фотосинтеза зеленых растений является молекулярный водород, выделяемый в атмосферу. Свободный кислород в атмосфере является мощным фактором преобразования веществ.

б).Транспирация и газообмен

Транспирация – физиологический регулируемый процесс испарения растением влаги; она резко отличается от простого физического испарения с какой-либо поверхности; испаряют воду живые клетки, ткани и органы, способные регулировать этот процесс. В зеленом растении наибольшую весовую часть тела составляет вода. Но без отдачи воды из живых клеток растение обойтись не может., так как на суше оно живет в условиях недостаточной насыщенности окружающей атмосферы водяными парами. Известно, что даже в условиях сильных морозов оголенные деревья испаряют воду; даже твердая вода переходит в газообразное состояние, если окружающий воздух не насыщен влагой.

Клетки растений, чтобы оставаться живыми, должны удерживать определенное количество воды для нормальной жизнедеятельности коллоидов, поэтому у растений живущих на суше, выработались многочисленные приспособления для устойчивости против чрезмерной транспирации: устьица с замыкающими клетками, кутикула, пробка, опушение, восковой налет и другое. Растение в борьбе за выживание как бы балансирует между двумя противоречивыми, но неизбежными процессами – фотосинтезом и транспирацией.

2.3.Береза бородавчатая (BetulapendulaRoth) как объект исследования.

Береза бородавчатая, или повислая (Betula pendula Roth). Дерево до 20 метров высотой, с повислыми ветвями и гладкой белой корой, у старых деревьев внизу ствол темно-серый и трещиноватый. Годичные ветви красновато-бурые, молодые ветви голые, покрыты бородавочками. Листья ромбические-яйцевидные или треугольно-яйцевидные, в основание широколистные или почти прямо усеченные, на крыльях или порослевых побегах почти сердцевидные, на конце листья заострены, по краю дважды-острозубчатые, с обеих сторон гладкие. Черешки в двое в трое короче пластинок, трилистники яйцевидно ланцетные, очень маленькие, рано опадают. Ствол прямой, ровный. Кора до 10-летнего возраста темная, гладкая, блестящая, позднее развивается белый пробковый слой – береста, который грубеет с возрастом. Молодые побеги покрыты железистыми бородавками. Корневая система сильно разветвленная, но не глубокая вследствие чего береза подвержена сильному ветроповалу. Крона сильно разветвленная, но не густая, ажурная, пропускает много света, в молодости яйцевидная, а потом продолговато-цилиндрическая, с повислыми концами ветвей, что предает кроне плакучий вид. Очень светолюбива. Береза относится к породам – пионерам леса, однако вытесняется более теневыносливыми породами. Береза не требовательно к условиям двигателя и почвы, выносит очень холодные зимы. Распространена широко, особенно в таежных зоне европейской части Российской Федерации и в сибирской лесостепи. Береза образует как чистые насаждения, как и смешанные с сосной, елью, осиной и другими породами. Цветки собраны в соцветия, сережки разнополые, однодомные. Цветет в мае – июне вместе с распусканием листьев. Цветение длиться 10 дней. На концах длинных побегов в августе образуются мужские сережки длиной 2 – 3 вместе. Весной следующего года они удлиняются, утолщаются и распускаются. Береза первые 2 года растет мелено, затем рост её усиливается. Береза размножается вегетативно. Продолжительность жизни 100-120 лет.

Ш.Экспериментальная часть.

1. Методика исследования.

Для проведения эксперимента по изучениюфотосинтетического аппарата и продуктивности фотосинтеза нами использовались следующие реактивы и оборудование:

1. Образцы листьев с берез из разных зон города (в лесу, возле школы, у рязанской трассы, в микрорайоне Западном).

2. Фарфоровая ступка с пестиком.

3. Этиловый спирт.

4. Воронка.

5. Фильтр.

6. Стеклянная посуда.

7. Цифровой фотоаппарат.

8. Микроскоп «Микромед» с видеоокуляром

9. Компьютер.

1.1.Подсчет общей площади листовой поверхности.

