Diagnostica della nutrizione vegetale mediante analisi chimiche. Metodi per lo studio degli organismi vegetali
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, contrasto di fase, interferenza, polarizzazione, fluorescenza, ultravioletto) ed elettronica (a trasmissione, 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, metodi di analisi chimica qualitativa e quantitativa. Per studiare le cellule vengono utilizzati vari metodi citologici, in particolare i 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 insieme. 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.
Indietro all'inizio del XVI secolo. è stata stabilita una verità importante: proprietà medicinali ogni pianta è determinata dal suo Composizione chimica , cioè la presenza in esso di alcune sostanze che hanno un certo effetto sul corpo umano. Come risultato dell'analisi di numerosi fatti, è stato possibile identificare alcune proprietà farmacologiche e lo spettro dell'azione terapeutica di molti gruppi di composti chimici chiamati ingredienti attivi. I più importanti sono gli alcaloidi, i glicosidi cardiaci, i glicosidi triterpenici (saponine), i flavonoidi (e altri composti fenolici), le cumarine, i chinoni, gli xangoni, i lattoni sesquiterpenici, i lignani, gli aminoacidi, i polisaccaridi e alcuni altri composti. Dei 70 gruppi di composti naturali attualmente conosciuti, spesso siamo interessati solo ad alcuni gruppi che hanno attività biologica. Ciò limita le nostre scelte e quindi accelera la nostra ricerca delle sostanze chimiche naturali di cui abbiamo bisogno. Per esempio, attività antivirale possiedono solo alcuni gruppi di flavonoidi, xantoni, alcaloidi, terpenoidi e alcoli; antitumorale- alcuni alcaloidi, cianuri, chetoni triterpenici, diterpenoidi, polisaccaridi, composti fenolici, ecc. I composti polifenolici sono caratterizzati da attività ipotensiva, antispasmodica, antiulcera, coleretica e battericida. Molte classi di composti chimici e individuali sostanze chimiche hanno uno spettro di attività medica e biologica strettamente definito e piuttosto limitato. Altri, di solito classi molto ampie, per esempio alcaloidi, hanno uno spettro d'azione molto ampio e variegato. Tali composti meritano uno studio medico e biologico completo e, soprattutto, nelle aree di nostro interesse, raccomandati. I progressi nella chimica analitica hanno permesso di sviluppare metodi semplici e veloci (metodi espressi) per identificare le classi (gruppi) di composti chimici e le singole sostanze chimiche di cui abbiamo bisogno. In conseguenza di ciò, il metodo delle analisi chimiche di massa, altrimenti detto screening chimico (da parola inglese vagliatura - vagliatura, selezione attraverso un setaccio). Spesso viene praticata la ricerca dei composti chimici desiderati analizzando tutte le piante della zona oggetto di studio.
Metodo di screening chimico
Il metodo di screening chimico, combinato con i dati sull'uso della pianta nella medicina empirica e tenendo conto della sua posizione sistematica, fornisce i risultati più efficaci. L'esperienza suggerisce che quasi tutte le piante utilizzate nella medicina empirica contengono classi di composti biologicamente attivi a noi noti. Pertanto, la ricerca delle sostanze di cui abbiamo bisogno, innanzitutto, dovrebbe essere effettuata intenzionalmente tra le piante che hanno in qualche modo dimostrato la loro attività farmacologica o chemioterapica. Metodo espresso può essere combinato con la selezione preliminare di specie, varietà e popolazioni promettenti a seguito della loro valutazione organolettica e dell'analisi dei dati etnobotanici, che indicano indirettamente la presenza di sostanze di nostro interesse nella pianta. Un metodo di selezione simile è stato ampiamente utilizzato dall'accademico N.I. Vavilov nel valutare la qualità del materiale di partenza di vari piante utili, coinvolto nella selezione e nella ricerca genetica. Durante i primi piani quinquennali, furono effettuate in questo modo le ricerche di nuove piante da gomma nella flora dell'URSS.
