CC BY
4
АктуальН проблеми сучасно! медицины
DOI 10.31718/2077-1096.20.1.145 УДК 615.322:621.318.2/3
Соловйова Н.В., Петровський О. М., 1лляш О.Е., Колесникова Н.1., Кузнецова Т.Ю., Соловйов В.В.
ПЕРЕДПОС1ВНА СТИМУЛЯЦ1Я НАС1ННЯ ЕХ1НАЦЕ1 I ВАЛЕР1АНИ ЕЛЕКТРОМАГН1ТНИМ ПОЛЕМ УЛЬТРАВИСОКО1 ЧАСТОТИ
Укра'шська медична стоматологiчна академiя, м. Полтава
Нацюнальний унiверситет «Полтавська полггехыка iменi Юрiя Кондратюка»
В статтi представлен результати апробацУУ ранiше запропонованоУ ф'зико-математично'У моделi розподлу температур в шарi насипного насння пд час опромнення його високочастотним елект-ромагнтним полем. Обфунтовано, що температура е одним i3 фактор'в, що впливае на наслiдки передпос'1вноУ обробки насння. Визначено, що поряд i3 нагр'ванням в'дбуваються й iншi ф1'зичн1' про-цеси в структур'1 насння на р'вн'! клтинних мембран i мембранного транспорту речовин. Перетво-рення структур бтюв, поляриза^я клтинних мембран, iнтенсифiкацiя обмiнних процесв пд д'ею опромнення можуть призводити до змни електричних властивостей насння i, як насл/'док, до впливу на фiзiологiчний стан, схожють i енергiю росту рослин. Розроблено технологю передпосв-ноУ обробки насння ехнацеУ i валер'ани з метою одержання бльшоУ клькостi екологiчно чистоУ си-ровини для фармаколог'чного виробництва. Показано позитивний тепловий i осциляторний вплив електромагштного поля на структура елементи насння. На основi способу передпос'1вноУ стиму-ляцУУ насння високочастотним електромагнтним полем знайден оптимальнi режими впливу опромнення на насння ехнацеУ i валер'ани. Встановлено, що пдвищення комплексного опору бюло-г'чно'У тканини, збтьшення поляризацУУ клiтинних мембран св'дчить про iнтенсифiкацiю обмiнних процесв i, як насл/'док, призводить до стимуляци' процесу проростання насння i швидкоУ вегетацУУ на ранн1'х стад'ях розвитку рослин. На базi теоретичних розрахунк'в i експериментальних дослi-джень доведено позитивний результат в'д реалiзацiУ розробленоУ технологи'.
Ключов1 слова: технолопя, опром1нення наання, модель, температура, електромагжтне поле, спос1б, схожють, вплив.
Вступ
При вирощуванн на великих площах лкарсь-ких рослин вагомою проблемою е одержання одночасних рiвних сходiв, що обумовлено бюло-пчними особливостями виду. Значна частка продукци рослин, близько 25-30%, втрачаеться за рахунок неякюного поавного насшня[1]. По-над 30% поавного мaтерiaлу е непридатним для поаву за рахунок низькоТ схожост i недостатньоТ енерги проростання. Тому актуальним е впрова-дження сучасних, енергозбер^аючих та еколоп-чно безпечних технологш передпоавноТ стимуляци насшня.
Вщомо багато способiв впливу на поавний мaтерiaл. Одшею iз таких технологш е опромн нення насшня високочастотним електромагшт-ним полем, яка позитивно впливае на схожють i призводить до зменшення часу вегетаци рослин, а стимуля^я обмшних процеав дозволяе одер-жувати гарно розвиненi рослини, що в кшцевому результaтi призводить до збтьшення рослинноТ маси i ТТ отримання в скороченi термiни. Елект-ромaгнiтнa стимуляцiя дозволяе не використо-вувати хiмiчнi стимулятори росту, що позитивно позначаеться на еколопчнш чистой вихiдноТ продукцiТ i довкiлля.
