Теоретическое обоснование. Поглощение воды корневой системой осуществляется в результате действия транспирации и корневого давления. Ведущая роль в водообмене растений принадлежит транспирации. Транспирация – процесс испарения воды надземными органами растения. Низкий водный потенциал атмосферы обусловливает испарение воды в процессе транспирации и непрерывное перемещение ее от корня к листьям по градиенту водного потенциала. Наибольшая величина водного потенциала характерна для почвы, несколько ниже – для клеток корня, еще ниже – для клеток листьев и наиболее низкая – для воздуха.

Благодаря транспирации растение обеспечивается водой, вместе с водой по растению передвигаются минеральные и органические вещества. Транспирация понижает температуру листьев, этим самым способствует нормальному ходу фотосинтеза. Количество испаренной воды зависит от многих факторов: вида растения, этапа онтогенеза, температуры воздуха, влажности почвы и воздуха и т.д. Для учета транспирации используют ее определенную величину- интенсивность транспирации.

Интенсивность транспирации (ИТ) – количество воды в г, испаренное с единицы листовой поверхности (1 м²) в единицу времени (1 час). Эта величина зависит от внешних факторов, времени суток и колеблется в пределах 15-250 г/м²·ч.

Основным методом определения ИТ является весовой метод, основанный на учете потери воды при испарении.

Относительная транспирация (ОТ) – отношение интенсивности транспирации к интенсивности испарения со свободной водной поверхности при тех же условиях. Этот показатель характеризует способность растений регулировать процесс транспирации. Относительная транспирация выражается цифрами от 0,1 до 0,5, поднимаясь иногда до 1,0 и опускаясь у некоторых хорошо защищенных от потерь воды листьев до 0,01 и ниже.

Цель работы.  Изучить влияние различных факторов внешней среды на ИТ и ОТ (повышенная влажность, ветер, яркий свет, темнота).

Объект: листья герани.

Материалы и оборудование: комнатные растения, электронные весы, квадрат кальки разме­ром 10х10 см (2 шт.), вентилятор, настольная лампа, темный шкаф, влажная камера, ножницы, лезвие, вата, дистиллированная вода, колба коническая на 100 мл., эксикатор, стеклянная пластинка, линейка, калькулятор, половинка чашки Петри.

Ход работы: Работа выполняется группами по 2-3 человека, каждая группа изучает транспирацию при одном условии, затем группы обмениваются результатами. Для этого создаются различные модельные условия опыта: например, при изучении влияния ветра, поместить лис­тья растения и чашку Петри с водой на равное расстояние от вентилятора под струю теплого воздуха. Если изучается такой фактор, как яркий свет, используется электролампа (100 Вт); темнота – темный шкаф.

1. Чтобы вызвать открывание устьиц, перед опытом растения надо хорошо полить и в течение 1,5-2 час осветить электролампой.

2. У чашки Петри без крышки измерить диаметр (по внутренней поверхности) и наполнить ее дистиллированной водой таким образом, чтобы дно было полностью закрыто. Взвесить на технических весах.

3. В коническую колбу до половины налить дистиллированной воды.

4. С герани срезать лист вместе с черешком и обвести его контур на кальке (осторожно, чтобы не повредить лист!).

5. Нижний конец черешка подрезать под водой примерно на 1 см для восстановления водных нитей в проводящих сосудах.

6. Лист при помощи ваты укрепить в конической колбе. Листовая пластинка не должна быть мокрой!

7. Колбу с листом взвесить.

8. Лист в колбе и чашку Петри без крышки поставить в одинаковые заданные условия на 40-60 мин.

9. Через 40-60 мин колбу с листом и чашку Петри повторно взвесить. Убыль в весе в первом случае показывает количество воды, испарившейся с поверхности листа (транспирация), во втором – со свободной водной поверхности.

10. Определить площадь листа. Для определения площади листа используют весовой метод. Вырезают из кальки квадрат в 100 см² (10х10 см) и взвешивают на торсионных весах. Затем вырезают контур листа из кальки (см. п. 4) и также взвешивают. По пропорции находят площадь контура (листа):

                                          S = 100 · В ,                                           

А

где S – площадь листа, см²;

А – вес 100 см² кальки, г;

В – вес контура листа, г. 