Per la prima volta su larga scala metodo di screening chimico quando ne cerchi di nuovi piante medicinali Il capo delle spedizioni dell'Asia centrale dell'Istituto chimico e farmaceutico di ricerca scientifica di tutta l'Unione (VNIHFI) P. S. Massagetov iniziò a usarlo. Un'indagine su oltre 1.400 specie di piante ha permesso all'accademico A.P. Orekhov e ai suoi studenti di descrivere circa 100 nuovi alcaloidi entro il 19G0 e di organizzare nell'URSS la produzione di quelli necessari per scopi medici e il controllo dei parassiti agricoli. L'Istituto di Chimica delle Sostanze Vegetali dell'Accademia delle Scienze della SSR uzbeka ha esaminato circa 4000 specie di piante, identificato 415 alcaloidi e stabilito per la prima volta la struttura di 206 di essi. Le spedizioni VILR hanno esaminato 1.498 specie di piante del Caucaso, 1.026 specie dell'Estremo Oriente e molte piante Asia centrale, Siberia, parte europea dell'URSS. Solo su Lontano est Sono state scoperte 417 piante contenenti alcaloidi, incluso il subshrub Securinega, contenente un nuovo alcaloide securinina, un agente simile alla stricnina. Alla fine del 1967 erano stati descritti e strutturati in tutto il mondo 4.349 alcaloidi. La fase successiva della ricerca è valutazione approfondita e completa dell’attività farmacologica, chemioterapica e antitumorale singole sostanze isolate o preparati complessivi che le contengono. Va notato che nel paese nel suo insieme e a livello globale ricerca chimica sono significativamente più avanti rispetto alle possibilità di test medici e biologici approfonditi di nuovi composti chimici identificati nelle piante. Attualmente è stata stabilita la struttura di 12.000 singoli composti isolati dalle piante; purtroppo molti di essi non sono ancora stati sottoposti a studio biomedico. Di tutte le classi di composti chimici, gli alcaloidi sono, ovviamente, quelli di maggiore importanza; 100 di questi sono raccomandati come farmaci importanti, ad esempio atropina, berberina, codeina, cocaina, caffeina, morfina, papaverina, pilocarpina, platifillina, reserpina, salsolina, securenina, stricnina, chinino, citisina, efedrina, ecc. La maggior parte di questi i farmaci vengono ottenuti a seguito di ricerche basate sullo screening chimico. Tuttavia, lo sviluppo unilaterale di questo metodo è allarmante, in molti istituti e laboratori si è ridotto alla ricerca solo di piante contenenti alcaloidi. Non dobbiamo dimenticare che, oltre agli alcaloidi, nuove sostanze vegetali biologicamente attive appartenenti a ogni anno vengono scoperte altre classi di composti chimici. Se prima del 1956 era nota la struttura di soli 2669 composti naturali provenienti da piante che non erano legate agli alcaloidi, nei successivi 5 anni (1957-1961) furono trovate nelle piante altre 1754 sostanze organiche individuali. Ora il numero delle sostanze chimiche con struttura consolidata raggiunge le 7.000, che insieme agli alcaloidi ammontano a oltre 12.000 sostanze vegetali. Screening chimico esce lentamente dal “periodo degli alcaloidi”. Dei 70 gruppi e classi di sostanze vegetali attualmente conosciuti (Karrer et. al., 1977), viene effettuata solo in 10 classi di composti, perché non esistono metodi espressi affidabili e veloci per determinare la presenza di altri composti nelle piante materiali. Il coinvolgimento nello screening chimico di nuove classi di composti biologicamente attivi