Общее содержание воды в листьях калины в условиях биостанции

Общее содержание воды в листьях калины в условиях биостанции

Калина буреинская (Viburnum burejaeticum Reg et Herd).

Имеет черные плоды.

Калина монгольская (Viburnum mongolicum (Pall) Rehd) может произрастать при очень низкой температуре (- 50  С); неприхотлива, но отзывчива на уход, поэтому считается перспективной.

Калина вильчатая (Viburnum furcatum Blume ex Maxim) имеет вильчатое ветвление; требовательна к теплу, хорошо адаптирована к засухе и бедным почвам.

Калина Райта (Viburnum wrightii Mig) – растение муссонного климата, имеет ярко-красные, горькие плоды.

Калина восточная (Viburnum orientale Pall) типичный представитель жаркого климата (Солодухин, 1985).

Многие виды калины послужили исходным материалом в селекции сортов. Новые селекционные сорта и формы калины отличаются от дикорастущих образцов улучшенным вкусом свежих плодов. Горечь в них в значительной степени ослаблена. Такие слабогорькие сорта можно использовать как универсальные – для потребления плодов не только в виде продуктов переработки, но и свежими. Первые сорта калины были созданы на американском континенте. Три сорта  калины трехлопастной (Viburnum trilobum Marsh.) выведены в США: на плантации в Ист-ли А. Э. Морган отобрал и передал в производство сорта Уэнтворт, Хас и Эндрюс.

В Канаде на экспериментальной ферме в Мордене (провинция Манитоба) размножена крупноплодная форма калины, обнаруженная на берегу озера Манитоба. Эта форма получила сортовое название Маниту.

Селекционер Мидер отобрал исходный куст калины в Уэст-Актоне (штат Мэн). Этот сорт, испытанный и размноженный на опытной станции в Драхме, был назван Филлипс. Автор отмечает, что из него получается прекрасное желе.

Впервые на континенте Евразии культурные сорта калины созданы на основе калины обыкновенной (Viburnum opulus L.) в НИИ садоводства Сибири (г. Барнаул). Здесь отобрано, испытано и размножено 6 сортов, которые проходят Государственное сортоиспытание. В ОПХ «Барнаульское» заложен маточник новых сортов калины. Маточные насаждения этих сортов созданы также в ряде хозяйств Алтайского Края, Челябинской области, Красноярского края.

У нас на изучении находились сорта Соузга и Ульгень селекции НИИС Сибири имени М. А. Лисавенко и отборный сеянец 8-37 селекции Львовского филиала Украинского НИИС, собранные селекционером -  сортоведом И. И. Козловой и предоставленные нам на изучение.

Высажены на участке агробиостанции в 1998 г. по схеме 1,5 х 1,5 м.

УЛЬГЕНЬ. Сорт получен путем отбора сеянцев свободного опыления калины обыкновенной.

Куст высокий, до 4 метров, с 5 – 6 основными стволами. Листовая пластинка опушена с нижней стороны. У ее основания расположены 2 – 3 пары железок.

Урожайность высокая. Средний урожай за 5 лет составил 8 кг с куста (66,6 ц/га).

Плоды созревают в середине сентября, они ярко-красной окраски, средней величины (0,64 – 0,78 г). В них содержится 7,28 % сахаров, в том числе глюкозы 4,6 %, фруктозы 2,92 %, сахарозы 0,27 %; 130 мг % аскорбиновой кислоты и 650 мг % витамина Р.

Вкус плодов слабо горький, их дегустационная оценка в свежем виде – 4,0, протертых с сахаром (сырого джема) – 4,2 балла.

Проходит Государственное сортоиспытание.

СОУЗГА.

Сорт отобран среди сеянцев свободного опыления, естественный межвидовой гибрид (калина обыкновенная х калина Саржента).