11. На основании полученных данных рассчитать интенсивность транспирации, интенсивность испарения со свободной водной поверхности, относительную транспирацию.

12.  Заполнить таблицы 2.1 и 2.2. Обменяться результатами.

13. Сделать выводы по работе о влиянии внешних условий на интенсивность транспирации, проанализировать и сравнить показатели интенсивности транспирации и интенсивности испарения с открытой поверхности для одних и тех же условий опыта (среды).

Интенсивности транспирации рассчитывают по формуле:

                               ИТ = 10000· С ·60,                                    

S·T

где ИТ – интенсивность транспирации, г/м²/ч;

С – убыль в весе за время опыта, г;

S – площадь листа, см²;

T – продолжительность опыта, мин;

10000 – коэффициент перевода см² в м²;

60 – коэффициент перевода мин в ч.

Интенсивность испарения (Е) свободной водной поверхности чашки Петри рассчитывают по той же формуле:

                                 Е = 10000· С₁ ·60,                                 

S₁·T

где С₁ – убыль в весе чашки Петри, г;

S₁  – площадь свободной поверхности (см²), которую находят как  

    площадь круга S₁= π· r² (π = 3,14).                                                       

Относительную транспирацию находят по формуле:

                                             ОТ = ИТ / Е                                       

Таблица 2.1

Показатели опыта

Таблица 2.2

Показатели транспирации и испарения со свободной поверхности при различных условиях опыта

Контрольные вопросы. 1. Что такое транспирация и каково ее биологическое значение? 2. Какие существуют способы регуляции транспирации? 3. Какие показатели используются для характеристики транспирации? 4. Каким образом транспирация зависит от внутренних и внешних факторов? 5. Назовите способы адаптации растений к условиям водного дефицита.

Существуют и другие методы определения площади, один из них: определение площади листа по его параметрам. Метод основан на сопоставлении формы листа с некоторой простой геометрической фигурой, достаточно хорошо совпадающей с конфигурацией данного листа. Его можно использовать только при работе с растениями, имеющими сравнительно простую и устойчиво сохраняющуюся форму. Метод характеризуется простой, относительно высокой производи­тельностью, возможностью определения листовой поверхности без отделения листьев от растения. Однако одновременно ему присуща невысокая точность.

 Ход работы: Лист вписать в соответствующую фигуру так, чтобы основные параметры их были общими. Например, листья злаков легко вписываются в вытянутый прямоугольник. Измерить ширину (а) и длину (в) такого прямоугольника, найти его площадь (S), кото­рая равна S = aּв. Однако, фактическая площадь листа (S_Л) будет меньше площади геометрической фигуры, поэтому необходимо ус­тановить поправочный коэффициент (К), равный отношению S_Л / S.

Поправочный коэффициент (К) можно определить весовым мето­дом. Взвесить на торсионных весах построенную по длине и ширине листа растения соответствующую фигуру (М_Ф) и вырезанный из той же бумаги контур листа (М_л). К = М_л / М_Ф. Отсюда фактическая площадь листа злака будет равна S_Л = а·в·К.

Так, например, поправочный коэффициент для кукурузы равен 0,68; ячменя, овса, пшеницы - 0,65; сахарной свеклы - 0,76; огурца - 0,56; сои – 0,75 (для левой и правой долек листа) и 0,668 (для средней доли тройчатого листа); для разных сортов яблони он колеблется от 0,62 до 0,74. Аналогично предварительно вычисляют поправочные коэффициенты для листьев других растений, моделируя их с соответствующими простыми геометрическими фигурами. Причем коэффициент (К) получа­ют на основании анализа многих листьев и несколько раз в тече­ние вегетационного периода, так как нередко конфигурация листь­ев претерпевает значительные возрастные изменения.

Объем часов: 2 ч

Литература:

основная: 1

дополнительная: 5-7,11,13

Практическое занятие № 4