Способ определения параметров h2o -и co2 - газообмена листьев растенийПатент на изобретение №: 2012193 Автор: Карпушкин Л.Т. Патентообладатель: Карпушкин Лев Тимофеевич Дата публикации: 15 Мая, 1994 Использование: исследование гетерогенных процессов, в частности исследование процессов фотосинтеза и транспирации, и водного режима высших растений, в экспериментальной физиологии растений. Сущность изобретения: исследуемый амфистоматический лист ( лист, имеющий устьица на верхней и нижней сторонах) включают в известную двухстворчатую листовую камеру таких размеров, чтобы лист разделял камеру на две изолированные части - верхнюю и нижнюю. С помощью известной газометрической установки измеряют в стационарном режиме скорости транспирации и ассимиляции CO2 верхней и нижней сторон листа при контролируемых концетрациях H2O- пара и CO2 в воздухе над обеими сторонами листа. Затем над одной из сторон листа изменяют произвольно концентрацию H2O- пара и CO2 , а изменившиеся при этом суммарные скорости транспирации и ассимиляции CO2 компенсируют до их исходных значений увеличением или уменьшением концентраций соответственно H2O-пара и CO2 в воздухе над другой стороной листа. Измеряют вторые значения скоростей транспирации и ассимиляции CO2 верхней и нижней сторон листа и соответствующих концентраций H2O-пара и CO2 в воздухе над обеими сторонами, а искомые кинетические параметры вычисляют по формулам. Изобретение относится к способам исследования гетерогенных процессов, в частности к способам исследования процессов фотосинтеза и транспирации и водного режима высших растений, и может быть использовано в экспериментальной физиологии растений. Известны способы определения кинетических параметров Н2О- и СО2-газообмена высших наземных растений: концентраций Н2О-пара (Аi) и СО2 (Сi) над поверхностью жидкой фазы мезофильных клеток и диффузионных сопротивлений в газовой фазе листа для потоков Н2О-пара (Ra) и СО2 (Rc) [1,2,3] . Экспериментально величину Аi определяют путем непосредственного измерения концентрации Н2О-пара в окружающем лист воздухе при равновесии в системе жидкая фаза листа - воздух, т. е. в отсутствие транспирации. При таком определении Аi ее величина оказывается близкой к насыщающей даже у листьев, которые в естественных условиях во время транспирации имеют признаки завядания. На основании этих данных и наблюдаемой часто линейной зависимости скорости транспирации (Е) от влажности внешнего воздуха Аi принимают всегда насыщающей при температуре листа независимо от скорости транспирации и для определения Ra измеряют Е при некоторой контролируемой влажности воздуха над листом А, а Ra находят по формуле: Ra =  , где Ra - диффузионное сопротивление потоку Н2О-пара в газовой фазе (с  см-1), Аi - концентрация Н2О-пара над испаряющими поверхностями мезофильных клеток листа, принимаемая равной насыщающей над плоской поверхностью чистой воды при температуре листа (г см-3), А - концентрация Н2О-пара в окружающем лист воздухе (г см-3), Е - скорость транспирации (г Н2О см-2 с-1). Используя полученное таким путем значение Ra, находят Rc и Сi по формулам: Rc =  Ra ; Ci = C - F Rc, где Rc и Ra - диффузионные сопротивления потокам соответственно СО2 и Н2О-пара в газовой фазе (с см-1), Dc и Da - коэффициенты диффузии СO2и Н2О-пара в воздухе (см2 с-1), Сi и С - концентрации СО2 в воздухе соответственно над поверхностью жидкой фазы внутри листа и над листом (г СО2 см-3), F - скорость диффузионного потока СО2 (г СО2 см-2 с-1). Недостатком этих способов определения кинетических параметров Н2О- и СО2-газообмена растений является лежащее в их основе недостаточно обоснованное допущение, что Аi во время транспирации всегда остается насыщающей. Данный способ определения кинетических параметров уже не отягощен предположением о насыщающей концентрации диффундирующего вещества над поверхностью раздела фаз. Но он все же имеет существенный недостаток: в основе его содержится