Спосіб діагностики стану рослини

Реферат: Винахід належить до області дослідження матеріалів шляхом визначення їх фізичних властивостей і може бути використаний в рослинництві. За способом діагностики стану рослини опромінюють рослину після темнової фази світлом, приймають, вимірюють і реєструють сигнали флуоресценції, із значень яких будують криву індукції флуоресценції хлорофілу для дослідної та контрольної рослин. Згідно з винаходом, додатково із номенклатури хлорофільних флуоресценцій вибирають діагностичний показник та шляхом зміни впливу чинника на контрольну рослину змінюють її стан від стаціонарного через стресовий, гранично допустимий та кризовий до критичного і для цих станів контрольної рослини визначають характерні значення діагностичних показників. Проміжні значення між ними приймають за характерні діапазони відповідних станів. Стан дослідної рослини визначають як значення діагностичного показника, вибраного для контрольної рослини. А діагностику стану дослідної рослини здійснюють шляхом порівняння значень показників цього стану з відповідним характерним діапазоном показника стану контрольної рослини. Спосіб підвищує якість діагностики стану рослин. UA 103545 C2 (12) UA 103545 C2 UA 103545 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Спосіб діагностики стану рослин належить до області дослідження матеріалів шляхом визначення їх фізичних властивостей, зокрема флуоресценції нативного хлорофілу інтактної рослини. Спосіб призначений для використання у рослинництві, селекційній роботі, сільському та лісовому господарствах і в екології. Відомий "Спосіб визначення фізіологічного стану рослин методом індукції флуоресценції хлорофілу", патент України на корисну модель № 24908, Бюл, № 11, 2007 р., Шерер В.О., Сарахан Є.В., який включає відбір проб рослин, збудження флуоресценції хлорофілу рослини шляхом опромінювання світлом, реєстрацію інтенсивності, за якою визначають стан рослин, а об'єкт витримують в темноті протягом 5-7 хвилин, реєструють флуоресценцію шляхом співвідношення її інтенсивності і часу виміру, причому значення інтенсивності флуоресценції F>1 вказує на нормальний фізіологічний стан, a F2Тк дослідну рослину вважають ураженою карбонатним хлорозом. Спільними рисами запропонованого способу і способу-прототипу є опромінення рослини після темпової фази світлом з довжиною хвилі у діапазоні довжин хвиль 400-650 нм, прийом, вимірювання і реєстрація сигналів флуоресценції в діапазоні хвиль 670-770 нм, із значень яких будують криву індукції флуоресценції для дослідної та контрольної рослин. Причиною, що заважає отримати очікуваний технічний результат є те, що спосіб-прототип розглядає тільки два стани рослини і один критерій порівняння для ураженої і неураженої карбонатним хлорозом рослини, що не дозволяє визначити інші стани рослини. В основу винаходу поставлена задача створення такого експресного способу діагностики стану рослини, в якому, завдяки введенню у відомий спосіб нових операцій і їх послідовності, стало б можливим визначення та віднесення стану рослини до певної якісної категорії в ряду можливих станів, що підвищить якість діагностики. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому способі діагностики стану рослини, за яким опромінюють рослину після темнової фази світлом з довжиною хвилі у діапазоні довжин хвиль 400-650 нм, приймають, вимірюють і реєструють сигнали флуоресценції в діапазоні хвиль 670-770 нм, із значень яких будують криву індукції флуоресценції хлорофілу для дослідної та контрольної рослин, згідно з винаходом, додатково із номенклатури хлорофільних флуоресценцій вибирають діагностичний показник та шляхом зміни впливу чинника на контрольну рослину змінюють її стан від стаціонарного через стресовий, гранично допустимий та кризовий до критичного і для цих станів контрольної рослини визначають характерні значення діагностичних показників, проміжні значення між ними приймають за характерні діапазони відповідних станів, а стан дослідної рослини визначають як значення діагностичного показника, вибраного для контрольної рослини, діагностику стану дослідної рослини здійснюють шляхом порівняння значень показників цього