RU2012193C1 - Method for assessment of h2o and co2 parameters of gas exchange of plant leaves - Google Patents

Method for assessment of h2o and co2 parameters of gas exchange of plant leaves Download PDF

Info

Publication number
RU2012193C1
RU2012193C1 SU4929302A RU2012193C1 RU 2012193 C1 RU2012193 C1 RU 2012193C1 SU 4929302 A SU4929302 A SU 4929302A RU 2012193 C1 RU2012193 C1 RU 2012193C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sheet
vapor
concentrations
transpiration
assimilation
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Л.Т. Карпушкин
Original Assignee
Карпушкин Лев Тимофеевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Карпушкин Лев Тимофеевич filed Critical Карпушкин Лев Тимофеевич
Priority to SU4929302 priority Critical patent/RU2012193C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2012193C1 publication Critical patent/RU2012193C1/en

Links

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: experimental plane physiology. SUBSTANCE: leaf with stomata in its upper and lower parts is inserted in a leaf chamber to divide the latter into the upper and lower isolated parts. A gas metering unit is used in taking stationary mode measurements of rates of CO2 transpiration and assimilation by the lower and upper leaf sides with controllable concentrations of H2O-steam and CO2 in air over both sides of the leaf. Then measurements of concentrations of H2O-steam and CO2 are taken above one side of the leaf, and the resulting change in total rates of CO2 transpiration and assimilation is compensated for by increasing or decreasing the concentrations of respectively H2O-steam and CO2 in air above the other side of the leaf. Second rates of transpiration and assimilation of CO2 for the upper and lower sides are measured as well as respective concentrations of H2O-steam and CO2 in air over both sides, and the kinetic parameters wanted are derived from equations given in the description. EFFECT: more accurate method.

Description

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. The invention relates to methods for studying heterogeneous processes, in particular to methods for studying the processes of photosynthesis and transpiration and the water regime of higher plants, and can be used in experimental plant physiology.

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 =

Figure 00000001
, 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 =
Figure 00000002
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).Known methods for determining the kinetic parameters of H 2 O and CO 2 gas exchange of higher land plants: concentrations of H 2 O pair (A i ) and CO 2 (C i ) above the surface of the liquid phase of mesophilic cells and diffusion resistance in the gas phase of the sheet for flows H 2 O-pair (R a ) and CO 2 (R c ) [1,2,3]. The value of Аi is determined experimentally by directly measuring the concentration of Н 2 О-vapor in the air surrounding the sheet at equilibrium in the system of the liquid phase of the sheet - air, i.e., in the absence of transpiration. With this definition of A i, its value is close to saturating even for leaves, which under natural conditions during transpiration have signs of wilting. Based on these data and the often linear dependence of the transpiration rate (E) on the humidity of the external air, Ai is always saturating at the sheet temperature, regardless of the transpiration rate, and for determining R a, E is measured at a certain controlled air humidity above sheet A, and R a is found from the formula:
R a =
Figure 00000001
where R a is the diffusion resistance to the flow of H 2 O-vapor in the gas phase (s ˙ cm -1 ), And i is the concentration of H 2 O-vapor over the evaporating surfaces of the mesophilic cells of the sheet, taken equal to saturating pure water above the flat surface at a temperature sheet (g ˙ cm -3 ), A is the concentration of H 2 O-vapor in the air surrounding the sheet (g ˙ cm -3 ), E is the transpiration rate (g H 2 O ˙ cm -2 ˙ s -1 ). Using the value obtained in this way, R a , find R c and C i according to the formulas:
R c =
Figure 00000002
R a ; C i = C - FR c , where R c and R a are diffusion resistance to the flows of СО 2 and Н 2 О-vapor in the gas phase, respectively (с ˙ cm -1 ), D c and D a are diffusion coefficients of СО 2 and Н 2 О-vapor in air (cm 2 ˙ s -1 ), С i and С are the concentrations of СО 2 in air, respectively, above the surface of the liquid phase inside the sheet and above the sheet (g СО 2 ˙ cm -3 ), F is the diffusion flow rate СО 2 (g СО 2 ˙ cm -2 ˙ s -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.The disadvantage of these methods for determining the kinetic parameters of H 2 O and CO 2 gas exchange of plants is their insufficiently substantiated assumption that A i always remains saturated during transpiration.

