С.Ф. Коваль, В.П. Шаманин  "Растение в опыте"

 

Значительная часть вычислений при обработке опытов имеет целью сделать результат наглядным, более доступным для осмысливания. На этом пути кроется немало подводных камней. Есть поговорка о том, что математика подобна жерновам - она перемелет все, что в нее подадут, но результат будет зависеть от качества вложенного. Неграмотная подача ма териала “на математику” часто приводит к удивительным результатам. Возникающие из этого казусы зависят не от математики, а от отсутствия здравого смысла. В качестве примера приведем задачу на уровне средней школы. На складе лежит партия огурцов. В процессе хранения они теряли влагу, и определение показало, что содержание воды в огурцах уменьшилось с 99% до 98%. Вопрос: на сколько уменьшился вес партии огурцов. Цифры 99 и 98 различаются мало, и далеко не каждый спрошенный догадается, что при полном сохранении сухого вещества вес всей партии уменьшится в два раза. Скептикам предлагаю самостоятельно провести вычисления.

Следует помнить, что абсолютное значение признака, принимаемое за 100 процентов, в различных вариантах неодинаково, и, следовательно такие близкие процентные отношения получены от разных величин. Процентное выражение показательно только вблизи средней части шкалы. Близ нуля или около 100 процентов такой шкалой пользоваться не следует.

В свое время, изучая водообмен при засухе, один из авторов этой книги пришел к выводу, что более наглядно представлять результаты определения воды и сухого вещества в растении не в процентах от общего веса навески, а в виде количества воды на единицу сухого веса. При этом предполагается, что количество сухого вещества остается постоянным, и что мы можем пренебречь транспортом веществ и потерями на дыхание. Поясним это примером (таблица 6.6).

Таблица 6.6. Изменение оводненности листа пшеницы при 3-часовом завядании Вариант Условия завядания Содержание воды в листе % от общей массы листа воды на 1 г сухой массы Контроль   73,1 ±0,9 2,7 Завядание лист с побегом 67,2 ± 0,5 2,0 «-« лист отделен 60,5 ± 1,6 1,5

 

В листе, который завядал не отделенным от стебля, процентное содержание воды уменьшилось на 5,9 процента, но при этом он потерял четвертую часть первоначального количества воды. При завядании отсеченного листа влажность его уменьшилась на 12,6 процента за счет потери 44 процентов исходного количества воды в нем.

Из эффектов неправильного расчета возникли попытки создать высоколизиновые кормовые сорта ячменя путем гибридизации местных сортов с Хайпроли. Проблема состоит в том, что растения, имея мощную систему переамминирования, не накапливают в запасном белке незаменимые аминокислоты. Обогащенный ими белок можно получить из зеленой вегетативной массы или из зерна сои, но оба пути не удовлетворяют нас с точки зрения технологии. Отсюда и возникла в Швеции заманчивая идея получения зерновой культуры с полноценным запасным белком путем гибридизации коммерческих сортов с Хайпроли, имеющим аномально высокий процент белка и лизина в зерне.

Только в СССР существовало три программы по созданию высоколизинового ячменя. Но ни в одной из них не были получены искомые производственные сорта. Оказалось, что ген lis подобных доноров создает высокий процент белка и незаменимых аминокислот в зерне не дополнительным синтезом их, а депрессией накопления эндосперма. В щуплом зерне Хайпроли доля зародыша и айлеронового слоя, а значит высоко переваримого белка и лизина, оказывается увеличенным при абсолютном снижении их в расчете на одно зерно. И никакое беккроссирование гибридов высоко урожайных сортов с Хайпроли не может изменить этого феномена - урожайные крупнозерные потомки имеют обычное содержание белка, а высоколизиновые - мелкое зерно и низкий урожай. Это справедливо при любой селекции на повышение содержания тех или иных веществ в зерне. При отборе мы обычно руководствуемся процентным содержанием, вычисленным по результатам анализа навески зерна, но отнюдь не количеством вещества в расчете на одно зерно. В качестве простой меры предосторожности рекомендуем вообще не направлять на анализ образцы с низкой массой 1000 семян.

Точно так же, когда регистрируют увеличение числа устьиц или клеток эпидермиса в поле зрения микроскопа (т.е. на единице площади листа) необходимо поинтересоваться: имело ли место абсолютное увеличение числа их. Или растяжение клеток эпидермиса было подавлено, и в результате в поле зрения попадает большое число мелких клеток. Следует запомнить, что для проверки выводов бывает полезно пересчитать результаты анализа на одну биологическую структуру - клетку, зерно, лист. Неправильно проведенные вычисления по результатам наблюдений часто встречаются в опытах с определением водоудержтающей способности. Такие работы строятся на измерении потери воды растительной навеской в растворах сахарозы [Генкель, 1982; Гусев, 1974] или при завядании различной продолжительности в эксикаторе над хлористым кальцием [Ничипорович, 1928]. При этом исходят из концепции о том, что в клетке существует несколько фондов воды с различным химическим потенциалом. Подробнее о химическом потенциале можно прочитать в монографии А.А. Зялалова[1984].

Сейчас же нам достаточно помнить, что вода движется в сторону уменьшения химического потенциала (из слабо концентрированных растворов в более насыщенные, от более высокого давления в сторону меньшего, из жидкости в ненасыщенную парами атмосферу и т.д.). На основании этого каждая порция воды, отнимаемая у клеток более высокой концентрацией сахарозы или в следующую экспозицию времени над хлористым кальцием, считается связанной более прочно, т.е. обладающей меньшим химическим потенциалом.

Результат обычно выражают в количестве оставшейся в тканях воды (в процентах от первоначального ее количества). Поскольку в вариантах с засухой теряется меньшая доля воды от ее содержания на старте опыта, это трактуется как адаптивное увеличение фракции прочно связанной воды в тканях. Например, в одном из опытов по изучению эксикаторным методом последействия засухи на водный режим листа пшеницы нами были получены следующие результаты:

Таблица 6.7 Нодоудсрживающая сила листа пшеницы (% от исходного количества воды в нем) 1) крипт Содержание воды (%) в конце экспозиции 0 30 мин 1 час 2 часа 5 часов Контроль 100 85,6 ± 0,7 77,1 ± 1,1 63,4 ± 1,8 30,9 ± 2,7 Последействие засухи 100 92,4 ± 0,6 85,5 ± 1,5 77,0 ± 1,2 52,4 ± 2,1

 

Здравый смысл подсказывает, что листья после засухи имели меньшую оводненность, и, следовательно, проценты удержанного фонда воды исчислены в этом варианте от меньшей абсолютной величины. Поэтому представим результаты как количество сохраненной в долях ее на единице сухой массы:

Таблица 6.8. Водоудерживающая сила листа пшеницы (в долях воды на единицу сухой массы) Вариант Содержание воды г, на 1 г сухой массы 0 30 мин 1 час 2 часа 5 часов Контроль 2,51 2,15 1,93 1,59 0,77 Последействие засухи 1,98 1,84 1,7 1,49 0,91

 

В итоге, различия между вариантами оказываются не столь значительными как при процентном исчислении. И увеличение водоудержания в значительной мере является не экспериментальным фактом, а эффектом способа вычисления.