rappresenta una riserva importante per aumentare il ritmo e l’efficienza della ricerca di nuovi farmaci dalle piante. È molto importante sviluppare metodi per la ricerca rapida di singole sostanze chimiche, ad esempio berberina, rutina, acido ascorbico, morfina, citisina, ecc. I composti secondari, o le cosiddette sostanze di biosintesi specifica, sono di grande interesse quando si creano nuovi farmaci terapeutici. Molti di loro hanno una vasta gamma di attività biologiche. Ad esempio, gli alcaloidi sono approvati per l'uso nella pratica medica come analettici, analgesici, sedativi, ipotensivi, espettoranti, coleretici, antispasmodici, uterini, tonici centrali sistema nervoso e farmaci simili all'adrenalina. I flavonoidi sono in grado di rafforzare le pareti dei capillari, ridurre il tono della muscolatura liscia intestinale, stimolare la secrezione biliare, aumentare la funzione neutralizzante del fegato, alcuni di essi hanno effetti antispastici, cardiotonici e antitumorali. Molti composti polifenolici sono usati come agenti ipotensivi, antispastici, antiulcera, coleretici e antibatterici. L'attività antitumorale è stata osservata nei cianuri (ad esempio contenuti nei semi di pesca, ecc.), nei chetoni triterpenici, nei diterpenoidi, nei polisaccaridi, negli alcaloidi, nei fenoli e in altri composti. Sempre più farmaci vengono creati da glicosidi cardiaci, aminoacidi, alcoli e cumarine. polisaccaridi, aldeidi, lattoni sesquiterpenici, composti steroidei. Spesso sostanze chimiche note da molto tempo vengono trovate per uso medico, ma solo recentemente sono riuscite a scoprire l'una o l'altra attività biomedica e sviluppare un metodo razionale per la preparazione dei farmaci. Lo screening chimico consente non solo di identificare nuovi oggetti promettenti per lo studio, ma anche: - individuare correlazioni tra la posizione sistematica della pianta, la sua composizione chimica e l'attività medica e biologica;
- individuare i fattori geografici e ambientali che favoriscono o ostacolano l'accumulo di alcune sostanze attive nelle piante;
- determinarne il significato biologicamente sostanze attive per le piante che li producono;
- identificare razze chimiche nelle piante che differiscono ereditariamente tra loro per la presenza di determinate sostanze attive.
Ricerca sugli organi vegetali
I diversi organi vegetali spesso differiscono non solo nel contenuto quantitativo dei principi attivi, ma anche nella loro composizione qualitativa. Ad esempio, l'alcaloide sinonomenina si trova solo nell'erba del capodoglio dauriano, e la citisina si trova solo nei frutti della Thermopsis lanceolata, essendo assente nelle sue parti fuori terra fino alla fine della fioritura delle piante, mentre nella Thermopsis alternata , la citisina si trova in grandi quantità nelle parti fuori terra durante tutte le fasi dello sviluppo della pianta. Ecco perché, per avere un quadro completo della composizione chimica di ciascuna pianta, è necessario analizzare almeno quattro dei suoi organi: sotterraneo (radici, rizomi, bulbi, tuberi), foglie e fusti (nelle erbe, nelle foglie sono sempre più ricchi di sostanze attive rispetto ai fusti), ai fiori (o infiorescenze), ai frutti e ai semi. Negli alberi e negli arbusti ingredienti attivi spesso si accumulano nella corteccia degli steli (e nelle radici), e talvolta solo nei germogli, in alcune parti del fiore, nel frutto e nel seme.
