UA100642C2 - Спосіб визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листях рослин (кривої каутського) - Google Patents
Спосіб визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листях рослин (кривої каутського) Download PDFInfo
- Publication number
- UA100642C2 UA100642C2 UAA201115063A UAA201115063A UA100642C2 UA 100642 C2 UA100642 C2 UA 100642C2 UA A201115063 A UAA201115063 A UA A201115063A UA A201115063 A UAA201115063 A UA A201115063A UA 100642 C2 UA100642 C2 UA 100642C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- plant
- chlorophyll
- curve
- leaf
- plant leaf
- Prior art date
Links
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 title claims abstract description 124
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 title claims abstract description 73
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 title claims abstract description 72
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 title claims abstract description 72
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 45
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 43
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 7
- 210000003763 chloroplast Anatomy 0.000 claims abstract description 7
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000012800 visualization Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 241000894007 species Species 0.000 claims description 7
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 claims description 6
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 claims description 6
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 claims description 6
- 241000283715 Damaliscus lunatus Species 0.000 claims description 4
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 claims description 4
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 claims description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 4
- 241000218657 Picea Species 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 2
- HKSZLNNOFSGOKW-HMWZOHBLSA-N staurosporine Chemical compound C12=C3N4C5=CC=CC=C5C3=C3CNC(=O)C3=C2C2=CC=CC=C2N1[C@@H]1C[C@H](NC)[C@H](OC)[C@@]4(C)O1 HKSZLNNOFSGOKW-HMWZOHBLSA-N 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 241001556567 Acanthamoeba polyphaga mimivirus Species 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000218642 Abies Species 0.000 description 1
- 241000283153 Cetacea Species 0.000 description 1
- UPYKUZBSLRQECL-UKMVMLAPSA-N Lycopene Natural products CC(=C/C=C/C=C(C)/C=C/C=C(C)/C=C/C1C(=C)CCCC1(C)C)C=CC=C(/C)C=CC2C(=C)CCCC2(C)C UPYKUZBSLRQECL-UKMVMLAPSA-N 0.000 description 1
- 108010060806 Photosystem II Protein Complex Proteins 0.000 description 1
- 150000001746 carotenes Chemical class 0.000 description 1
- 235000005473 carotenes Nutrition 0.000 description 1
- 229930002868 chlorophyll a Natural products 0.000 description 1
- 229930002869 chlorophyll b Natural products 0.000 description 1
- NSMUHPMZFPKNMZ-VBYMZDBQSA-M chlorophyll b Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C=O)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 NSMUHPMZFPKNMZ-VBYMZDBQSA-M 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 230000027721 electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- NCYCYZXNIZJOKI-UHFFFAOYSA-N vitamin A aldehyde Natural products O=CC=C(C)C=CC=C(C)C=CC1=C(C)CCCC1(C)C NCYCYZXNIZJOKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Винахід належить до галузі вимірювальної техніки і може бути використаний при створенні високоточних вимірювачів параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листях рослин. Спосіб визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листях рослин (кривої Каутського) передбачає витримування листка рослини у темряві протягом апріорі визначеного інтервалу часу для листка того чи іншого виду рослини, формування ультрафіолетового потоку оптичного випромінювання заданої інтенсивності (потужності), довжини хвилі, ширини спектральної смуги перепускання та нерівномірності спектральної характеристики, освітлювання листка рослини сформованим ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання протягом заданого інтервалу часу, індукування флуоресценції хлорофілу у листку рослини, виділення потоку оптичного випромінювання (флюоресценції) у заданому діапазоні довжин хвиль, підсилення його інтенсивності (потужності) і перетворення у змінну за часом напругу, підсилення її, перетворення миттєвих значень отриманої напруги у коди чисел вибірок, запам'ятовування їх значень з наступною обробкою кодів чисел вибірок, в тому числі й статистичною, визначення характерних точок кривої Каутського та параметрів цієї кривої за відомими рівняннями вимірювань з наступною візуалізацією отриманих даних разом з кривої Каутського. При цьому до освітлювання листка рослини ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання, з наперед заданою швидкістю і протягом заданого Інтервалу часу, який не перевищує час тримання листка рослини у темряві, змінюють температуру листка рослини до апріорі заданого оптимального значення Т, що зал
Description
спектральної смуги перепускання та нерівномірності спектральної характеристики, освітлювання листка рослини сформованим ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання протягом заданого інтервалу часу, індукування флуоресценції хлорофілу у листку рослини, виділення потоку оптичного випромінювання (флюоресценції) у заданому діапазоні довжин хвиль, підсилення його інтенсивності (потужності) і перетворення у змінну за часом напругу, підсилення Її, перетворення миттєвих значень отриманої напруги у коди чисел вибірок, запам'ятовування їх значень з наступною обробкою кодів чисел вибірок, в тому числі й статистичною, визначення характерних точок кривої Каутського та параметрів цієї кривої за відомими рівняннями вимірювань з наступною візуалізацією отриманих даних разом з кривої
Каутського. При цьому до освітлювання листка рослини ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання, з наперед заданою швидкістю і протягом заданого Інтервалу часу, який не перевищує час тримання листка рослини у темряві, змінюють температуру листка рослини до апріорі заданого оптимального значення Топі, що залежить від сорту та виду рослини і знаходиться у встановлених межах її, стабілізують встановлене оптимальне значення температури Тоті, при якій має місце мінімальна чутливість явища фотосинтезу хлорофілу до зміни температури хлоропластів листка рослини і яке не перевищує нижню допустиму границю порогу виникнення термоіндукції, при цьому температуру стабілізують з похибкою Лі, що не перевищує ж0,1 "С, витримують встановлене значення температури протягом часу визначення явища фотосинтезу хлорофілу у листку рослини. : ші ! ч 2,5 хі Б ! і Ж щ- Ею
Е Є ІЗ Жжжжх та не | В Й Ї що
Н , М ї У
Ще а: й за,
І то 2, м й : . тляяжжуяеюеттятючивні піт Ееі Бе пек Ват й в | ї 04 /й ех ! и кити ія поті пит зн пін танін зай
Ку 5 0 45 Та 50 55 ба 55 7а
Загальний вигляд кривої терноіндукції флуоресценції хлорофілу
Фіг.4
Винахід належить до галузі вимірювальної техніки і може бути використаний при створенні засобів вимірювання параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин різних видів.
