РОЗДІЛ 2
ОБ'ЄКТИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
У якості об'єктів досліджень використовували рослини озимої пшениці (Triticum aestivum L.), кукурудзи (Zea mays L.), буряку (Beta vulgaris L.) і двох видів винограду (Vitis vinifera L., Parthenocissus quinquefolia (L.) Planch.). Рослини вирощувалися на дослідних ділянках (пшениця, кукурудза, буряк) або зростали в природних умовах (виноград) на території Інституту фізіології рослин і генетики НАН України. При вирощувані використовували різні режими мінерального живлення та різні ґрунти. Таким чином досягалося більше різноманіття матеріалу. Листки рослин використовували для вимірювань спектрів відбиття і пропускання а також для біохімічних досліджень. Крім того, вимірювали спектри відбиття рядкових посівів озимої пшениці з подальшим біохімічним аналізом рослин. Дослідження проводились на різних фазах вегетації в період весна-осінь протягом 2002-2007 р.
Спектри відбиття листків в лабораторних умовах вимірювали за допомогою модифікованої спектрофотометричної установки, сконструйованої у відділі біохімії фотосинтезу на базі двопроменевого спектрофотометра СФ-10 (ЛОМО). Спектрофотометр обладнаний інтегруючою сферою для захоплення розсіяного світла при вимірюванні спектрів відбиття зразків. Модифікація спектрофотометра полягає у створенні блока спряження з комп'ютером і спеціального програмного забезпечення, що дозволяє отримання даних в цифровому вигляді а також комп'ютерне керування вимірюваннями (рис. 2. 1). Вимірювання проводили в діапазоні 400-750 нм зі спектральним інтервалом 1 нм.
Для вимірювання спектру відбиття листку з нього вирізали диск діаметром 50 мм та поміщали у спеціальну кювету - круглу платформу відповідного розміру, яка являлася частиною стінки інтегруючої сфери. В деяких випадках ширина листку була меншою, ніж необхідний діаметр зразка, наприклад при роботі з листками пшениці та при дослідженні молодих листків інших видів. В цих випадках для формування одного зразка використовували декілька листків.
Калібрування приладу проводилося за допомогою еталону 100 % відбиття - пластинки з напиленням BaSO4, а також еталону нульового відбиття - диску з чорної тканини.
Рис 2.1. Блок-схема спектрометричної установки для вимірювання спектрів відбиття в лабораторних умовах.
1 - спектрофотометр СФ-10;
2 - повзунок самописця;
3 - реохорд;
4 - кроковий двигун розгортки спектра;
5 - інтегруюча сфера;
6 - кювета зі зразком;
7 - кювета із еталоном 100 % відбиття (напилення BaSO4);
8 - блок спряження з комп'ютером;
9 - комп'ютер.
Коефіцієнт відбиття зразку при кожній довжині хвилі розраховували за формулою:
R = (I-I0)/(I100-I0);
де I - показання приладу при вимірюванні відбиття зразку;
I0 - показання приладу при вимірюванні відбиття еталону нульового відбиття;
I100 - показання приладу при вимірюванні відбиття еталону 100 % відбиття.
Спектри відбиття посівів вимірювали за допомогою польового спектрометра, сконструйованого на державному підприємстві заводі "Арсенал" сумісно з відділом біохімії фотосинтезу Інституту фізіології НАН України. [171] (Рис. 2. 2). Блок-схема спектрометра представлена на рис 2.3. Прилад містить два вхідних канали, один з яких при вимірюванні спрямований в зеніт (опорний канал), інший - в надир (дослідний канал). Опорний канал дозволяє порівнювати інтенсивність падаючого та відбитого світла і таким чином отримувати коефіцієнти відбиття. У якості світлоприймача використовується CCD матриця.
Крім спектрофотометричного модуля, спектрометр обладнаний датчиками температури, інтенсивності освітлення та GPS-приймачем. Ці дані разом із спектром відбиття записуються у вигляді одного файлу на флеш-карту. Прилад також обладнаний СОМ-портом для під'єднання комп'ютера і реєстрації даних безпосередньо на нього. Розроблене спеціальне програмне забезпечення WINCHL для інтерпретації даних, накопичування бібліотеки спектрів та їх обробки.
Рис. 2. 2. Зовнішній вигляд польового спектрофотометра
Рис 2.3. Блок-схема польового спектрометра1 - опорний вхідний канал;
2 - дослідний вхідний канал;
3 - поліхроматор;
4 - CCD-матриця;5 - флеш-карта;
6 - СОМ-порт для під'єднання комп'ютера;
7 - комп'ютер.
Таблиця 2.1
Технічні характеристики польового спектрометру
Спектральний діапазон 500-800 нмСпектральне розділення2 нмКут поля зору 16?Коефіцієнти відбиття, які входять в діапазон чутливості приладу 0,03-0,9Час одного вимірювання до 4 сДодаткові вимірюваннятемпература
інтенсивність освітлення
GPS-координатиКількість спектральних вимірювань разом з додатковою інформацією, які можуть зберігатися в пам'яті приладу 6015Напруга живлення9 ВПотужність5 ВтВага (з триногою)8 кг
Спектрометр встановлювався на тринозі над досліджуваним посівом на висоті 1-1,5 м від верхівок рослин (рис. 2.4). Прилад орієнтували таким чином, щоб ділянка посіву під ним і опорний канал були однаково освітлені, тобто щоб посів або його частина не затінялася триногою, а опорний канал - кронами дерев. Вимірювання спектрів проводили з трикратною повторністю.
В досліджуваних посівах визначали концентрацію хлорофілу. Для цього необхідно було виділити ділянку посіву, яка відповідає полю зору спектрометра. Прилад обладнаний видошукачем, в якому відмічене поле зору, проте для максимальної точності поле зору знаходили через вертикальну проекцію вхідного каналу на посів. Точка проекції відповідала центру поля зору, краї знаходили, знаючи кут поля зору і висоту приладу. При відстані до посіву 115 см (найбільш часто вживана) розміри ділянки становили 35?35 см (рис. 2.5 А). Відмічену ділянку фотографували для розрахунку величини проективного покриву, після чого з неї відбирали 9 рослин, рівномірно розташованих на ділянці (рис. 2.5 Б). Концентрацію хлорофілу розраховували окремо для кожного листкового ярусу, проте усере