С деревьев одного вида березы бородавчатой (Betula pendula Roth), имеющих приблизительно одинаковую высоту, растущих в разных условиях (в лесу, у школы, в микрорайоне Западный, у Новорязанского шоссе) были собраны по десять листьев. Для того, чтобы узнать примерную общую площадь листьев березы бородавчатой из разных районов городского поселения Октябрьский, мы умножили примерное число листьев в кроне на примерную площадь одной листовой пластины дерева. Были получены следующие данные:

Для подсчета примерного числа листьев в кроне на березе, мы рассчитали количество листьев на 1/16 части каждого из деревьев. Были получены следующие данные: в лесу - 3180, у школы - 2410, у Новорязанского шоссе - 1870, в микрорайоне Западный - 2260.

Чтобы вычислить примерную суммарную площадь поверхности листьев, мы перенесли контур листа на бумагу в клеточку, подсчитали число квадратных сантиметров в центральной части контура и приплюсовали число половины неполных квадратов на периферии листа. Примерная суммарная площадь поверхности листьев в лесу 21.5 см2, у школы 26.5 см2, у рязанской трассы 13 см2, микрорайон Западный 15 см2.

Таким образом, в результате математических расчетов были получены следующие результаты:

1. В лесу полезная площадь составляет 68370 см2.

2. У школы полезная площадь составляет 63865 см2.

3. В микрорайоне Западный полезная площадь составляет 33900 см2.

4. У Новорязанского шоссе полезная площадь составляет 24310 см2.

1.2.Определение сравнительного количества хлорофилла в листьях.

Пластиды имеются в клетках фотосинтезирующих эукариотических организмов. Различают три типа пластид: хлоропласты (зеленые пластиды, хлорофилловые зерна), хромопласты (желтые, коричневые, красные пластиды), лейкопласты (бесцветные пластиды). Господствующий зеленый цвет растительности земного шара обусловлен хлоропластами. Зеленый цвет хлоропластов объясняется присутствием в них пигмента – сложного органического вещества хлорофилла. Хлоропласты резко реагируют на освещение, и хлорофилл образуется в них на свету. Об этом можно судить по интенсивности окраски хлорофилльной вытяжки листа.

Для получения вытяжки хлорофилла мы измельчили по два листа примерно одинаковой площади с каждого дерева, растерли фарфоровым пестиком в фарфоровой ступке, добавили 10 мл спирта, тщательно все перемешали. Полученную вытяжку отфильтровали через складчатый фильтр в пробирку. Судя по насыщенности цвета в пробирке, на первое место выходит вытяжка из листьев лесной березы, затем березы произрастающей у школы, следом из микрорайона Западный и, наконец, у дороги.

1. Продуктивность фотосинтеза.

О продуктивности фотосинтеза можно косвенно судить по количеству создаваемых растением веществ для своего роста. Например, можно сравнить длину и массу однолетних побегов нескольких деревьев одного вида, растущих в разных зонах города. Так же можно с помощью микроскопических приборов изучить фотосинтезирующую ткань листьев берез произрастающих в разных районов нашего городского поселения. Мы сделали срез по всей площади листа и рассмотрели его в микроскопе. После анализа увиденного можно сделать вывод, что фотосинтезирующая ткань листьев с березы, растущей у Новорязанского шоссе, почти разрушена и уже начался процесс листопада. А у листьев березы, растущей в лесу, фотосинтезирующая ткань функционирует нормально.

2. Морфологические особенности листьев березы бородавчатой

(BetulapendulaRoth)

При рассмотрении листьев березы, которая растет у дороги мы видим что в отличии от листьев берез, растущих у школы и в лесу, они значительно меньше. У них не обычная у многих сморщенная форма, на листьях желтые пигментные пятна, появление которых свидетельствует о том, что нормально функционировать дерево возле дороги не может.

1. Долговечность листьев. Листопад.

Растения, особенно деревья, делятся на вечнозеленые и листопадные. Береза относится ко вторым. Такие многолетние растения ежегодно, с наступлением неблагоприятного для вегетации сезона сбрасывают листья.

С понижением температуры почвы снабжают растения водой, фотосинтез и транспирация становятся затруднительными. Сами листья к этому времени стареют и становятся балластом для дерева. Это старение вызывается отложением большого количества минеральных веществ на стенках клеток вследствие испарения, а также в протопластах клеток листа в результате неполного использования минеральных веществ при органическом синтезе. Таким образом, сбрасывание испаряющей поверхности имеет для растение оздоровляющее значение.

