CC BY
391
■; - “ 4--. х;-
к:,, .. ;-,г-/ -и:ч^ : т. . 631.576.3:537.8.001.5
ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СЕМЕНАХ РАСТЕНИЙ
М.Г. БАРЫШЕВ, Г.И. КАСЬЯНОВ
Кубанский государственный университет
Кубанский государственный технологический университет
Исследования влияния электромагнитных полей на биологические процессы, протекающие в семенах и растениях после обработки, ведутся в настоящее время во многих странах. Предлагается целый ряд гипотез для объяснения механизма действия электромагнитного поля на физикохимические и биологические системы: кластерная, ядерного магнитного резонанса, параметрического магнитного резонанса, модуляции под действием поля скорости потока взаимодействующих частиц, стохастического и циклотронного резонанса и др. [1, 2]. Но не одна из них не описывает полностью всех явлений взаимодействия биологических систем с электромагнитным полем. В то же время способы воздействия последних на растения и семена сельскохозяйственных культур продолжают развиваться.
В основе существующих методов обработки, использующих энергию электромагнитного ПОЛЯ, лежат магнитная или электрическая составляющие последнего, а также комплексные способы воздействия электромагнитного поля в сочетании с термическим нагревом, изменением давления и т.д.
■Возможность повышения всхожести и продуктивности семян сахарной свеклы путем обработки их в магнитном поле установлена О.Г.Сарбеем. Его исследованиями доказано отсутствие влияния постоянного магнитного поля напряженностью до 3200 Э при экспозиции от 0,5 до 550 ч на сухие и замоченные семена сахарной свеклы. В случае сочетания воздействий магнитного поля и таких стимуляторов, как нитрат кальция и перманганат калия, выявлена тенденция к повышению всхожести [3].
Исследования воздействия магнитного поля на семена и урожай ячменя, пшеницы и овса, проведенные на юге провинции Альберта (Канада), показали, что оно не влияло на урожаи овса, но увеличивало урожаи ячменя в 13 опытах из 19, озимой и яровой пшеницы в 14 опытах из 23. Время обработки семян, сила магнитного поля и тип оборудования для обработки не оказывали существенного влияния на рост растений и урожаи зерна изучаемых культур [4].
Установлено также положительное воздействие на процесс роста растений магнитного поля, по напряженности сопоставимого с магнитным полем Земли. Так, известен способ обработки растений, согласно которому их высаживают в комья земли и помещают в резервуар. Способ отличается воссозданием эффекта магнитного поля Земли с образованием поля вокруг всего кома земли, исключая верхнюю часть. Магнитное поле получают с помощью магнита, уложенного на дно горшка [5]. Согласно исследованиям, проведенным в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне (Россия), биологические эффекты действия магнитного поля обусловливаются не абсолютной величиной его напряженности, а изменением последней в пространстве и времени [б] .
Исследования воздействия на семена пшеницы сорта Заря переменного магнитного поля частотой 30-33 Гц, напряженностью 30 мТл и формы, близкой к синусоидальной, показали, что кратковременная обработка семян пшеницы в первые часы набухания мало влияет на скорость гидролиза и флуоресценцию. Но затем в семенах с высокой всхожестью происходит резкое увеличение эффектов поля до двух и более раз в отдельных опытах. При этом в интервале от 6 до 11 ч выделяются две группы опытов с сильной и слабой реакцией на магнитное поле. После 11 ч сильные эффекты отмечены во всех опытах, а начиная с 17-18 ч магнитное поле слабо влияет на скорость гидролиза. В старых семенах воздействие магнитного поля либо не меняло, либо уменьшало выход в среду продуктов гидролиза и интенсивность флуоресценции. Измерения pH вблизи поверхности зародыша показали, что в необработанных семенах наблюдаются значительные изменения pH примерно через сутки после набухания, связанные с откачкой протонов из среды для закисления клеток. В семенах, подвергшихся обработке, уровень pH изменялся скачком на единицу через 56 ч после обработки.
