Furono sviluppati i primi metodi per l'analisi chimica delle piante. Metodi di analisi delle piante

AGENZIA FEDERALE PER L'ISTRUZIONE

UNIVERSITÀ STATALE DI VORONEZH

INFORMAZIONE E SUPPORTO ANALITICO SULLE ATTIVITÀ DI TUTELA DELL'AMBIENTE IN AGRICOLTURA

Manuale didattico e metodologico per le università

Compilato da: L.I. Brekhova L.D. Stakhurlova D.I. Shcheglov A.I. Gromovik

VORONEZH – 2009

Approvato dal Consiglio Scientifico e Metodologico della Facoltà di Biologia e Scienza del Suolo - protocollo n. 10 del 4 giugno 2009.

Revisore: Dottore in Scienze Biologiche, Professor L.A. Yablonskikh

Il manuale didattico e metodologico è stato preparato presso il Dipartimento di Scienza del Suolo e Gestione delle Risorse del Territorio, Facoltà di Biologia e Scienze del Suolo, Università Statale di Voronezh.

Per specialità: 020701 - Scienza del suolo

Carenza o eccesso di qualsiasi elemento chimico provoca l'interruzione del normale corso dei processi biochimici e fisiologici nelle piante, che alla fine modifica la resa e la qualità dei prodotti agricoli. Quindi la definizione Composizione chimica gli indicatori di qualità delle piante e dei prodotti permettono di individuare condizioni ambientali sfavorevoli alla crescita della vegetazione sia coltivata che naturale. A questo proposito, l'analisi chimica del materiale vegetale è parte integrante delle attività ambientali.

Guida pratica sull'informazione e sul supporto analitico delle attività ambientali in agricoltura compilato secondo il programma delle lezioni di laboratorio in “Biogeocenologia”, “Analisi delle piante” e “Attività ambientali in agricoltura” per gli studenti del 4° e 5° anno del Dipartimento del suolo della Facoltà di Biologia del Suolo della VSU.

METODO DI PRELIEVO CAMPIONI DI PIANTE E PREPARAZIONE PER L'ANALISI

Il prelievo di campioni di piante è un momento molto importante per l'efficacia della diagnosi della nutrizione delle piante e della valutazione della disponibilità delle risorse del suolo.

L'intera area della coltura in esame è visivamente suddivisa in più sezioni a seconda delle sue dimensioni e delle condizioni delle piante. Se durante la semina vengono identificate aree con piante chiaramente peggiori, queste aree vengono contrassegnate sulla mappa del campo e si scopre se le cattive condizioni delle piante sono una conseguenza di ento- o fitomalattie, deterioramento locale delle proprietà del suolo o altra crescita condizioni. Se tutti questi fattori non spiegano le ragioni delle cattive condizioni delle piante, allora possiamo supporre che la loro nutrizione sia disturbata. Ciò viene verificato mediante metodi diagnostici delle piante. Prendono pro-

verrebbe da aree con il peggio e il massimo le migliori piante e i terreni sottostanti e, sulla base delle loro analisi, determinano le ragioni del deterioramento delle piante e il livello della loro nutrizione.

Se il raccolto non è uniforme in termini di condizioni delle piante, durante il campionamento è necessario assicurarsi che i campioni corrispondano alla condizione media delle piante in una determinata area del campo. Da ciascuna matrice selezionata, le piante con radici vengono prese lungo due diagonali. Vengono utilizzati: a) per tenere conto dell'aumento di peso e del progresso nella formazione degli organi - la struttura futura del raccolto eb) per diagnostica chimica.

Nelle fasi precoci (con due-tre foglie), il campione dovrà contenere almeno 100 piante per ettaro. Successivamente per cereali, lino, grano saraceno, piselli e altri - almeno 25 - 30 piante per 1 ettaro. Per le piante di grandi dimensioni (mais maturo, cavolo, ecc.), le foglie sane inferiori vengono prelevate da almeno 50 piante. Per tenere conto dell'accumulo per fasi e dell'asportazione per raccolto, viene presa in considerazione tutta la parte fuori terra della pianta.

