Лабораторный практикум по агрохимии - 2020. Фгбоу во ставропольский государственный аграрный университет кафедра агрохимии и физиологии растений лабораторный практикум по агрохимии
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
МЕЩЕРЯКОВА КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ (2 ЧАСА – ОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ, 1 ЧАС – ЗАОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ) Цель занятия определить содержание общего азота в растениях по Гинзбург в модификации Мещерякова колориметрическим методом и установить по результатам анализа необходимость проведения подкормок азотными удобрениями. Изучить принцип и порядок работы анализатора белка по Кьельдалю UDK 129. Недостаток азота У всех растений - однолетних, двулетних, многолетних - при недостатке азота замедляется рост стеблей, ветвей и корней. Пожелтение листьев (прежде всего нижних) из-за распада хлорофилла сменяется побурением, и листья засыхают. Заболевание распространяется на листья следующего яруса. Общие признаки для всех растений такие одревеснение стеблей, острый угол расположения листа к стеблю, задержка роста, уменьшение цветков и их быстрый опад, малое число ненормально развитых и окрашенных плодов. Весь цикл вегетации и созревания ускорен (рисунок 2). Соцветия злаков укорочены из-за раннего отмирания меристемы колосья и початки укорочены сверху, а метелки снизу. Плохая озерненность. Зерна щуплые. Растение небольшое, стебель тонкий, жесткий, листья узкие, прижатые к стеблю. Стебли снизу могут иметь пурпуровый оттенок. Характерное пожелтение нижних листьев кукурузы начинается с верхнего кончика листа и продолжается вдоль главной жилки, причем края листа некоторое время остаются зелеными. Початки искривленные. У хлопчатника при недостатке азота задерживаются рост, ветвление, образование плодоэлементов. Листья, начиная с нижних ярусов, желто-бурые, потом отмирают и опадают. Лен имеет одревесневшие тонкие стебли с мелкими листьями, нижние листья желтые, затем становятся бурыми и отмирают. 31 У картофеля дефицит азота проявляется острее недостатков других элементов. Резко задерживается рост нижние листья сначала светло-зеленые, затем желто-зеленые, края закручены внутрь (чашеобразный лист клубни мелкие. Для капусты белокочанной и цветной недостаток азота характерен розово- желтыми нижними листьями, медленным ростом растений. Общий габитус растений огурца и томата - веретенообразный стебли тонкие, жесткие листья, начиная с нижних, желто-зеленые, желто-бурые; цветки мелкие, многие опадают. Плоды огурца светло-зеленые, искривленные, к концу заостренные, их кончик загнут. У томатов на обратной стороне желтых нижних листьев появляется антоциановая окраска. Рост задержан. Стебли постепенно краснеют. Недостаток азота у растений томата Недостаток азота у растений озимой пшеницы Недостаток азота у растений капусты Недостаток азота у растений земляники Рисунок 2 – Недостаток азота у растений Лук на недостаток азота реагирует рано. Растение медленно растет, листья мелкие, светло-зеленые, позднее буро-серые. Редис при дефиците азота отличается мелкими желто-зелеными листьями и небольшим корнеплодом. Из плодовых культур резче всех на недостаток азота реагирует персик. У него появляются признаки азотного голодания даже при задернении почвы и 32 плохой ее обработке. У всех плодовых первые признаки недостатка азота проявляются в пожелтении листьев у основания побегов, в задержке прироста побегов. Листья расположены под острым углом к ветви. Листопад наступает рано. Резко изменяется число цветков и плодов. Побеги коричнево-красные. Плоды мелкие, ярко окрашены. У земляники недостаток азота вызывает слабое образование усов, покраснение и раннее пожелтение листьев. Значение метода Азотистые вещества, содержащиеся в растениях, представлены преимущественно белком. Кроме того, азот входит в состав нуклеиновых кислот, хлорофилла, алкалоидов и фосфатидов. Количество небелкового азота в растениях обычно не превышает 10% от общего содержания азотистых веществ. Растительный белок представляет большую пищевую и кормовую ценность. Поэтому определение белкового азота в растениях имеет большое значение. При агрохимических анализах растений чаще всего проводят определение общего азота с целью определения потребления азота урожаем культуры в течение вегетационного периода и определения качества продукции. Принцип метода. При взаимодействии солей аммония с реактивом Несслера образуется комплексная соль желтого цвета. Интенсивность окраски раствора пропорциональна концентрации аммония и может быть измерена колориметрически. Реактив Несслера - щелочной раствор йодистой ртутнокалиевой соли образует с аммонийными солями в сильнощелочной среде йодистый меркураммоний. (NH 4 ) 2 SO 4 + 8KOH + 4K 2 (HgI 4 ) = 2HgOHg(NH 2 )I + 14KI + K 2 SO 4 + 6H 2 O Ход анализа. 