Anche la composizione chimica di ciascun organo vegetale varia in modo significativo nelle diverse fasi del suo sviluppo. Il contenuto massimo di alcune sostanze si osserva in fase di germogliamento, altri - dentro fase di piena fioritura, terzo - durante fruttificazione ecc. Ad esempio, l'alcaloide triacantina è contenuto in quantità significative solo nelle foglie in fiore della robinia, mentre in altre fasi di sviluppo è praticamente assente in tutti gli organi di questa pianta. Pertanto, è facile calcolare solo quello da identificare, ad esempio lista completa piante alcaloidi della flora dell'URSS, che conta circa 20.000 specie, è necessario effettuare almeno 160.000 analisi (20.000 specie X 4 organi X 2 fasi di sviluppo), che richiederanno circa 8.000 giorni di lavoro di 1 analista di laboratorio . Approssimativamente lo stesso tempo è necessario per determinare la presenza o l'assenza di flavonoidi, cumarine, glicosidi cardiaci, tannini, polisaccaridi, glicosidi triterpenici e ogni altra classe di composti chimici in tutte le piante della flora dell'URSS, se vengono eseguite le analisi senza abbattimento preliminare delle piante per un motivo o per l'altro. Inoltre, organi identici nella stessa fase di sviluppo vegetale in una regione possono avere le sostanze attive necessarie, ma in un'altra regione potrebbero non averle. Oltre ai fattori geografici e ambientali (l'influenza della temperatura, dell'umidità, dell'insolazione, ecc.), può influire su questo la presenza di razze chimiche speciali in una determinata pianta, del tutto indistinguibili per caratteristiche morfologiche. Tutto ciò complica enormemente il compito e, a quanto pare, rende molto remote le prospettive di completare la valutazione chimica preliminare della flora dell'URSS, e soprattutto dell'intero globo. Tuttavia, la conoscenza di determinati modelli può semplificare notevolmente questo lavoro. In primo luogo, non è affatto necessario esaminare tutti gli organi in tutte le fasi dello sviluppo. È sufficiente analizzare ciascun organo nella fase ottimale, quando contiene la maggior quantità di sostanza in esame. Ad esempio, studi precedenti hanno stabilito che foglie e steli sono più ricchi di alcaloidi durante la fase di germogliamento, la corteccia durante il flusso della linfa primaverile e i fiori durante la fase di piena fioritura. Frutti e semi, però, possono contenere alcaloidi diversi e in quantità diverse allo stato maturo e acerbo, e quindi, se possibile, dovrebbero essere esaminati due volte. La conoscenza di questi modelli semplifica notevolmente il lavoro sulla valutazione chimica preliminare delle piante. Esame completo di tutti i tipi- un metodo efficace, ma funziona comunque alla cieca! È possibile, senza nemmeno effettuare la più semplice analisi chimica, distinguere gruppi di piante che presumibilmente contengono l'una o l'altra classe di composti chimici da quelli che ovviamente non contengono tali sostanze? In altre parole, è possibile determinare a occhio la composizione chimica delle piante? Come verrà discusso nella prossima sezione della nostra brochure, in schema generale Possiamo rispondere positivamente a questa domanda. 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 fertilizzanti corrispondenti. 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 fecondate 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.[... ]
Lo hanno dimostrato le analisi chimiche simultanee delle piante totale l'azoto proteico, sia in questo che in altri esperimenti simili, in periodi di tempo così brevi, praticamente non è cambiato affatto o è cambiato in 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).
Nel determinare la necessità delle piante di fertilizzanti, insieme ai test agrochimici del suolo, agli esperimenti sul campo e sulla vegetazione, ai metodi microbiologici e di altro tipo, i metodi diagnostici delle piante iniziarono ad essere sempre più utilizzati.
Attualmente sono ampiamente utilizzati i seguenti metodi di diagnostica delle piante: 1) analisi chimica delle piante, 2) diagnostica visiva e 3) iniezione e irrorazione. L'analisi chimica delle piante è il metodo più comune per diagnosticare la necessità di applicare fertilizzanti.
La diagnostica chimica è rappresentata da tre tipi: 1) diagnostica fogliare, 2) diagnostica tissutale e 3) metodi rapidi (espressi) di analisi delle piante.
Le fasi importanti della diagnostica vegetale mediante analisi chimica sono: 1) prelievo di un campione di pianta per l'analisi; 2) tenendo conto delle condizioni di accompagnamento della crescita delle piante; 3) analisi chimiche delle piante; 4) elaborazione dei dati analitici e conclusione sulla necessità delle piante di fertilizzanti.
Prelievo di un campione di pianta per l'analisi. Quando si selezionano le piante per l'analisi, è necessario assicurarsi che le piante selezionate corrispondano alla condizione media delle piante in una determinata area del campo. Se il raccolto è omogeneo, puoi limitarti a un campione; se sono presenti macchie su piante meglio sviluppate o, al contrario, peggio sviluppate, allora da ciascuna di queste macchie viene prelevato un campione separato per determinare la causa dello stato alterato della pianta. Il contenuto di nutrienti delle piante ben sviluppate può essere utilizzato in questo caso come indicatore della composizione normale di una determinata specie vegetale.