U specie arboree - frutta, bacche, vite, ornamentali e forestali - a causa delle caratteristiche dei loro cambiamenti legati all'età, alla frequenza della fruttificazione, ecc., il campionamento è leggermente più difficile che per le colture in pieno campo. Si distinguono le seguenti fasce di età: piantine, bruti, innesti di due anni, alberelli, alberi giovani e fruttiferi (che iniziano a dare frutti, in piena fruttificazione e in via di sbiadimento). Per le piantine, nel primo mese di crescita, viene prelevata l'intera pianta e successivamente la sua divisione in organi: foglie, fusti e radici. Nel secondo e nei successivi mesi si selezionano le foglie completamente formate, solitamente le prime due dopo la più giovane, contando dall'alto. Anche le prime due foglie formate vengono prelevate da uccelli selvatici di due anni, contando dalla cima del germoglio di crescita. Le foglie centrali dei germogli di crescita vengono prelevate da piante e piantine di due anni innestate, proprio come dagli adulti.

U le bacche - uva spina, ribes e altre - vengono selezionate dai germogli della crescita attuale, 3 - 4 foglie da 20 cespugli in modo che nel campione

c'erano almeno 60 - 80 foglie. Le foglie adulte vengono prelevate dalle fragole nella stessa quantità.

L'esigenza generale è l'unificazione delle tecniche di campionamento, lavorazione e conservazione: prelevare rigorosamente le stesse parti da tutte le piante in base al loro livello, età, posizione sulla pianta, assenza di malattie, ecc. È importante anche se le foglie erano esposte alla luce solare diretta o all'ombra, e in tutti i casi dovrebbero essere selezionate foglie con la stessa posizione rispetto alla luce solare, preferibilmente alla luce.

Quando si analizza il sistema di root, la media campione di laboratorio Prima della pesatura, lavare accuratamente in acqua di rubinetto, sciacquare in acqua distillata e asciugare con carta da filtro.

Un campione di laboratorio di grano o semi viene prelevato da più punti (borsa, scatola, automobile) con una sonda, quindi viene distribuito in uno strato uniforme su carta a forma di rettangolo, diviso in quattro parti e il materiale viene prelevato da due parti opposte alla quantità richiesta per l'analisi.

Uno dei punti importanti nella preparazione del materiale vegetale per l'analisi è la sua corretta fissazione, se le analisi non sono destinate ad essere eseguite su materiale fresco.

Per la valutazione chimica del materiale vegetale in base al contenuto totale di nutrienti (N, P, K, Ca, Mg, Fe, ecc.), i campioni di piante vengono essiccati allo stato secco all'aria in un forno a

temperatura 50 – 60° o in aria.

Nelle analisi basate sui risultati delle quali si trarranno conclusioni sullo stato delle piante viventi, si dovrebbe utilizzare materiale fresco, poiché l'avvizzimento provoca un cambiamento significativo nella composizione della sostanza o una diminuzione della sua quantità e persino la scomparsa delle sostanze contenute In

piante viventi. Ad esempio, la cellulosa non subisce la distruzione, ma l'amido, le proteine, gli acidi organici e soprattutto le vitamine subiscono una decomposizione dopo diverse ore di appassimento. Ciò costringe lo sperimentatore ad effettuare analisi su materiale fresco in tempi brevissimi, cosa non sempre possibile. Pertanto, viene spesso utilizzata la fissazione del materiale vegetale, il cui scopo è stabilizzare le sostanze vegetali instabili. L'inattivazione degli enzimi è di importanza decisiva. Vengono utilizzati vari metodi per fissare le piante a seconda degli obiettivi dell'esperimento.

Fissazione del vapore. Questo tipo di fissazione del materiale vegetale viene utilizzato quando non è necessario determinare i composti idrosolubili (linfa cellulare, carboidrati, potassio, ecc.). Durante la lavorazione della materia prima vegetale può verificarsi un'autolisi così forte che la composizione del prodotto finale talvolta differisce in modo significativo dalla composizione del materiale di partenza.

In pratica, la fissazione del vapore viene effettuata come segue: una rete metallica viene appesa all'interno di un bagno d'acqua, la parte superiore della vasca viene ricoperta con materiale denso non infiammabile e l'acqua viene riscaldata fino al rapido rilascio del vapore. Successivamente, il materiale vegetale fresco viene posto sulla rete all'interno della vasca. Tempo di fissazione 15 – 20 min. Quindi le piante vengono essiccate

vengono posti in un termostato alla temperatura di 60°.

Fissazione della temperatura. Il materiale vegetale viene posto in sacchetti di carta Kraft spessa e la frutta e la verdura succose tritate vengono poste senza stringere in cuvette smaltate o di alluminio. Il materiale viene mantenuto per 10 - 20 minuti ad una temperatura di 90 - 95°. Questo inattiva la maggior parte degli enzimi. Successivamente la massa fogliare del fusto ed i frutti che hanno perso turgore vengono essiccati in forno alla temperatura di 60° con o senza ventilazione.

