ДИАГНОСТИКА ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА: МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ, ГИСТОЛОГИЧЕСКИЕ, ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Тема 3.
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ РОСТА РАСТЕНИЙ В ИСКУССТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ.
План лекции:
Потенциальная и реальная, биологическая и хозяйственная продуктивность, продукционный процесс растений
Диагностика продукционного процесса: морфологические, гистологические, цитогенетические и физиолого-биохимические методы
Математическое моделирование и программирование урожая растений в искусственных условиях
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ И РЕАЛЬНАЯ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ И ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ, ПРОДУКЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС РАСТЕНИЙ
Потенциальная продуктивность является одной из главных показателей эталонных насаждений. Под этим понятием понимается максимально возможная продуктивность для данных климатических и почвенных условий.
Хозяйственная продуктивность обозначает долю хозяйственно важной части урожая в общей массе растения. Как правило, усилия человека при селекции растений направлены прежде всего на повышение этого коэффициента.
Биологическая продуктивность - общее количество органического вещества (биомассы), производимое популяцией или сообществом за единицу времени на единицу площади. При этом различают первичную продукцию - биомассу, производимую в процессе фотосинтеза автотрофами (зелеными растениями); и вторичную - биомассу, полученную гетеротрофами за единицу времени на единицу площади. Первичную продукцию разделяют на валовую (равную общему количеству продуктов фотосинтеза за определенный отрезок времени) и чистую (равную разности между валовой и той ее частью, которая использовалась на дыхание растений). Это наиболее важный показатель жизнедеятельности организма, популяции и экосистемы в целом.
|
|
|
Продукционный процесс растений – это совокупность взаимосвязанных процессов, происходящих в растении, из которых основными являются фотосинтез, дыхание, рост, формирующих урожай растений.
Продукционный процесс зависит от факторов внешней среды и способен сам трансформировать средообразующие факторы через изменение газообмена, транспирацию, архитектуру посевов.
Хорошо известно, как растения благодаря строению листьев и их расположению (архитектура посевов, движение листьев за Солнцем) способно достичь максимального потребления света. Другим примером может служить способность растений формировать сомкнутые покровы, в которых устанавливается определенный, отличный от условий над растительным покровом микроклимат: в посеве и около него другая влажность, температура, скорость ветра, и соответственно, иные транспирация, дыхание и многие другие взаимосвязанные процессы.
|
|
|
Несмотря на многообразие факторов, определяющих продукционный процесс, несмотря на многочисленные приспособительные реакции растений, их разнообразие, выделяют несколько общих законов продукционного процесса.
1. Закон незаменимости основных факторов жизни. Этот закон утверждает, что ни один из факторов развития растений не может быть полностью заменен каким-либо другим. Ведь нельзя же заменить для растения тепло – влагой, влагу – светом и проч. Все эти факторы обязательно (свет, тепло, влага) необходимы растениям. В отсутствии хотя бы одного из них оно погибнет. Эти факторы, - свет, тепло, влага, - факторы космические, их ничем нельзя заменить, они – основные, все определяющие факторы (см. «К вопросу о…»). Из этого закона следует очень важный вывод, на который иногда указывают, как на самостоятельный закон, столь важно его значение. Это закон «физиологических часов». Для растений одним из основных регулирующих фактором является фотопериодичность, регулярность светового режима в каждой природной зоне. Именно длина дня и ночи является для большинства растений регулятором для наступления определенных стадий развития. Например, «запуск» подготовки деревьев к зиме, заключающейся в том, что они сбрасывают листья, замедляют многие физиологические процессы, происходит именно при определенной длине дня. Для растений длина дня – неумолимый космический фактор, на который оно всегда, вне зависимости от складывающихся в этот год метеоусловий, может опираться.
|
|
|
2. Закон неравноценности и компенсирующего воздействия факторов среды. Действительно, основные факторы, такие как тепло, свет, воду, заменить ничем нельзя. А вот их действие как-то изменить могут другие факторы. Например, облачность, туман могут ослабить недостаток влаги. А ветер ослабляет неблагоприятное действие заморозков. Главное же отличие этого закона от 1-го (закона незаменимости основных факторов жизни): первый действует всегда, на протяжении всей жизни растении, а второй – в отдельные периоды жизни растении, снижая неблагоприятные или увеличивая благоприятное действие основных факторов жизни.