Відомий спосіб визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин (кривої Каутського) (див. наприклад, И.Б. Полякова. Общая биология. пер://Біо. 15еріетрбег.ги/2002/34/5.піт. Фотосинтез и его регуляция), оснований на витримуванні листка рослини у темряві протягом апріорі визначеного інтервалу часу для листка того чи іншого виду рослини, формуванні ультрафіолетового потоку оптичного випромінювання заданої інтенсивності (потужності), довжини хвилі, ширини спектральної смуги перепускання та нерівномірності спектральної характеристики, освітлюванні листка рослини сформованим ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання протягом заданого інтервалу часу, індукуванні флуоресценції хлорофілу у листку рослини, виділенні потоку оптичного випромінювання (флюоресценції) у новому діапазоні довжин хвиль, підсиленні його інтенсивності (потужності) і перетворенні у змінну за часом напругу, підсиленні її, перетворенні миттєвих значень отриманої напруги у коди чисел вибірок, запам'ятовуванні їх значень з наступною, обробкою кодів чисел вибірок, в тому числі й статистичною, визначенні характерних точок кривої Каутського та параметрів цієї кривої за відомими рівняннями вимірювань з наступною візуалізацією отриманих даних разом з кривої Каутського.
Відомому способу притаманна недостатня точність вимірювання параметрів явища фотосинтезу хлорофілу (кривої Каутського) у листі рослин. Це обумовлено впливом температури на процес фотосинтезу і, як правило, зменшення його інтенсивності при підвищенні температури.
Підвищення температури приводить до появи термоіндукції хлорофілу при певних значеннях температури. Відомий спосіб не призначений для визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин при апріорі заданих значеннях температур для листків рослин того чи іншого типів і тому має невисоку точність визначення цих параметрів.
Відомий спосіб визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин (кривої Каутського) (див., наприклад, Н.В. Байрак, В.А. Зуза, Я.А. Погромская. Применение метода индукции флуоресценции хлорофилла для изучения неоднородности системьї фотосинтеза растений. пПЕр:/Лимлм.прим.дом.ча/рогіа/паштаіл/кппи/Віоі/2008 814/раг181.ра),
Зо оснований на витримуванні листка рослини у темряві протягом апріорі визначеного інтервалу часу для листка того чи іншого виду рослини, формуванні ультрафіолетового потоку оптичного випромінювання заданої інтенсивності (потужності), довжини хвилі, ширини спектральної смуги перепускання та нерівномірності спектральної характеристики, освітлюванні листка рослини сформованим ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання протягом заданого інтервалу часу, індукуванні флуоресценції хлорофілу у листку рослини, виділенні потоку оптичного випромінювання (флюоресценції) у новому діапазоні довжин хвиль, підсиленні його інтенсивності (потужності) і перетворенні у змінну за часом напругу, підсиленні її, перетворенні миттєвих значень отриманої напруги у коди чисел вибірок, запам'ятовуванні їх значень з наступною, обробкою кодів чисел вибірок, в тому числі й статистичною, визначенні характерних точок кривої Каутського та параметрів цієї кривої за відомими рівняннями вимірювань з наступною візуалізацією отриманих даних разом з кривої Каутського.
Відомому способу притаманна недостатня точність визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу (кривої Каутського) у листках рослин. Це обумовлено тим, що температура оточуючого середовища впливає на процес фотосинтезу і, як правило, приводить до зменшення його інтенсивності при підвищенні температури.