Quando si utilizza questo metodo di fissaggio delle piante, è necessario ricordare che l'essiccazione prolungata del materiale vegetale a

temperature superiori a 80° comportano perdite e alterazioni delle sostanze dovute a trasformazioni chimiche (decomposizione termica di alcune sostanze, caramellizzazione dei carboidrati, ecc.), nonché alla volatilità dei sali di ammonio e di alcuni composti organici. Inoltre, la temperatura della materia prima vegetale non può raggiungere la temperatura ambiente(armadio di asciugatura) fino all'evaporazione dell'acqua e fino a quando tutto l'apporto termico non cessa di essere convertito in calore latente di vaporizzazione.

In alcuni casi, anche l'essiccazione rapida e attenta del campione vegetale è considerata un metodo di fissazione accettabile e accettabile. Se questo processo viene eseguito abilmente, le deviazioni nella composizione della sostanza secca possono essere piccole. In questo caso si verificano la denaturazione delle proteine ​​e l'inattivazione degli enzimi. Di norma, l'essiccazione viene effettuata in armadi di essiccazione (termostati) o in apposite camere di essiccazione. Il materiale si asciuga molto più velocemente e in modo più affidabile se l'aria riscaldata circola attraverso l'armadio (camera). La temperatura più adatta per l'essiccazione

cucitura da 50 a 60°.

Il materiale essiccato si conserva meglio al buio e al freddo. Poiché molte sostanze contenute nelle piante sono capaci di auto-ossidazione anche allo stato secco, si consiglia di conservare il materiale essiccato in recipienti ermeticamente chiusi (matracci con tappo smerigliato, essiccatori, ecc.), riempiti fino all'orlo con il materiale in modo che non rimanga molta aria nei recipienti.

Materiale congelante. Il materiale vegetale si conserva molto bene a temperature comprese tra –20 e –30°, a condizione che il congelamento avvenga abbastanza rapidamente (non più di 1 ora). Il vantaggio di conservare il materiale vegetale allo stato congelato è dovuto sia all'effetto del raffreddamento che alla disidratazione del materiale dovuta al passaggio dell'acqua allo stato solido. È necessario tenerne conto durante il congelamento

In questo caso gli enzimi vengono inattivati ​​solo temporaneamente e dopo lo scongelamento possono verificarsi trasformazioni enzimatiche nel materiale vegetale.

Trattamento degli impianti con solventi organici. Come un

Per tutte le sostanze fissanti è possibile utilizzare alcol bollente, acetone, etere, ecc .. La fissazione del materiale vegetale con questo metodo viene effettuata immergendolo in un solvente appropriato. Tuttavia, con questo metodo non avviene solo la fissazione del materiale vegetale, ma anche l'estrazione di una serie di sostanze. Pertanto, tale fissazione può essere utilizzata solo quando è noto in anticipo che le sostanze da determinare non vengono estratte da questo solvente.

I campioni di piante essiccate dopo la fissazione vengono frantumati con le forbici e poi in un mulino. Il materiale frantumato viene setacciato attraverso un setaccio con foro di diametro 1 mm. In questo caso non si butta via nulla del campione, poiché rimuovendo parte del materiale che non è passato al setaccio della prima vagliatura, si modifica la qualità del campione medio. Le particelle grandi vengono fatte passare nuovamente attraverso il mulino e il setaccio. I resti sul setaccio dovrebbero essere macinati in un mortaio.

Dal campione medio di laboratorio preparato in questo modo viene prelevato un campione analitico. Per fare ciò, il materiale vegetale, distribuito in uno strato sottile e uniforme su un foglio di carta lucida, viene diviso diagonalmente in quattro parti. Quindi i due triangoli opposti vengono rimossi e la massa rimanente viene nuovamente distribuita in uno strato sottile su tutto il foglio di carta. Si disegnano nuovamente le diagonali e si rimuovono nuovamente i due triangoli opposti. Questo viene fatto fino a quando sul foglio rimane la quantità di sostanza necessaria per il campione analitico. Il campione analitico selezionato viene trasferito in un barattolo di vetro con tappo smerigliato. In questo stato può essere conservato a tempo indeterminato. Il peso del campione analitico dipende dalla quantità e dalla metodologia di ricerca e varia da 50 a diverse centinaia di grammi di materiale vegetale.

Tutte le analisi sul materiale vegetale devono essere effettuate con due campioni prelevati in parallelo. Solo risultati ravvicinati possono confermare la correttezza del lavoro svolto.