Результаты исследований, выполнявшихся в течение двух лет, свидетельствуют, что обработка низкочастотным магнитным полем приводит к повышению всхожести и скорости прорастания семян, также отмечается отсутствие на обработанных семенах'плесени, которая, как правило, развивается на продуктах утечки из старых семян после нескольких суток набухания [7].
Высокая чувствительность семян пшеницы к низкочастотному магнитному полю связана с изменением pH и высвобождением белков, которые ускоряют выход семян из состояния покоя и стимулируют развитие в них восстановительных процессов, определяемых восстановлением барьерной функции мембран, что в свою очередь обусловливает повышение всхожести старых семян и отсутствие на них микрофлоры.
Проведенные исследования свидетельствуют об активизации метаболизма при воздействии низкочастотным магнитным полем на ряде этапов набухания семян пшеницы. Величина эффекта зависит от выбранного времени набухания, она наиболее значительна в интервале между 12 и 22 ч после начала обработки [7].
Известно, что обработка черенков перед посадкой путем их введения в находящийся под действием переменного магнитного поля субстрат в виде размешенных в емкости из немагнитного материала гранул из ферромагнитного материала и раствора питательных веществ приводила к улучшению укоренения черенков по сравнению с контролем [8].
Изменение общего электромагнитного фона также существенным образом сказывается на растениях. В настоящее время достоверно установлено, что экранирование растений от геомагнитного поля существенно изменяет ряд физиологических и биохимических показателей. Так, при ослаблении геомагнитного поля в 102 раза происходит торможение роста проростков семян гороха, чечевицы и льна. Установлено также, что при неспокойной магнитной обстановке в первые сутки после замачивания семян льна имеет место более быстрый их "старт" в обычных условиях, чем при экранировании геомагнитного поля [9].
Изменение динамики синтеза РНК и белков в клетках корней гороха, чечевицы и льна в условиях экранирования геомагнитного поля зарегистрировано в работе [10]. Проведенные ее авторами цитохимические исследования выявили определенную закономерность в реакции меристематиче-ских клеток различных видов растений на экранирование от геомагнитного поля, связанную с появлением свободного и слабосвязанного кальция в гиалоплазме клеток.
На растительные объекты оказывает влияние также электрическая компонента электромагнитного поля. Так, в опытах с тепличными растениями установлено положительное влияние электрических полей, создаваемых электродами, на рост, урожайность и сроки их созревания [11].
Исследования прорастания и развития сахарной свеклы, проведенные с использованием переменных и постоянных электрических и магнитных полей, показали, что влияние первого способствовало увеличению энергии прорастания семян и длины сеянцев после 4 дней. Однако после 14 дней различий в способности прорастания не наблюдалось. Влияние магнитного поля было незначительным [12].
В сельскохозяйственном производстве известно множество различных способов и устройств, применяемых для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.
Существует экологически чистый способ обеззараживания посевных семян с помощью импульсного тока высокого напряжения без применения ядохимикатов. Электрообеззараживание и увлажнение посевных семян осуществляется за один прием в разработанных электротехнологиче-ских устройствах стационарного и мобильного типов. Увлажнение семян в отличие от традиционного способа производится электроактивирован-ной водой [13].
Воздействие электрического тока (2, 4 и 7 мкА) на каллюс эмбриогенной кукурузы в течение 1 мес оказывало существенное влияние на рост и формирование побегов корней. Ток 2 мкА стимулировал все процессы, особенно стеблевой морфогенез: число апексов возрастало после обработки в 19 раз, значительно увеличивалось число апексов, развившихся в побеги, митотическая активность клеток возрастала в 4 раза. Ток 4 мкА оказывал слабое стимулирующее действие, а ток 7 мкА ингибировал рост каллюса и морфогенез [14].
Комбинированная предпосевная обработка семян с помощью электрического поля, озоновоздушной смеси, лазерного излучения и т.д. оказывает положительное влияние на семена сельскохозяйственных культур и растения [15].
