Тканевая диагностика растений

     Тканевая диагностика включает в себя ряд методов для определения неорганических форм соединений элементов в отобранных пробах, причем для анализа используют срезы стеблей, черешков, жилок листьев, выжатый сок из них или вытяжки из навесок этих частей, а также других органов растений.

Разработаны экспресс методы анализа срезов и сока растений, позволяющие быстро получить оценку обеспеченности растений элементами питания. Каждый исследователь, который занимался разработками экспресс методов, предлагал также портативный прибор для анализа непосредственно в поле только что взятых проб растений.

     При определении неорганических форм соединений в тканях растений нужно учитывать, что в них происходят быстрые ферментативные превращения веществ, особенно при увядании. Поэтому для проб, отобранных в поле для тканевой диагностики, обязательно должна быть холодильная сумка, и анализы следует выполнять незамедлительно.

ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗЫ СРЕЗОВ И СОКА РАСТЕНИЙ

     Г. С. Давтян в черешках листьев хлопчатника проводил определение нитратов по реакции с дифениламином (0,5%-ный раствор в 80—85%-ной H2SO4). По его методу в ячейку палетки вливают 0,15 мл дифениламина. Концом срезанной ветви или черешка листа хлопчатника в течение 20 c помешивают каплю дифениламина в палетке. Затем черешок листа удаляют. Синюю окраску, дифениламина нитратами из черешка (ветви) сравнивают с пятибалльной шкалой.

     Американский ученый А. Ульрих предложил анализировать содержание нитратов в растениях по реакции с дифениламином непосредственно в поле. Для этого бритвой делают насечку на стебле или главной жилке листа. На образовавшийся срез наносят каплю дифениламина. Интенсивность синей окраски среза оценивают в баллах. Несколькими проходами по полю, выполняя такие анализы растений, выявляют уровень их обеспеченности азотом и, следовательно, уровень плодородия почвы.

     Определение нитратов, ортофосфатов и калия в растениях, по В. В. Церлинг, проводят на поперечных срезах различных органов растений: стеблей, листьев, их черешков и пластинок, почек, бутонов, цветков и их частей, корней, корнеплодов, клубней, клубеньков бобовых и др. Для получения срезов определенной толщины можно пользоваться ручным микротомом, который состоит из цилиндрической ручки — держателя для зажима части растения и вращающегося кольца на верхнем конце этого держателя. Движением бритвы по этому кольцу делают срез, поворотом кольца по метке на держателе регулируют толщину среза.

     При определении нитратов срезы кладут на стеклянную пластинку, фосфора и калия — на кусочки (около 2 см2) плотной фильтровальной бумаги («белая лента»), положенные на стекло.

     Чтобы выяснить характер распределения питательных веществ по органам растения, срезы (поперечные и продольные) делают с разных частей: от кончика корня до верхушечной почки, цветка и семени.

     Если требуется определить нуждаемость растения в подкормке, можно ограничиться анализом лишь той его части, где искомое вещество локализуется в наибольших количествах: корни, стебли, черешки и главные жилки листьев нижних ярусов. Если в этой части определяемое вещество отсутствует или находится в весьма малом количестве, то делают заключение о необходимости внесения дефицитного элемента.

     При оценке результатов анализа важно иметь в виду, что с возрастом растений количество минеральных форм питательных веществ в них уменьшается (особенно нитратов). Например, малое количество нитратов в начале вегетации указывает на недостаток азотного питания, тогда как в фазе цветения такое содержание их считается нормальным.

     Прибор В. В. Церлинга содержит все необходимые реактивы и материалы для определения нитратов, ортофосфатов и калия.

     Нитраты. На свежий срез, положенный на стекло, наносят одну каплю 1%-ного сернокислого раствора (в H2SO4 плотностью 1,84) дифениламина. Для ускорения реакции срез раздавливают стеклянным пестиком, взятым из прибора. Полученную окраску оценивают в баллах.

Бал Окраска среза Нуждаемость растений в азотных удобрениях
0 Нет синей окраски Очень сильная
1 Бледно-голубая, быстро исчезает Сильная
2 Голубая окраска проводящих сосудов, быстро исчезает Нуждается
3 Срез и сок голубой окраски, исчезает через 2-3 мин Средняя
4 Срез и сок синее, окраска сохраняется несколько минут Слабая
5 Срез и сок окрашены в интенсивно-синий цвет, окраска сохраняется некоторое время Не нуждаются
6 Срез и сок темно-синие, окраска устойчивая Избыток нитратов

     В связи с необходимостью уточнения доз азотной подкормки под зерновые культуры для получения высококачественного зерна стали широко применять дифениламиновую реакцию на нитраты в срезах стеблей пшеницы на основе прибора ОП-2 (Церлинг). Для этой цели ЦИНАО упростил шкалу до трех баллов: 1 — без окраски или бледно-голубая окраска сока (сильный недостаток азота), 2 — интенсивно-синяя окраска (слабая нуждаемость), 3-темно-синяя окраска сока (питание азотом достаточное). Определения проводят по среднему баллу из 20 параллельных анализов. Для каждого результата даны дозы азотного удобрения: при 1 бал – 60 кг/га, при 2 баллах —30 кг и при 3 — подкормка не нужна.

