МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ПРОДУКЦІЇ РОСЛИН ЗА ВЕЛИЧИНОЮ ФОТОСИНТЕЗУ

Киснева модифікація скляночного методу. Мірою величини первинної продукції служить швидкість синтезу органічних сполук в часі. Як відомо, фотосинтез, а отже, і утворення органічної речовини відбуваються тільки на світлі за участю хлорофілу, при цьому поглинається вуглекислота і виділяється вільний кисень. Таким чином, визначаючи кількість поглиненого С0 2 або кількість виділився 0 2 при фотосинтезі, можна отримати уявлення про величину первинної продукції.

Визначення продукції рослин за допомогою вимірювання динаміки розчиненого у воді кисню або споживання міченої по | 4 С вуглекислоти в замкнутих посудинах (склянках) за певний період експозиції вперше було застосовано при вивченні фітопланктону. Надалі ці методи були поширені і на визначення продукції вищих водних рослин.

Суть скляночного методу визначення продукції полягає в тому, що в прозору судину (зі скла, плексигласу і ін.) Поміщають воду з фітопланктоном або пагони рослин і експонують у водоймі протягом декількох годин. У світлій склянці здійснюється фотосинтез з виділенням кисню, в темній - дихання (відповідно зі споживанням кисню). По різниці між концентрацією кисню на початку і кінці досвіду (у світлій і темній склянках) визначають величину продукції і деструкції.

При визначенні продукції вищих водних рослин скляночним методом в посудину поміщають втечу цілого рослини (або його частина) і експонують його у водоймі протягом декількох годин. Так як в склянці знаходиться і фітопланктон, то окремо визначають його продукцію, щоб можна було розрахувати продукцію вищої рослини. Продукцію перераховують на одиницю маси макрофітах.

Фітопланктон в силу малих розмірів відносно рівномірно розподіляється в посудині (батометр), з якого заповнюються світлі і темні склянки. Передбачається, що у всіх продукційних склянках концентрація фітопланктону ідентична. Обсяг продукційних склянок в цьому випадку не перевищує 100-150 мл, в яких і визначається концентрація кисню (А. П. Садчиків, 2003). Занурені водні рослини як об'єкт менш зручні (в порівнянні з фітопланктоном) для визначення первинної продукції скляночним методом.

Водна рослинність - це перш за все великі об'єкти. Для визначення їх продукції необхідно використовувати широ когорлие склянки великого обсягу, що не завжди зручно при проведенні робіт в польових умовах. Однак незважаючи на це, даний метод досить широко використовується в гідробіологічних дослідженнях.

При визначенні продукції макрофітів цілу рослину (або його частина) поміщають в продукційні склянки - дві світлі і одну темну (що є мінімальною кількістю). Склянки заповнюють водою, взятою з заростей макрофітів. Одночасно заповнюють водою три продукційні склянки (дві світлі і одна темна) для визначення продукції фітопланктону. Ще заповнюють одну серію склянок для вимірювання в них початкової концентрації кисню.

Продукційні склянки з макрофітами і фітопланктоном поміщають у водойму на глибину проростання рослин, тобто in situ. Час експозиції може коливатися від 0,5 до 2 - 4 год (максимум 6 ч), так як більш тривала експозиція може привести до інгібуючій скляночному ефекту (А. А. Потапов, 1956; І. Т. Астаповіч, 1967; А. П . Садчиків, 2003).

Після експозиції рослина з допомогою пінцета витягують з продукционной склянки, висушують до абсолютно сухої ваги і зважують. Якщо на рослині є наліт вапна, його обробляють 3 -5% -м розчином соляної кислоти. Продукцію розраховують на одиницю маси макрофітах.

У продукційних склянках (світлих і темних) вимірюють концентрацію кисню методом Вінклера або електрохімічним способом. Крім того, вимірюють концентрацію кисню і в склянках з фітопланктоном, щоб можна було окремо визначити продукцію макрофитов і мікроводоростей; з величини концентрації 0 2 в судинах з макрофітами віднімають значення 0 2 в судинах з фітопланктоном.

Розрахунок продукції макрофітів проводять в два етапи.

  • 1. З значень концентрації кисню в продукційних склянках з макрофітами (після експозиції) віднімають концентрацію 0 2 в продукційних склянках з фітопланктоном, щоб отримати тільки значення продукції макрофітів. Після цього розраховують продукцію і деструкцію власне макрофитов.
  • 2. Продукцію макрофитов на відміну від продукції фітопланктону висловлюють на одиницю маси рослини, так як в серію продукційних склянок поміщають різні по масі макрофітів.

