Вегетационный метод исследований растений
помогает выяснить различные вопросы питания растений, имеющие как
теоретическое, так и практическое значение. С помощью этого метода
учеными не только было выяснено, в каких элементах нуждается растение,
откуда берет оно эти элементы, но и была изучена роль многих удобрений
в развитии отдельных органов растений. Кроме того, вегетационный метод
помогает изучать почвы, с которыми приходится иметь дело на практике, а
также природу различных сельскохозяйственных растений.
Вегетационные опыты проводятся в различных высших и средних
сельскохозяйственных учебных заведениях, на опытных станциях и в
научно-исследовательских институтах.
Для защиты растений от атмосферных осадков и от случайных вредных
влияний сосуды помещают в вегетационный домик, имеющий стеклянную крышу
и стены. Сосуды с растениями устанавливают на подвижных вагонетках,
которые в хорошую погоду по рельсам выкатывают на площадку, устроенную
перед домиком и защищенную от птиц сеткой, а в плохую погоду и на ночь
вкатывают обратно под защиту стекол. Конструкции вегетационных домиков
различны: от обширных павильонов, состоящих из стекла и железа,
вмещающих в себя сотни вагонеток и тысячи сосудов, до скромных
«домиков», устроенных из застекленных деревянных
рам, вмещающих в себя три-четыре десятка сосудов.
В вегетационном методе различают водные,
песчаные и почвенные культуры.
Для решения вопросов, какие элементы нужны для развития растений,
употребляют водные и песчаные культуры, а в почвенных культурах
испытывают различные почвы и действие на растения разных удобрений.
Результаты, полученные при использовании вегетационного метода,
проверяют в условиях полевого опыта, где растения выращивают в
естественных условиях, а поэтому вегетационные и полевые опыты
дополняют друг друга.
Вегетационные опыты, выясняющие роль микроэлементов (В, Mn, Си, Mg и
др.), требуют тщательности в работе исследователя, так как
микроэлементы встречаются в качестве примесей в обычных питательных
растворах, употребляемых для выращивания растений, а также в воде и
даже в стенках стеклянных сосудов. Для этих опытов требуются химически
очищенные соли, тщательно перегнанная вода и парафинированные изнутри
сосуды. При постановке обычных вегетационных опытов для успешного роста
растений полезно в питательную смесь добавлять ничтожное количество
наиболее важных микроэлементов, например бора и марганца.
В этой статье мы остановимся только на водных культурах (рис.1 и 2).
Рис.1.
Водная
культура
тыквы:
В сосуде 1 выращивали тыкву в растворе питательной смеси, в сосуде 2
– такая же тыква, но в дистиллированной воде.
Растения выращивают в стеклянных сосудах, в которые наливается чистая
дистиллированная вода и дистиллированная вода с растворами испытуемых
солей. Размеры сосудов для водных культур берут от 1 до 20 л, в
зависимости от размера растений и цели опыта. Чаще употребляют
пятилитровые сосуды. Стеклянные сосуды следует обязательно затемнять
чехлами из материи (внутри черными, снаружи белыми), чтобы не
заводились водоросли и не нагревалась вода. Молодые проростки растений
закрепляются в отверстиях пробки. Корень проростка погружают в воду, а
росток направляют вверх. При ежедневном продувании воздуха (с помощью
стеклянной трубки и пульверизатора) корневая система хорошо развивается
в воде, а росточек при благоприятных условиях быстро начинает расти
вверх. Так как растения испаряют воду, ее следует доливать в сосуд по
мере надобности, оставляя между крышкой сосуда и водой влажное
пространство.
В водных культурах растения зацветают и дают плоды и семена. Если для
опыта взять дистиллированную воду без солей, то вырастают карликовые
растения, которые хотя и могут зацвести, но в них ничтожна прибавка
сухих веществ по сравнению с тем количеством, которое было в семени.
Возможность слабого развития растений в дистиллированной воде
объясняется наличием некоторого количества минеральных солей в самом
семени. Если к дистиллированной воде прибавить все необходимые соли,
растение пышно развивается. Так, в одном опыте с водной культурой
японская гречиха выросла в высоту до 2 м, имела 115 ветвей, 946
листьев, 521 кисть с 796 зрелыми и 108 не вполне зрелыми семенами. В
другом опыте на выросшем из одного зерна овса растении было 60 побегов
с 570 нормально развитыми зернами (по В. Р. Заленскому).
Обычно для водных культур употребляют одну из смесей солей, имеющих
такой химический состав:
Компонент
Смесь № 1
Смесь № 2
Азотнокислый
кальций – Са
(NO3)2
Кислый фосфорнокислый калий – КН2РO4
Азотнокислый калий – KNО3
Хлористый калий – КСl
Сернокислый магний – MgSO4
Фосфорнокислое железо – FePO4
Хлорное железо – Fe2Cl6
Дистиллированная вода – Н2О
1,00 г
0,25 г
0,25 г
–
0,25 г
0,01 г
–
1 л
0,492 г
0,136 г
–
0,075 г
0,060 г
–
0,025 г
1 л
Крепость таких растворов в начале опыта равна примерно 0,1-0,2 %.
Концентрация солей позднее может быть увеличена до 0,5 %. Растворы
должны обладать едва уловимой кислой реакцией.
Существует много и других растворов, в которых растения хорошо
развиваются. Однако во всех случаях необходимо, чтобы среди солей
присутствовали как минимум из металлоидов N, S и Р, а из металлов Са,
К, Mg и Fe.
Необходимость этих элементов для развития растений доказывается
выращиванием растений в растворах, из которых исключается в
последовательном порядке каждый из них. Отсутствие хотя бы одного из
указанных элементов влечет за собой или полное прекращение и гибель
растения, или крайне слабое развитие его, при котором оно недалеко
уходит вперед по сравнению с теми карликовыми растениями, которые
развиваются в чистой дистиллированной воде (рис.1-2).
Рис.2. Водные культуры
растений:
1 – фасоль на полной питательной смеси; 2 – фасоль
на дистиллированной воде; 3 – кукуруза на полной питательной
смеси; 4 – то же, но без фосфора; 5 – то же, но без
калия; 6 – то же, но без азота.
Раствор солей, окружающий корневую систему, подвергается
электролитической диссоциации, и в растение поступают в большом
количестве или анионы, или катионы. Вследствие этого происходит
изменение кислотности раствора.
Сосущая сила корневых волосков и электроосмотические процессы являются
причинами поступления воды в растения. Корневые волоски – это
живые растительные клетки, имеющие обширную площадь соприкосновения с
частицами почвы и почвенным раствором, из которого они получают, помимо
воды, минеральные вещества. В плазмалемме корневых волосков
адсорбируются ионы минеральных веществ, вступающие в обменную реакцию с
соответствующими ионами угольной кислоты, появляющейся в результате
кислородного дыхания протопласта жизнедеятельных клеток корня.
Опыты (И. И. Колосова, 1940 г.) показывают, что погружение корней
пшеницы или конских бобов в раствор метилового синего реактива вызывает
не только почти мгновенную адсорбцию катиона реактива на поверхности
протопластов корневых волосков, но и проникновение его (в течение 3-3,5
минуты) через толщу протоплазмы многих слоев клеток коры корня,
эндодермы и перицикла до сосудов центрального цилиндра корня.
Все питательные соли подразделяют на физиологически кислые,
физиологически щелочные и физиологически нейтральные.
Примером первых
может служить сернокислый аммоний (NH4)2SO4
из которого в растение в
большом количестве поступает катион, а анион накопляется в питательном
растворе и усиливает кислотность среды. Примером физиологически
щелочной соли может служить селитра (СаNО3), из
которой в растение
поступает анион (NO–3)
а катион (Са+) потребляется медленнее
и остается в растворе, усиливая щелочность среды. Примером
физиологически нейтральных солей для большинства растений может служить
сернокислый магний – MgSO4, из
которого в растение поступает
и анион SO–4 и
катион Mg+, в результате чего кислотность
раствора не изменяется. Из всех солей азотной кислоты к физиологической
нейтральности наиболее близка аммонийная селитра. Но и у этой соли
катион NН+4 поступает в
растение быстрее, и потому анион NО–3
накопляется в растворе, делая его физиологически слабокислым.
Так как различные соли поступают в растение из питательного раствора с
различной быстротой (даже из одной и той же соли катион (К+)
и анион
(А–) поступают в корни с различной
скоростью), то можно
считать доказанным, что вода и соли поступают в корневые волоски и
другие клетки независимо друг от друга. В дальнейшем ток воды в сосудах
древесины увлекает соли и разносит их по всему растению.
Кислотность питательного раствора, играющего исключительно важную роль
в росте растений, устанавливают определением показателя водородных
ионов pH. Увеличение кислотности питательного раствора усиливает
поглощение растением анионов, а увеличение щелочности усиливает
поглощение катионов. Для многих культурных растений вегетационными
опытами установлены пределы величины рН, при которой возможен рост
растений, а также наилучший их рост. Так, одни растения (свекла,
пшеница, ячмень, люцерна) лучше растут в нейтральной или слабощелочной
среде, а другие (картофель, рожь) – в среде слегка кислой.
Нейтральная среда обозначается величиной pH-7, кислая –
цифрами меньше семи и щелочная – цифрами больше семи.
Величину рН определяют колориметрическим методом (подкраской
индикатором, изменяющим цвет в зависимости от реакции среды), а также
электрометрическим методом (определение электродвижущей силы ионов).