Quando si effettuano le analisi, è necessario unificare la tecnica di prelievo e preparazione del campione: prelevare parti identiche della pianta secondo il livello, la posizione sulla pianta e l'età fisiologica.
La scelta della parte della pianta da analizzare dipende dal metodo diagnostica chimica. Per ottenere dati attendibili è necessario prelevare campioni da almeno dieci piante.
Nelle colture arboree, a causa delle caratteristiche dei cambiamenti legati all'età, il prelievo di campioni vegetali è un po' più difficile che nelle colture in pieno campo. Si consiglia di condurre la ricerca nei seguenti periodi di età: piantine, alberelli, piante giovani e da frutto. Le foglie, i loro piccioli, i germogli, i germogli o altri organi devono essere prelevati dal terzo superiore dei germogli della zona mediana della chioma di alberi o arbusti della stessa età e qualità, aderenti allo stesso ordine, vale a dire: o solo da fruttificanti o solo da germogli non fruttiferi, oppure da germogli di attuale crescita, o da foglie esposte alla luce solare diretta o diffusa. Tutti questi punti devono essere presi in considerazione poiché influenzano tutti la composizione chimica delle foglie. Si nota che la migliore correlazione tra la composizione chimica della foglia e la resa in frutti si ottiene se il campione viene prelevato da una foglia all'ascella della quale si sviluppa un bocciolo fiorale.
In quale fase dello sviluppo della pianta dovrebbero essere prelevati i campioni per l'analisi? Se abbiamo in mente di ottenere la migliore correlazione con il raccolto, allora analizzare le piante in fase di fioritura o di maturazione risulta essere la soluzione migliore. Pertanto, Lundegård, Kolarzhik e altri ricercatori ritengono che una fase del genere sia la fioritura per tutte le piante, poiché a questo punto i principali processi di crescita sono terminati e l'aumento di massa non “diluirà” la percentuale di sostanze.
Per risolvere il problema di come modificare la nutrizione delle piante per garantirne la formazione miglior raccolto, è necessario analizzare le piante in modo più approfondito primi periodi sviluppo e non una sola, ma più volte (tre o quattro), a partire dalla comparsa di una o due foglie.
Momento del campionamento. Termino: per i cereali primaverili (frumento, avena, mais) - nella fase trifogliare, cioè prima dell'inizio della differenziazione della spiga o pannocchia rudimentale; per il lino - l'inizio della “spina di pesce”; per patate, legumi, cotone e altri - la fase da quattro a cinque foglie vere, ad es. prima del germogliamento; per le barbabietole da zucchero: la fase delle tre foglie vere.
II termine: per i chicchi primaverili - nella fase di cinque foglie, cioè nella fase di avvio; per le barbabietole - nella fase di espansione della sesta foglia; per tutti gli altri - alla formazione dei primi piccoli germogli verdi, cioè all'inizio del germogliamento.
III termine: durante la fase di fioritura; per le barbabietole - quando si apre l'ottava o la nona foglia.
IV termine: nella fase di maturazione lattea dei semi; per le barbabietole - una settimana prima della raccolta.
U piante legnose e piante a bacca, i campioni vengono prelevati nelle seguenti fasi di formazione della coltura: a) prima della fioritura, cioè all'inizio della forte crescita, b) fioritura, cioè durante il periodo di forte crescita e fisiologica perdita delle ovaie, c) formazione del frutto , d) maturazione e raccolta ed e) periodo di caduta delle foglie autunnali.
Quando si stabilisce il momento per il prelievo di un campione di pianta, è anche necessario tenere conto del periodo di crescita e sviluppo in cui si verificano i livelli nutrizionali critici. Il termine “livelli critici” si riferisce alle concentrazioni più basse di nutrienti nelle piante durante un periodo critico del loro sviluppo, cioè concentrazioni al di sotto delle quali le condizioni della pianta peggiorano e la resa diminuisce. La composizione ottimale di una pianta è intesa come il contenuto di nutrienti in essa contenuti durante le fasi critiche del suo sviluppo, il che garantisce un rendimento elevato.