Незважаючи на це та ряд переваг технологи передпоавноТ стимуляцiТ нaсiння електромагыт-ним полем не набули широкого вжитку, що пов'язано з вщсутнютю вп"чизняного промислово-го обладнання та ведомостей мехaнiзму впливу на бюлопчы процеси стимуляци росту нaсiння.
Тому розробка нових зaсобiв передпосiвноТ стимуляци нaсiння високочастотним електрома-
гнiтним полем, як були б унiверсaльними, де-шевими, конструктивно i технологiчно простими, еколопчно чистими, представляе собою актуа-льну, важливу, складну науково-практичну задачу, виршення якоТ покращить процес виробництва лкарських рослин.
Мета роботи
Метою роботи е створення технологи передпоавноТ стимуляци насшня ехшацеТ i вaлерiaни шляхом його опромшення електромaгнiтним полем високочастотного дiaпaзону. Визначення оптимальних режимiв передпоавноТ обробки.
Для досягнення поставленоТ мети необхщно виршити нaступнi зaдaчi:
- розробити технолопчно простий, екологiчно безпечний i економiчно вигiдний спосiб передпо-сiвного опромiнення нaсiння високочастотним електромагштним полем в рамках запропонова-ноТ нами рaнiше [2] фiзико-мaтемaтичноТ моделi розiгрiву нaсiння;
- провести лабораторн випробування технолога опромiнення насшня електромагнггним полем.
Матерiали i методи дослщжень
1снуе велика кiлькiсть технологiй передпоав-ноТ обробки нaсiнневого мaтерiaлу, якi включа-ють рiзнi фактори впливу на стан насшня з метою стимуляци фiзiологiчних процеав проростання i розвитку. Змша бiофiзичних властивостей нaсiння, стимуля^я обмiну речовин, штен-сифiкaцiя проростання, збтьшення поглинання води е виршальними задачами передпоавноТ обробки. Найбтьш прогресивними технолопями передпосiвноТ обробки, на нашу думку, е засто-
Том 20, Випуск 1 (69)
145
В1СНИК Украгнська медична стоматологгчна академхя
сування електромагштних способiв стимуляцй, як найбтьш економiчно вигiдних, технiчно до-сконалих i екологiчно безпечних.
Сформувалися два основних уявлення про вплив електромагштних полiв радiочастотного дiапазону на матерiали i речовини. Для високо-частотно''' областi (мiлiметровий дiапазон) перевага вщдаеться «шформацшному впливу» [3, 4, 5], а для низькочастотно''' област (сантиметро-вий, дециметровий, метровий дiапазони) змiни пояснюють за рахунок теплового впливу.
Осктьки при дй' поля високо''' частоти (ВЧ) переважае струм змщення, а тепловий ефект в основному залежить вщ струму провщносп, то абсолютна кiлькiсть тепла при однш i тiй же силi струму при високих частотах буде значно мен-шим, нiж при застосуванш бiльш низьких частот. Однак величина емнюноТ складово' повного еле-ктричного опору струмiв бiльш низьких частот дуже велика, внаслщок чого переважае струм провщносп, i таю струми не чинитимуть глибоко''' дй'. Для струмiв ВЧ електропровiднiсть системи в цтому бiльше, що полегшуе проходження енер-гй' в бтьш глибокi тканини. Таким чином, при впливi поля ВЧ за рахунок струму змщення не так утворюеться тепло в тканинах, скiльки нако-пичуеться енергiя в тканинах, що погано прово-дять електричний струм i передаеться майже без всяких втрат бтьш глибоким тканинам[6].