Відомий спосіб визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листі рослин (кривої
Каутського) (див., наприклад, О.В. Ковирьова. Моделі фотосинтезу та комп'ютерна оцінка стану рослин. / Комп'ютерні засоби, мережі та системи. - Київ, ІК НАНУ. - Мо 9, 2010. - с. 78, 79), оснований на витримуванні листка рослини у темряві протягом апріорі визначеного інтервалу часу для листка того чи іншого виду рослини, формуванні ультрафіолетового потоку оптичного випромінювання заданої довжини хвилі, ширини спектральної смуги перепускання, нерівномірності спектральної характеристики та потужності, освітлюванні листка рослини сформованим ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання протягом заданого інтервалу часу, індукуванні флуоресценції хлорофілу у листку рослини, виділенні потоку оптичного випромінювання (флюоресценції) у новому діапазоні довжин хвиль, підсиленні його і перетворенні у змінну за часом напругу, підсиленні її, перетворенні миттєвих значень отриманої напруги у коди чисел вибірок, запам'ятовуванні їх значень з наступною, обробкою кодів чисел вибірок, в тому числі й статистичною, визначенні характерних точок кривої Каутського та параметрів цієї кривої за відомими рівняннями вимірювань з наступною візуалізацією отриманих бо даних разом з кривої Каутського.
Відомому способу притаманна недостатня точність визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин. Це обумовлено впливом температури на процес фотосинтезу і, як правило, зменшення його інтенсивності при підвищенні температури.
Відомо див. Корнеєв Д.Ю. Информационнье возможности метода индукции флуоресценции хлорофилла. - Киев, Альтерпрес.-2002.-190 с.|, що існують три основних шляхів реалізації енергії квантів світла поглинених молекулами хлорофілу - фотохімічні реакції, теплова дисипація і флуоресценція. Усі три процеси є конкурентними, внаслідок чого зміна ефективності одного з них веде до протилежно направленої зміни двох інших. Тому інтенсивність флуоресценції чутлива до змін інтенсивності фотохімічних процесів та теплової дисипації.
Підвищення температури призводить до появи термоіндукції хлорофілу при певних значеннях температури. Відомий спосіб не забезпечує вимірювання параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин при апріорі заданих значень температур для листів рослин того чи іншого типів і тому має невисоку точність визначення цих параметрів.
Поставлена технічна задача створити такий спосіб визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листі рослин (кривої Каутського), який би забезпечив незалежність результатів вимірювання від температури листка рослини, що призводить до появи термоіндукції хлорофілу при певних значеннях температури і до підвищення точності.
Вирішення поставленої задачі досягається тим, що спосіб визначення явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин (кривої Каутського), заснований на витримуванні листка рослини у темряві протягом апріорі визначеного інтервалу часу для листка того чи іншого виду рослини, формуванні ультрафіолетового потоку оптичного випромінювання заданої інтенсивності (потужності), довжини хвилі, ширини спектральної смуги перепускання та нерівномірності спектральної характеристики, освітлюванні листка рослини сформованим ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання протягом заданого інтервалу часу, індукуванні флуоресценції хлорофілу у листку рослини, виділенні потоку оптичного випромінювання (флюоресценції) у новому діапазоні довжин хвиль, підсиленні його інтенсивності (потужності) і перетворенні у змінну за часом напругу, підсиленні її, перетворенні миттєвих значень отриманої напруги у коди чисел вибірок, запам'ятовуванні їх значень з наступною, обробкою кодів чисел
Зо вибірок, в тому числі й статистичною, визначенні характерних точок кривої Каутського та параметрів цієї кривої за відомими рівняннями вимірювань з наступною візуалізацією отриманих даних разом з кривої Каутського. Від відомих спосіб відрізняється тим, що, до освітлювання листка рослини ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання, з наперед заданою швидкістю і протягом заданого інтервалу часу, який не перевищує час тримання листка рослини у темряві, змінюють температуру листка рослини до апріорі заданого оптимального значення
Топі, що залежить від сорту та виду рослини і знаходиться у встановлених межах лі, стабілізують встановлене оптимальне значення температури Топі, при якій має місце мінімальна чутливість явища фотосинтезу хлорофілу до зміни температури хлоропластів листка рослини і яке не перевищує нижню допустиму границю порогу виникнення термоіндукції, причому температуру стабілізують з похибкою Лю що не перевищує 50,1 "С, витримують встановлене значення температури протягом часу визначення явища фотосинтезу хлорофілу у листку рослини.
На Фіг. 1 наведений графік (кривої Каутського), що відображає явище (процес) фотосинтезу хлорофілу у часі після дії потоку ультрафіолетового випромінювання; на Фіг. 2 наведені криві термоіндукції флуоресценції хлорофілу для листків боба на різних стадіях розвитку; на Фіг. З наведені криві термоіндукції флуоресценції хлорофілу зрілих листків сосни та ялини в різні сезони року; на Фіг. 4 наведено загальний вид кривої термоіндукції флуоресценції хлорофілу; на
Фіг. 5 наведена функціональна схема пристрою для визначення явища фотосинтезу хлорофілу у листі рослин (кривої Каутського), де 1 - термостат, 2 - нагрівний елемент; З - об'єкт дослідження (листок рослини); 4 - сенсор температури; 5 - оптичний фільтр; б - джерело ультрафіолетового оптичного випромінювання; 7 - фотоприймач; 8 - вимірювач на сигнальному процесорі.