Куст высокий, до 3 метров. Листья преимущественно трехлопастные, две дополнительные лопасти листа слабо выявлены или отсутствуют, средняя лопасть удлиненная. Черешки длиной 200 мм, с 1 – 2 парами железок.

Недозревшие плоды имеют мраморную окраску – красные штрихи на желтом фоне, при полном созревании становятся пунцово-красными. Они содержат 10,9 % сахаров, в том числе 10,7 % моносахаров (глюкоза, фруктоза), 111,0 мг % витамина С, 750,0 мг % витамина Р. Форма плодов – почти шаровидная.

Сорт технический. Свежие плоды обладают ощутимой горечью с кислым привкусом. Продукт переработки (сырой джем) сохраняет яркую окраску, имеет приятный вкус и аромат. Его дегустационная оценка 4,3 балла.

Сорт зимостоек, не повреждается весенними заморозками, устойчив к вредителям и болезням. Самобесплоден. Опыляется всеми сортами и сеянцами калины обыкновенной.

Средний урожай за пятилетний срок – 7,1 кг с куста, что в пересчете составляет 58,3 ц/га.

Проходит Государственное сортоиспытание.

8 – 37.

Куст высокий, до 2,5 – 3,0 метров. Листья трехлопастные. Черешки длиной 150 мм, с 1 – 2 парами железок.

Урожайность высокая.

Плоды созревают к концу сентября. Имеют ярко-красную окраску. Средняя величина плодов (0,47 – 0,58 г). Форма шаровидная.

Вкус плодов с ощутимой горечью. После переработки имеют приятный вкус (Жолобова, 1994).

2.     2. Методы работы

Цель работы: определить содержание воды и сухого вещества в растительном материале.

Для характеристики калины мы определяли содержание воды в ее листьях по методике, описанной в практикуме по физиологии растений авторов С. С. Баславской, О. Н. Трубецковой. Брали 45 листьев каждого сорта. При помощи сверла с двух сторон от центральной жилки вырезали по 2 высечки и делали в трех повторностях. Высушивали до абсолютно сухого веса в сушильном шкафу при температуре 105 С в течение 5 часов.

Абсолютно сухой вес растительного материала определяют высушиванием его до постоянного веса при 100 – 105 С.

Сначала определяют вес абсолютно сухого бюкса. Для этого чисто вымытый бюкс ставят на полку сушильного шкафа, его крышку кладут в опрокинутом виде рядом или помещают в вертикальном положении на бюкс. Через 1 час после высушивания при 100 – 105 С бюкс берут тигельными щипцами и ставят его открытым в эксикатор, который оставляют на 30 минут рядом с аналитическими весами.

После этого бюкс закрывают крышкой и взвешивают. Берут его из эксикатора щипцами, на концы которых надеты каучуковые кольца, или прихватывают его полоской фильтровальной бумаги. При прикосновении к бюксу пальцами можно изменить его вес. Для контроля бюкс ставят еще раз в сушильный шкаф на 1 час и снова взвешивают. Если вес бюкса постоянный, то в него помещают пробу и вновь взвешивают.

Если определяют содержание воды в сыром материале, то нужно помнить о необходимости быстрого помещения пробы в бюкс во избежание потери воды на воздухе.

Сырой материал должен лежать в бюксе рыхло. Бюкс с навеской ставят на 5 часов в шкаф, нагретый до 100 – 105 С. После охлаждения бюкса (открытого) в эксикаторе его закрывают и взвешивают (закрытым). Снова ставят в сушильный шкаф на 2 часа и взвешивают. Так повторяют до тех пор, пока вес бюкса с материалом не будет постоянным (разница не больше 0,0002 – 0,0003 мг) или последний вес не станет чуть-чуть больше предыдущего.

