Эрнст Зальцер - Гидропоника для любителей
Только что описанные процессы мы можем наблюдать и на живых клетках. Правда, мы не располагаем оборудованием ученых, и поэтому нам придется отказаться от опытов с растительными клетками. Однако куриное яйцо представляет собой единую гигантскую животную клетку, превосходно подходящую для демонстрации явления осмоса.
Для опыта нам придется пожертвовать тремя сырыми яйцами, с которых необходимо удалить известковую оболочку (скорлупу). Это делается путем осторожного растворения скорлупы в соляной кислоте, разведенной в пропорции 1 : 10. В курином яйце под известковой оболочкой имеется еще одна мягкая оболочка, обладающая такими же свойствами, как и знакомый нам пузырь. Она полупроницаема, и это мы сейчас же докажем. Мы наполняем один сосуд чистой водой, второй сосуд 1%-ным раствором соли и третий сосуд насыщенным раствором поваренной соли и опускаем в каждый из них по яйцу. Что мы можем наблюдать?
Яйцо, опущенное в чистую воду, через некоторое время начнет явственно увеличиваться в объеме. Это явление мы можем уже объяснить сами: вода в сосуде и жидкое вещество яйца стремится уравновесить концентрации. В соответствии с действием полупроницаемой перепонки вода будет всасываться в яйцо. Давление, оказываемое в этом случае изнутри на клеточную стенку (в данном случае на мягкую оболочку яйца), называют тургором. Благодаря тургору клетки приводятся в напряженное состояние, позволяющее широколистным растениям расти вертикально.
У второго яйца в 1%-ном растворе соли (физиологический раствор поваренной соли) мы не обнаружим никаких изменений. Это позволяет сделать вывод о том что растворы в сосуде и в яйце в отношении концентрации, по-видимому, находятся в равновесии, поскольку количество жидкости в яйце не увеличилось и не уменьшилось. Таким образом, мы можем констатировать, что оба раствора обладают одинаковым осмотическим давлением, или что растворы изотонические. Как же обстоит дело с яйцом в насыщенном растворе поваренной соли? Нет сомнения – оно сжимается! Раствор поваренной соли, конечно, высасывает воду из яйца, поскольку он обладает значительно большей осмотической сосущей силой, чем менее концентрированный белок куриного яйца.
Если мы будем ждать достаточно долго, концентрации медленно, но непременно выровняются, так что по обеим сторонам полупроницаемого фильтра будут находится растворы одинаковой концентрации.
В растительных клетках все происходит совершенно так же. Растения, корни которых омываются раствором, более концентрированным, чем сок внутри растений, неизбежно будут увядать, поскольку практически из них извлекается вода. Это и есть причина, по которой на почвах с высоким содержанием солей невозможно выращивание растений.
Каждое растение естественным путем все время терять воду за счет испарения. Вследствие этого количество раствора в растении становится, с одной стороны, меньшим, и поэтому оно неизбежно должно увядать, а, в другой стороны, оставшийся раствор будет иметь более высокую концентрацию. Этим создается опять-таки более высокая осмотическая сосущая сила и облегчается или ускоряется поглощение раствора из почвы.
Сделаем же вывод: Приготовленный нами питательный раствор всегда должен иметь меньшую концентрацию, чем сок растения, поэтому только в этом случае корни смогут поглощать его. Если доля воды в питательном растворе в жаркие летние дни снизится вследствие испарения и концентрация раствора (если ее не регулировать) повысится, то создастся опасность гибели растений. Когда питательный раствор более концентрирован, чем сок растений, он отнимает у растений воду. Даже незначительное повышение концентрации питательного раствора уже значительно затрудняет его поглощение.
В установке под открытым небом, куда беспрепятственно попадает дождь, питательный раствор может быть очень разведенным. Это также действует отрицательно, особенно в прохладную погоду. Тогда испарение у растений снижено, что они способны поглощать лишь незначительные количества раствора, которые не обеспечивают их достаточным количеством питательных веществ, потому что раствор сильно разведен.