Розрахунок валової ( P g ) і чистої (Р ") продукції, а також деструкції ( D ) макрофитов проводяться за такими формулами:

де t - час експозиції, ч; W - маса макрофітах, г, наведена до обсягу експериментального судини з макрофітів, л; У с - кінцева концентрація кисню з макрофітів в світлій склянці, мг 0 2 / л; V T - кінцева концентрація кисню з макрофітів в темній склянці, мг 0 2 / л; До н - концентрація кисню в склянці перед початком експерименту, мг 0 2 / л.

З наведених формул видно, що при визначенні продукції макрофітів (на відміну від фітопланктону) необхідно враховувати обсяг продукционной склянки і масу рослини. Всі розрахунки відповідно ведуться з урахуванням цих показників, тому для експерименту підбирають рослини однакової маси і одного розміру.

При визначенні продукції макрофітів скляночним методом необхідно звертати увагу на наступне.

Для проведення робіт використовують склянки (судини) щодо великого обсягу з тим, щоб в них могло вміститися ціле рослина (наприклад, мох, спирогира, ряска, елодея та ін.). Дослідники використовують для цієї мети судини об'ємом від 1 до 34 л і більше (І.Т.Астаповіч, 1972; А.П.Садчіков, 1976; В.М.Хромов, А. П. Садчиків, 1976), з якими не завжди зручно працювати в польових умовах.

Рослини, що знаходяться на різній стадії зростання, продукують неоднаково (А. П. Садчиків, 1976). Це впливає на розкид результатів при використанні в експерименті кількох склянок.

При використанні великих рослин (наприклад, рдестов) не завжди вдається помістити в посудину вся рослина. Найчастіше від нього відрізають верхівкову частину і експонують окремо. Іноді в дослідах використовують і інші частини рослини. Однак необхідно мати на увазі, що інтенсивність фотосинтезу окремих частин рослини різна; апикальная частина рослини володіє вищими продукційними показниками, ніж нижні, що призводить до завищених результатів первинної продукції.

Розрізане на частини рослина найчастіше експонують на одній глибині, так як досить важко експонувати проби на 68

глибинах від поверхні до 0,5 -0,8 м (тобто експонувати кожну частину однієї рослини на глибині її знаходження).

У прибережжя вода каламутна, і велика частина сонячної радіації затримується в верхніх шарах водойми. Багато рослин адаптовані до низької освітленості, і навіть коротка експозиція їх в поверхневому шарі може змінити швидкість фізіологічних процесів.

Так, в 10-сантиметровому шарі Рибінського, Горьковського, Углицького, Цимлянського водосховищ і озерах Ленінградської області поглинається до 56% проникаючої сонячної радіації, а в 30-сантиметровому шарі - 67 - 92% (В. А. Рутковська, 1961). Отже, окремі частини рослини, розташовані на різних глибинах, знаходяться в різних світлових умовах (І.М.Распопов, А. П. Белавская, 1973), з-за чого їх продукційні характеристики сильно розрізняються.

Занурені водні рослини мають повітряні порожнини, які у різних видів складають 1,5 - 7 см 3 / г (S. Hejny, 1960); у Potamogeton pectinatus - до 25% обсягу рослини. При фотосинтезі в першу чергу накопичується кисень в повітряних порожнинах рослин, а потім відбувається повільна його дифузія в середу. У зв'язку з цим концентрація кисню в лакунах не завжди пропорційна його концентрації в воді. Така диспропорція зберігається протягом декількох годин. Таким чином, повітряні порожнини виконують роль своєрідних резервуарів; виділення кисню при фотосинтезі і його споживання при диханні здійснюються в першу чергу з цих порожнин. Пошкодження рослини призводить до виділення в середу газів, в тому числі і кисню, що іноді дає великі розбіжності результатів (І. Т. Астаповіч, 1967, 1972). Крім того, саме пошкодження негативно позначається на засвоєнні поживних речовин і процесі фотосинтезу (І.Т.Астаповіч, 1972; Б.А. Рубін, Л. І.Логінова, 1963). Все це заважає коректному визначенню продукції рослин.

Щоб виключити (або принаймні зменшити) описані вище негативні явища, на що виростає в водоймі рослина надягають колбу або іншу широкогорлую склянку, затягуючи її на рослині м'якою гумою (І. Т. Астаповіч, 1967, 1972). Колба кріпиться на спеціальному каркасі. Таким способом вивчають продукцію фізіологічно нормального укоріненого рослини. Однак і тут можливі помилки, так як верхівкова частина рослини фізіологічно активніша, ніж інші його частини. Крім того, вона знаходиться біля поверхні водойми, в найбільш сприятливих світлових умовах.