2 мл раствора переносят в мерную колбу емкостью 50 мл. Для нейтрализации избытка Н в эту колбу добавляют 2 мл 2,5%-ного NаОН КОН. Приливают 2 мл 50%-ного раствора сегнетовой соли. Наливают в колбу дистиллированной воды до 45 мл, взбалтывают, добавляют 2 мл реактива Несслера, доливают водой до метки, перемешивают и 33 колориметрируют. Одновременно готовят образцовые растворы для построения калибровочной кривой. Образцовый раствор сернокислого аммония, содержащий 0,005 мг Н в 1 мл, готовят путем растворения химически чистой соли (в мерной колбе емкостью 1 л) вводе без аммиака. Для колориметрирования приливают в мерные колбы емкостью 50 мл 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 мл образцового раствора. Дальнейшая подготовка к колориметрированию такая же, как и испытуемых. Сначала колориметрируют, образцовые растворы и по полученным данным вычерчивают калибровочную кривую. Для чего на оси абсцисс откладываю значение концентрации - мг азота, а на оси ординат - соответствующие отсчеты шкалы прибора (мА. Через 2-3 минуты колориметрируют сначала образцовые растворы, а потом испытуемые. Колориметрирование проводят на спектрофотометре, что позволяет определить оптическую плотность раствора через синий светофильтр при λ=440 нм. По точкам, полученным при пересечении показаний шкалы прибора и концентраций образцовых растворов, строят калибровочную кривую, по которой определяют концентрацию исследуемого раствора. По точкам, полученным при пересечении показаний шкалы прибора и концентраций образцовых растворов, строят калибровочную кривую, по которой определяют концентрацию исследуемого раствора. Результаты вычисляют по формуле где а - концентрация азота по графику. Для получения зерна сильной пшеницы предложены определенные уровни содержания общего азота в листьях в разные фазы развития как показатели потребности озимой пшеницы в поздней азотной подкормке и установлены соответствующие дозы азотных удобрений (таблица 1). Форма записи 34 Вариант опыта № колбы Отсчет по спектрофотометру Концентрация N , , % по графику Концентрация N, % 1 2 Установить дозы азота для подкормок озимой пшеницы в условиях черноземных почв можно, используя результаты анализов для ранней весенней подкормки анализируют растения в фазе осеннего кущения, для летней – листья в фазе цветения (таблица 2). Таблица 1 – Уровни обеспеченности озимой пшеницы азотом по фазам развития и потребность в поздней азотной подкормке для получения сильной пшеницы (поданным ФГБОУ «НЦЗ им. П.П. Лукьяненко») Содержание азота в листьях, % сухого вещества Обеспеченность растений азотом Потребность в подкормке Доза азота кг/га колошение- начало цветения полное цветение конец цветения начало формирования зерна <3,0 <2,5 <2,0 низкая очень сильная 60-80 3,1-3,5 2,6-3,0 2,1-2,5 средняя сильная 40-60 3,6-4,0 3,1-3,5 2,6-3,0 оптимальная средняя 30-40 >4,0 >3,5 >3,0 выше оптимальной слабая или отсутствует 20-30 Таблица 2 – Содержание общего азота в растениях озимой пшеницы и доза азота для подкормки (по В.И. Никитишену) Общий азот в растениях осенью, % сухого вещества Доза азота в раннюю весеннюю подкормку, кг/га Общий азот в листьях в фазе цветения, % сухого вещества Доза азота в летнюю подкормку, кг/га 3,0-3,4 80 2,1-2,4 60 3,5-3,8 60 2,5-2,7 50 3,9-4,2 45 2,8-3,0 40 4,3-4,6 30 3,1-3,3 30 4,7-5,0 20 3,4-3,6 20 35 Внесение указанных в таблице 2 доз азота при условии увлажнения почвы и применения до посева других удобрений рассчитано на получение 5,4-5,6 т зерна озимой пшеницы с га. Принцип и порядок работы анализатора белка по Кьельдалю UDK 129 Анализатор белка по Кьельдалю UDK 129 (рисунок 3) состоит из следующих основных блоков дигесторы, система для удаления и нейтрализации паров сжигания, установка для перегонки с паром и титровальная установка для определения содержания общего азота. 