Согласно исследованиям [16], наиболее эффективная предпосевная обработка семян тепловым и магнитным полями осуществляется в полости, образованной двумя коаксиально расположенными трубами из электропроводящего материала, одни концы которых электрически соединены, а другие подключены к источнику тока.
Высокую эффективность комбинированной обработки семян сельскохозяйственных культур магнитным полем и инфракрасным излучением лазера показало устройство, представленное в работе [17]. Оно включает в себя камеру обработки семян, охваченную электромагнитом камеру сбора обработанных семян и инфракрасный излучатель. Устройство отличается тем, что с целью повышения качества обработки мелкозернистых семян и уменьшения габаритов установки камера выполнена в виде самовакуумирующейся вихревой трубы, имеющей в нижней части сопловой ввод и диафрагму с центральным отверстием, а верхней частью сообщенной с щелевым диффузором, при этом излучатель выполнен в виде оптического квантового генератора, выходной патрубок которого сообщен с камерой через ее сопловой ввод и отверстие в диафрагме.
Устройство [18] для предпосевной обработки семян, включающее камеру обработки, охваченную электромагнитом, размещенное внутри нее устройство для перемешивания семян и инфракрасные излучатели, отличается тем, что с целью повышения качества обработки устройство для перемешивания семян выполнено в виде наклон-
ных одна к другой волнообразных сетчатых пластин, установленных с зазором между собой и соединенных друг с другом с помощью регулируемых тяг, причем верхние концы пластин поочередно прикреплены к противоположным стенкам камеры с помощью шарниров, а электромагнит выполнен в виде отдельных секций, между которыми расположены инфракрасные Излучатели.
Комбинированная обработка семян сельскохозяйственных культур, находящихся в растворе микроэлементов, ультразвуковым полем в течение 40 с;iC последующим воздействием электромагнитным-излучением ультравысокочастотного и сверхвысокочастотного диапазонов благоприятно сказывается на увеличении урожайности [19].
С этой же целью используется сочетание обработки семян раствором микроэлементов и электромагнитным полем напряженностью Ы0б-1,5-108 А/м, которое накладывают импульсами с одновременным воздействием гидравлического удара энергией 1,5-2,5 кДжпри частоте 5-6 импульсов в. минуту [20].
Таким образом, несмотря на то, что механизмы воздействия электромагнитного; поля на семена и растения сельскохозяйственных культур до конца остаются не выясненными, в настоящее время существует большое количество разнообразных способов его применения с целью увеличения урожайности и повышения эффективности сельскохозяйственного производства.
ЛИТЕРАТУРА '
1. Магнитный параметрический резонанс в биосистемах. Экспериментальная проверка предсказаний теории с использованием регенирирующих планарий Dugesia tigrina в качестве тест-системы / В.В. Леднев, Л.К. Скребницкая, Е.Н. Ильясова и др. // Биофизика. — 1996. — 41. — Вып. 4,— С. 815-825.
1. Владимирский Б.М., Темурьянц Н.А. Ядерный магнитный резонанс в геомагнитном поле — возможный механизм воздействия слабых электромагнитных полей па биологические и физико-химические системы // Там же. — С. 926-929.
3. Разработка методов изучения влияния магнитных и электрических полей на жизнеспособность семян свеклы и овощных культур / ИФ АН УССР. Рук. О.Г. Сарбей. — 1976 .
4. Pittman U.J. Effects of magnetics seed treatment on yields of barley, wheat, and oxats in southern Alberta // Can. J. Plant Sci. - 1977,- 57. -№ 1, - P. .37- 15. .
5. Заявка 2579412. Способ и устройство для обработки растений. — 03.10.86.
6. Данилов В.И. Магнитное поле и сельское хозяйство. — Дубна, 1987. - С. 15.
7. Аксенов С.И., Булычев А.А., Грунина Б.Н., Туро-вецкий Б.Б. О механизмах воздействия низкочастотного магнитного поля на начальные стадии прорастания семян пшеницы // Биофизика. — 1996— 41 — Вып.4,— С. 919-924.