стану з відповідним характерним діапазоном показника стану контрольної рослини, при цьому проміжні, поточні значення діагностичного показника, представленого у відносних одиницях для різних проміжних станів дослідної рослини, визначають в діапазонах від першого до другого характерного значення - для стресового стану, від другого до третього характерного значення - для гранично допустимого стану, від третього до четвертого характерного значення - для кризового стану, від четвертого до п'ятого характерного значення - для критичного, тобто летального, стану, а характерні значення діагностичних показників, як границь характерних діапазонів, визначають з виразу 1 UA 103545 C2  k  1  Pa  Pb   Pk  1    100 % nPa   , де Pk - характерне значення діапазону значень діагностичного показника; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 k  1 2, 3, 4, 5 - номер характерного діапазону; , n - кількість характерних діапазонів; Pa - верхня границя можливих значень діагностичного показника при стаціонарному стані рослини; Pb - нижня границя можливих значень діагностичного показника при критичному стані рослини. Відмінними ознаками запропонованого способу є те, що в ньому із номенклатури хлорофільних флуоресценцій вибирають діагностичний показник та шляхом зміни впливу чинника на контрольну рослину змінюють її стан від стаціонарного через стресовий, гранично допустимий та кризовий до критичного і для цих станів контрольної рослини визначають характерні значення діагностичних показник, проміжні значення між ними приймають за характерні діапазони відповідних станів і стан дослідної рослини визначають як значення діагностичного показника, а діагностику стану дослідної рослини здійснюють шляхом віднесення значень показників цього стану до відповідного характерного діапазону показника стану контрольної рослини, проміжні, поточні значення діагностичного показника, представленого у відносних одиницях для різних проміжних станів дослідної рослини, визначають в діапазонах від першого до другого характерних значень - для стресового стану, від другого до третього характерних значень - для гранично допустимого стану, від третього до четвертого характерних значень - для кризового стану, від четвертого до п'ятого характерних значень - для критичного (летального) стану, при цьому характерні значення діагностичних показників, як границь характерних діапазонів, визначають з виразу  k  1  Pa  Pb   Pk  1    100 % nPa   , де Pk - характерне значення діапазону значень діагностичного показника; k  1 2, 3, 4, 5 - номер характерного діапазону; , n - кількість характерних діапазонів; Pa - верхня границя можливих значень діагностичного показника при стаціонарному стані рослини; Pb - нижня границя можливих значень діагностичного показника при критичному стані рослини. Введення у відомий спосіб операцій: зміни стану контрольної рослини шляхом зміни впливу зовнішнього чинника, визначення характерних значень показника стану, віднесення значення показника стану дослідної рослини до відповідного характерного діапазону показника стану контрольної рослини, визначення характерних значень показників стану за запропонованою формулою, дозволяє експресно діагностувати стан дослідної рослини, як один з можливих якісних станів з ряду: стаціонарний, стресовий, гранично допустимий, кризовий або критичний. Під діагностикою стану рослини розуміють визначення значень показників стану та встановлення їх місця в ряду нормативних значень стану, або використання шкали значень, визначених експериментально для контрольної рослини. При наявності нормативних значень діагностичних показників стану рослини, вони слугують зразками для порівняння при діагностиці стану дослідної рослини. При відсутності нормативів стану рослини, згідно з запропонованим способом як зразки для порівняння використовують характерні значення та характерні діапазони значень діагностичних показників, які визначають експериментально або розраховують за формулою. Під характерними (реперними) значеннями етану рослини розуміють значення, біля яких характерні властивості рослини та значення відповідних показників міняються, а характерні діапазони значень лежать між характерними значеннями. Стан рослини визначають як сукупність внутрішніх властивостей рослини та відношень до зовнішніх впливів, які характеризуються миттєвими значеннями сукупності показників. 