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] . This method of determining kinetic parameters is no longer burdened by the assumption of a saturating concentration of diffusing substance above the interface. But it still has a significant drawback: it is based on the assumption that the concentration of the substance under study above the interface, from which its diffusion into the environment begins, does not change at different concentrations of the substance in external harm and, accordingly, at different diffusion speeds streams. However, studies carried out using this method showed that Аi during transpiration can be significantly lower than saturating and that when A and E respectively change, the value of Аi in some cases also changes [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.Thus, all of the above methods for determining the kinetic parameters of H 2 O and CO 2 gas exchange in higher plants are associated with assumptions that are not always fulfilled, and which can result in usually undetectable and therefore undetectable errors in determining the above parameters.

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 α и β , 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.A known method for determining the kinetic parameters of H 2 O and CO 2 gas exchange of plant leaves — A i , R a , C i , R c — is free from the above assumptions [5]. The essence of the method is that first, in a stationary exposure mode and, accordingly, the state of the sheet, the transpiration and assimilation rates of CO 2 are measured at controlled concentrations of H 2 O-vapor and CO 2 in the air above the sheet, then unknown diffusion resistance in the gas phase for H 2 is changed O vapor and CO2 in the known relationship α and β, while changing the gas transfer rate to compensate for their initial values by changing the air concentrations of H 2 O vapor and CO 2 to the second value and kinetically controlled the parameters calculated by the formula.

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 α и β уменьшаются, к тому же в воздухе, содержащем гелий, это уменьшение происходит быстрее, чем в обычном воздухе. The main, fundamental drawback of this method is that it is not applicable when the stomata width is less than three microns. This is due to the fact that, at small stomatal cross sections, the Fick diffusion mechanism gradually changes to Knudsen, while the values of α and β decrease, moreover, in air containing helium this decrease occurs faster than in ordinary air.

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 α и β 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] .The closest technical solution to the proposed invention is that the number of stomata per unit area, stomata length and width, and epidermal thickness are pre-measured on the test sheet, then the transpiration and assimilation rates of CO 2 are measured in stationary mode at controlled concentrations of H 2 O-vapor and CO 2 in the air above the sheet, then the unknown resistance to diffusion in the gas phase to the H 2 O vapor and CO 2 is changed in certain respects α and β by replacing nitrogen with helium in air, and changing the scab gas exchange to compensate their initial values by changing the concentration of H 2 O vapor and CO 2 in the air above the sheet to the second monitored values and the kinetic parameters are calculated by solving a system of nonlinear equations [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.The use of this method for three years to study the kinetics of H 2 O and CO 2 gas exchange of plant leaves did not reveal any fundamental shortcomings in it. At the same time, the operational experience of a gasometric installation that implements this method indicates significant technical difficulties in the practical implementation of this method, namely:
1. When replacing nitrogen in air with helium, not only the diffusion coefficients of Н 2 О-vapor and СО 2 in air, but also the coefficient of thermal conductivity of the air change, which leads to a change in the temperature of the sheet even when the casing of the sheet chamber is thermostated, and since it affects the temperature of the sheet influence and transpiration, then after replacing nitrogen in the air with helium, the transpiration rate and leaf temperature can be restored to their initial values only by successive approximation. This limits the speed of the method and does not allow to solve a number of problems in the study of H 2 O and CO 2 gas exchange of plants, in particular, to simultaneously and differentially determine the above kinetic parameters for the upper and lower sides of the leaf in order to study their mutual influence.

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. 2. Unknown kinetic parameters are found by solving a system of nonlinear equations, which is solved only by a computer and only by a numerical method, that is, also by successive approximations, which further reduces the speed of the method.

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. 3. The use of artificial air in this method is associated with the use of a rather cumbersome gas mixing plant, which even in the presence of portable gas analyzers does not allow the practical use of this method in the field for research on the ecological physiology of plants.

4. Гелий, используемый в реализации этого способа, не всегда доступен и достаточно дорогой. 4. Helium used in the implementation of this method is not always available and quite expensive.

Целью данного изобретения является одновременное и дифференцированное определение кинетических параметров Н2О- и СО2-газообмена верхней и нижней сторон амфистоматических листьев растений.The aim of the present invention is the simultaneous and differentiated determination of the kinetic parameters of the H 2 O and CO 2 gas exchange of the upper and lower sides of the amphistomatic plant leaves.