Нужно строго соблюдать правила. Нельзя держать высушиваемый материал в шкафу без перерыва более 5 часов. При длительном стоянии в шкафу изменения в весе могут произойти не только за счет испарения воды, но и вследствие присоединения О2 к некоторым веществам растительного материала. Бюкс с навеской нужно ставить в нагретый до 105 С шкаф, открывая дверку его на короткий срок. В то время, когда бюксы находятся в шкафу, его открывать не рекомендуется.

В некоторых сушильных шкафах температура на разных полках не одинаковая. Поэтому ставить бюксы нужно лишь на ту полку, на уровне которой находятся шарик термометра. Не следует помещать бюксы близко к стенкам шкафа, так как там температура бывает много выше той, которую указывает термометр, поэтому может произойти разрушение органического материала.

Вычитая из веса исходного материала в бюксе вес высушенного, получают количество воды во взятой навеске. Рассчитывают содержание воды в процентах от сухого и сырого веса материала.

Если количество собранного растительного материала настолько мало, что нет возможности при проведении анализов взять отдельные пробы для определения содержания воды в нем, то материал высушивают при 50 – 60 С и хранят в закрытых бюксах в эксикаторе. Высушивание при 50 – 60 С не удаляет всей воды, часть ее, прочно удерживаемая коллоидами, остается в материале. Можно проверить, какой % воды сохраняется: обычно он составляет незначительную часть от общего содержания воды в материале.

2.     3. Условия работы

Наши исследования проводили в городе Мичуринске Тамбовской области.

Тамбовская область расположена на высоте 140 – 150 метров выше над уровнем моря (52 52 северной широты и 40 28 восточной долготы).

Климат Тамбовской области умеренно-континентальный с довольно теплым летом и холодной, устойчиво морозной зимой.

Среднегодовая температура воздуха составляет 4 – 5 С, температура наиболее теплого месяца (июля) составляет 19,8 – 20,7 С, наиболее холодными, с температурой –10,3 –11,8 С являются январь и февраль. Абсолютный многолетний минимум температуры воздуха составляет по области – 37 – 43 С, абсолютный многолетний максимум температуры воздуха - +37 С. Период со средними суточными температурами воздуха выше 5 начинается в середине апреля и заканчивается в середине октября, его продолжительность – 175 – 185 дней. Период с более высокими средними суточными температурами воздуха (10 С и выше) начинается в конце апреля – начале мая и заканчивается в конце сентября, его продолжительность составляет – 140 – 150 дней. Период с температурой выше 15 С устанавливается в III декаде мая, его продолжительность – от 90 до 110 дней.

Среднее многолетнее количество осадков, выпадающих на территории области составляет 440 – 510 мм, однако, неравномерное распределение осадков в разные годы и отдельные периоды нередко создает засушливые условия.

Почвы Тамбовской области представлены в основном черноземами, богатыми перегноем. Образованию перегноя способствовала богатая травянистая растительность, а накоплению и сохранению его – умеренное количество влаги. Богатая известью материнская порода (суглинки) содействовала формированию структуры почвы (Окатов, 1965).

             Выщелоченный чернозем имеет мощность гумусового горизонта примерно 80 – 150 см, с содержанием гумуса 6 – 9 %, рН среды составляет 5,5 – 6,5 (слабокислая). Запас в слое 0 –20 см гумуса 100 – 160 т/га, азота 5 – 9 т/га, Р2О5 – 3 – 4т/га и К2О – 45 – 55 т/га (Ягодин, 1989).

Почвы биостанции Мичуринского государственного педагогического института достаточно плодородны и благоприятны для произрастания растений.

СХЕМА почв агробиостанции Мичуринского государственного педагогического института:

-         легкосуглинистые;

-         среднесуглинистые;

-        
тяжелосуглинистые;

                     -    ассоциации влаголюбивых растений

              ГЛАВА III: ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЩЕГО СОДЕРЖАНИЯ

ВОДЫ В ЛИСТЬЯХ КАЛИНЫ

3. 1. Водный режим растений

Работники и ученые сельскохозяйственного производства направляют усилия на повышение  урожайности культурных растений, чтобы увеличить количество продуктов питания. А все это связано с недостатком воды, а именно с рациональным ее использованием. Необходимо создавать такие сорта и формы, которые хорошо бы вписывались в стойкие агробиоценозы и способны были бы хорошо переносить определенные местные условия, при которых они бы давали большие урожаи.