предположение о том, что концентрация исследуемого вещества над поверхностью раздела фаз, от которой начинается его диффузия во внешнюю среду, не изменяется при различных концентрациях данного вещества во внешней вреде и соответственно при различных скоростях диффузионных потоков. Однако исследования, выполненные с использованием этого способа, показали, что Аi во время транспирации может быть существенно ниже насыщающей и что при изменении А и соответственно Е величина Аi в отдельных случаях также изменяется [4] . Таким образом, все указанные выше способы определения кинетических параметров Н2О- и СО2-газообмена высших растений связаны с допущениями, которые не всегда выполняются, и следствием которых могут быть обычно необнаруживаемые и следовательно неподдающиеся оценке ошибки в определении вышеназванных параметров. Известен способ определения кинетических параметров Н2О- и СО2-газообмена листьев растений - Аi, Ra, Ci, Rc, - который свободен от указанных выше допущений [5] . Сущность способа заключается в том, что сначала в стационарном режиме экспонирования и соответственно состоянии листа измеряют скорости транспирации и ассимиляции СО2 при контролируемых концентрациях Н2О-пара и СО2 в воздухе над листом, затем изменяют неизвестные диффузионные сопротивления в газовой фазе для Н2О-пара и СО2 в известных отношениях  и  , а изменившиеся при этом скорости газообмена компенсируют до их исходных значений путем изменения концентраций в воздухе Н2О-пара и СО2 до вторых контролируемых значений и кинетические параметры рассчитывают по формулам. Основной, принципиальный недостаток этого способа заключается в том, что он неприменим при ширине устьиц меньше трех микрон. Это связано с тем, что при малых сечениях устьиц фиковский механизм диффузии переходит постепенно в кнудсеновский, при этом величины и уменьшаются, к тому же в воздухе, содержащем гелий, это уменьшение происходит быстрее, чем в обычном воздухе. Наиболее близкое техническое решение к предлагаемому изобретению заключается в том, что у исследуемого листа предварительно измеряют количество устьиц на единицу площади, длину и ширину устьиц и толщину эпидермиса, затем в стационарном режиме измеряют скорости транспирации и ассимиляции СО2 при контролируемых концентрациях Н2О-пара и СО2 в воздухе над листом, потом неизвестные диффузионные сопротивления в газовой фазе для Н2О-пара и СО2 изменяют в известных отношениях и путем замены в воздухе азота гелием, а изменившиеся при этом скорости газообмена компенсируют до их исходных значений путем изменения концентраций Н2О-пара и СО2 в воздухе над листом до вторых контролируемых значений и кинетические параметры рассчитывают путем решения системы нелинейных уравнений [6] . Применение данного способа в течение трех лет для исследования кинетики Н2О- и СО2-газообмена листьев растений не обнаружило у него принципиальных недостатков. Вместе с тем опыт эксплуатации газометрической установки, реализующей этот способ, свидетельствует о значительных технических сложностях практического осуществления данного способа, а именно: 1. При замене азота в воздухе на гелий изменяются не только коэффициенты диффузии Н2О-пара и СО2 в воздухе, но и коэффициент теплопроводности воздуха, что ведет к изменению температуры листа даже при термостатировании корпуса листовой камеры, а поскольку на температуру листа оказывает влияние и транспирация, то после замены в воздухе азота гелием привести к исходным значениям скорость транспирации и температуру листа оказывается возможным только путем последовательного приближения. Это ограничивает быстродействие способа и не позволяет решать ряд задач по исследованию Н2О- и СО2-газообмена растений, в частности одновременно и дифференцированно определять указанные выше кинетические параметры для верхней и нижней сторон листа с целью исследования их взаимного влияния. 