Слід зазначити, що само явище флуоресценції характеризується зміною у часі процесу флуоресценції хлорофілу, який виникає після попереднього опромінення листка рослини протягом заданого інтервалу часу потоком ультрафіолетового оптичного випромінювання заданої довжини хвилі.
Сам перехідний процес при флуоресценції зв'язаний зі зміною її інтенсивності за час опромінювання адаптованих до темряві листків рослин, називається ефектом Каутського (КашКку). Відомо, що процес фотосинтезу хлорофілу у часі відображається кривою Каутського бо (див. Фіг. 1).
Суть запропонованого способу полягає у наступному.
Відомо, що процес фотосинтезу характеризується зміною у часі інтенсивності флуоресценції хлорофілу і залежіть від багатьох факторів: від потужності потоку оптичного випромінювання Фо, що освітлює листя; від довжини хвилі бо, на якій має місце максимальне поглинання енергії світла; від часу АТо, протягом якого листя знаходяться у темряві; від часу дії потоку оптичного випромінювання АТ; від температури їс навколишнього середовища (та листка); від вологості
М/с середовища; від атмосферного тиску Ре, від інтервалу часу вимірювання АТг тощо, тобто описується функцією часу Фх(ї, Фо, Оо, АТо, АТ, АТ», іс, Ме, Ре, ...) з багатьма змінними (Фіг. 1).
Як було сказано вище, інтенсивність флуоресценції чутлива до змін інтенсивності фотохімічних процесів та теплової дисипації (див. Корнеев Д.Ю. Информационнье возможности метода индукции флуоресценции хлорофилла. - Киев, Альтерпребс.-2002.-190 с.|.
Графік зміни флуоресценції від моменту початку освітлювання до досягнення стаціонарного рівня (Фіг. 1) несе інформацію про стан фотосинтезуючого апарата листа рослини.
Зміни О-І-0-Р називають першою хвилею, або швидкою індукцією флуоресценції. Вона протікає за 1-3 с в залежності від інтенсивності світла та інших факторів і спостерігається як у живих об'єктах, так й в ізольованих хлоропластах. Більш повільні зміни Р-5-М-Т відомі як друга хвиля, або повільна індукція флуоресценції (Фіг. 1). Ці зміни протікають за час від декілька десятків секунд до декілька хвилин в залежності від об'єкта та умов експерименту.
У початковий момент часу всі канали фотосинтетичного переносу електронів відкриті й максимум енергії збудження електронів йде на фотосинтетичний процес. У цей період флуоресценція хлорофілу мінімальна і її інтенсивність на кривій Каутського позначають буквою
Е з індексом "0", тобто Ео.
Перехід Е:-Бо пов'язаний зі зменшенням транспорту електронів. Він характеризує період теплової адаптації листка. При малому значенні періоду адаптації перехід має більшу крутизну, а при великих значеннях він більш повільний (див. Фіг. 1 та криві 1-4 на Фіг. 2 (для листків боба на різних стадіях розвитку) і Фіг. З (для зрілих листків сосни та ялини в різні сезони року)). Фіг. 2 і
З взяті за результатами досліджень |див. Раме! Розрівії, дії ЗКоїпіса, Удап Майв. І ом апа підп
Іетрегаїште дерепдепсе ої тіпітит Ро апа тахітит Ет сПіогорпНуї! Пиогезсепсе іп мімі // ВВА-
Віоепегоеїйсв5, 1998. М. 1363, Маг, Р. 95-99).
Зо Всю ділянку Б/--Гр називають швидкою фазою флуоресценції. Повільна фаза індукції флуоресценції хлорофілу являє собою всі індукційні переходи після досягнення максимального значення (піку) Р.
Співвідношення (Рр-Е»)/Е»х (див. Фіг. 1) називають індексом життєздатності рослини, де РЕь - максимальний рівень флуоресценції, а Ех - стаціонарний рівень.
Встановлено, що підвищення температури навколишнього середовища щодо оптимальної для даного виду рослин призводить до зменшення різниці Ем-Ер-Бо. Причиною є зниження активності електронно-транспортного ланцюжка або світлової стадії фотосинтезу. При підвищенні температури до рівня руйнування (45 "С...507С) помітно зростає рівень інтенсивності Ро (див. Фіг. 2 і Фіг. 3). У селекційному процесі за цими показниками швидко відбирали сорти рослин, які стійки до впливів високих температур.
Зниження температури навколишнього середовища до оптимальної для даного виду рослини також приводить до зменшення величини Ем-Рр-Ро, причиною чого є пригнічення фотохімічної активності фотосистеми Ії. Зростає відношення (Бі-Ео)/Еу. За цими ознаками можна відбирати холодостійкі рослини.