Пщ час обробки насiння електричним полем високо' частоти вщбуваеться його нагрiвання, в основному завдяки наявностi в кл^инах молекул води i розчинених у водi iонiв. Рух молекул води i iонiв пiд дiею змiнного електричного поля високо' частоти i спричиняе нагрiвання. При цьому температура е одним з факторiв, який впливае на наслщки передпосiвноТ обробки насiння. Однак поряд з нагрiванням присутнi i iншi процеси. Перетворення структур бшмв, поляризацiя клн тинних мембран, штенсифка^я обмiнних про-цесiв пiд дiею опромiнення можуть призводити до змши електричних властивостей насiння i, як наслщок, до впливу на фiзiологiчний стан, схо-жiсть i енерпю росту рослин.
Результати дослiджень та 1х обговорення
В експериментi використано насiння ехшаце''' пурпурно' та валерiани. Спосiб опромiнення ре-алiзуеться наступним чином. Пщготовлеш партй' насiння згщно ДСТУ 4138-2002 [7, 8] масою 0,01кг вiдносною вологiстю 12.15%, з визначе-ним видим, сортом, строком врожаю, умовами зберiгання помiщаються мiж опромiнюючими електродами за допомогою вщповщно''' емностi, (кювета розмiром 0,13*0,09*0,01м), або заван-тажуеться в бункер-опромiнювач в раз^ якщо одноразова партiя перевищуе 0,1 кг.
Через одну добу пюля опромшення насiння виймаеться з термостату. Визначаються елект-ричнi характеристики насшня, а також проводиться зважування насiння.
Пiд час пророщування на зволоженому папе-
рi насшня поглинае воду, при цьому його маса збтьшуеться. З метою визначення ступеня во-допоглинання проводиться зважування кожних 100 насшин вщповщних партш до опромiнення i через одну добу пюля опромiнення. Таким чином визначаеться водопоглинання насшня. Найбтьше водопоглинання спостер^аеться при тривалостi обробки насшня 3...5 хв. Порiвняно з контрольною пар^ею його маса збтьнилась на 25%. А кiлькiсть поглинуто' води досягае 43% вiд початково' маси насiння, що свiдчить про високу штенсивнють обмiнних процесiв.
Пюля зважування насшня повертаеться в термостат де продовжуеться його пророщування. На третю добу пюля опромшення визначаеться енерпя росту, як ктькють насшня, що проросло вщ загально''' ктькостк На 14 добу пюля опромшення визначаеться загальна схожють насшня, як ктькють насшня, що проросло вщ загально'' кшькосп насшня експериментально'' партй.
Через 3 доби пюля опромшення насшня було вийняте з термостату, бтьшють його на цей час вщчутно проросло. Визначена енерпя пророс-тання, яка пщвищилась на 20.27% порiвняно з контрольною партю. Кращi результати одержано при обробц на протязi 3.5 хвилин. Таким чином, в цьому промiжку при вихщнш потужностi 60Вт найкраще обробляти насшня. Тут наявна найбтьша енерпя проростання 78% для ехшаце''' пурпурно' i 72% для валерiани.
Схож1сть, яка визначаеться процентом насшня, що проросло, до загально' ктькосл на 14 добу, екстремально залежить вщ тривалостi опромiнення при фксованш потужностi випромн нювача. Максимум спостер^аеться при рiзних тривалостях опромшення. При цьому схожють зростае в середньому на 23.30% в порiвняннi з насшням, що не опромшюеться.
Пщ дiею ВЧ опромiнення температура насшня, спочатку, збтьшуеться, а згодом виходить на усталене значення, це свщчить про те, що кн лькють теплоти яка надана насшню дорiвнюе кь лькостi теплоти, яка розсшеться в навколишне середовище. Таким чином, з точки зору термодинамки, ця система виходить на усталений режим, а опромшення насшня доцтьно прово-дити в температурних межах вщ +25°С до + 31°С. Крiм того, пщ дiею змiнного електричного поля насипне насшня нагрiваеться рiвномiрно, тобто температура в уах точках однакова.