2. Неизвестные кинетические параметры находят путем решения системы нелинейных уравнений, которую решают только с помощью ЭВМ и только численным методом, т. е. также путем последовательных приближений, что еще больше снижает быстродействие способа. 3. Использование в этом способе искусственного воздуха связано с применением достаточно громоздкой газосмесительной установки, которая даже при наличии портативных газоанализаторов не позволяет практически использовать этот способ в полевых условиях для исследований по экологической физиологии растений. 4. Гелий, используемый в реализации этого способа, не всегда доступен и достаточно дорогой. Целью данного изобретения является одновременное и дифференцированное определение кинетических параметров Н2О- и СО2-газообмена верхней и нижней сторон амфистоматических листьев растений. Цель достигается тем, что исследуемый амфистоматический лист (лист, который имеет устьица на верхней и нижней сторонах) включают в известную двухстворчатую листовую камеру таких размеров, чтобы лист разделял камеру на две изолированные части - верхнюю и нижнюю. С помощью известной газометрической установки измеряют в стационарном режиме скорости транспирации и ассимиляции СО2 верхней и нижней сторон листа при контролируемых концентрациях Н2О-пара и СО2 в воздухе над обеими сторонами листа. Затем над одной из сторон листа изменяют произвольно - на 20-25% от исходных значений - концентрации Н2О-пара и СО2, а изменившиеся при этом суммарные скорости транспирации и ассимиляции СО2компенсируют до их исходных значений увеличением или уменьшением концентраций соответственно Н2О-пара и СО2 в воздухе над другой стороной листа. Измеряют вторые значения скоростей транспирации и ассимиляции СО2верхней и нижней сторон листа и соответствующих концентраций Н2О-пара и СО2 в воздухе над обеими сторонами, а искомые кинетические параметры вычисляют по формулам: Aio=  ; Ain=  ; Rao=  ; Ran=  ; Cio=  ; Cin=  ; Rco=  ; Rcn=  , где символ "о" указывает на отношение соответствующего параметра к верхней стороне листа, а "n" - к нижней стороне; Аio, Аin и Сio, Cin - концентрации над поверхностью жидкой фазы внутри листа Н2О-пара (А) и СО2 (С) соответственно; Rao, Ran и Rco, Rcn - диффузионные сопротивления потокам Н2О-пара и СО2 в газовой фазе листа; Ао1, Аn1 и Со1, Сn1 - исходные концентрации Н2О-пара и СО2 в воздухе над листом; Ао2, Аn2 и Со2, Сn2 - концентрации Н2О-пара и СО2 в воздухе над листом, установившиеся после компенсации; Ео1, Еn1 и Fo1, Fn2 - скорости транспирации и ассимиляции СО2, установившиеся после компенсации. Заметим, что эти формулы получены решением двух независимых систем известных уравнений - для Н2О- и СО2-газообмена соответственно, - описывающих диффузионные потоки Н2О-пара и СО2 между листом и внешним воздухом и скорости этих гетерогенных процессов в открытой системе. Особое внимание обращаем на то, что и формулы, по которым рассчитываются искомые параметры, и уравнения, по которым рассчитываются входящие в эти формулы величины Е и F, являются линейными и решаются аналитическим способом. Необходимо также подчеркнуть следующее преимущество предлагаемого способа: в связи с тем, что при естественных концентрациях Н2О-пара (1-2% по объему) и СО2 (0,03% ) в воздухе они составляют незначительную долю в теплопроводности воздуха, то при компенсации суммарных скоростей массообмена листа - прежде всего, скорости транспирации - автоматически компенсируется и температура листа, что значительно, по сравнению с прототипом, упрощает и ускоряет процедуру компенсации суммарных скоростей транспирации и ассимиляции СО2. П р и м е р. Способ осуществляют следующим образом. Исследуемый лист растения помещают в двухстворчатую термостатируемую камеру, имеющую площадь 6-12 см2, снабженную термопарой (для измерения температуры листа) и присоединенную двумя парами воздухопроводов (одна пара: вход-выход воздуха для верхней части камеры, вторая пара: вход-выход для нижней части) к двум известным