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=

Figure 00000003
;
Ain=
Figure 00000004
;
Rao=
Figure 00000005
;
Ran=
Figure 00000006
;
Cio=
Figure 00000007
;
Cin=
Figure 00000008
;
Rco=
Figure 00000009
;
Rcn=
Figure 00000010
, 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.The goal is achieved by the fact that the studied amphistomatic sheet (a sheet that has stomata on the upper and lower sides) is included in a known bivalve sheet chamber of such dimensions that the sheet divides the chamber into two isolated parts - the upper and lower. Using a known gasometric installation, the transpiration and assimilation rates of CO 2 of the upper and lower sides of the sheet are measured in stationary mode at controlled concentrations of H 2 O-vapor and CO 2 in air above both sides of the sheet. Then, on one of the sides of the sheet change randomly - for 20-25% of the original values - the concentration of H 2 O vapor and CO 2, and changing the total rate of transpiration and assimilation of CO 2 to compensate their initial values by increasing or decreasing concentrations respectively H 2 O-vapor and CO 2 in air above the other side of the sheet. The second values of the rates of transpiration and assimilation of CO 2 of the upper and lower sides of the sheet and the corresponding concentrations of H 2 O-vapor and CO 2 in the air above both sides are measured, and the desired kinetic parameters are calculated by the formulas:
A io =
Figure 00000003
;
A in =
Figure 00000004
;
R ao =
Figure 00000005
;
R an =
Figure 00000006
;
C io =
Figure 00000007
;
C in =
Figure 00000008
;
R co =
Figure 00000009
;
R cn =
Figure 00000010
where the symbol "o" indicates the ratio of the corresponding parameter to the upper side of the sheet, and "n" to the lower side; A io , A in and C io , C in are the concentrations above the surface of the liquid phase inside the sheet of H 2 O-pair (A) and CO 2 (C), respectively; R a o, R an and R co , R cn - diffusion resistance to the flows of H 2 O-steam and CO 2 in the gas phase of the sheet;
A o1 , A n1 and C o1 , C n1 are the initial concentrations of H 2 O-pair and CO 2 in the air above the sheet;
A o2 , A n2 and C o2 , C n2 are the concentrations of H 2 O-vapor and CO 2 in the air above the sheet, established after compensation;
E o1 , E n1 and F o1 , F n2 are the transpiration and assimilation rates of CO 2 established after compensation. Note that these formulas were obtained by solving two independent systems of well-known equations — for H 2 O and CO 2 gas exchange, respectively — that describe the diffusion flows of H 2 O steam and CO 2 between the sheet and external air and the rates of these heterogeneous processes in an open system . We pay special attention to the fact that both the formulas by which the desired parameters are calculated and the equations by which the quantities E and F included in these formulas are calculated are linear and are solved analytically. It is also necessary to emphasize the following advantage of the proposed method: due to the fact that at natural concentrations of H 2 O-vapor (1-2% by volume) and CO 2 (0.03%) in air, they make up a small fraction in the thermal conductivity of air, then when compensating the total speeds of mass transfer of the sheet — first of all, the transpiration rate — the temperature of the sheet is automatically compensated, which significantly, in comparison with the prototype, simplifies and speeds up the procedure for compensating the total speeds of transpiration and assimilation of CO 2 .

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.PRI me R. The method is as follows. The studied leaf of the plant is placed in a bicuspid thermostatic chamber having an area of 6-12 cm 2 , equipped with a thermocouple (for measuring the leaf temperature) and connected with two pairs of air ducts (one pair: air inlet-outlet for the upper part of the chamber, second pair: inlet-outlet for the lower part) to two known gasometric systems, each of which contains a gas analysis unit (for measuring the concentrations of H 2 O-vapor (A) and CO 2 (C) in the air above the sheet and the transpiration (E) and CO 2 (F) assimilation rates and dynamic gas mixer . hydrochloric plant designed to supply the sheet in the air chamber with adjustable concentrations of H 2 O vapor and CO 2 sheet is selected such area to shared chamber into two isolated from each other part -. the upper and lower sheet is exposed in the air flow in an open system at constant illumination (50-500 W / m 2 ) provided for by the experiment, temperature (10-40 о С) and air flow through each half of the chamber (20-30 l / h), as well as at a constant air composition at the inlets: СО content 2 - 0.01-0.1%; O 2 - 21%; N 2 (nitrogen) - 78% and relative humidity of 10-80%. At the same time, using gas analyzers and a computer that performs the necessary calculations according to the corresponding program, the concentrations of Н 2 О-pair (А о1 and А n1 ) and СО 2 (С о1 and С n1 ), transpiration rates (Е о1 and Е n1 ) are continuously recorded. and CO 2 assimilation (F o1 and F n1 ), as well as their total velocities (E = E o1 + E n1 and F = F o1 + F n1 ). Exposure is carried out until a steady state process is established, which is judged by the constancy in time of gas exchange rates and the concentration of H 2 O-vapor and CO 2 in the upper and lower parts of the chamber.