2 UA 103545 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Діагностику стану рослини починають з визначення стану контрольної рослини, шляхом опромінення листка рослини після темнової адаптації світлом з довжиною хвилі 400-650 нм, прийому, вимірюванні і реєстрації сигналів флуоресценції в діапазоні довжин хвиль 670-770 нм і побудові кривої індукції флуоресценції хлорофілу для контрольної рослини. Далі визначають значення діагностичного показника контрольної рослини при нормальних умовах і приймають його за верхню границю Ра показника при стаціонарному стані рослини. Змінюючи інтенсивність впливу зовнішнього чинника, наприклад температури, доводять стан рослини до критичного, визначаючи значення діагностичного показника, і приймають його за нижню границю Рb показника при критичному cтані рослини. Діапазон можливих значень діагностичного показника визначають від Ра до Рb. Відомо, що при гранично допустимому стані рослини характерні значення більшості діагностичних показників лежать в області половини значень діапазону можливих значень діагностичних показників. Характерні значення діагностичного показника визначають з виразу  k  1  Pa  Pb   Pk  1    100 % nPa   , де k=1, 2, 3, 4, 5 - номер характерного значення показника, n - кількість характерних значень. В практичній діяльності розглядають 2, 3, 4, 5 і більше станів рослини, це норма і патологія: стаціонарний, гранично допустимий та критичний стани; а також стаціонарний, стресовий, гранично допустимий, кризовий та критичний та інші переліки станів. При експресних визначеннях частіше розглядають від 3 до 5 станів, для яких визначають характерні значення діагностичного показника. Розрахунок характерних значень діагностичного показника в залежності від діапазону його можливих значень наведено в табл. в процентах від діапазону. Характерні значення та характерні діапазони значень діагностичного показника контрольної рослини с своєрідною шкалою значень можливих станів рослини і її використовують як нормативну при діагностиці стану дослідної рослини. Для цього спочатку визначають стан дослідної рослини, як значення діагностичного показника, а потім, порівнюючи його з шкалою значень станів, знаходять відповідний характерний діапазон. Цей діапазон або характерне значення і приймають за діагноз стану дослідної рослини. Номенклатуру хлорофільних флуоресценцій можна знайти в інструкції по експлуатації вашого флуорометра. Це показники індукції флуоресценції, які вимірюються, як то: Fo, Fm, Fpl, Fst тощо, або розраховуються, як то: Fv, Fv/Fm, Fv/Fst, Fv/Fo і т. iн. Можливості експресної діагностики залежать від можливостей приладу, від кількості показників, що вимірюють. Польові прилади мають менший перелік вимірюваних показників і відповідні можливості діагностики. Для збільшення достовірності діагностики доцільно використати декілька показників. При ньому для кожного показника будують свою шкалу значень стану і по ній встановлюють діагноз. Прикладом реалізації запропонованого способу діагностики стану рослини можуть слугувати результати робіт по вивченню змін інтенсивності флуоресценції хлорофілу листової пластинки абрикоса в залежності від ступеня її пошкодження, наприклад хлорозом або некрозом. Порядок діагностики наступний: одержують показники кривої індукції флуоресценції хлорофілу як поточні значення флуоресценції. Вибирають діагностичний показник, наприклад максимальне значення флуоресценції Fm. Змінюють стан контрольної рослини від стаціонарного до критичного і фіксують значення діагностичного показника для стаціонарного Ра та критичного Рb станів. За наведеною формулою розраховують характерні значення діагностичного показника і визначають характерні діапазони значень в % від діапазону і в абсолютних значеннях (ліва сторона таблиці). Визначають стан дослідної рослини, як значення діагностичного показника. Порівнюють значення показника стану дослідної рослини із табличним значенням показника і визначають його місце в ряду станів. Це і буде діагноз стану дослідної рослини. Справа в таблиці наведені експериментальні значення діагностичного показника. З порівняння розрахованих характерних діапазонів значень діагностичного показника і значень показника отриманих в експерименті видно, що експериментальні значення гарно розміщуються в характерних діапазонах, розрахованих за формулою. Назви станів абрикоса взято із статті Китаєва О.