È necessario lavorare con le piante in un laboratorio asciutto e pulito che non contenga vapori di ammoniaca, acidi volatili e altri composti che potrebbero influire sulla qualità del campione.

I risultati dell'analisi possono essere calcolati sia per campioni della sostanza asciutti all'aria che assolutamente asciutti. Nello stato secco all'aria, la quantità di acqua nel materiale è in equilibrio con il vapore acqueo nell'aria. Quest'acqua si chiama acqua igroscopica, e la sua quantità dipende sia dalla pianta che dallo stato dell'aria: più l'aria è umida, più acqua igroscopica è presente nel materiale vegetale. Per convertire i dati in sostanza secca, è necessario determinare la quantità di umidità igroscopica nel campione.

DETERMINAZIONE DELLA SOSTANZA SECCA E DELL'UMIDITÀ IGROSCOPICA IN MATERIALE ESSICCATO ALL'ARIA

Nell'analisi chimica, il contenuto quantitativo di un particolare componente viene calcolato sulla base della sostanza secca. Pertanto, prima dell'analisi, viene determinata la quantità di umidità nel materiale e quindi la quantità di sostanza assolutamente secca in esso contenuta.

Avanzamento dell'analisi. Il campione analitico della sostanza viene distribuito in strato sottile su un foglio di carta lucida. Successivamente, con l'aiuto di una spatola, si prelevano piccoli pizzichi da diversi punti della sostanza distribuita sul foglio in una bottiglia di vetro precedentemente essiccata fino a peso costante. Il campione dovrebbe essere di circa 5 g Il pallone insieme al campione viene pesato su una bilancia analitica e posto in un termostato, la cui temperatura all'interno è mantenuta a 100-1050. La prima volta che la bottiglia aperta con gancio viene mantenuta nel termostato per 4-6 ore. Trascorso questo tempo, la bottiglia viene trasferita dal termostato ad un essiccatore per il raffreddamento, dopo 20-30

minuti le bottiglie vengono pesate. Successivamente la bottiglia viene aperta e posta nuovamente in termostato (alla stessa temperatura) per 2 ore. L'essiccazione, il raffreddamento e la pesatura vengono ripetuti finché la bottiglia di pesata pesata non raggiunge un peso costante (la differenza tra le ultime due pesate deve essere inferiore a 0,0003 g).

La percentuale di acqua si calcola utilizzando la formula:

dove: x – percentuale di acqua; c – porzione pesata di materiale vegetale prima dell'essiccazione, g; c1 – porzione pesata di materiale vegetale dopo l'essiccazione.

Attrezzature e utensili:

1) termostato;

2) bottiglie di vetro.

Modulo di registrazione dei risultati

DETERMINAZIONE DELLE CENERI “GREZZE” MEDIANTE IL METODO DELL'INCENEREMENTE A SECCO

La cenere è il residuo ottenuto dalla combustione e calcinazione delle sostanze organiche. Quando vengono bruciati, il carbonio, l'idrogeno, l'azoto e parzialmente l'ossigeno evaporano e rimangono solo ossidi non volatili.

Il contenuto e la composizione degli elementi di cenere nelle piante dipende dalla specie, dalla crescita e dallo sviluppo delle piante e soprattutto dalle condizioni pedoclimatiche e agrotecniche della loro coltivazione. La concentrazione degli elementi di cenere differisce in modo significativo in tessuti diversi e organi vegetali. Pertanto, il contenuto di ceneri nelle foglie e negli organi erbacei delle piante è molto più elevato che nei semi. C'è più cenere nelle foglie che negli steli,

Poiché la botanica studia diversi aspetti dell'organizzazione e del funzionamento organismi vegetali, quindi in ciascun caso specifico viene applicato un diverso insieme di metodi di ricerca. La botanica utilizza sia metodi generali (osservazione, confronto, analisi, esperimento, generalizzazione) che molti

metodi speciali (biochimici e citochimici, metodi di microscopia ottica (convenzionale, a contrasto di fase, a interferenza, polarizzazione, fluorescente, ultravioletta) ed elettronica (a trasmissione, a scansione), metodi di coltura cellulare, chirurgia microscopica, metodi di biologia molecolare, metodi genetici, metodi elettrofisiologici, metodi di congelamento e scheggiatura, metodi biocronologici, metodi biometrici, modellazione matematica, metodi statistici).
Metodi speciali tengono conto delle caratteristiche di un particolare livello di organizzazione del mondo vegetale. Pertanto, per studiare i livelli inferiori di un'organizzazione, vengono utilizzati vari metodi biochimici, qualitativi e quantitativi. analisi chimica. Per studiare le cellule vengono utilizzati vari metodi citologici, in particolare metodi di microscopia elettronica. Per studiare i tessuti e la struttura interna degli organi vengono utilizzati metodi di microscopia ottica, chirurgia microscopica e colorazione selettiva. Per studiare la flora a livello di popolazione-specie e biocenotico vengono utilizzati vari metodi di ricerca genetica, geobotanica ed ecologica. Nella tassonomia vegetale, un posto importante è occupato da metodi comparativi morfologici, paleontologici, storici e citogenetici.