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.After the gas exchange rates and H 2 O-vapor and CO 2 concentrations corresponding to the stationary regime have been established and registered, using one of the gas mixing plants, the H 2 O-vapor and CO 2 concentrations are randomly changed - by 20-25% of the initial values in the air above one of the sides of the sheet, and the total CO 2 transpiration and assimilation rates that have changed in this case lead to the initial values by increasing or decreasing, with the help of a second gas mixing plant, the concentrations of Н 2 О-vapor and СО 2 in air above the second side of the sheet. Upon reaching the level of uncompensation set in advance and entered into the computer program for the initial total rates of CO 2 transpiration and assimilation - 1-2% of the initial values - the computer fixes the second gas exchange rates and H 2 O-vapor and CO 2 concentrations for each side of the sheet, calculates the desired kinetic parameters and registers their values.

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.It should be emphasized that the proposed method and the open gasometric installation that implements it allow you to change the concentration of H 2 O-steam and CO 2 above the surface of the sheet) and, therefore, to determine the indicated kinetic parameters) without the use of gas mixing plants, namely by changing the air flow over the surface of the sheet . To implement the proposed method in this embodiment, over one side of the sheet, the air flow rate is changed arbitrarily, but so that the concentrations of H 2 O-vapor and CO 2 in the air change by 15-20% from the initial values, and the air flow rate is changed over the second side of the sheet in the opposite direction until the initial values of the total gas exchange rates are reached. This version of the method, like the first (main), requires stability of the concentrations of H 2 O-vapor and CO 2 in the air at the inlet of the chamber; therefore, it is applicable only in the field, where these concentrations change slowly (in comparison with the measurement time — 2-3 min) and where gas-mixing plants are not applicable because of their complexity and large dimensions.

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.Using the invention will allow:
1) to solve a number of new problems in studies of the kinetics of photosynthesis and transpiration of higher plants, in particular in the study of the mechanism of drought tolerance and, consequently, crop productivity;
2) in the presence of normative gasometric systems - they are already being produced in the USA and England - to increase the accuracy of research results in the ecological physiology of plants;
3) conduct experimental studies regardless of the presence of expensive helium.

Первый, основной вариант предлагаемого способа реализован в Институте почвоведения и фотосинтеза АН СССР. The first, main version of the proposed method was implemented at the Institute of Soil Science and Photosynthesis of the USSR Academy of Sciences.

Claims (1)

1. 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=
Figure 00000011
;
Ain=
Figure 00000012
;
Rao=
Figure 00000013
;
Ran=
Figure 00000014
;
Cio=
Figure 00000015
;
Cin=
Figure 00000016
;
Rco=
Figure 00000017
;
Rcn=
Figure 00000018
,
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.1. METHOD FOR DETERMINING THE H 2 O - AND CO 2 - GAS EXCHANGE PARAMETERS OF PLANTS OF PLANTS by measuring the velocities of their diffusion fluxes at two concentrations, respectively, of H 2 O-vapor and CO 2 in air above the sheet, characterized in that, in order to simultaneously and differentially determining the parameters of H 2 O and CO 2 gas exchange of the upper and lower sides of amphistomatic leaves, measure the transpiration and assimilation rates of CO 2 at the upper and lower sides of amphistomatic leaves in a stationary mode at controlled concentrations of H 2 O-vapor and CO 2 in water zduhe over both sides of the sheet, and then on one of the sides of the sheet change arbitrarily a concentration of H 2 O-vapor and CO 2, and changing the total rate of transpiration and assimilation of CO 2 to compensate to their initial values by increasing or decreasing concentrations, respectively, H 2 O-vapor and CO 2 in the air above the other side of the sheet and measure the second values of the transpiration and assimilation rates of CO 2 of the upper and lower sides of the sheet and the corresponding concentrations of H 2 O-vapor and CO 2 in the air above both sides, and the parameters are calculated by the formulas
A io =
Figure 00000011
;
A in =
Figure 00000012
;
R ao =
Figure 00000013
;
R an =
Figure 00000014
;
C io =
Figure 00000015
;
C in =
Figure 00000016
;
R co =
Figure 00000017
;
R cn =
Figure 00000018
,
where the symbol "o" indicates the ratio of the corresponding parameter to the upper side of the sheet, and "n" to the lower side;
A i0 , A in , C i0 , and C in are the concentrations above the surface of the liquid phase inside the sheet of H 2 O-pair (A) and CO 2 (C), respectively;
R ao , R an , R co and R cn are diffusion resistance to the flows of H 2 O-vapor and CO 2 in the gas phase of the sheet;
A 01 , A n1 , C 01 and C n1 are the initial concentrations of H 2 O-vapor and CO 2 in the air above the sheet;
A 02 , A n2 , C 02 and C n2 are the concentrations of H 2 O-vapor and CO 2 in the air above the sheet, established after compensation;
E 01 , E n1 , F 01 and F n1 are the initial rates of transpiration and assimilation of CO 2 ;
E 02 , N n2 , F 02 and F n2 are the transpiration and assimilation rates of CO 2 established after compensation;
2. The method according to p. 1, characterized in that, in order to simultaneously and differentially determine the kinetic parameters of H 2 O- and CO 2 - gas exchange of plant leaves in the field, the concentration of H 2 O-vapor and CO 2 in the air above the sheet in open gasometric system is changed by varying the air flow through the sheet chamber.
SU4929302 1991-04-19 1991-04-19 Method for assessment of h2o and co2 parameters of gas exchange of plant leaves RU2012193C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4929302 RU2012193C1 (en) 1991-04-19 1991-04-19 Method for assessment of h2o and co2 parameters of gas exchange of plant leaves