газометрическим системам, каждая из которых содержит газоаналитический блок (для измерения концентраций Н2О-пара (А) и СО2 (С) в воздухе над листом и скоростей транспирации (Е) и ассимиляции СО2 (F) и динамическую газосмесительную установку, предназначенную для снабжения листа в камере воздухом с регулируемыми концентрациями Н2О-пара и СО2. Лист выбирают такой площади, чтобы разделял камеру на две изолированные друг от друга части - верхнюю и нижнюю. Лист экспонируют в токе воздуха в открытой системе при постоянных предусмотренных экспериментом освещенности (50-500 Вт/м2), температуре (10-40оС) и расходе воздуха через каждую половину камеры (20-30 л/ч), а также при постоянном составе воздуха на входах: содержание СО2 - 0,01-0,1% ; О2 - 21% ; N2(азот) - 78% и относительная влажность воздуха 10-80% . При этом с помощью газоанализаторов и ЭВМ, осуществляющей необходимые расчеты по соответствующей программе, непрерывно регистрируют концентрации Н2О-пара (Ао1 и Аn1) и СО2 (Со1 и Сn1), скорости транспирации (Ео1 и Еn1) и ассимиляции СО2 (Fo1 и Fn1), а также их суммарные скорости (Е = Ео1 + Еn1 и F = Fo1 + Fn1). Экспонирование ведут до установления стационарного режима процессов, о чем судят по постоянству во времени скоростей газообмена и концентрацией Н2О-пара и СО2 в верхней и нижней частях камеры. После того, как установились и зарегистрированы соответствующие стационарному режиму скорости газообмена и концентрации Н2О-пара и СО2, с помощью одной из газосмесительных установок изменяют произвольно - на 20-25% от исходных значений - концентрации Н2О-пара и СО2 в воздухе над одной из сторон листа, а изменившиеся при этом суммарные скорости транспирации и ассимиляции СО2 приводят к исходным значениям путем увеличения или уменьшения - с помощью второй газосмесительной установки - концентраций соответственно Н2О-пара и СО2 в воздухе над второй стороной листа. По достижении установленного заранее и введенного в программу ЭВМ уровня нескомпенсированности исходных суммарных скоростей транспирации и ассимиляции СО2 - 1-2% от исходных значений - ЭВМ фиксирует вторые значения скоростей газообмена и концентраций Н2О-пара и СО2 для каждой из сторон листа, производит вычисления искомых кинетических параметров и регистрирует их значения. Следует подчеркнуть, что предлагаемый способ и реализующая его открытая газометрическая установка позволяют изменять концентрации Н2О-пара и СО2 над поверхностями листа) а следовательно, и определять указанные кинетические параметры) без применение газосмесительных установок, а именно путем изменения расхода воздуха над поверхностями листа. Для осуществления предлагаемого способа в этом варианте над одной из сторон листа расход воздуха изменяют произвольно, но настолько, чтобы концентрации Н2О-пара и СО2 в воздухе изменились на 15-20% от исходных значений, а над второй стороной листа расход воздуха изменяют в противоположном направлении до достижения исходных значений суммарных скоростей газообмена. Этот вариант способа, как и первый (основной), требует стабильности концентраций Н2О-пара и СО2 в воздухе на входах камеры; поэтому он применим только в полевых условиях, где эти концентрации изменяются медленно (по сравнению со временем измерения - 2-3 мин) и где неприменимы газосмесительные установки из-за их сложности и больших габаритов. Использование изобретения позволит: 1) решать ряд новых задач в исследованиях кинетики фотосинтеза и транспирации высших растений, в частности в исследовании механизма засухоустойчивости и следовательно продуктивности культур; 2) при наличии нормативных газометрических систем - они уже производятся в США и Англии - повысить точность результатов исследований в экологической физиологии растений; 3) проводить экспериментальные исследования независимо от наличия дорогостоящего гелия. Первый, основной вариант предлагаемого способа реализован в Институте почвоведения и фотосинтеза АН СССР.