Осенние листья постепенно краснеют или желтеют из-за разрушения хлорофилла и более длительной сохранности других пигментов (ксантофилла, антоциана и д.р.).

В осеннем листопаде в лесу заключается глубокий биологический смысл. Опавшие листья – хорошее органическое и минеральное удобрение. Кроме того, они стратифицируют семена, опавшие до листопада, предохраняют корни от вымерзания, препятствуют развитию мохового покрова.

Быстрее всего листопад произошел у деревьев растущих у дороги. Примерно в одно время опали листья с деревьев, растущих у школы, и микрорайона Западный, последними были листья с берез, растущих в лесу.

Заключение.

Это исследование подтвердило, что на процесс и продуктивность фотосинтеза влияет среда обитания растения. Береза, растущая у шоссе, намного хуже функционирует, чем береза, растущая в лесу. Она уступает лесной березе по площади, по количеству хлорофилла в листьях, по состоянию фотосинтезирующей ткани. Эта береза не естественна по морфологическим признакам и из-за перенасыщения тяжелыми металлами и многими другими вредными веществами процесс листопада начался быстрее, чем у остальных деревьев.

С самого начала своего появления на планете человек взаимодействует с природой, изменяет её. Нам, учащимся средней школы № 53, посчастливилось жить в посёлке, где есть уникальный островок природы – смешанный широколиственный лес, ещё не окончательно уничтоженный человеком. Мы хотим беречь и охранять его. Почему мы стали изучать, охранять и заботиться именно о лесе?

В настоящее время биосфера планета находится под усиливающимся давлением разнообразной деятельности человека, поэтому так актуальны природоохранные мероприятия.

Однако всё ещё имеется много недостатков и нерешённых проблем. Каждый должен понимать, что грамотное, бережное отношение к природе – это его долг. Экологическое сознание каждого даст возможность сохранить среду для жизни будущих поколений.

Этот лес, на опушке которого стоит наш посёлок – естественная его достопримечательность и чуть ли не единственная его красота. Мы должны беречь и охранять лес, а не просто пользоваться им, так безоглядно и бездушно.

Список используемых источников.

1. Ашихмина Т.Я., Школьный экологический мониторинг, М., АГАР, 2000, стр.61

2. Жуковский П.М., Ботаника, М., Колос, стр.144

3. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И., общая биология, 10 класс, М., Дрофа, 2005, стр. 128.

4. Зорина Т.Г., Школьникам о лесе, М., Лесная промышленность, 1971,стр.27.

5. Касьян А.А., Современные проблемы экологии, М., Просвещение, 1997.

6. Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н., Школьный практикум следим за окружающей средой нашего города, 9 – 11 классы, М., Владос, 2001,стр.90.

7. Миркин Б. М., Наумова, Экология России, 9 – 11 классы, М., АО МДС, Юнисам, 1995, стр.171.

8. Трайтак Д.И., Практическая направленность обучения ботанике, М., Просвещение, стр. 28.

Приложение

Образцы листьев с исследуемых пунктов

Исследуемый объект: береза бородавчатая

(Betula pendula Roth)

Контуры листьев березы бородавчатой

(Betula pendula Roth)

с исследуемых пунктов

15 см2

13 см2

26,5 см2

21,5 см2

Расчет площади листовой пластинки с исследуемых пунктов.

Приготовление спиртовой вытяжки хлорофилла листьев с исследуемых пунктов.

Спиртовая вытяжка хлорофилла листьев с исследуемых пунктов.

Образцы спиртовой вытяжки хлорофилла листьев с исследуемых пунктов в сравнении.

Фотосинтезирующая ткань листьев березы бородавчатой

(изображение получено на мониторе компьютера с помощью микроскопа «Микромед» с видеоокуляром)

Исследуемый пункт: лес

Исследуемый пункт: школа

Исследуемый пункт:

микрорайон Западный

Исследуемый пункт:

Новорязанское шоссе

Таблица: «Зависимость общей площади от количества листовых пластинок»

Просмотров работы: 143

school-science.ru

Глава 3. фотосинтетическая деятельность растений

ГЛАВА 3.

ФОТОСИНТЕТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РАСТЕНИЙ

3.1. ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СОСТАВОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НЕКОТОРЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Фотосинтетическая продуктивность растений зависит от наиболее эффективного усвоения ими энергии фотосинтетически активной радиации, что достигается созданием оптимальной площади питания, активизацией фотосинтетических процессов образования органического вещества. Одним из быстро и эффективно регулируемых факторов повышения фотосинтетической продуктивности растений является применение макро- и микроудобрений (Синягин, 1970; Ягодин, 1989). Остановимся на роли ряда микроэлементов, без прямого или косвенного участия которых снижется активность фотосинтеза.

Наибольшее количество меди, молибдена, бора, марганца и кобальта содержится в листьях и репродуктивных органах (Шеуджен, 2003). А.С. Вечер (1961) в своих трудах отмечает, что 50-75% всей меди листьев растений локализовано в хлоропластах. При этом более 20% общего ее содержания в хлоропластах сосредоточено во фракции полярных липидов, т.е. в веществах, принимающих участие в окислительно-восстановительных реакциях фотосинтеза (Юферова и др., 1969). Медь входит в состав урикооксидазы, фермента, производящего окисление мочевой кислоты. Этот элемент входит в состав низкомолекулярного белка пластоцианина (Мутускин, 1970; Островская, 1961), участвующего в переносе электронов между первой и второй фотосистемами. Медь является компонентом аскорбиноксидазы (катализирующей окисление аскорбиновой кислоты), полифенолоксидазы (регулирующей содержание и активность в растениях ауксинов и ингибиторов роста фенольной природы) и лакказы (катализирующей окисление гидрохинона и его производных). Все три фермента осуществляют реакции окисления путем переноса электронов с субстрата к молекулярному кислороду, являющемуся акцептором электронов. Они участвуют в темновых реакциях фотосинтеза и в реакциях дыхания, что и определяет важное значение этих катализаторов для биосинтетических функций растения в целом (Шеуджен, 2003).

Высокое содержание бора в листьях А.П. Кибаленко (1973) связывает с его синтетическими функциями. П.А. Власюк (1968) отмечает участие бора в фотосинтетическом фосфорилировании и образовании макроэргических фосфорных связей АТФ. По результатам А.П. Кибаленко (1968), ликвидация дефицита бора повышает фотофосфорилирующую активность хлоропластов более чем в 2 раза. Такое воздействие бора объясняется, с одной стороны, интенсивным превращением неорганического фосфора у растений на свету, с другой – их способностью активизировать деятельность содержащегося в тканях хлорофилла. Кроме того, наличие бора необходимо для обеспечения оттока ассимилятов из листьев в корни, плоды и другие органы растений (Яковлева, 1952). Ю.И. Москалев (1985) отмечает, что бор облегчает перенос сахаров через клеточные мембраны. По его мнению, происходящее объясняется лучшим переносом борированных соединений с сахаром или стимуляцией синтеза ауксинов, которые, усиливая рост растений, косвенно способствуют переносу сахаров.

Физиологическая роль цинка в значительной степени определяется тем, что он является структурным элементом многих ферментов. Цинк входит в состав карбоангидразы и карбоксилазы, участвующих в процессе дыхания. Микроэлемент входит в состав и активирует щавелевоуксусную дегидрогеназу, ответственную за образование пировиноградной кислоты и отщепление двуокиси углерода от щавелевоуксусной кислоты (Кабанов, 1977). Являясь компонентом алкогольдегидрогеназы, принимает участие в образовании пигментного аппарата растений. Кроме того, цинк активирует глутаматдегидрогеназу, лактатдегидрогеназу, полифенолоксидазу, пероксидазу, каталазу, гексокиназу и альдолазу (Мокриевич и др., 1972), энолазу, под действием которых происходит образование фосфоэнолпирувата из фосфоглицериновой кислоты (Каталымов, 1965). И.А. Чернавина (1970) называет одной из основных причин влияния цинка на рост и развитие растений – участие микроэлемента в ауксиновом обмене и, особенно, индолилуксусной кислоты.