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4929302 RU2012193C1 (en) 1991-04-19 1991-04-19 Method for assessment of h2o and co2 parameters of gas exchange of plant leaves

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2012193C1 true RU2012193C1 (en) 1994-05-15

Family

ID=21570769

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4929302 RU2012193C1 (en) 1991-04-19 1991-04-19 Method for assessment of h2o and co2 parameters of gas exchange of plant leaves

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2012193C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210318284A1 (en) * 2016-11-17 2021-10-14 Li-Cor, Inc. Rapid response curves and survey measurements
CN114814104A (en) * 2022-04-28 2022-07-29 湖南杂交水稻研究中心 Device for inducing photosynthesis of single-sided leaves

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210318284A1 (en) * 2016-11-17 2021-10-14 Li-Cor, Inc. Rapid response curves and survey measurements
CN114814104A (en) * 2022-04-28 2022-07-29 湖南杂交水稻研究中心 Device for inducing photosynthesis of single-sided leaves
WO2023208030A1 (en) * 2022-04-28 2023-11-02 湖南杂交水稻研究中心 Apparatus for inducing single-side leaf photosynthesis
CN114814104B (en) * 2022-04-28 2024-07-19 湖南杂交水稻研究中心 Inducing single-sided leaf photosynthesis device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Leuning et al. Effects of heat and water vapor transport on eddy covariance measurement of CO2 fluxes
Cal et al. Removal of VOCs from humidified gas streams using activated carbon cloth
Kafesjian et al. Liquid flow and gas phase mass transfer in wetted‐wall towers
Bernstein et al. Measurement of evaporative water loss in small animals by dew-point hygrometry
Landsberg et al. A technique for determining resistance to mass transfer through the boundary layers of plants with complex structure
Botrel et al. Assimilation and nitrification in pelagic waters: Insights using dual nitrate stable isotopes (δ 15 N, δ 18 O) in a shallow lake
RU2012193C1 (en) Method for assessment of h2o and co2 parameters of gas exchange of plant leaves
Gibson et al. Convection/diffusion test method for porous textiles
US4226114A (en) Method and apparatus for analysis of substances by change in enthalpy during dissolution
Spruit Measurement of the water vapor loss from human skin by a thermal conductivity cell.
Stigter et al. Leaf diffusion resistance to water vapour and its direct measurement: Design, calibration and pertinent theory of an improved leaf diffusion resistance meter
Saltzman Basic theory of gas indicator tube calibration
Wex et al. Deliquescence and hygroscopic growth of succinic acid particles measured with LACIS
Nelson Jr Diffusion of bound water in wood: Part 2: A model for isothermal diffusion
Maxwell et al. Mercury vapour transfer studies—I
Lake et al. Respiration of Leaves During Photosynthesis III. Respiration Rate and Mesophyll Resistance in Turgid Cotton Leaves, with Stomatal Control Eliminated
Noble-Nesbitt et al. Water and carbon dioxide loss from the cockroach Periplaneta americana (L.) measured using radioactive isotopes
Ewing et al. Testing and data analysis of diffused aeration equipment
Stigter et al. Multi-point temperature measuring equipment for crop environment, with some results on horizontal homogeneity in a maize crop. 1. Field results.
SU648887A1 (en) Method of determining diffusion resistance to flow of substance
Howell et al. A novel instrument for the direct measurement of moisture permeation
Huang A device for characterizing water vapor permeability of polymer membranes
RU2008704C1 (en) Device for hygrometer testing and calibrating
RU2464595C2 (en) Apparatus for graduating and calibrating indicators of pre-explosive vapour concentrations of multicomponent liquids in air in working area
Kenworthy et al. Determining activity coefficients by gas chromatography: A physical chemistry experiment