4 3 2 1 Рисунок 3 - Анализатор белка по Кьельдалю UDK 129 1. Дигесторы (термореакторы) предназначены для мокрого сжигания жидких и твердых образцов. Температуру сжигания можно выбирать в диапазоне от комнатной температуры до 450 С (1). 2. Система для удаления и нейтрализации паров сжигания. Нейтрализация паров является одним из необходимых условий для комфортной работы лаборатории, так как при сжигании образуются пары кислот, которые при отсутствии нейтрализации пагубно влияют на организм человека, а также подвергают оборудование быстрому износу (2). 3. Установка для перегонки с паром. Перегонку с паром используют в 36 лаборатории для разделения нерастворимых вводе жидкостей и твердых веществ в соответствии с законом Дальтона о парциональном давлении в газовой смеси. Ее также используют для отгонки химических веществ из смесей или растворов после сдвига ионного равновесия добавлением кислот или оснований, как в хорошо известном методе Кьельдаля для определения содержания общего азота (3). 4. Титровальная установка. Точность титрования соответствует классу А. Шаг титрования составляет 10 мкл (для титратора номинальным объемом 25 мл) (4). Вопросы для контроля 1. Значение, принцип метода и ход анализа определения общего азота в растениях 2. Роль азота в питании растений 3. Признаки азотного голодания 4. Питание растений азотом. Особенности питания N-NO 3 , N-NH 4 5. Принцип и порядок работы анализатора белка по Кьельдалю UDK 129. 37 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ФОСФОРА В РАСТЕНИЯХ ФОТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ (2 ЧАСА – ОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ, 1 ЧАС / 1 ЧАС В ИНТЕРАКТИВНОЙ ФОРМЕ – ЗАОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ) Цель занятия определить содержание фосфора в растениях фотометрическим методом. Изучить принцип и порядок работы спектрофотометра UNICO 1200/1201. Недостаток фосфора Физиологическое проявление голодания начинается с нижних листьев. Листья зеленые с голубоватым оттенком (при достаточной обеспеченности азотом, но между жилками появляются бурые пятна, которые затем сливаются и листья засыхают. Весь цикл онтогенеза замедляется. Рост надземных частей и корней ослабляется. Часто на стеблях, ветвях и снизу листьев появляется фиолетово-красная окраска. Края больных листьев при фосфорном голодании загибаются кверху (рисунок 4). Недостаток фосфора у растений томата Недостаток фосфора у кукурузы Недостаток фосфора у озимой пшеницы Недостаток фосфора у винограда Рисунок 4 – Недостаток фосфора у растений Резко уменьшается образование и развитие репродуктивных органов. Цветки мелкие, опадающие, соцветия мелкие, плохо озерненные, обсемененные. Початки у кукурузы с кривыми рядами зерен сверху початок заострен, 38 верхушка засыхает. Хлопчатник карликового роста с темно-зелеными, бурыми нижними листьями. Коробочки мелкие, поздно созревают. У картофеля ухудшается качество клубней, в мякоти образуются бурые пятна, которые приварке затвердевают. У всех видов капусты вдоль жилок снизу старых листьев пурпуровая окраска. Рост задерживается. При дефиците фосфора у томата сначала краснеют снизу старые листья, а позже - все растение. Плоды поздно развиваются, мелкие. Недостаток фосфора у бобовых вызывает задержку роста (растения-кар- лики покраснение стеблей. Цветение и плодоношение задержаны. У плодовых косточковых культур плоды ненормально зеленые, иногда с ярким румянцем у цитрусовых узкие мелкие листья с побуревшими концами, плоды с толстой бугристой коркой, мякоть мягкая, вздутая, кислая. Избыток фосфора При переизбытке фосфора, что встречается довольно редко, у растения нарушается усвоение железа и цинка, из-за чего на листьях появляется межжилковый хлороз. Новые листья тонкие. Нижние листья закручиваются, появляются некрозные пятна. Кончики и края листьев обожжены. Избыток фосфора у растений приводит к общему пожелтению, опадению листьев. Значение анализа. Фосфор является одним из наиболее дефицитных для растений элементом питания, потребность в котором проявляется с первых же дней роста и развития растения. Фосфор играет важную роль в жизни растений. Он входит в состав нуклеиновой кислоты, которая присоединении с белком дает нуклеопротеиды. Значительное количество фосфорной кислоты находится в растении также в виде фитина, фосфатидов и других органических веществ. Агрохимический контроль осуществляется наблюдением за выносом фосфора из почвы урожаями различных сельскохозяйственных культур путем анализа на содержание этого вещества. Кроме того, определение 39 фосфора в кормах необходимо для расчета минерального питания животных. Принцип метода Метод определения фосфора основан на способности фосфорной кислоты давать голубое окрашивание с молибденовокислым аммонием в присутствии хлористого олова. Интенсивность окрашивания находится в прямой зависимости от содержания фосфора в растворе. Ход анализа. 