Успех интродукции сибирских сортов в Центральном Черноземье диктуется многими параметрами устойчивости к внешним факторам среды. Из них важным является засухоустойчивость. Косвенными показателями засухоустойчивости сортов являются водный дефицит, интенсивность транспирации и транспирация завядания. Поэтому вторым важным процессом в организме растений, стоящим на пути урожайности, наряду с фотосинтезом, является водный режим.

В процессе эволюции современные растения приспособились к недостатку влаги, сохранив в себе свойство своих предков – потреблять больше воды в период формирования репродуктивной части. Это так называемые «критические периоды» (Кушниренко, 1991). Хотя для получения высокого урожая влага требуется во время всего роста и развития. При достаточном водоснабжении в растении больше идут процессы ассимиляции, процессы построения органических веществ, обеспечивается нормальное соотношение тургорного, осмотического давлений и сосущей силы. В это время растение нормально транспирирует, в результате чего образуется больше сухих веществ. Ведь плодовые деревья теряют воду и летом, и зимой. А в разных органах яблони вода распределяется следующим образом: листья – 60 %, свежие побеги 0 около 50 %, плоды – 80-90 %, семена – 40 % (Фогль, 1983). Как видно из цифр вода является составной частью всех органов растений, а также она участвует во всех биохимических и физиологических процессах, влияя на продуктивность фотосинтеза, урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечивает постоянную необходимую связь с окружающей средой. Проблемы водного режима высших растений тесным образом связаны с процессами фотосинтеза, который осуществляется в листьях, и дыхания корней. Все эти процессы замыкаются в единый круг, который постоянно поддерживается непрерывным током воды, идущим от корневой системы через все растение (Карманов, Мелешенко, 1971). Это определяет необходимый уход за теми или иными сортами культурных растений. Для этого необходимо знать содержание воды в разных органах растения и потребность их в ней (Фогль, 1983). Поэтому им необходимо постоянно пополнять запас воды для перенесения неблагоприятных условий окружающей среды (Колесников, 1968). Растение само управляет своей адаптацией к окружающей среде. Как животные, так и растения сохраняют постоянство внутренней среды. Эти вопросы гомеостаза изучал американский ученый W. Cannon. Внутреннюю среду определяет гомеостатическая вода, входящая в состав растений в определенном количестве. При падении этого количества растение прекращает свое существование. Эти выводы принадлежат П. А. Геккелю и Н. А. Шаламовой. Для растений различных мест обитания количество гомеостатической воды разное (Кушниренко, Печерская, 1991).

В растительном организме содержится достаточно большое количество воды, которое колеблется у разных растений  и даже у отдельных органов одного растения. Так, в листьях салата содержится 95 % воды, кукурузы – 77 %, яблони – 60 %, в клубнях картофеля – 74-80 %, в зерновке злаков – 12-14 % (Якушкина, 1983).

             3. 2. Морфологические и анатомические особенности

         листьев калины

Листопадные леса европейского континента характеризуются бедным видовым составом, что обусловлено историей формирования их флоры. В таком летне-зеленом лиственном лесу выделяют до трех ярусов древесной растительности.

Листопадность обусловлена целым рядом причин и не всегда сопровождается генетическими перестройками. Многие роды (Magnolia, Fikus, Quercus, Viburnum, Berberis, Lonicera) включают в себя одновременно листопадные и вечнозеленые виды. Даже представители одного и того же вида в одних условиях могут сохранять листья, а в других сбрасывать их.