Щоб в якійсь мірі врахувати викладені вище методичні складності, фахівці рекомендують використовувати «пенали» і «рукава» великого обсягу, які дозволяють експонувати великі рослини (А. П. Садчиків, 1976; В. М. Хромов, А. П. Садчиків , 1976). В інших випадках пропонують використовувати пластикові або поліетиленові циліндри (світлі і темні), якими накривають ціле рослина або групу рослин, вдавлюючи його краю в грунт (RGWetzel, 1964; А.А.Біочіно, 1977). Проба для аналізу відбирається через закрите пробкою бічний отвір спеціальним шприцом. У даного способу визначення продукції є свої недоліки; виникає проблема, пов'язана з поглинанням виділився при фотосинтезі кисню донними організмами.

На закінчення відзначимо деякі рекомендації, на які необхідно звертати увагу при вивченні продукції занурених рослин кисневим методом.

Час експозиції має бути не більше 4-6 ч. Це пов'язано з тим, що при високій швидкості фотосинтезу часто відбувається насичення або пересичення води киснем, в результаті з'являються бульбашки газу, що призводить до його втрат при визначенні розчиненого у воді кисню. Крім того, на поверхні судин можуть розвиватися бактерії. На кінцеві результати експерименту може також впливати мешкає на рослинах перифітон. У зв'язку з цим рекомендується (Т.Н. Покровська, 1976) визначати продукцію занурених макрофітів за даними трьох спостережень, приурочених до 8 - 9 год, до 12- 13 год і до 17-18 год. За зазначений восьмигодинний відрізок часу занурені макрофіти незалежно від їх видової приналежності продукують близько 70 % добової норми органічної речовини. Незважаючи на велику трудомісткість, такі дані більш показні, ніж результати, отримані при тривалому часу експозиції.

При визначенні продукції водних рослин використовують, як правило, три посудини (два світлих і один темний), хоча такої кількості явно недостатньо. Навіть і в цьому випадку досить важко підібрати рослини одного і того ж розміру і ваги, однаковою фізіологічної активності.

Радиоуглеродная модифікація скляночного методу. Принцип визначення первинної продукції радіовуглецевим методом заснований на припущенні, згідно з яким внесений в склянку мічений вуглець (зазвичай у вигляді NaH 14 C0 3 ) включається в процес фотосинтезу з тією ж швидкістю, що і немічених ізотоп вуглецю 12 С. Знаючи радіоактивність внесеного в експериментальні судини міченого вуглецю (Л), радіоактивність мічених в процесі фотосинтезу рослин (г), вміст у водоймі вуглекислоти в усіх формах (Q), можна розрахувати споживання мінерального вуглецю за час експозиції (/), тобто первинну продукцію (Р), виражену в одиницях вуглецю:

Ця формула використовується для визначення продукції фітопланктону (В.Д. Федоров, 1979; А. П. Садчиків, 2003).

На відміну від кисневої модифікації скляночного методу, в якому мірою первинної продукції є виділився при фотосинтезі кисень, в радіовуглецевого модифікації про продукцію рослин судять за кількістю вуглекислоти, спожитої рослиною в процесі фотосинтезу. Кількість асимільованої вуглекислоти при цьому розраховують за величиною швидкості споживання міченого мінерального вуглецю 14 С і загальним змістом мінерального вуглецю в воді.

При визначенні продукції радіовуглецевим методом очищені від періфітона і відмиті від суспензії рослини (так само як і в кисневому методі) поміщають в світлі і темні судини, додають певну кількість NaH l4 C0 3 і експонують їх у водоймі.

Якщо відомо загальний вміст мінерального вуглецю в воді (С *), активність внесеної в склянку | 4 С (Л), кількість асимільованого рослиною міченого 14 С (г) в кінці експерименту, то можна розрахувати його продукцію (Р) за формулою:

де t - час експозиції, ч; г - радіоактивність рослини після експозиції в перерахунку на вагу навішування (мкКі / г); R - радіоактивність внесеного в склянку NaH l4 C0 3 (мкКі / л); З до -концентрація розчинених у воді карбонатів (мг С / л).

Як видно з наведеної формули, в ній відсутні вага експериментального рослини і обсяг склянки (на відміну від формули продукції, яка вимірюється 0 2 -методом). Це пов'язано з тим, що розрахунок продукції передбачає знання величини радіоактивності цілого рослини (або ж його частини), яку перераховують на одиницю маси. Кількість внесеної в посудину мітки (NaH l4 C0 3 ) перераховують на його обсяг.

Можливість застосування | 4 С-методу для масового визначення продукції водних рослин сильно обмежена технічними та методичними труднощами. Тому радіовуглецевий метод визначення продукції знаходить застосування в основному в експериментальних дослідженнях при спробах виявити потенційні можливості виду, при вивченні впливу біогенних речовин на розвиток рослин, впливу токсичних речовин на продукційні процеси і т.д.

Незважаючи на недоліки, методи визначення продукції макрофітів по їх біомасі в даний час вважаються найбільш вдалими, так як ізоляція рослини від середовища проживання і оточуючих його організмів не дозволяє отримувати значення його істинної продукції в складі біоценозу.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >