Введение к работе
Актуальность работы. Рост древесных растений чаще всего ослабляется наличием водного дефицита в растительных тканях. Нормальный ход процессов жизнедеятельности в растительном организме возможен только при относительно постоянной оводненности тканей, что достигается непрерывным восходящим током воды. Вопрос регуляции влагообеспечения растений особенно актуален в условиях города, где растительные объекты чаще всего страдают от высоких концентраций солей и промышленных загрязнений, которые приводят к количественным и качественным изменениям в энергетическом и конструкционном обмене. Эти изменения проявляются в недостаточной выработке энергии и нарушении белковых структур, вызывающие нарушения водообмена растения. Таким образом, изучение факторов, влияющих на водный обмен дерева, имеет большое значение для понимания внутреннего водного баланса, контролирующего рост и развитие растения. Подавляющая масса воды в растение поступает через корневую систему, роль которой возрастает в периоды отсутствия транспирационных токов. Несмотря на значительные успехи в исследовании природы водного транспорта, вопрос о роли корневого давления в водном обмене, создаваемого живыми клетками корня, считается открытым. В продвижении воды по растению на всем ее пути определенную роль играют энергозависимые микроколебания потенциала давления паренхимных клеток, осуществляемые при участии внутриклеточного сократительного аппарата (Жолкевич, 1984). Таким образом, исследование роли ритмических автоколебаний в процессе влагопереноса в корневой системе представляет одну из наиболее актуальных проблем при изучении механизмов водного тока с целью управления им с помощью биоактивных веществ, которые способны регулировать водопотребление растения, его рост и продуктивность. Без этой информации невозможно объяснить особенность строения древесных клеток растения, их жизненных функций и ответных реакций на изменяющиеся факторы окружающей среды. Наиболее перспективным методом изучения автоволнового движения воды по растению является метод мягкого рентгеновского излучения.
Цель работы. Целью настоящей работы является исследование природы корневого давления растения и возможных путей управления водообеспечением посредством воздействия на корневую систему биологически активными веществами. В связи с поставленной целью необходимо решить следующие задачи.
1. Выявление ритмической составляющей корневого давления методом мягкого рентгеновского анализа у транспирирующего и декапитированного растения.
-
Создание экспериментального стенда, позволяющего проводить регистрацию локальных изменений распределения влажности в корне растения.
-
Принимая во внимание возможное участие живых клеток в нагнетающей деятельности корневой системы, следует исследовать влияние биологически активных химических веществ, стимулирующих или подавляющих биохимические реакции клеток корня, что позволит управлять процессами водного транспорта в корневой системе растения.
-
Создание физико-математической модели влагопереноса в корневой системе растения с учетом функционирования живых клеток и внутриклеточного сократительного аппарата.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
разработан метод мягкого рентгеновского неразрушающего контроля распределения влажности в корневой системе растительного объекта;
предложена физико-математическая модель влагопереноса в корневой системе растения с учетом функционирования метаболической составляющей корневого давления;
на основе физико-математической модели получены аналитические соотношения, позволяющие рассчитывать автоволновое движение жидкости в процессе влагопереноса;
методом рентгеновского анализа были зарегистрированы ритмические автоколебания движения жидкости в растении, исследовано влияние биоактивных веществ на ритмическую активность корневой системы древесного растения;
исследованы механизмы автоволнового движения жидкости с помощью биологически активных веществ, влияющих на метаболическую активность клеток корня.
Практическая значимость. В результате проведенных исследований получены данные, которые могут быть использованы для разработки оптимальных режимов водного обеспечения древесного растения, при дальнейшем исследовании влияния биоактивных веществ на живые клетки и на характер водного транспорта, контролируя влагопотребление и продукционный рост. Созданный экспериментально-вычислительный комплекс позволяет проводить исследования механизма водного транспорта при воздействии различных биологически активных веществ на живые клетки корня в лабораторных условиях, не повреждая корневую систему. Результаты исследования могут быть использованы для -прлгнп?ирпряния протекания физиологических процессов в корневой системе растения при воздействии различных экологических факторов, а также гормональных препаратов, стимулирующих или подавляющих биохимические реакции растительного организма. Представленная в
работе физико-математическая модель влагопереноса в корневой системе растения на основе функционирования метаболической составляющей корневого давления позволяет получить аналитические соотношения для вычисления скорости, частоты и амплитуды колебаний влагопереноса при автоволновом режиме, а также влияния биологически активных веществ на метаболизм клеток корня
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на научно-технических конференциях МГУ Л с 1997 по 2000 г.г., на III Международном симпозиуме "Строение, свойства и качество древесины-2000" (Петрозаводск, 2000).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научных работы.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы по состоянию вопроса, теоретической и экспериментальной частей и главы, посвященной анализу и обсуждению результатов проведенных исследований, а также включает выводы и список использованной литературы, состоящий из 173 источников. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, из которых основное содержание включает 123 страницы, 22 рисунка и 8 таблиц.