2 мл раствора, полученного при озолении растительной пробы,переносят в мерную колбу емкостью 50 мл для нейтрализации избытка серной кислоты, приливают 2 мл 2,5 %-ного NaOH. Приливают дистиллированной воды примерно до 45 мл, добавляют 2 мл молибденовокислого аммония в серной кислоте, перемешивают и доливают водой до метки. Затем добавляют 3 капли хлористого олова и через 5 минут исследуют на спектрофотометре UNICO Одновременно готовят образцовые растворы для построения калибровочной кривой. В мерные колбы емкостью 50 мл приливают из бюретки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 мл образцового раствора с концентрацией 0,005 мг РО в 1 мл раствора. Затем приливают те же реактивы, что и при приготовлении испытуемого раствора и проводят измерения. Результаты вычисляют по формуле а · в ·100 100 Р = ────── · ──── = а = а НС 100 – у где Р - содержание фосфора, %; а - концентрация фосфора по калибровочному графику в - количество раствора, в котором растворена зола, мл С - количество раствора, взятого в колбу для исследования, мл Н - навеска вещества, г 100 - для выражения в процентах 1000 - для пересчета граммов в миллиграммы 100 - для пересчета на абсолютно сухое вещество у - процент влаги в веществе. 40 Форма записи Вариант опыта № колбы Отсчет по спектрофотометру Концентрация РО, % по графику Концентрация РО, % 1 2 Принцип и порядок работы спектрофотометра UNICO 1200/1201 Общие сведения. Приборы UNICO 1200/1201 являются однолучевыми спектрофотометрами, сконструированными для общих целей, и пригодными для нужд стандартной лаборатории. UNICO 1200/1201 (рисунок 5) предназначен для решения аналитических задач нефтехимии, клинической химии, биохимии и экологии, широко используется в пищевых лабораториях, лабораториях качества воды ив других сферах контроля качества и химического состава. При соблюдении условий эксплуатации спектрофотометр UNICO 1200/1201 является надёжным и удобным в использовании аналитическим оборудованием. Принцип работы. Принцип действия спектрофотометра основан на сравнении светового потока Ф, прошедшего через исследуемое вещество раствор) со световым потоком Ф, прошедшим через растворитель или контрольный раствор, по отношению к которому производится измерение. Диапазон длин волн светового потока 325-1000 нм. Спектрофотометр состоит из следующих основных частей - источник светового потока ‒ галогеновая лампа - монохроматор для выделения спектрального диапазона требуемых длин волн - кюветное отделение для размещения проб и калибровочных растворов - детектор для регистрации светового потока и преобразования его в электрический сигнал 41 - цифровой дисплей для вывода значений измеренной оптической плотности (% пропускания. Рисунок 5 - Спектрофотометр UNICO 1200/1201 На рисунке 6 схематично показано взаимодействие между этими частями прибора Источник Монохроматор Кюветное отделение Детектор Цифровой дисплей Рисунок 6 ‒ Блок - схема спектрофотометра Свет от галогеновой лампы фокусируется на входной щели монохроматора, где зеркало направляет пучок света на решетку. Решетка, с помощью коллиматора создает в плоскости выходной щели монохроматора изображение входной щели, разложенное в спектр. Выходная щель выделяет из спектра монохроматический пучок света, который через один из фильтров, устраняющих рассеянный свет после дифракционной решетки, направляется в отделение для проб. На выходе из отделения для проб пучок попадает на кремниевый фотодиод и преобразуется в электрический сигнал. 