Таким образом, участвуя в построении и функционировании фотосинтетического аппарата и в фотохимических реакциях растений, микроэлементы способствуют повышению интенсивности фотосинтеза. В связи с этим, определялся характер воздействия ЖУССов на некоторые показатели, характеризующие фотосинтетическую деятельность растений при их возделывании на почвах с низкой и средней степенью обеспеченности подвижными формами микроэлементов. Исследования проводились на фоне NPK.

Анализ таблиц 16-18 показывает, что полифункциональные составы, используемые для подготовки семенного материала, усиливая ростовые процессы, существенно повлияли на развитие листовой поверхности. Интересно отметить, что применение ЖУСС-2 на яровой пшенице, озимой ржи и картофеле способствовало повышению площади листовой поверхности уже с начальных фаз с последующим сохранением эффекта в более поздние периоды развития. На озимой ржи медь-цинковый ЖУСС-3 в первой половине вегетации несколько задержал начальный рост, но в дальнейшем он способствовал резкому увеличению площади листьев и сохранял ее на высоком уровне довольно продолжительное время. Так, уже в период возобновления вегетации и до цветения растений наибольшая величина листового потенциала отмечалась в варианте с CuZn (ЖУСС-3).

Таблица 16

Влияние предпосевной обработки семян яровой пшеницы на динамику площади листовой поверхности, тыс.м2/га

Средняя за вегетацию площадь листьев в вариантах с применением ЖУССов повысилась в опытах с яровой пшеницей на 5-15%, с картофелем – на 23-34%, с озимой рожью – на 4-22% по сравнению с контролем (табл. 16-18 ).

Таблица 17

Влияние предпосевной обработки семян озимой ржи на динамику площади листовой поверхности растений, тыс.м2/га

Несмотря на увеличение листового фотосинтетического потенциала (ЛФП) рассматриваемых культур при использовании полифункциональных составов, продуктивная работа листьев (выход продукции на 1000 ед. ЛФП) повысилась лишь в вариантах с медь-молибденовым ЖУССом. В то же время, для медь-борного и медь-цинкового препаратов стимуляция роста листовой поверхности растений не обеспечила соответствующего увеличения выхода урожая продукции на 1 тыс. ед. ЛФП.

Таблица18

Динамика площади листовой поверхности картофеля при использовании предпосадочной обработки клубней, тыс. м2/га

Коэффициенты использования ФАР в опытах колебались в значительных пределах, причем с существенным опережением от применения полифункциональных составов, что говорит о хорошем уровне использования поступающей ФАР с/х культурами. Максимальные коэффициенты использования ФАР отмечались при использовании ЖУСС-2 (табл. 19).

По мнению Н.Н. Третьякова и др. (1998), хелаты микроэлементов имеют явные преимущества для некорневой подкормки, т.к. их молекулы целиком попадают в лист, что предотвращает накопление сопутствующих ионов на поверхности листа. Это и предстояло доказать в очередном опыте по использованию ЖУССов для опрыскивания посадок картофеля. Изучались варианты с 1ои 2х кратными опрыскиваниями (разница в 10 дней) в двух концентрациях рабочего раствора по схеме, приведенной в таблице 20. Первую обработку проводили в межфазный период бутонизация-цветение.

Наиболее значительным прирост площади листьев картофеля наблюдался при использовании двух обработок препаратами ЖУСС. Следовательно, дополнительное внекорневое опрыскивание хелатными микроудобрениями усиливало синтетические процессы в листьях, которые оставались в молодом, жизнедеятельном состоянии более длительное время, вплоть до уборки картофеля (табл.20).

Анализ воздействия изучаемых препаратов на фотосинтетическую деятельность посадок картофеля показал, что подкормка ЖУСС приводит к стимуляции фотосинтетической деятельности растений. Особенно значимо данный эффект проявлялся при 2укратной обработке ЖУССами (табл.21).

Таблица19

refdb.ru

• 
  Тропики животные и растения
• 
  Пересадка комнатных растений видео
• 
  Каких растений боятся тараканы
• 
  Одномембранные органоиды у растений
• 
  Питомник растений галактионовой татьяны
• 
  Растения ульяновской области редкие
• 
  Фотосинтез растений физиология растений
• 
  Барвинок растение комнатное растение
• 
  Реферат про лекарственные растения
• 
  Питомник растений в зеленограде
• 
  Митоз у высших растений