Аналiз отриманих експериментальних даних показав, що схожють усього насшня мае максимум, який в 1,2.1,3 разiв бтьше у порiвняннi з контрольними. При цьому оптимальне значення часу опромшення для рiзного насiння змшюеть-ся вiд 3 до 6 хвилин.
При цьому температура нагрiву насшня Т пов'язана з тривалютю 'х опромiнення t, що опи-суеться спiввiдношенням [2]:
Т = Тн +17,5(1 - е )
де: Тн = 18°С - початкова температура;
АктуальН проблеми сучасно!' медицины
^iTepaTypa
Beresin OV. Efektyvne funktsionuvannia silskohospodarskoho vyrobnytstva [Effective function of the agricultural production.] Economics APK. 2010 Jan; 2:26-31. (Ukrainian). Solovieva NV, Petrovsky OM, Mishchenko AV. Pre-sowing stimulation of Echinacea seeds with an electromagnetic field as means to obtain environmentally safe medicinal substance [Experimental and morphological research]. Aktual'ni problemy suchasnoyi medytsyny: Visnyk Ukrayins'koyi medychnoyi stomatolohichnoyi akademiyi. 2016; 3(55):177-82. (Ukrainian). Tsuglenko NV. Yntensyfykatsyia teplovykh protsessov podhotovky semian k posevu эnerhyei VCh y SVCh [Intensification of the heat processes during the preparing seed for sowing using the HF and UHF]. Agropromisdat; 1989. 40p. (Russian). Batygin N, Ushakova S, Nikonova N. Comprehensive assessment of the impact of the electromagnetic field of high frequency on the seeds [Primenenie energii vysokih i sverhvysokih chastot v tehnologicheskih procesah selskohozyajstvennogo proizvodstva]. Chelyabinsk; 1983. 71p. (Russian).
Ismailov E. Biophysical influence of microwave radiation [The effect of microwave radiation at the cellular level]. Energoatomisdat; 1987. 306p. (Russian).
Perelmuter V, Cha V, Chuprikova E. Biomedical aspects of the interaction of electromagnetic waves with body [The effect of electromagnetic radiation on biological objects of various levels of organization]. Tomsk Polytechnic University; 2009. 128p. (Russian).
Crop seeds. Methods for determination of quality. (2003) (ISO 4138:2002, IDT). State Standards of Ukraine ISO 4138:2002. [Enacted from 2004-01-01]. Kyiv State consumer standard of Ukraine, 173. (National standard of Ukraine). (Ukrainian). Petrovskij O. M., Smerdov A. A., Shemela G. P., Volkov S. I., Landar A. A. inventors; Petrovskij O.M. , assignee. Method of pre-irradiation of seeds of cereals. Ukraine patent 51700. 2010 Jul 26. (Ukrainian).
1
a = 0,1 хв" - постшна часу HarpiBy.
Коефiцiент 17,5 враховуе особливост оточу-ючого середовища таю як волопсть пов^ря та насшня, pозмipи ^Mip^ в якому воно знахо- ; диться [8]. Отримане незначне зменшення схо-жост насшня пюля досягнення максимальних значень при подальшому пщвищенш температу-ри можливо обумовлене локальним пеpегpiвaн- : ням клiтинних мембран i денатура^ею бтюв-пеpеносникiв у зародку.
Висновки
На основi запропоновано'1 рашше [2] фiзико-математично'Г моделi розподт температури спричиненого електpомaгнiтним опpомiненням ! ультрависоко'1 частоти розроблено та експери-ментально апробовано новий ефективний споаб f передпоавно'Г стимуляци', який може застосову-ватись для передпоавно'Г обробки насшня ехн наце'Г i вaлеpiaни без застосування хiмiчних сти-мyлятоpiв росту i, як нaслiдок, дозволяе одержа-ти бiльшy кiлькiсть еколопчно чисто!' продукци'.
Проведено експеpиментaльнi дослщження, i якi пiдтвеpджyють доцiльнiсть застосування технологи передпоавно'Г стимуляци насшня. Схо-жiсть нaсiння збiльшилaсь на 23 - 30%.