L'assimilazione di materiale proveniente da vari rami della botanica costituisce la base teorica per la formazione dei futuri specialisti in chimica agraria e scienza del suolo. A causa del rapporto inestricabile tra l'organismo vegetale e il suo ambiente, caratteristiche morfologiche e struttura interna Le piante sono in gran parte determinate dalle caratteristiche del terreno. Allo stesso tempo, la direzione e l'intensità dei processi fisiologici e biochimici dipendono anche dalla composizione chimica del suolo e dalle sue altre proprietà, che alla fine determinano la crescita della biomassa vegetale e la produttività della produzione agricola nel suo complesso. Pertanto, la conoscenza botanica consente di comprovare la necessità e la dose di introduzione di varie sostanze nel terreno e di influenzare la resa delle piante coltivate. Infatti, qualsiasi impatto sul suolo con l'obiettivo di aumentare la produttività delle piante coltivate e selvatiche si basa su dati ottenuti in diverse sezioni della botanica. I metodi per il controllo biologico della crescita e dello sviluppo delle piante sono quasi interamente basati sulla morfologia botanica e sull'embriologia.

Nel suo turno mondo vegetale agisce come un fattore importante nella formazione del suolo e determina molte proprietà del suolo. Ogni tipo di vegetazione è caratterizzata da determinati tipi di suolo e questi modelli vengono utilizzati con successo per la mappatura del suolo. Le specie vegetali e i loro singoli gruppi sistematici possono fungere da fitoindicatori affidabili delle condizioni del cibo (del suolo). La geobotanica degli indicatori fornisce agli scienziati del suolo e agli agrochimici uno dei metodi più importanti per valutare la qualità del suolo, le sue proprietà fisico-chimiche e chimiche,
La botanica è la base teorica dell'agrochimica, nonché di aree applicate come la coltivazione delle piante e la silvicoltura. Attualmente sono circa 2mila le specie vegetali introdotte in coltivazione, ma solo una piccola parte di esse trova ampia diffusione. Molte specie di flora selvatica potrebbero diventare colture molto promettenti in futuro. La botanica comprova la possibilità e la fattibilità dello sviluppo agricolo dei territori naturali, attuando misure di bonifica al fine di aumentare la produttività dei gruppi vegetali naturali, in particolare prati e boschi, e promuove lo sviluppo e l'uso razionale delle risorse vegetali su terreni, corpi d'acqua dolce e l'Oceano Mondiale.
Per gli specialisti nel campo dell'agrochimica e della scienza del suolo, la botanica è la base di base che consente loro di comprendere più a fondo l'essenza dei processi di formazione del suolo, vedere la dipendenza di alcune proprietà del suolo dalle caratteristiche della copertura vegetale e comprendere le esigenze delle piante coltivate per nutrienti specifici.

Analisi chimiche delle piante per l'anno scorso ha ottenuto riconoscimento e ampia distribuzione in molti paesi del mondo come metodo per studiare la nutrizione delle piante sul campo e come metodo per determinare la necessità delle piante di fertilizzanti. Il vantaggio di questo metodo è la relazione ben definita tra gli indicatori dell'analisi delle piante e l'efficacia dei corrispondenti fertilizzanti. Per l'analisi, non viene presa l'intera pianta, ma una parte specifica, solitamente una foglia o un picciolo fogliare. Questo metodo è chiamato diagnostica fogliare.[...]

L'analisi chimica delle piante viene effettuata per determinare la quantità di nutrienti forniti loro, in base alla quale si può giudicare la necessità di utilizzare fertilizzanti (metodi Neubauer, Magnitsky, ecc.), Determinare gli indicatori della qualità nutrizionale e dei mangimi dei prodotti (determinazione di amido, zucchero, proteine, vitamine, ecc.). p) e per risolvere vari problemi di nutrizione e metabolismo delle piante.[...]