I valori dei livelli critici e della composizione ottimale sono riportati di seguito per alcune colture. I prelievi vengono effettuati in tutti i casi alle stesse ore della giornata, preferibilmente al mattino (ore 8-9), per evitare alterazioni nella composizione delle piante dovute alla dieta quotidiana.
Tenendo conto delle condizioni di accompagnamento. Non è sempre corretto giudicare la sufficienza o l'insufficienza della nutrizione delle piante con determinati elementi solo sulla base dei dati dell'analisi chimica. Sono molti i fatti noti quando la mancanza di uno o più nutrienti, un ritardo nella fotosintesi o una violazione dei regimi idrico, termico e di altri vitali possono causare l'accumulo di uno o un altro elemento nella pianta, che in nessun caso dovrebbe caratterizzare la sufficienza di questo elemento nel mezzo nutritivo (terreno). Per evitare possibili errori e imprecisioni nelle conclusioni, è necessario confrontare i dati dell'analisi chimica delle piante con una serie di altri indicatori: con il peso, la crescita e il tasso di sviluppo delle piante al momento del campionamento e con il raccolto finale , con segni diagnostici visivi, con le caratteristiche della tecnologia agricola, con le proprietà agrochimiche del suolo, con le condizioni meteorologiche e una serie di altri indicatori che influenzano la nutrizione delle piante. Pertanto, una delle condizioni più importanti per l'uso efficace della diagnostica vegetale è la contabilità più dettagliata di tutti questi indicatori per il loro successivo confronto tra loro e con i dati di analisi.
L'analisi grossolana viene effettuata sia sulle foglie di una certa posizione sulla pianta, sia sull'intera parte aerea, sia su altri organi indicatori.
Diagnostica di analisi grossolana foglie - mature, finite di crescere, ma attivamente funzionanti, veniva chiamata "diagnostica fogliare". È stato proposto dagli scienziati francesi Lagatu e Mom e sostenuto da Lundegaard. Attualmente questo tipo di diagnostica chimica è ampiamente utilizzato sia all'estero che nel nostro Paese, soprattutto per le piante nelle cui radici i nitrati sono quasi completamente ridotti e quindi è impossibile controllare la nutrizione azotata nelle parti fuori terra utilizzando questa forma (mela arboree ed altre pomacee e drupacee), conifere, ricche di tannini, bulbose, ecc.).
Quando si effettuano analisi di massa di foglie o altre parti di piante, vengono utilizzati metodi convenzionali di incenerimento della materia organica per determinare N, P, K, Ca, Mg, S e altri elementi in essa contenuti. Più spesso, la determinazione viene effettuata in due campioni: in uno l'azoto viene determinato secondo Kjeldahl, nell'altro gli elementi rimanenti vengono determinati dopo incenerimento umido, semisecco o secco. Per l'incenerimento a umido, viene utilizzato H2SO4 forte con catalizzatori o in una miscela con HNO3, HClO4 o H2O2. Quando si incenerisce a secco, è necessario un attento controllo della temperatura, poiché la combustione a temperature superiori a 500 ° C può provocare perdite di P, S e altri elementi.
Su iniziativa della Francia, nel 1959, fu organizzato un Comitato interistituzionale per lo studio delle tecniche chimiche diagnostiche fogliari, composto da 13 istituti francesi, 5 belgi, 1 olandese, 2 spagnoli, 1 italiano e 1 portoghese. In 25 laboratori di questi istituti sono state effettuate analisi chimiche sugli stessi campioni di foglie di 13 colture (campo e giardino) per il contenuto lordo di N, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu e Zn. Ciò ha consentito al comitato, dopo l'elaborazione matematica dei dati, di raccomandare metodi per ottenere campioni fogliari standard e di fornire metodi standard per la loro analisi chimica per controllare l'accuratezza di tali analisi per la diagnostica fogliare.