Формула изобретения1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ H2O - И CO2 - ГАЗООБМЕНА ЛИСТЬЕВ РАСТЕНИЙ путем измерения скоростей их диффузионных потоков при двух значениях концентраций соответственно, H2O-пара и CO2 в воздухе над листом, отличающийся тем, что, с целью одновременного и дифференцированного определения параметров H2O- и CO2-газообмена верхней и нижней сторон амфистоматических листьев, измеряют скорости транспирации и ассимиляции CO2 у верхней и нижней сторон амфистоматических листьев в стационарном режиме при контролируемых концентрациях H2O-пара и CO2 в воздухе над обеими сторонами листа, затем на одной из сторон листа изменяют произвольно концентрации H2O-пара и CO2, а изменившиеся при этом суммарные скорости транспирации и ассимиляции CO2 компенсируют до их исходных значений увеличением или уменьшением концентраций соответственно H2O-пара и CO2 в воздухе над другой стороной листа и измеряют вторые значения скоростей транспирации и ассимиляции CO2 верхней и нижней сторон листа и соответствующих концентраций H2O-пара и CO2 в воздухе над обеими сторонами, а параметры вычисляют по формулам Aio= ; Ain=  ; Rao=  ; Ran=  ; Cio=  ; Cin=  ; Rco=  ; Rcn=  , где символ "о" указывает на отношение соответствующего параметра к верхней стороне листа, а "n" - к нижней стороне; Ai0, Ain, Ci0, и Cin - концентрация над поверхностью жидкой фазы внутри листа H2O-пара (А) и CO2(C) соответственно; Raо, Ran, Rcо и Rcn - диффузионные сопротивления потокам H2O-пара и CO2 в газовой фазе листа; A01, An1, C01 и Cn1 - исходные концентрации H2O-пара и CO2 в воздухе над листом; A02, An2, C02 и Cn2 - концентрации H2O-пара и CO2 в воздухе над листом, установившиеся после компенсации; E01, En1, F01 и Fn1 - исходные скорости транспирации и ассимиляции CO2; E02, Nn2, F02 и Fn2 - скорости транспирации и ассимиляции CO2, установившиеся после компенсации; 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью одновременного и дифференцированного определения кинетических параметров H2O- и CO2 - газообмена листьев растений в полевых условиях, концентрации H2O-пара и CO2 в воздухе над листом в открытой газометрической системе изменяют варьированием расхода воздуха через листовую камеру.
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе Номер и год публикации бюллетеня: 28-2000 Извещение опубликовано: 10.10.2000 Популярные патенты: 2175477 Способ борьбы с тлями ... из-за гидрофобности покровов тела вредителей. При повышении содержания активных веществ вдвое (в 1 л воды мыла зеленого 1%, масла подсолнечного 1%) улучшалась смачивающая активность рабочей эмульсии, что способствовало повышению эффективности обработки, но при этом отмечалась фитотоксичность растений. Целью настоящего изобретения является повышение гидрофильности рабочей эмульсии и эффективности обработки, расширение спектра действия афидицидной композиции, устранение ее фитотоксичности за счет введения в афидицидную композицию дополнительного компонента. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обработки растений против тлей афидицидной композицией, в состав ... 2192734 Устройство для производства прессованных кип из корней лекарственных растений ... кипы. Далее рабочий рычагом 33 привода поворачивает ось 32, а вместе с ним и упор 31. Упор 31 удаленным от оси 32 концом касается нижней грани матрица 5 и давит на нее. Это воздействие приводит к повороту передней части матрицы 5 вокруг оси 30 подвижных и неподвижных кронштейнов 28 и 29. Наклоняя матрицу 5 к горизонту, центр масс спрессованной кипы оказывается за внешними пределами от оси 30. Спрессованная кипа при ее наклоне вываливается из пространства камеры прессования 7 за пределы направляющих 2 и 3. Кипу укладывают на специальную тележку и отвозят к месту складирования. Спрессованную кипу в виде цилиндра упаковывают либо в мешковину, либо в пленку марки Н. На поверхности ... 2387127 Способ мелиорации в предгорной зоне и система для его реализации ... техники перемещаются только по тупиковым поливным бороздам 13, уплотняя их, и не уплотняют активный слой почвы.Культивация поливных борозд производится снизу вверх, чтобы переместить смытую почву вверх.Осенью, после уборки урожая, образовавшийся в узких траншеях 14 биогумус удаляется на поверхность грядок, а узкие траншеи 10 снова заполняются навозом и растительными остатками и мульчируются сверху растительными остатками. Следующей весной перед посадкой растений почва на краях грядок 11, где будут высажены растения, только рыхлиться. Вспашка почвы не производится. Перед началом поливов поливальщики на поливных участках приоткрывают затворы 4 и, при необходимости ... 2154940 Способ получения, содержания и хранения живого корма для биологических объектов птиц и рыб ... на крышку ВИ, где окукливаются. Бабочки выходят из куколок через 10-12 суток после окукливания, после чего спариваются и откладывают яйца - 9 на специально развешиваемые листы плотной бумаги. Грена непарного шелкопряда диапаузирует и может храниться в условиях холодильника при температуре от -10 до +4 oC в течение 1-1,5 года. Крышки с куколками погружают на 3-4 часа в суспензию нематод, получая паразитированные особи. Паразитированных куколок можно хранить в условиях холодильника при 4-6oC в течение 6 месяцев. Получение куколок в качестве живого корма для рыб осуществляется указанным способом. С целью экологической безопасности крышки с куколками погружают на 3-4 часа в ... 2108695 Орудие для образования гребней в почве ... машиностроение, в частности почвообрабатывающие орудия для образования почвенных гребней (грядок), используемых для посева пропашных культур. Сущность изобретения: орудие для образования гребней в почве состоит из стойки делителя-рыхлителя, лемеха, долота, оси соединения стойки с лемехом, стопорно-регулирующего устройства стойки с лемехом, в котором со стороны малого основания трапеции выполнено симметрично расположенное боковым граням сквозное щелевое отверстие, а режущие кромки лемеха расположены П-образно оси симметрии орудия. Криволинейный участок делителя-рызлителя по оси симметрии орудия плавно переходит на прямолинейный участок стойки 1 с помощью их сопряжения общим ... |
Еще из этого раздела: 2062564 Способ оценки устойчивости растений к засухе северного и южного типа на ранних этапах онтогенеза 2409937 Растение с высоким содержанием ребаудиозида а 2267897 Высевающий аппарат 2384065 Инсектоакарицидное средство 2406295 Способ экологического мониторинга лесов 2127038 Лесозаготовительная машина 2059368 Способ борьбы с насекомыми-листогрызущими вредителями растений 2239993 Устройство для комбинированного охлаждения сельскохозяйственной продукции естественным и искусственным холодом 2260930 Способ внесения органических удобрений 2168887 Машина для добычи корней |
Изобретения в сельском хозяйстве
Обработка почвы в сельском и лесном хозяйствах
Посадка, посев, удобрение
Уборка урожая, жатва
Обработка и хранение продуктов полеводства и садоводства
Садоводство, разведение овощей, цветов, риса, фруктов, винограда, лесное хозяйство
Новые виды растений или способы их выращивания
Производство молочных продуктов
Животноводство, разведение и содержание птицы, рыбы, насекомых, рыбоводство, рыболовство
Поимка, отлов или отпугивание животных
Консервирование туш животных, или растений или их частей
Биоцидная, репеллентная, аттрактантная или регулирующая рост растений активность химических соединений или препаратов
Хлебопекарные печи, машины и прочее оборудование для хлебопечения
Машины или оборудование для приготовления или обработки теста
Обработка муки или теста для выпечки, способы выпечки, мучные изделия
|
|
||