Некоторые авторы (Проханов, 1965) связывают листопадность с нарушением водного баланса растений под действием различных внешних факторов или с необходимостью сезонного перераспределения веществ в растении (Серебряков, 1952). Периодичность роста растений обнаруживается, однако, при отсутствии сезонности климата, что объясняется внутренними закономерностями развития. Листопадность,- прогрессивный приспособительный признак, имеющий широкое биологическое значение. Он не только дает возможность проникнуть растениям в области крайних условий существования, но стимулирует все физиологические процессы организма и поднимает его жизненный уровень.

Наличие зимующих сформированных почек является характерной чертой растений умеренной зоны (Васильев, 1988).

Большинство видов (70 %) имеют листья средних размеров, в том числе и калина обыкновенная. Листья супротивные, 3- и 5-лопастные крупнозубчатые, сверху почти голые, снизу пушистые, зеленые (Третьякова, 1998).

Пластинка очень тонкая, толщина ее редко превышает 200 мкм. Мезофилл рыхлый, средней слойности (5-6 слоев). Палисадная ткань чаще всего однослойная (у 52 % видов).

Поперечный срез листа Viburnum opulus

Листья играют большую роль в регуляции водного режима (Васильев, 1988).

3.     3. Погодные условия в период проведения экспериментов

Эксперимент проводился в течение вегетационных периодов 2000 и 2001 г. г. в погодных условиях г. Мичуринска.

Начало вегетации калины приходится на середину апреля. Погодные условия этого периода отличались повышенной температурой в среднем на 4,7 выше нормы. Конец месяца характеризовался выпадением большого количества осадков – примерно на 47 % от месячной нормы (графики 3.1 и 3.2).

Май был холодный, особенно I и II декады (температура на 6,3 С ниже нормы). К концу месяца отмечалось потепление. Температура была выше нормы на 3,1 С. В среднем количество осадков выпало 36 % от месячной нормы.

Погода в июне была прохладной (на 1,7 С ниже нормы) и дождливой (130 % от месячной нормы).

В следующем месяце отмечалось небольшое повышение температуры на 2,3 выше нормы. Количество осадков уменьшилось – 47,3 % от месячной нормы.

Теплая погода (на 0,7 С выше нормы) была в августе. Осадков выпало немного – 15 %.

Конец вегетационного периода теплый. Температура поднималась на 3,3 С выше нормы, но количество осадков увеличилось и составило около  30%.

3.1. ГРАФИК ТЕМПЕРАТУР (2000 год)

3.2. КОЛИЧЕСТВО ОСАДКОВ (2000 год)

Начало следующего периода вегетации 2001 года ( графики 3.3 и 3.4) отмечалось достаточно высокими температурами: + 10,4 С. Осадков выпало немного – около 15 мм.

Погода в мае также была довольно теплой. Средняя температура составила + 12,4 С. Увеличилось количество осадков – 55,8 мм.

Июнь характеризовался невысокими для этого месяца температурами: + 16,2 С. А осадков выпало много – 123 мм.

Июль был жарким (средняя температура = + 23,2 С); но осадков было мало – 18,6 мм.

В следующем месяце – августе – погода стояла теплая (+ 17,7 С), а количество осадков увеличилось и составило 43,4 мм.

Температура сентября поднималась в среднем на 12,5 С, хотя количество выпавших осадков немного уменьшилось, по сравнению с августом, - 33,0 мм.

Итак, можно сделать вывод, что погодные условия двух вегетационных периодов были достаточно благоприятными для нормального роста и развития калины.

3.3. ГРАФИК ТЕМПЕРАТУР (2001 год)

3.4. КОЛИЧЕСТВО ОСАДКОВ (2001 год)

3. 4. Анализ полученных результатов

Исследования проводились по следующей схеме:

-         начало вегетации;

-         середина вегетации;

                                 -    конец вегетации.