In questo esperimento, le piante sono state alimentate con azoto marcato 24 giorni dopo la nascita. Come medicazione superiore è stato utilizzato solfato di ammonio con un triplice arricchimento dell'isotopo N15 alla dose di 0,24 g di N per recipiente. Poiché il solfato di ammonio etichettato applicato come fertilizzante è stato diluito nel terreno con solfato di ammonio ordinario, applicato prima della semina e non completamente utilizzato dalle piante, l'effettivo arricchimento di solfato di ammonio nel substrato è stato leggermente inferiore, circa 2,5. Dalla tabella 1, che contiene i dati sulla resa e i risultati dell'analisi chimica delle piante, ne consegue che quando le piante sono state esposte all'azoto marcato da 6 a 72 ore, il peso delle piante è rimasto praticamente allo stesso livello e solo 120 ore dopo l'applicazione la concimazione azotata è stata notevolmente aumentata.[...]

Finora la tassonomia chimica non è riuscita a dividere le piante in grandi gruppi tassonomici sulla base di alcun composto chimico o gruppo di composti. La tassonomia chimica deriva dall'analisi chimica delle piante. L'attenzione principale è stata finora rivolta alle piante europee e alle piante della zona temperata, ma la ricerca sistematica sulle piante tropicali è stata insufficiente. Nell'ultimo decennio, tuttavia, la sistematica soprattutto biochimica è diventata sempre più importante, e precisamente per due ragioni. Uno di questi è la comodità di utilizzare metodi analitici chimici veloci, semplici e altamente riproducibili per studiare la composizione delle piante (questi metodi includono, ad esempio, la cromatografia e l'elettroforesi), il secondo è la facilità di identificare i composti organici nelle piante; entrambi questi fattori hanno contribuito alla soluzione dei problemi tassonomici.[...]

Discutendo i risultati dell'analisi chimica delle piante, abbiamo sottolineato che da questi dati non è stato possibile stabilire alcun modello di variazione del contenuto delle proteine ​​di riserva nelle piante nei diversi momenti della raccolta. I risultati delle analisi isotopiche, invece, indicano un forte rinnovamento di azoto in queste proteine ​​48 e 96 ore dopo la fecondazione con azoto marcato, il che ci costringe ad ammettere che, infatti, le proteine ​​di deposito, così come quelle costituzionali, erano soggette ai continui cambiamenti nel corpo della pianta. E se nel primo periodo dopo la raccolta la composizione isotopica dell'azoto delle proteine ​​di deposito non è cambiata, allora questa non è una base per trarre una conclusione sulla loro stabilità nota durante questi periodi sperimentali.[... ]

Analisi chimiche simultanee delle piante hanno mostrato che la quantità totale di azoto proteico sia in questo che in altri esperimenti simili in periodi di tempo così brevi praticamente non è cambiata affatto o è cambiata di una quantità relativamente insignificante (entro il 5-10%). Ciò indica che nelle piante, oltre alla formazione di una nuova quantità di proteine, le proteine ​​già contenute nella pianta vengono costantemente rinnovate. Pertanto, le molecole proteiche nel corpo vegetale hanno una durata di vita relativamente breve. Vengono continuamente distrutti e ricreati nel processo di metabolismo intensivo delle piante.[...]

Questi metodi per diagnosticare la nutrizione mediante l'analisi chimica delle piante si basano sulla determinazione del contenuto lordo dei principali nutrienti nelle foglie. I campioni di piante selezionate vengono essiccati e macinati. Quindi, in condizioni di laboratorio, un campione di materiale vegetale viene incenerito, seguito dalla determinazione del contenuto lordo di N, P2O5, KgO > CaO, MgO e altri nutrienti. La quantità di umidità viene determinata in un campione parallelo. [...]

La tabella 10 mostra i dati di resa e i dati di analisi chimica delle piante per entrambe le serie di esperimenti.[...]

Tuttavia, in tutti questi esperimenti, sono stati analizzati campioni medi di piante, come avviene nelle determinazioni convenzionali della misura in cui le piante assorbono fosforo dai fertilizzanti. L'unica differenza era che la quantità di fosforo prelevata dalle piante dal fertilizzante era determinata non dalla differenza tra il contenuto di fosforo nelle piante di controllo e quelle sperimentali, ma dalla misurazione diretta della quantità di fosforo marcato che entrava nella pianta dal fertilizzante. . Le analisi chimiche simultanee delle piante per il contenuto di fosforo in questi esperimenti hanno permesso di determinare quale proporzione del contenuto totale di fosforo nella pianta era rappresentata dal fosforo dei fertilizzanti (etichettato) e dal fosforo prelevato dal terreno (senza etichetta).