Водний дефіцит приводить до зменшення різниці Рр-бюо пропорційно зменшенню водного потенціалу листка. За цим показником можна відбирати за сухостійкі екземпляри рослин.
Одна з проблем способу порівняння параметрів кривої Каутського для рослин як одного, так й різного виду, полягає в тому, що зазначені вище інтервали часу можуть суттєво розрізнятися для різних видів рослин і також для різних листків однієї рослини, які мають різний вік чи адаптувалися до різних умов освітлення (наприклад, ростуть біля корнів чи на кроні, на старих вітках чи на молодих паростках, добре освітлені чи весь час затемнені).
У міру підсилення дії стресового фактора показники явища флуоресценції, такі як "індекс життєздатності", а також інтенсивність фотосинтезу, як правило, знижуються.
Можливість оцінки стану рослин за зміною форми кривої Каутського підтверджена експериментально. Обмеження, що мають місце, обумовлені тим, що на сьогодні відсутні зразки кривої Каутського для різного виду рослин при нормальних умовах їх існування та для різного віку. Тобто відсутня "міра" з якою можливо порівнювати криві Каутського при інших умовах існування рослин.
Запропонований спосіб визначення явища фотосинтезу хлорофілу у листі рослин (кривої
Каутського) заснований на витримуванні листка рослини у темряві протягом апріорі визначеного інтервалу часу.
При цьому інтервали часу встановлюють однаковими для листків конкретного виду рослини.
Для рослин різного виду вони відрізняються між собою.
Для визначення явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин формують ультрафіолетовий потік оптичного випромінювання заданої довжини хвилі Оо, заданої ширини спектральної смуги перепускання 2400, нерівномірності спектральної характеристики АФХ(О) та потужності Фо.
Після витримування листка рослини у темряві протягом апріорі визначеного інтервалу часу освітлюють листок рослини сформованим ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання протягом заданого інтервалу часу АТі. В результаті здійснюється індукування (збудження) флуоресценції хлорофілу у листку рослини, але на довжині хвилі ОхжАОюї, що відмінна від довжини хвилі СОожлюОо ультрафіолетового потоку оптичного випромінювання.
Флуоресценція хлорофілу описується функцією часу Фх(ї, Фо-сопв5і, Ох-сопві, АТохсопві,
АТІісоОпвбі, АТ», Їс, ММс, Ре, ...) з меншою кількістю змінних.
Виділяють потік індукованого (збудженого) оптичного випромінювання (флюоресценцію) у заданому діапазоні довжин хвиль ОхеАОої. Отриманий потік оптичного випромінювання підсилюють і перетворюють у змінну за часом напругу, яку також підсилюють. В результаті отримують напругу их()-Зл(Фх)--Аи.
Миттєві значення отриманої напруги их(ї) перетворюють у коди чисел і-х вибірок Мхі-Зацш(й).
Запам'ятовують значення вибірок Мхі протягом заданого інтервалу часу АТ2»АТІ: та здійснюють обробку кодів чисел вибірок, в тому числі й статистичну за відомими рівняннями вимірювань.
Визначають характерні точки кривої Каутського. За характерними точками визначають параметри кривої Каутського за відомими рівняннями вимірювань і разом з кривої Каутського візуалізують на екрані графічно-дифрового дисплею. Флуоресценція хлорофілу у листку рослини, вже опишеться функцією часу Фх(іЇ, Фо-сопвї, Ох-соп5ії, АТГо-сопв5ї, АТ-соПпві,
АТг-сопві, їс, МУс, Ре, ...) з обмеженою кількістю змінних параметрів. При цьому бажано додатково з вимірюванням параметрів кривої Каутського вимірювати ще температуру, вологість
Зо і атмосферний тиск. Тоді можливо коректне порівняння кривих різного виду рослин. У переносних вимірювачах, які обмежені габаритами та вагою, вимірювання вологості та атмосферного тиску є проблематичною задачею. Легше всього визначити температуру.
Значення вологості та атмосферного тиску можуть бути одержаними, наприклад, від метеорологічних станцій через лінії зв'язку (супутникової чи телефонної).
З метою підвищення достовірності даних про параметри кривої Каутського і, як наслідок, підвищення точності вимірювання, нами запропонований спосіб визначення явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин (кривої Каутського), від відомих відрізняється наступним.
До освітлювання листка рослини ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання, з наперед заданою швидкістю (від 0,02 "С/с до 2 "С/с) і протягом заданого інтервалу часу
АТи«АТо, який не перевищує час АТо тримання листка рослини у темряві, змінюють температуру листка рослини до апріорі заданого оптимального значення Тоті. Останнє залежить від сорту та виду рослини і знаходиться у встановлених межах ЛІ-35 "Сж5 "С (див. Фіг. 4).
На Фіг. 4 наведені результати досліджень кривої термоіндукції флуоресценції хлорофілу для двох випадків (див. Гаевский Н.А., Сорокина Г.А., Гольд В.М., Ладьгин В.Г., Гехман А.В.,
Изучение природьї термоиндуцированньїх изменений флуоресценции хлорофилла с использованием мутантов Спіатідотопах Кеїппагаїї // Физиология растений, 1985. Т. 32, Мо 4,
С. 678-680; Гаевский Н.А., Ладьсгин В.Г., Гольд В.М. Новье даннье о природе вьсокотемпературного подьема флуоресценции хлорофилла // Физиология растений, 1989. Т. 36, С. 374-277; Рамеї Розрівії, Лі ЗКоїпіса, УЧап Мав. І ому апа підй їетрегаїшге дерепаєпсе ої тіпітит Ро апа тахітит Ет сПіогорпНуї! Пногезсепсе іп мімі // ВВА-Віоєпегадеїйс5, 1998. М. 1363, мг, Р. 95-99|: 1) при збудженні листка рослини світлом з Хтах-390 нм (поглинання хлорофілом а); 2) при збудження листка рослини світлом з лтах-490 нм (поглинання хлорофілом в та каротином). Діапазон температур обмежений прямими АС і ВО при 11-30 "С і при 2-40 "с.
При цьому діапазоні температур швидкість зміни інтенсивності флуоресценції при зміні температури на АІ-10 "С є найменшою і складає менше ніж 0,042 од./"С (див. Фіг. 2, Фіг. З, Фіг. 4).
Згідно з запропонованим способом, стабілізують встановлене оптимальне значення температури, наприклад, Іопі-З0 "С (для і-ї рослини), при якій має місце мінімальна чутливість явища фотосинтезу хлорофілу до зміни температури хлоропластів листка рослини і яка не перевищує допустиму границю 12-40 порогу виникнення термоіндукції. При цьому температуру стабілізують з похибкою ль що не перевищує Лі-20,1"С, тобто має місце температура Іопі-30 "Сж0,1 76.
Витримують встановлене оптимальне значення температури Іопіжл: протягом часу АТег визначення явища фотосинтезу хлорофілу у листку рослини.
При цьому визначення явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин (кривої Каутського) проводять аналогічно відомому способу (описаному вище). Визначають параметри характерних точок кривої Каутського та швидкості зміни її інформативних ділянок за відомими рівняннями вимірювань. Отримані значення разом з кривої Каутського візуалізують на екрані графічно- цифрового дисплею. Флуоресценція хлорофілу у листку рослини вже опишеться функцією Фхії,
Фо-сопві, Ох-сопві, А Го-сопві, АТ -сопві, АТ2-сопві, Їс-соп5і, МУс, Ре, ...), яка залежить тільки від вологості та атмосферного тиску, тобто має обмежену кількість змінних і невідомих параметрів.
Значення вологості та атмосферного тиску можуть бути одержаними від метеорологічних станцій через лінії зв'язку (супутникової чи телефонної).
Пояснимо суть запропонованого способу визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин (кривої Каутського) на прикладі роботи пристрою для визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин.
В термостат 1, що має дві кришки, встановлюють нагрівний елемент 2, об'єкт дослідження (листок рослини) 3, сенсор температури 4, оптичний фільтр 5, джерело ультрафіолетового потоку оптичного випромінювання 6 та фотоприймач 7 оптичного випромінювання розташовані певним чином. Закривають кришки термостату. У початковий момент часу об'єкт дослідження (листок рослини) знаходиться у темряві. За командою з сигнального процесору вимірювача 8 на нагрівний елемент 2 надходить за заданим законом, напруга, при якій температура в термостаті змінюється по наперед заданому закону протягом інтервалу часу АТе:АТо, який не перевищує час АТо тримання листка рослини у темряві. Причому нагрівання здійснюється з наперед заданою швидкістю - від 0,02 "С/с до 2 "С/с, в залежності від виду рослини та пори року (температури оточуючого середовища) за програмою, записаною у сигнальний процесор вимірювача 6.
Зо Контроль моменту часу виходу температури на задане оптимальне значення, наприклад,
Іопі-30 "С, здійснюється за допомогою сенсора температури 4. Сигнал від сенсора температури 4 надходить на один з аналогових входів вимірювача б. Цей сигнал використовують для вимірювання температури та її автоматичної стабілізації з похибкою Лі, що не перевищує
ДіежО,1 "С (опті-30 "СжО,1 "С), завдяки зворотному зв'язку.
На другий аналоговий вхід вимірювача 8 поступає вихідний сигнал з фотоприймача 7. У проміжок часу АТо можна вимірити тільки "темнову" напругу, тобто дрейф нуля вимірювального каналу.
Після закінчення проміжку часу АТо за допомогою джерела оптичного випромінювання 6 формують ультрафіолетовий потік оптичного випромінювання заданої інтенсивності (потужності) Фо, довжини хвилі сх, ширини спектральної смуги перепускання жлАоо:, нерівномірності спектральної характеристики. Його параметри встановлюються апріорі за командою з сигнального процесора пристрою 8.
Потім, за новою командою, здійснюється опромінення листка рослини ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання, сформованим джерелом 6 оптичного випромінювання.