Si consiglia di incenerire i campioni di foglie come segue: per determinare l'azoto totale secondo Kjeldahl, incenerire con H2SO4 (gravità specifica 1,84), con catalizzatori K2SO4 + CuSO4 e selenio. Per determinare altri elementi, viene utilizzata l'incenerimento a secco del campione in un recipiente di platino con riscaldamento graduale (nell'arco di 2 ore) della muffola a 450 ° C; Dopo raffreddamento in muffola per 2 ore, le ceneri vengono sciolte in 2-3 ml di acqua + 1 ml di HCl (peso specifico 1,19). Far evaporare sul fuoco finché non apparirà il primo vapore. Aggiungere l'acqua e filtrare in un matraccio tarato da 100 cm3. Il panello di filtrazione viene incenerito a 550°C (massimo), vengono aggiunti 5 ml di acido fluoridrico. Essiccare su piastra a temperatura non superiore a 250° C. Dopo raffreddamento aggiungere 1 ml dello stesso HCl e filtrare nuovamente nello stesso pallone, sciacquando con acqua tiepida. Il filtrato, portato a 100 ml con acqua, viene utilizzato per l'analisi del contenuto di macro e microelementi.
Esiste una variazione piuttosto ampia nei metodi di incenerimento dei campioni di piante, che differiscono principalmente nel tipo di piante - ricche di grassi o silicio, ecc., e nei compiti di determinazione di determinati elementi. Una descrizione abbastanza dettagliata della tecnica di utilizzo di questi metodi di incenerimento a secco è stata fornita dallo scienziato polacco Novosilsky. Hanno anche fornito descrizioni in vari modi incenerimento umido utilizzando determinati agenti ossidanti: H2SO4, HClO4, HNO3 o H2O2 in una o nell'altra combinazione a seconda degli elementi da determinare.
Per accelerare l'analisi, ma non a scapito della precisione, si sta cercando un metodo per incenerire un campione di pianta che consenta di determinare diversi elementi in un campione. V.V. Pinevich ha utilizzato l'incenerimento di H2SO4 per determinare N e P in un campione e successivamente ha aggiunto il 30% di H2O2 (controllando l'assenza di P). Questo principio dell'incenerimento, con alcune migliorie, ha trovato ampia applicazione in molti laboratori in Russia.
Un altro metodo ampiamente utilizzato di incenerimento acido di un campione per determinare contemporaneamente diversi elementi in esso contenuti è stato proposto da K.E. Ginzburg, G.M. Shcheglova e E.A. Wulfius e si basa sull'utilizzo di una miscela di H2SO4 (peso specifico 1,84) e HClO4 (60%) in un rapporto di 10: 1, e la miscela di acidi viene pre-preparata per l'intero lotto del materiale analizzato.
Se è necessario determinare lo zolfo nelle piante, i metodi di incenerimento descritti non sono adatti, poiché includono acido solforico.
P.X. Aydinyan e i suoi colleghi hanno proposto di bruciare un campione di pianta per determinare il contenuto di zolfo, mescolandolo con sale Berthollet e sabbia pulita. Il metodo di V.I. Kuznetsov e dei suoi colleghi è un metodo Schöniger leggermente rivisto. Il principio del metodo è il rapido incenerimento del campione in un pallone pieno di ossigeno, seguito dalla titolazione dei solfati risultanti con una soluzione di cloruro di bario con un indicatore metallico di nitcromasi per il bario. Per garantire una maggiore accuratezza e riproducibilità dei risultati delle analisi, si consiglia di far passare la soluzione risultante attraverso una colonna con resina a scambio ionico in forma H+ in modo da liberare la soluzione dai cationi. La soluzione di solfato così ottenuta va evaporata su piastra riscaldante fino ad un volume di 7-10 ml e titolata dopo raffreddamento.
Novosilsky, sottolineando le grandi perdite di zolfo durante l'incenerimento a secco, fornisce ricette per l'incenerimento degli impianti per queste analisi. L'autore considera il metodo di incenerimento con acido nitrico secondo Butters e Chenery uno dei più semplici e veloci.
La determinazione del contenuto di ciascun elemento in un campione incenerito in un modo o nell'altro viene effettuata utilizzando una varietà di metodi: colorimetrico, complessometrico, spettrofotometrico, attivazione neutronica, utilizzando autoanalizzatori, ecc.