Storia dello studio della fisiologia vegetale. Principali rami della fisiologia vegetale

La fisiologia vegetale come branca della botanica.

Il tema dell'opera dovrà essere concordato con il curatore della disciplina elettiva A.N. Luferov.

Caratteristiche della struttura di una cellula vegetale, composizione chimica.

1. Storia dello studio della fisiologia vegetale. Principali sezioni e compiti della fisiologia vegetale

2. Metodi di base per lo studio della fisiologia vegetale

3. Struttura di una cellula vegetale

4. Composizione chimica di una cellula vegetale

5. Membrane biologiche

La fisiologia vegetale è una scienza che studia i processi vitali che si verificano in un organismo vegetale.

Le informazioni sui processi che si verificano in una pianta vivente si sono accumulate con lo sviluppo della botanica. Lo sviluppo della fisiologia vegetale come scienza è stato determinato dall'uso di metodi nuovi e più avanzati di chimica, fisica e dalle esigenze dell'agricoltura.

La fisiologia vegetale ebbe origine nei secoli XVII-XVIII. L'inizio della fisiologia vegetale come scienza fu posto dagli esperimenti di J.B. Van Helmont sulla nutrizione idrica delle piante (1634).

I risultati di una serie di esperimenti fisiologici che dimostrano l'esistenza di correnti discendenti e ascendenti di acqua e sostanze nutritive, la nutrizione aerea delle piante sono presentati nelle opere classiche del biologo e medico italiano M. Malpighi “Anatomia delle piante” (1675-1679) e il botanico e medico inglese S. Gales “Piante statiche” (1727). Nel 1771, lo scienziato inglese D. Priestley scoprì e descrisse il processo di fotosintesi: nutrizione aerea delle piante. Nel 1800 J. Senebier pubblicò il trattato “Physiologie vegetale” in cinque volumi, in cui venivano raccolti, elaborati e interpretati tutti i dati allora conosciuti, veniva proposto il termine “fisiologia vegetale”, definiti compiti, metodi per lo studio delle piante La fisiologia ha dimostrato sperimentalmente che la fonte del carbonio nella fotosintesi è l'anidride carbonica, gettando le basi della fotocomia.

Nei secoli XIX e XX furono fatte numerose scoperte nel campo della fisiologia vegetale:

1806 - T.A. Knight descrive e studia sperimentalmente il fenomeno del geotropismo;

1817 - P.J. Pelletier e J. Cavantou isolano un pigmento verde dalle foglie e lo chiamano clorofilla;

1826 - G. Dutrochet scopre il fenomeno dell'osmosi;

1838-1839 – T. Schwann e M.Ya Schleiden hanno dimostrato la teoria cellulare della struttura delle piante e degli animali;

1840 – J. Liebig sviluppa la teoria della nutrizione minerale delle piante;

1851 - V. Hoffmeister scopre l'alternanza delle generazioni nelle piante superiori;

1859 - Charles Darwin pone le basi della fisiologia evolutiva delle piante, della fisiologia dei fiori, della nutrizione eterotrofa, del movimento e dell'irritabilità delle piante;

1862 - Yu Sachs dimostra che l'amido è un prodotto della fotosintesi;

1865 – 1875 – K.A. Timiryazev ha studiato il ruolo della luce rossa nei processi di fotosintesi, ha sviluppato un’idea del ruolo cosmico delle piante verdi;

1877 - W. Pfeffer scopre le leggi dell'osmosi;

1878-1880 - G. Gelriegel e J.B. Boussingault dimostrano la fissazione dell'azoto atmosferico nei legumi in simbiosi con i batteri nodulari;

1897 M. Nentsky e L. Markhlevsky scoprirono la struttura della clorofilla;

1903 - G. Klebs sviluppa la dottrina dell'influenza dei fattori ambientali sulla crescita e sullo sviluppo delle piante;

1912 - V.I. Palladin propone l'idea delle fasi anaerobiche e aerobiche della respirazione;

1920 – W.W. Garner e G.A. Allard scoprono il fenomeno del fotoperiodismo;

1937 - G.A. Krebs descrive il ciclo dell'acido citrico;

1937 - M.Kh. Chailakhyan propone la teoria ormonale dello sviluppo delle piante;

1937-1939 – G. Kalkar e V.A. Blitzer scoprirono la fosforilazione ossidativa;

1946 – 1956 - M. Calvin e collaboratori decifrano il percorso principale del carbonio durante la fotosintesi;

1943-1957 – R. Emerson dimostrò sperimentalmente l'esistenza di due fotosistemi;

1954 – DI Arnon et al. scoprì la fotofosforilazione;

1961-1966 – P. Mitchell ha sviluppato una teoria chemiosmotica dell'accoppiamento di ossidazione e fosforilazione.