Rape-NP

     Ортофосфаты. Содержание их в растении определяют анализом сока из поперечного среза стебля, черешка или главной жилки нижнего листа. На кусочки (2 см2) фильтровальной бумаги, разложенные на стеклянной пластинке, помещают срезы растений. Их раздавливают пестиком из прибора. На каплю сока и отодвинутый срез наносят по каплям реактивы: молибденовокислый аммоний, бензидин и уксуснокислый натрий.

     Более четкая реакция получается при нанесении последующего реактива после высыхания капли предыдущего. Это достигается, когда единовременно анализируют 50 срезов и более. Результаты анализов оценивают в баллах.

Бал Окраска на фильтровальной бумаге Нуждаемость растений в фосфорных удобрениях
0 Нет синей окраски Очень сильная
1 Бледно-серо-голубая Сильная
2 Серо-голубая Нуждаются
3 Светло-синяя Средняя
4 Синяя Не нуждаются или слабо нуждаются
5 Темно-синяя Не нуждаются

     Для ускорения анализа можно заранее пропитать фильтровальную бумагу раствором молибденовокислого аммония: высушить, нарезать кусочками по 2 см2 и хранить в закрытой коробке (на свету может посинеть).

     Калий. Для определения свободного калия, неадсорбированного на органеллах клетки, кладут поперечный срез части растения на кусочек фильтровальной бумаги. Срез раздавливают пестиком из прибора в сторону от пятна капли сока. Наносят на пятно сока и срез по одной капле: сначала раствор дипикриламината магния, затем соляной кислоты HCl. Дипикриламинат калия красно-оранжевого цвета, нерастворим в НСl, тогда как дипикриламинат магния разлагается под действием кислоты, выделяя избыток дипикриламината магния желтого цвета. Интенсивность красного цвета дипикриламината калия сравнивают со шкалой, прилагаемой к прибору, и оценивают в баллах.

P8153086
Бал Окраска на фильтровальной бумаге Нуждаемость растений в калийных удобрениях
0 Лимонно-желтая Очень сильная
1 Соломенно-желтая Сильная
2 Желто-оранжевая Нуждается
3 Оранжевая Средняя
4 Красно-оранжевая Слабая
5 Красно-суриковая Не нуждаются

     К. П. Магницкий в выжатом щипцами соке из черешков листьев или стеблей растений предложил определять нитраты, фосфаты, калий, магний и хлор на основе колориметрических реакций с балльной оценкой результатов. Он же разработал технику количественного анализа содержания тех же соединений в 2%-ной уксуснокислой вытяжке из свежих или (фиксированных) сухих растений на основе колориметрических реакций.

АНАЛИЗ ПАСОКИ РАСТЕНИЙ ПО Д. А. САБИНИНУ

     Метод, разработанный Д. А. Сабининым и его сотрудниками, применяют для определения снабжения растений питательными веществами. Он может служить также для оценки развития и функциональной активности корневых систем. Использование метода вполне возможно как в вегетационном опыте, так и в полевых условиях.

     Пасока — это сок, выделяющийся из стеблей и стволов растений при срезании. Технически метод прост и в то же время достаточно точен, так как основан на результатах анализа пасоки («плача растений») как естественного и неизменного продукта жизнедеятельности растений и их корневых систем.

     Все растения – травянистые, кустарниковые и древесные и большей или меньшей степени выделяют пасоку при срезании стебля, ствола, ветви. При этом количество ее неодинаково. Оно зависит от возраста растения, степени развития корневых систем и в очень значительной мере от времени суток, а также от условий произрастании. Например, злаковые растения образуют максимальное количество пасоки в начале кущении. В более поздние фазы развития в связи с падением влажности почвы при одновременном усилении транспирации подача пасоки корневыми системами замедляется, становится неравномерной. В условиях орошаемого земледелия этот недостаток можно легко устранить.

     При работе с растениями в условиях вегетационного опыта для сохранения влажности можно применять стеклянные колпаки или сосуды. Если сбор пасоки проводят с 1—2 растений, а в вегетационном сосуде их 8—10, необходимо срезать все. В противном случае может произойти остановка «плача» или засасывание уже выделенной пасоки под влиянием несрезанных растений, продолжающих транспирировать.