8. А.с. 1160999. Способ обработки черенков перед посадкой на укоренение / Ф. Я Поликарпова., Л.Н Свиридов., В.Г. Трушечкин и др.; Научн.-исслед. зон. ин-т садоводства нечерноземной полосы.— 15.06.85.
9. Влияние флуктуаций геомагнитного поля и его экранирования на ранние фазы развития высших растений / Р.Д., Говорун, В.И Данилов., В.М. Фомичева и др. // Биофизика 1992. - 37,- Вып. 4. - С. 738-743.
10. Фомичева В.М., Заславски В.А., Говорун Р.Д., Данилов В.И. Динамика синтеза РНК и белков в клетках корней меристемы гороха, чечевицы и льна / / Там же, — С. 750-758.
11. Заявка 2687041 Франция МКИ 5 А01П7/04. Предйо-севная обработка семян. Пер. Proced de culture en masse de vegetaux et dispositif associe / De la Goublaye De Nantois, De !a Goublaye De Nantois Tanneguve Heiene — № 9201421. — Заявл. 07.02.92; Опубл. 13.08.93.
12. Влияние электрических и магнитных полей на биологические свойства семян. Пер. Корее В. Wpliw pol elektrycznj'ch 1 magrietycznych па wlasciwosci biologiczne nasion: Дис. Индекс Б- 1984. - 102 с.
13. Экологически чистый способ обеззараживания посевных семян / А. Мухаммадиев, Э.Н. Фахрутдинов., Н.Г. Джа-баров и др. / / Аграр. наука [Вести, с.-х. науки]. — 1996 — №
4.-С. 30-31.
14. Китлаев Г.Б., Долгих Ю.И. .Бутенко Р.Г. / / 3-й
съезд Всерос. об-ва физиолопов: растений (24-29 июня, 1993. Санкт-Петербург): Тез. докл. — С. 126.
15; Ксенз Н.В. Пути снижения энергоемкости процесса сушки семян зерновых культур // Технологические комплексы, машины и оборудование для механизации и электрификации сельского хозяйства,—Зерноград, 1994. — С. 185-190.
16. А. с. 908261. Способ предпосевной обработки семян / Б.И. Панев; Азово-Черном, ин-т механизации сельск. хоз-ва,— 1982.
17. А. с. 1169554 СССР. Устройство для предпосевной обработки семян / Д. А. Ашкинадзе, Б.Б Виленчиц, А.А. Ждановский и др. — Опубл. в Б.И. — 1985. — № 28.
18. А. с. 959651 СССР. Устройство для предпосевной обра-
ботки семян / П. Д. Ирха, В.Б. Игнатухин, А. П. Ирха. — Опубл. в Б.И. - 1982,-№ 35. . ' .....
19. Пат. 2051552 Россия, МКИ 6 А 01 С 1/10. Способ обработки семян и устройство для его осуществления / Н.В. Цугленск. С.Н. Шахматов, Г.И. Цугленок. — Опубл. в Б.И. — 1996.-№1.
20. А. с. 880288 СССР. Способ обработки семян / Г. С. Гикало, И.А. Потапенко, Г.И. Третьяков, Р.А. Гиш. — Ог.убл. в Б.И. - 1980. -№ 42.
Кафедра технологии мясных и рыбных продуктов
Поступила 30.08.01 г. .. . ^
■ ‘ ; ; 633.853.492.002.612
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕМЯН СУРЕПИЦЫ НОВЫХ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СОРТОВ
Н.В. СОЛОННИКОВА, B.C. СЕМЕНОВ Для успешной переработки таких сортов необхо-
„ , „ , „ „ димо знать их физико-механические показатели,
Кубанский государственный технологическии университет ^
которые имеют значение при перемещении семен-
Подавляющее большинство посевов сурепицы в ной массы, очистке, сушке: и складировании.
России составляют сейчас желтосеменные формы. Цель работы - изучение физико-механических