Вывод из всего этого сводится к тому, что мы должны поддерживать концентрацию питательного раствора всегда в пределах от 1 до 5 частей солей на тысячу частей воды (1 – 5 г минеральных солей на 1 л воды). В рецептах питательных растворов всегда указывается, сколько солей должно быть разведено в 1 л воды. Приготовленный, согласно предписанию, питательный раствор имеет так называемую нормальную концентрацию, и исходя из нее устанавливаются все другие концентрации так, как, например, разведение раствора в 10 раз для начального периода окоренения черенков.
Определение концентрации питательного раствора можно производить с достаточной точностью при помощи небольшого прибора, который можно без больших затрат изготовить самому. Каждый, чья работа связана с большим расходом питательного раствора или у кого имеется установка в открытом грунте, должен соорудить себе такой прибор.
Указания по изготовлению прибора для определения концентрации
Рис. 51. Прибор для определения концентрации питательного раствора: слева – схема; справа – внешний вид: 1 – электроды; 2 – миллиамперметр; 3 – трансформатор; 4 – рубильник; 5 – сеть переменного тока; 6 – предохранитель; 7 – реостат; 8 – вилка.
Мы уже знаем, что при растворении той или иной соли в воде молекулы этой соли расщепляются на более мелкие электрически заряженные группы атомов или атомы, так называемые ионы. Электропроводимость каждого раствора тесно связана с ионами. Количество тока, проходящего через раствор, находится в прямой зависимости от числа ионов. Поэтому по электропроводимости питательного раствора можно судить о его концентрации. Прибор для определения концентрации, который можно охарактеризовать как измеритель электропроводимости, действует именно на этой основе.
Нормальный переменный ток напряжением 110 или 220в преобразуется сначала в трансформаторе (из соображений безопасности можно пользоваться только трансформаторами с раздельной первичной и вторичной обмотками) в слабый ток напряжением 6в и пропускается через предохранитель (см. схему включения на рис. 51). Включаемый вслед за трансформатором миллиамперметр показывает количества тока, проходящего между двумя конечными электродами. Для регулирования колебания стрелки миллиамперметра в определенных пределах в схему включается реостат, который можно приобрести в любом магазине радиодеталей. Наконец, прибор можно еще снабдить простым рубильником, чтобы его можно было включать в любое время, не выдергивая штепсельную вилку из розетки.
Идеальными являются платиновые электроды, но они слишком дороги. Поэтому мы пользуемся электродами из нержавеющей серебристой стали, точнее, приготовим из этой листовой стали полоски толщиной 1 мм, шириной 10 мм и такой длины, чтобы их можно было погрузить на равную глубину 40 мм в питательный раствор.
При монтировании электродов необходимо следить за тем, чтобы они всегда оставались на равном расстоянии один от другого, иначе будут искажаться результаты измерения. Поэтому вполне оправдано жесткое закрепление обоих электродов на изолирующей пластинке (например, на эбоните).
В конструкции этого прибора мы по соображениям экономии отказались от устройств, выравнивающих колебания температуры и напряжения сети. Прибор должен служить только для относительных измерений, и в описанном виде он для этой цели вполне пригоден, если только в точности следовать правилам измерения.
Правила измерения концентрации раствора
Наш прибор не позволяет производить какие-либо абсолютные измерения и, следовательно, не может указать количество имеющихся в растворе солей в граммах. Это прибор для относительных, то есть сравнительных измерений концентрации питательного раствора. Это означает, что в каждом случае мы сравниваем электропроводимость исходного раствора с электропроводимостью пробы используемого раствора, чтобы сделать из этого сравнения те или иные выводы.
Когда прибор изготовлен согласно указаниям (в соответствии со схемой), его прикрепляют к стене, где он должен быть защищен от действия влаги и сотрясений. После этого прибор включают в сеть (сотрясения могут со временем исказить показания миллиамперметра).
После приготовления питательного раствора его пробу в количестве около 2 л помещают в большую бутыль и хранят в темном помещении для предупреждения образования водорослей. Пока не будут приобретены необходимые опыт и умение, целесообразно часть исходного раствора разбавить в два раза водой, которая применялась для приготовления всего раствора, то есть снизить концентрацию этой части на 50%. Кроме этого, следует приготовить пробу раствора двойной концентрации. Таким образом, в распоряжении у нас будет довольно солидная основа для сравнительных измерений. Если нам потребуется через некоторое время проверить концентрацию используемого в установке раствора, то это делается следующим образом.