3. Закон минимума. Этот закон часто трактуется как закон Либиха в отношении питательных элементов для растений, и его нередко представляют в виде бочки с досками разной длины. Самая низкая дощечка определяет урожай. Мы будем трактовать этот закон более обще, агрофизически: интенсивность продукционного процесса определяется действием того физического фактора среды, который наиболее удален по значениям от своего оптимума. При такой трактовке из этого закона есть два следствия или самостоятельных закона:
|
|
|
(1) рост интенсивности процесса будет определяться скоростью прироста фактора, наиболее удаленного от оптимума. Часто этот закон приводят в формулировке известного немецкого агрофизика Э.Вольни: «Фактор, находящийся в минимуме, тем сильнее влияет на урожай, чем больше остальные факторы находятся в оптимуме» и именуется в литературе как закон Э. Вольни-Либшера;
(2) следует учитывать «компенсирующее» действие других, находящихся не в оптимальных условиях, факторов (см. закон 2 о компенсирующем воздействии факторов среды).
4. Закон оптимума. Этот закон гласит, что наивысшая скорость продукционного процесса достигается при достижении всеми факторами своего оптимума. Иначе говоря, максимальный урожай может быть достигнут только при оптимизации всех основных факторов жизни. Этот закон тоже может рассматриваться как следствие 1-го закона о незаменимости факторов внешней среды. Однако именно этот закон является руководящим для достижения максимальной продуктивности за счет оптимизации действия разнообразных факторов. Именно поэтому он так важен и выделен в отдельный закон.
5. Закон «критических периодов». Этот закон указывает на то, что в жизни растения имеются периоды, в течение которых растение наиболее чувствительно к недостатку того или иного фактора. Например, для многих зерновых культур критическим периодом в отношении к почвенной влаге считается период от выхода в трубку до колошения. Если в эту фазы развития растений сложится недостаток влаги в почве, то потери будут наибольшими, иногда – критическими. А фазы от цветения до восковой спелости являются критическими в отношении тепла.
ДИАГНОСТИКА ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА: МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ, ГИСТОЛОГИЧЕСКИЕ, ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Фотосинтетическая деятельность посева, в конечном счете, определяющая размер и качество урожая, представляет собой сложное явление, оценить которое помогут следующие показатели:
1. Морфологические:
1.1Размер фотосинтетического аппарата, или площадь листьев, и динамика ее роста. Именно от площади листьев и их пространственной структуры зависят количество поглощаемой посевом энергии, возможная первичная продукция органических веществ и суммарная транспирация. Иногда в литературе площадь листьев выражают индексом листовой поверхности, который представляет собой отношение суммарной площади листьев растений к той площади, на которой они размещены. Считается, что при индексе листовой поверхности 5-6 или площади листьев 50-60 тыс. м2 на 1 га посев как оптическая фотосинтезирующая система работает в оптимальном режиме, поглощая наибольшее количество ФАР.
1.2 Показатель фотосинтетического потенциала посева. Формирование урожая зависит не только от площади листьев, но и от времени их функционирования. Фотосинтетический потенциал (ФП) как раз и объединяет эти показатели. Математически он представляет собой интеграл хода роста площади листьев в течение вегетации или сумму дневных показателей площади листьев (как основной рабочей единицы посева) за весь период вегетации. Практически может быть получен путем суммирования величин площади листьев в м2/га за каждые сутки периода вегетации. Варьирует в пределах от 0,5 до 5 млн. м2/га*дн.
Гистологические
2.1Характеристика эпидермиса листа и других фотосинтезирующих органов (величина вакуолей, наличие кутикулы и других покровных образований, количество и расположение устьиц)
2.2 Характеристика мезофилла листа (вид, толщина столбчатого мезофилла)
3. Цитологические (Количество, размеры, форма и расположение хлоропластов)
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1108; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!