42 Световые потоки Фи Ф преобразуются фотоприемником в электрические сигналы U 0 , U и Ut (Ut ‒ сигнал при неосвещенном приемнике, которыеобрабатываются на микропроцессоре и выводятся на дисплей спектрофотометра в формате коэффициента пропускания, оптической плотности или концентрации. Коэффициент пропускания (Т) исследуемого раствора определяется как отношение световых потоков (или сигналов Т = Ф/Ф 0 · 100% = (U - U 0 ) / (U 0 - UT) · 100% Оптическая плотность (А А = lgl/T = lg ((U 0 -Ut)/(U-U 0 )) Концентрация (С C = A · F, где F ‒ коэффициент пересчёта оптической плотности в концентрацию. Вопросы для контроля 1. Роль фосфора в питании растений 2. Признаки фосфорного голодания 3. Значение, принцип метода и ход анализа определения фосфора в растениях 4. Принцип и порядок работы спектрофотометра UNICO 1200/1201. 43 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КАЛИЯ В РАСТЕНИЯХ ПЛАМЕННО-ФОТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ (2 ЧАС – ОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ, 1 ЧАС – ЗАОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ) Цель занятия изучить принцип и порядок работы пламенного фотометра ПФА-378 и определить содержания калия в растениях пламенно- фотометрическим методом. Недостаток калия У всех растений появляется краевой ожог нижних листьев (рисунок 7). Недостаток калия у растений томата Недостаток калия у подсолнечника Недостаток калия у озимой пшеницы Недостаток калия у яблони Рисунок 7 – Недостаток калия у растений У зерновых культур листья морщинистые стебли полегают. Приостановлен рост междоузлий, листья сближены. Развитие цветков и созревание зерна задержано. Для кукурузы характерна окраска сформированных листьев края желтые, затем буреют, отмирают у жилки лист зеленый (при недостатке азота - наоборот. Початки мелкие, щуплые, плохо озерненные, с заостренной верхушкой. Растения неустойчивы к полеганию. У хлопчатника нижние листья с краевым ожогом свернуты вниз, на них крапчатость, а затем появляются бурые пятна отмерших тканей, так называемая 44 хлопковая ржавчина при калийном голодании, листья становятся красно- бурыми, отмирают преждевременно, опадают. Коробочки недозревшие, мелкие, не раскрываются, волокно низкого качества. Высокое содержание кальция в почве обостряет калийное голодание, а натрия - смягчает его. Картофель имеет узкие нижние листья, они плотно прилегают к стеблю, морщинистые, бронзово-зеленые с краевым ожогом, свернуты вниз, края рваные. Рост замедляется, кусты мелкие. Столоны короткие, клубни мелкие. У овощных культур нижние листья серовато-желтые с краевым ожогом. Растения слабые, неустойчивые к болезням. Резко замедлен рост, снижается урожай. Ослаблен синтез крахмала и его передвижение в другие органы. Капуста становятся бронзовыми - края старых листьев, а затем листья буреют целиком. Огурец края листьев бронзовые, плоды одутловатые к верхушке и узкие к ветви. Томат листья мелкоморщинистые, мелкие плоды с темными пятнами на кожуре ив мякоти, плоды некрепкие. Лук старые листья с кончиков серовато-желтые или соломенно-желтые, позже лист подсыхает. Морковь нижние листья бледно-серые, закрученные. Свекла слаборазвитый, сбежистый корнеплод. У бобовых после известкования обостряется потребность в калии. При остром дефиците калия отношение Са:К = 8:1 (норма Са:К < 4:1). Края нижних листьев с краевым ожогом, рваные. У сои семена плохого качества. У люцерны, клевера рост останавливается раньше, чем появятся признаки калийного голодания. У люцерны в этом случаев листьях 1-1,25% калия, а она может содержать его до 4%. У плодовых и ягодных культур листья голубовато-зеленые. Яблоня краевой ожог старых листьев от серого к бурому и коричневому цвету плоды деревянистые, кислые листопад поздний. Груша листья с темно-коричневым оттенком, края черные. 45 Слива - индикатор на дефицит калия. У нее раньше, чему других растений, проявляется краевой ожог нижних листьев. Земляника на листьях красная кайма, ягоды плохого качества, плохо хранятся, слабо окрашены. Крыжовник листья пурпурные. Смородина черная листья с красно-пурпурным оттенком. Малина листья свернуты вверх, цвет насаждений серый из-за опушенной нижней стороны листьев. Виноград листья с краевым ожогом, сильно деформированы, гроздья с мелкими ягодами, к осени могут быть сморщенными, сухими. Цитрусовые рост задержан листья мелкие с краевым ожогом плоды мелкие с тонкой гладкой кожурой, на которой заметны темные пятна. Избыток калия (при недостатке магния) вызывает образование на плодах горькой гнили. У цитрусовых - плоды крупные, бугристые с толстой кожурой. Определение содержания калия в растениях пламенно- |