Реферат
ПРЕДПОСЕВНАЯ СТИМУЛЯЦИЯ СЕМЯН ЭХИНАЦЕИ И ВАЛЕРИАНЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ УЛЬТРАВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Соловьева Н.В., Петровский А.Н., Илляш О. Э., Колесникова Н.И., Кузнецова Т.Ю., Соловйов В.В.
Ключевые слова: технология, облучение семян, модель, температура, электромагнитное поле, способ, всхожесть, влияние.
В статье представлены результаты апробации ранее предложенной физико-математической модели распределения температур в насыпном слое семян при облучении его высокочастотным электромагнитным полем. Обосновано, что температура является одним из факторов, влияющим на последствия предпосевной обработки семян. Определено, что наряду с нагревом происходят и другие физические процессы в структуре семян на уровне клеточных мембран и мембранного транспорта веществ. Преобразование структур белков, поляризация клеточных мембран, интенсификация обменных процессов под действием облучения могут приводить к изменению электрических свойств семян и, как следствие, к воздействию на физиологическое состояние, всхожесть и энергию роста растений. Разработана технология предпосевной обработки семян эхинацеи и валерианы с целью получения большего количества экологически чистого сырья для фармакологического производства. Показано положительное тепловое и осцилляторное влияние электромагнитного поля на структурные элементы семян. На основе способа предпосевной стимуляции семян высокочастотным электромагнитным полем найдены оптимальные режимы воздействия облучения на семена эхинацеи и валерианы. Установлено, что повышение комплексного сопротивления биологической ткани, увеличение поляризации клеточных мембран свидетельствует об интенсификации обменных процессов и как следствие приводит к стимуляции процесса прорастания семян и быстрой вегетации на ранних стадиях развития растений. На базе теоретических расчетов и экспериментальных исследований доказано положительный результат от реализации разработанной технологии.
Summary
PRESOWING STIMULATION OF ECHINACEA AND VALERIAN SEEDS WITH ULTRA-HIGH FREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELD
Solovieva N.V., Petrovskiy O. M., Ilyash O.E., Kolesnikova N.I., Kuznetsova T. Yu., Soloviev V.V.
Key words: technology, seed irradiation, model, temperature, electromagnetic field, method, germinability.
The article presents the results obtained by testing the previously proposed physical and mathematical model of the temperature distribution in the layer of poured seeds when irradiated with a high-frequency electromagnetic field. It has been proven that temperature is one of the factors influencing the consequences of pre-sowing seed treatment. We have found out that, along with heating, other physical processes occur in the seed structure at the level of cell membranes and membrane transport of substances. The transformation of protein structures, the polarization of cell membranes, and the intensification of metabolic processes under the influence of irradiation can lead to changes in the electrical properties of seeds and, as a consequence,
Том 20, Випуск 1 (69) 14 7
BICHHK yKpaiHCbKa MeduHHa cmoM.amon.ozw.Ha aKodeMin.
can impact on the physiological state, germinability and growth energy of plants. The result of the seed exposure to high-frequency electromagnetic field depends on the electrical characteristics of the seeds. We have developed a technology for the pre-sowing treatment of Echinacea and Valerian seeds in order to obtain more ecologically pure raw materials for pharmacological industry. The study has demonstrated positive thermal and oscillation effects produced by the electromagnetic field on the structural elements of seeds. Based on the method of presowing stimulation of the seeds with a high-frequency electromagnetic field, the optimal modes for irradiation of Echinacea and Valerian seeds have been elaborated. It has been established that boosting the overall resistance of biological tissue, an increase in the polarization of cell membranes indicates an enhancement of metabolic processes and, as a result, stimulates the process of seed germination and rapid vegetation in the early stages of plant development. Theoretical calculations and experimental studies have evidenced positive results doe to implementation of the described technology.