В 2000 г. мы получили следующие данные (таблица 3.1): на начало вегетации наибольшее содержание воды было отмечено в листьях сорта Ульгень – 0,0804 г. (65,60 %), несколько меньшее – в листьях сорта Соузга – 0,0795 г. (65, 56 %), самый низкий показатель у формы 8 – 37 – 0,0789 г.    (65,49 %).

Показатели, полученные в середине вегетации, были примерно одинаковыми (0,0770 – 0,0784 г.).

Общее содержание воды по сортам в конце вегетационного периода колеблется от 0,0823 г. (64,44 %) у сорта Соузга до 0,08000 г. (64,18 %) у сеянца 8 – 37.

Для того чтобы по результатам исследований сделать правильные заключения, мы применили статистическую обработку, которая позволяет  установить границы возможных случайных колебаний и оценить существенность разницы между средними.

Наличие значительной природной изменчивости биологических объектов приводит к тому, что опытные данные обладают большей или меньшей неустойчивостью. Отсутствие выравненности неконтролируемых условий проведения эксперимента, когда действует очень большое количество факторов, строгий и точный учет которых практически становится невозможным, оказывает свое влияние на результаты опыта. Эти неконтролируемые причины изменчивости результативного признака относят к случайным причинам или случайным ошибкам, а варьирование, обусловленное ими, называют случайным. Такое варьирование показателей в той или иной мере, но всегда имеет место при проведении опытов.

Таким образом, любой опыт содержит в себе некоторый элемент случайности, то есть изменчивость опытных данных обусловлена в какой-то степени неизвестными нам причинами – случайными (экспериментальными) ошибками. Экспериментальная ошибка – неотделимая часть любого научного опыта, и правильная оценка этой ошибки, то есть степени влияния на урожай других причин, помимо изучаемых, - важная задача математической обработки данных (Доспехов, 1975).

Математическая статистика позволяет оценить точность экспериментальных данных и установить те допустимые пределы, в которых сделанные выводы являются определенными и достаточно надежными (Доспехов, 1968).

Статистическая обработка показала, что разница по отношению к контролю (Соузга, НСР05 = 0,010) несущественна для исследуемых нами сортов и форм.

Некоторую разницу в общем содержании воды в листьях калины исследуемых сортов и форм можно объяснить разными погодными условиями за период вегетации (графики 3.1, 3.2): начало вегетации (конец апреля – май) характеризовался сравнительно высокими для данного периода температурами и небольшим количеством осадков, но таяние снегов восполнило этого недостаток, поэтому показатели несколько выше по сравнению с данными других сроков вегетации. Середина вегетации характеризуется выпадением большого количества осадков наряду с высокими температурами, поэтому результаты ниже, чем в начале вегетации. Показатели, полученные в конце вегетационного периода, примерно равны данным середины вегетации, что связано с небольшим количеством выпавших осадков и низкими температурами.

В 2001 году при проведении исследований мы получили иные результаты, которые в общем, превосходят данные 2000 года, но закономерность по срокам вегетации наблюдается та же (таблица 3.1).

В начале вегетационного периода общее содержание воды в листьях калины соответственно равно: Соузга – 0,0794 г. (68,24 %); Ульгень – 0,0793 г. (68,03 %); 8 – 37 – 0,0777 г. (66,84 %).

Данные середины и конца вегетации примерно равны (от 0,0763 г. (65,59 %) у сорта Ульгень до 0,0788 г. (65,95 %) у сорта Соузга – середина; от 0,0758 г. (65,29 %) у сорта Соузга до 0,0795 г. (65,66 %) у формы 8 – 37 – конец), но ниже показателей, полученных в начале периода вегетации.

Проведенная математическая обработка данных позволила выявить, что разница по сравнению со стандартом (Соузга, НСР05 = 0,012) несущественна для всех сортов и форм, которые находились на изучении.

3.1. ОЦЕНКА ОБЩЕГО СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ

                           В ЛИСТЬЯХ КАЛИНЫ.