І. Дослідження функціональних порушень пластидного апарату рослини абрикоса при помірній вологості ґрунту люмінесцентноспектральним методом. Збірник "Садівництво", 1983, вип. 31. - с. 69-71. 3 UA 103545 C2 5 10 Досліди проводились в розсаднику Інституту садівництва УААН. Для реалізації способу при тестуванні саджанців з розсадника Інституту садівництва УААН був застосований переносний флуорометр "Флоратест" (патент UA 12382 з сенсором патент UA 13481), але можуть бути використані інші серійні хлорофіл флуорометри, які можуть здійснювати вимірювання та реєстрацію поточних значень флуоресценції. Запропонований спосіб діагностики стану рослини, як видно з його опису, може бути реалізований у виробничих умовах, з використанням серійних флуорометрів. Спосіб діагностики стану рослин дозволяє достовірно та експресно діагностувати стан рослини з використанням обмеженої кількості діагностичних показників та їх нормативних шкал або з використанням побудованих шкал станів. Запропонований спосіб буде використано при діагностиці стану посадкового матеріалу садових і ягідних культур у відповідних господарствах, розсадниках, сортовипробувальних станціях тощо. Таблиця Розраховані значення Стан рослини Стаціонарний Стресовий Гранично допустимий Кризовий Критичний Експериментальні значення показника Інтенсивність Ступінь пошкодження Значення показника флуоресценції листової пластини % Абсолютн. % 200 100 200,1 100 Не пошкоджений 141,3 77 148,4 74 Мало пошкоджений 99,1 54 106 53 Середньо пошкоджений 56,8 16,4 31 8 48,4 16,4 24 8 Сильно пошкоджений Дуже сильно пошкоджений 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 Спосіб діагностики стану рослини, за яким опромінюють рослину після темнової фази світлом з довжиною хвилі у діапазоні довжин хвиль 400-650 нм, приймають, вимірюють і реєструють сигнали флуоресценції в діапазоні хвиль 670-770 нм, із значень яких будують криву індукції флуоресценції хлорофілу для дослідної та контрольної рослин, який відрізняється тим, що в ньому додатково із номенклатури хлорофільних флуоресценцій вибирають діагностичний показник та шляхом зміни впливу чинника на контрольну рослину змінюють її стан від стаціонарного через стресовий, гранично допустимий та кризовий до критичного і для цих станів контрольної рослини визначають характерні значення діагностичних показників, проміжні значення між ними приймають за характерні діапазони відповідних станів, а стан дослідної рослини визначають як значення діагностичного показника, вибраного для контрольної рослини, діагностику стану дослідної рослини здійснюють шляхом порівняння значень показників цього стану з відповідним характерним діапазоном показника стану контрольної рослини, при цьому проміжні, поточні значення діагностичного показника, представленого у відносних одиницях для різних проміжних станів дослідної рослини, визначають в діапазонах від першого до другого характерного значення - для стресового стану, від другого до третього характерного значення для гранично допустимого стану, від третього до четвертого характерного значення - для кризового стану, від четвертого до п'ятого характерного значення - для критичного, тобто летального, стану, а характерні значення діагностичних показників, як границь характерних діапазонів, визначають з виразу  k  1  Pa  Pb  Pk  1    100 % , nPa   де 40 Pk - характерне значення діапазону значень діагностичного показника; k  1, 2, 3, 4, 5 - номер характерного діапазону; n - кількість характерних діапазонів; Pa - верхня границя можливих значень діагностичного показника при стаціонарному стані рослини; Pb - нижня границя можливих значень діагностичного показника при критичному стані рослини. 4 UA 103545 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5