Опромінення здійснюється протягом заданого інтервалу часу АТІ, при якому з'являється індукована флуоресценція хлорофілу у листку рослини.
За допомогою оптичного фільтру 5 виділяють потік оптичного випромінювання (флюоресценції) у заданому діапазоні довжин хвиль ОхеАОої. Отриманий потік оптичного випромінювання надходить на фотоприймач 7 і перетворюється у змінну за часом напругу.
Електричну напругу підсилюють у вимірювальному каналі вимірювача 8. В результаті отримують напругу их(|)-Зл(Фх) А.
Миттєві значення отриманої напруги их()) за допомогою вбудованого у сигнальний процесор вимірювача 8 аналого-дифрового перетворювача перетворюють у коди чисел і-ті вибірки
Мхі-бац(ї), де За - крутість аналого-дифрового перетворення. У оперативній пам'яті вимірювача 8 запам'ятовують значення вибірок Мхі протягом заданого інтервалу часу АТе»АТ| і здійснюють обробку кодів чисел вибірок, в тому числі й статистичну, визначають характеристичні точки кривої Каутського та значення параметрів цієї кривої за відомими рівняннями вимірювань.
Визначені параметри кривої Каутського разом з самою кривою візуалізують на екрані графічно-дифрового дисплея вимірювача 8. Флуоресценція хлорофілу у листку рослини, вже опишеться функцією часу Фх(Ї, Фо-сопвбі, Оо-сопві, А ТГо-сопві, АТі-сопві, А Т2-сопві, Їс-сОопвБі, МУс,
Ре, ...) з обмеженою кількістю змінних параметрів. При цьому бажано, додатково з вимірюванням параметрів кривої Каутського при заданій температурі, вимірювати ще вологість і атмосферний тиск. Тоді можливо досягнути найбільш точного вимірювання параметрів кривої
Каутського й коректного порівняння кривих різного виду рослин.
Таким чином, вирішена технічна задача створення такого способу визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин (кривої Каутського), який забезпечує незалежність результатів вимірювання від температури листка рослини і підвищення точності визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослин.
Claims (2)
- ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листі рослин (кривої Каутського) передбачає витримування листка рослини у темряві протягом апріорі визначеного інтервалу часу для листка того чи іншого виду рослини, формування ультрафіолетового потоку оптичного випромінювання заданої інтенсивності (потужності), довжини хвилі, ширини спектральної смуги перепускання та нерівномірності спектральної характеристики, освітлювання листка рослини сформованим ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання протягом заданого інтервалу часу, індукування флуоресценції хлорофілу у листку рослини, виділення потоку оптичного випромінювання (флюоресценції) у новому діапазоні довжин хвиль, підсилення його інтенсивності (потужності) і перетворення у змінну за часом напругу, підсилення (Її, перетворення миттєвих значень отриманої напруги у коди чисел вибірок, запам'ятовування їх значень з наступною, обробкою кодів чисел вибірок, в тому числі й статистичною, визначення характерних точок кривої Каутського та параметрів цієї кривої за відомими рівняннями вимірювань з наступною візуалізацією отриманих даних разом з кривої Каутського, який відрізняється тим, що до освітлювання листка рослини ультрафіолетовим потоком оптичного випромінювання, з наперед заданою швидкістю і протягом заданого інтервалу часу, який не перевищує час витримування листка рослини у темряві, змінюють температуру листка рослини до апріорі заданого оптимального значення Топі, що залежить від сорту та виду рослини і Зо знаходиться у встановлених межах лЛї, стабілізують встановлене оптимальне значення температури Тоті, при якій має місце мінімальна чутливість явища фотосинтезу хлорофілу до зміни температури хлоропластів листка рослини і яке не перевищує нижню допустиму границю порогу виникнення термоіндукції, причому температуру стабілізують з похибкою Лі, що не перевищує 50,1 "С, витримують встановлене значення температури протягом часу визначення явища фотосинтезу хлорофілу у листку рослини. Втен свв фнуареененой, ідо Їе» одДиНннць В Вч м и ни ня і ї и 7 а Ной яр | якшо т ї ів ЖІ во пт Же пишно о Е ї Що: щої о 1 Ів їй Графік (крива Каутського), що відображає процес фотосинтезу хлорофілу у часі після дії потоку ультрафіолетового випронінюванняФіг. (с;пев у в, ожн.вщ, ран аг р пор з зраду Пили 2 "Кк Х : хе 4 Х Й Е - Дроби за яЯ0й 350 60 7 8050 Тс Криві терноіндукції флуорисценції хлорофілу для пистків бобу на різних стадіях розвитку: 1 - початковий лист довжиною 5 ни; 2 - нолодий лис ток, бнм; З - зрілий, 34 мн; 4 - хлоропласти зрілих листків бобуФіг.
- 2 Я стсп»веж. М Ши НН 4 сн З Я і х ман Ша шен Шан Ї Ї Мк ж і « а ідкж ж Ох я Он г ме У: Ли ЧИ шо ит 30 40 50 60 70 80 90 тс Криві термоїндукції флуорисценції хлорофілу зрілих листків сосни та ялини в різні сезони року: 1 - сосна, січень; 2 - ялина, березень; 3 - сосна, серпень; 4 - сосна з теплиці, січеньФіг. 3 я з ; наве шо щей Ею і В й | шин ' В і т 4 и че 14 " 21.2 І й Махаижцихєючинектчєня пін Б) Бек оз Й; а р Вр виш нин ііі зов о нині жи Кк 35 49 45 Та 35 ре 65 7 Загальний вигляд кривої термоїндукції флуоресценції хлорофілу Ффіг.4 су ий г пута зооалава; й | Ку ще Структурна схена пристрою для винірювання паранетрів явища фотосинтезу хлорофілу у листках рослинФіг.5
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201115063A UA100642C2 (uk) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Спосіб визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листях рослин (кривої каутського) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201115063A UA100642C2 (uk) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Спосіб визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листях рослин (кривої каутського) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA100642C2 true UA100642C2 (uk) | 2013-01-10 |
Family
ID=51583930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201115063A UA100642C2 (uk) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Спосіб визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листях рослин (кривої каутського) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA100642C2 (uk) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2604302C2 (ru) * | 2014-09-23 | 2016-12-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Мичуринский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ) | Способ оценки функционального состояния растений in vitro без нарушения стерильности |
| CN113916851A (zh) * | 2021-09-26 | 2022-01-11 | 中国科学院植物研究所 | 一种基于叶绿素荧光信号的显微分选方法 |
-
2011
- 2011-12-19 UA UAA201115063A patent/UA100642C2/uk unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2604302C2 (ru) * | 2014-09-23 | 2016-12-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Мичуринский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ) | Способ оценки функционального состояния растений in vitro без нарушения стерильности |
| CN113916851A (zh) * | 2021-09-26 | 2022-01-11 | 中国科学院植物研究所 | 一种基于叶绿素荧光信号的显微分选方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cen et al. | Chlorophyll fluorescence imaging uncovers photosynthetic fingerprint of citrus Huanglongbing | |
| Bilger et al. | Determination of the quantum efficiency of photosystem II and of non-photochemical quenching of chlorophyll fluorescence in the field | |
| Ciganda et al. | Vertical profile and temporal variation of chlorophyll in maize canopy: Quantitative “crop vigor” indicator by means of reflectance‐based techniques | |
| JP4524473B2 (ja) | 植物の受ける水分ストレスの測定方法及び装置 | |
| JP6485850B2 (ja) | 植物の活力診断方法、並びにこれに用いられる計測システム及び診断システム | |
| Kunz et al. | Rapid detection of drought stress in plants using femtosecond laser-induced breakdown spectroscopy | |
| CN102841072A (zh) | 基于近红外光谱鉴别转基因水稻和非转基因水稻的方法 | |
| UA100642C2 (uk) | Спосіб визначення параметрів явища фотосинтезу хлорофілу у листях рослин (кривої каутського) | |
| Liu et al. | Quantitative analysis of cadmium in tobacco roots using laser-induced breakdown spectroscopy with variable index and chemometrics | |
| Taylor et al. | Demonstration of a relationship between state transitions and photosynthetic efficiency in a higher plant | |
| Zhang et al. | Vis/NIR reflectance spectroscopy for hybrid rice variety identification and chlorophyll content evaluation for different nitrogen fertilizer levels | |
| Nauš et al. | Chloroplast avoidance movement as a sensitive indicator of relative water content during leaf desiccation in the dark | |
| Röll et al. | Implementation of an automatic time‐series calibration method for the DSSAT wheat models to enhance multi‐model approaches | |
| Massacci et al. | Use of simultaneous analysis of gas-exchange and chlorophyll fluorescence quenching for analysing the effects of water stress on photosynthesis in apple leaves | |
| CN103954604A (zh) | 基于藻类拉曼信号的水体残留农药检测方法 | |
| Lavrov et al. | Water stress assessment of cork oak leaves and maritime pine needles based on LIF spectra | |
| CN101949825A (zh) | 光开放环境下的叶片水分近红外无损检测装置及方法 | |
| CN104677874B (zh) | 植物叶片遮光器及应用该遮光器的叶绿素荧光测定方法 | |
| CN116481600B (zh) | 一种高原林业生态监测预警系统及方法 | |
| JP5938768B2 (ja) | 植物の生育状態を診断する方法及びこれに用いられる装置 | |
| Bi et al. | Hyperspectral diagnosis of nitrogen status in arbuscular mycorrhizal inoculated soybean leaves under three drought conditions | |
| CN102147367A (zh) | 用延迟荧光光谱检测作物逆境生理与抗逆性鉴定的方法 | |
| RU2726267C1 (ru) | Способ определения физического эффекта воздействия на градовые облака | |
| RU2592574C2 (ru) | Оптический способ оценки функционального состояния растений | |
| CN103125371B (zh) | 一种作物抗旱突变体田间快速辅助筛选的方法 |