     Техника сбора пасоки заключается в следующем. Стебель растения срезают на некоторой высоте от поверхности почвы (1,5—2 см) и на оставшийся конец стебля немедленно натягивают и закрепляют ниткой тонкостенную чистую резиновую трубку. Последняя должна плотно прилегать к стеблю, чтобы не было протекания пасоки. В свободный конец резиновой трубки вставляют подходящего диаметра стеклянную трубку, нижний конец которой немного оттянут для облегчения соединения. Стеклянную трубку сверху затыкают пробкой с тонким отверстием для выхода воздуха. Нужно отметить продолжительность выделения пасоки (от времени надевания до времени снятия трубки), которая обычно составляет 24 ч. При сборе по возможности максимально сливают пасоку пипеткой в сухие, чистые, предварительно взвешенные стаканчики с номерами. Количество пасоки определяют взвешиванием.

     Для установления динамики выделения пасоки или для большей точности учета можно рекомендовать в качестве приемника узкую пробирку с делениями по 0,1 мл, соединенную через стеклянный сифон с резиновой трубкой и оставшимся после среза концом стебля.

     Собранную пасоку до анализа хранят в холодильнике с добавлением 2— 3 капель толуола в качестве антисептика. Последний желательно вводить в пробирку при сборе пасоки.

     В основу рассматриваемого метода положена концепция Д. А. Сабинина о существовании определенного равновесия между содержанием минеральных соединений в пасоке и в наружной среде, окружающей корни.

     При анализе пасоки вычисляют произведение процента диагностируемого вещества на массу всей собранной пасоки за определенное время. Для этого, требуется точный учет в единицу времени количества собранной пасоки по массе или по объему, как указано выше. Произведение концентрации определяемого соединения на количество собранной пасоки дает именно ту величину, которая может характеризовать интенсивность снабжения растений питательными веществами.

     В пасоке анализируют как минеральные соединения элементов питания, так и общее их содержание после кислотного озоления. В первую очередь определяют азот, фосфор, калий и кальций.

     Преимущество этого метода по сравнению с другими заключается в том, что анализируется не смесь различных продуктов жизнедеятельности, как в вытяжке или в выжатом соке растения, а определенная органическая часть растений — сок питательных веществ, который корневая система подает в надземные органы.

АНАЛИЗ ВЫТЯЖЕК ИЗ РАСТЕНИЙ ПО К. Л. МАГНИЦКОМУ

     В качестве экстрагентов для получения вытяжек из растений используют дистиллированную воду, 2%-ную уксусную кислоту, раствор Моргана и даже раствор первого реактива для определения элемента (например, раствор молибденовокислого аммония при определении фосфатов). Сравнение первых трех экстрагентов, проведенное нами, показало преимущество 2%-ной уксусной кислоты перед другими реактивами.

     Определение проводят в 2%-ной уксуснокислой вытяжке или в ацетатно-буферном растворе Моргана. Пробу листьев разрезают ножом на мелкие кусочки и из нее берут навеску в измельчитель тканей, куда добавляют экстрагирующий раствор в отношении 1:20 и активированный уголь для осветления вытяжки. При сухом материале это отношение равно 1:100.

     В отдельных порциях вытяжки определяют нитратный азот, фосфор в фосфатах, сульфатную серу, хлор, магний, кальций, калий и натрий. Калий, натрий и хлор переходят в вытяжку полностью, а кальций и магний частично.

     Фильтрат до анализа сохраняют в холодильнике или с добавлением хлороформа. Для ускорения анализа рекомендуется иметь по четыре пробирочных штатива с 50 гнездами, набор автоматических пипеток и заранее подготовленные реактивы.

     Для использования результатов анализа в оценке минерального питания нужно знать нормальное (оптимальное) содержание элементов в листьях или критические их уровни. Для некоторых культур критические уровни не установлены, но известен состав листьев высокопродуктивных растений и голодающих растений.

     Методами тканевой диагностики можно не только уточнить потребность растений в подкормке, но и решить вопросы плодородия почв, например, о доступности почвенных элементов для определенной культуры, выявить значение свойств почвы (засоление, кислотность, гранулометрический состав, степень увлажнения), приемов агротехники, условий погоды в поглощении корнями питательных веществ почвы и удобрений.

     Тканевая диагностика позволяет также понять многие физиологические процессы: поглощение и передвижение элементов по органам и тканям растений, обменные процессы, связь минерального питания с другими функциями растительного организма, прежде всего с фотосинтезом и дыханием.

Источник: Диагностика питания сельскохозяйственных культур:Справочник. Церлинг В.В. М.: Агропромиздат, 1990. — 235 с.

Инфоиндустрия