Così come altre scoperte che determinarono lo sviluppo della fisiologia vegetale come scienza.

Le sezioni principali della fisiologia vegetale differenziate nel 19° secolo sono:

1. Fisiologia della fotosintesi

2. Fisiologia del regime idrico delle piante

3. Fisiologia della nutrizione minerale

4. Fisiologia della crescita e dello sviluppo

5. Fisiologia della resistenza

6. Fisiologia della riproduzione

7. Fisiologia della respirazione.

Ma qualsiasi fenomeno in una pianta non può essere compreso nell'ambito di una sola sezione. Pertanto, nella seconda metà del XX secolo. Nella fisiologia vegetale, c'è la tendenza a fondere biochimica e biologia molecolare, biofisica e modellistica biologica, citologia, anatomia e genetica vegetale in un unico insieme.

La fisiologia vegetale moderna è una scienza fondamentale, il suo compito principale è studiare i modelli di vita vegetale. Ma ha un enorme significato pratico, quindi il suo secondo compito è sviluppare le basi teoriche per ottenere i massimi rendimenti dalle colture agricole, industriali e medicinali. La fisiologia vegetale è la scienza del futuro; il suo terzo compito, ancora irrisolto, è lo sviluppo di impianti per lo svolgimento di processi di fotosintesi in condizioni artificiali.

La moderna fisiologia vegetale utilizza l'intero arsenale di metodi scientifici esistenti oggi. Questi sono microscopici, biochimici, immunologici, cromatografici, radioisotopici, ecc.

Consideriamo i metodi di ricerca strumentale ampiamente utilizzati nello studio dei processi fisiologici nelle piante. I metodi strumentali per lavorare con oggetti biologici sono divisi in gruppi in base a qualsiasi criterio:

1. A seconda di dove si trovano gli elementi sensibili del dispositivo (sull'impianto o meno): contatto e remoto;

2. In base alla natura del valore risultante: qualitativo, semiquantitativo e quantitativo. Qualitativo: il ricercatore riceve informazioni solo sulla presenza o assenza di una sostanza o processo. Semiquantitativo: il ricercatore può confrontare le capacità di un oggetto con altri in termini di intensità di qualsiasi processo, in base al contenuto di sostanze (se è espresso non in forma numerica, ma, ad esempio, sotto forma di scala). Quantitativo: il ricercatore ottiene indicatori numerici che caratterizzano qualsiasi processo o contenuto di sostanza.

3. Diretto e indiretto. Quando si utilizzano metodi diretti, il ricercatore ottiene informazioni sul processo studiato. I metodi indiretti si basano sulla misurazione di eventuali quantità di accompagnamento, in un modo o nell'altro correlate a quella studiata.

4. A seconda delle condizioni sperimentali, i metodi sono suddivisi in laboratorio e campo.

Quando si conducono ricerche su oggetti vegetali, è possibile eseguire i seguenti tipi di misurazioni:

1. Morfometria (misurazione di vari indicatori morfologici e della loro dinamica (ad esempio, superficie fogliare, rapporto tra aree degli organi fuori terra e sotterranei, ecc.)

2. Misurazioni del peso. Ad esempio, determinare le dinamiche quotidiane di accumulo di massa vegetativa

3. Misurazione della concentrazione della soluzione, composizione chimica dei campioni, ecc. utilizzando metodi conduttometrici, potenziometrici e altri.

4. Studio dello scambio di gas (quando si studia l'intensità della fotosintesi e dello scambio di gas)

Gli indicatori morfometrici possono essere determinati utilizzando il conteggio visivo, la misurazione con un righello, carta millimetrata, ecc. Per determinare alcuni indicatori, ad esempio il volume totale del sistema radicale, vengono utilizzate installazioni speciali: una nave con un capillare graduato. Il volume del sistema radicale è determinato dal volume dell'acqua spostata.

Quando studiano qualsiasi processo che usano vari metodi. Ad esempio, per determinare il livello di traspirazione, utilizzare:

1. Metodi di pesatura (peso iniziale del foglio e peso a distanza di tempo);

2. Temperatura (utilizzare apposite camere climatiche);

3. Utilizzando porometri, viene determinata l'umidità della camera in cui è collocata la pianta in studio.