Влияние электромагнитного излучения (ЭМИ) на рост и развитие проростков гороха и пшеницы

Эволюция живых организмов протекала под постоянным воздействием комплекса электромагнитных полей, и адаптации к ним получили наследственное закрепление. Современный человек большую часть жизни проводит в замкнутых пространствах (жилье, рабочее помещение, транспорт и т. д. ), экранирующих большую часть спектра естественного электромагнитного фона. Дополнительно накладывающийся на этот эффект спектральные максимумы искусственного происхождения усиливают дисбаланс электромагнитного фона, который может радикально отличаться от природного.

Повысить качество и полевую всхожесть жизнеспособных семян можно методами их предпосевной обработки физическими, химическими и другими (химическое протравливание, солнечный обогрев и прогрев семян перед посевом в бункерах активного вентилирования или зерносушилках). Данные многочисленных исследований свидетельствуют о том, что различные виды облучения семян оказывают положительное влияние на активацию жизненно важных процессов у растений при определенных условиях Поэтому в настоящее время в сельском хозяйстве на практике достаточно широко применяются стимулирующие факторы, способствующие повышению энергии прорастания и полевой всхожести семенного материала.

Результаты экспериментальных исследований, продемонстрировавшие влияние низко интенсивных миллиметровых волн на процессе метаболизма живых объектах, вызвали интерес у специалистов, занимающихся сельским хозяйством.

Этот интерес в значительной степени связан с тем, что ММ-воздействие является экологически чистым фактором, а это имеет большое значение для сельскохозяйственного производства.

В отличие от химических методов обработки, ММ-излучение, поглощаясь в обрабатываемом растении, оказывает непосредственное влияние на процессы жизнедеятельности растения, но при этом не происходит внесения в растительный объект или в окружающую среду каких-либо экологически вредных веществ. Кроме того, в сельском хозяйстве практически всегда остро стоит вопрос о повышении продуктивности урожайности, повышения биомассы.

Проведенные в 1989 г. исследования показали, что под влиянием низко интенсивных ММ-волн происходит активирование АТФ растительной клетки, т. е. стимуляция ферментативной активности. Опираясь на этот экспериментальный факт, специалисты провели ММ-обработку семенного материала для повышения всхожести семян, ускорения развития рассады и повышения продуктивности сельскохозяйственных растений. При этом растения, выращенные из обработанных семян, не несли признаков морфологических отклонений от нормы.

Идея о возможности специфического воздействия электромагнитного излучения миллиметрового диапазона длин волн (ММ) на биологические объекты, структуры и организмы впервые была высказана Н. Д. Девятковым и М. Г. Голантом в 1964 г.

В 1966 – 1973 г. г. по инициативе академика Н. Д. Девяткова в различных организациях страны был проведен длительный цикл экспериментальных исследований. Эксперименты, проведенные с микроорганизмами и лабораторными животными, не только подтвердили основные положения концепции, но и позволили сформулировать основные закономерности взаимодействия миллиметровых волн с живыми организмами

Положительный эффект в основном связан с электрическими напряжениями и соответствующими токами, наводимыми защитным полем в разных биологических структурах клеток. Не исключено, что при воздействии магнитного поля изменяется проницаемость клеточных мембран, результатом чего является увеличение регулируемой ими активности ферментов. После подобной обработки отмечено повышение содержания воды в проростках, увеличение количеств сахаров в прорастающих семенах, усиление минерального питания, что действительно подтверждает изменение проницаемости клеточных мембран.

Микроволно́вое излуче́ние (СВЧ-излучение) — электромагнитное излучение включающее в себя сантиметровый и миллиметровый диапазон радиоволн (от 30 см — частота 1 ГГц до 1 мм — 300 ГГц). Однако границы между инфракрасным, терагерцовым, микроволновым излучением и ультравысокочастотными радиоволнами приблизительны и могут определяться по-разному.

Микроволновое излучение большой интенсивности используется для бесконтактного нагрева тел, например, в быту и для термообработки металлов в микроволновых печах, а также для радиолокации. Микроволновое излучение малой интенсивности используется в средствах связи, преимущественно портативных (рации, сотовые телефоны последних поколений, WiFi-устройства).

Английская маркировка Русская маркировка Уровень мощности

HIGH Высокий 100%

MEDIUM/HIGH Средний/высокий 70 - 80%

MEDIUM Средний 50%

MEDIUM/LOW Средний/низкий 20 - 30"

LOW Низкий 10%

Воздействие волн в СВЧ печи основано на принципе «дипольного сдвига». Молекулярный дипольный сдвиг, под действием электромагнитного и других полей, соответствующей длины, происходит в материалах, содержащих полярные молекулы. Энергия электромагнитных колебаний поля приводит к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовых линий поля, что и называется дипольным моментом. А так как поле переменное, то молекулы периодически меняют направление. Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в этом материале. Так как температура — это средняя кинетическая энергия движения атомов или молекул в материале, значит, такое перемешивание молекул по определению увеличивает температуру материала. Таким образом, дипольный сдвиг — это механизм преобразования энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию материала.

2)Исследование а) Материалы и методы

В качестве источника электромагнитного излучения (ЭМИ) использовалась микроволновая печь Bimatek W-1017 1 MW, которая имеет следующие характеристики:

Потребляемая мощность 1150 Вт

Выходная мощность 700 Вт

Частота 2450 МГц

Напряжение 230 В/50 Гц

Семена пшеницы (лат. Triticum vulgare)  и горох (лат.  Písum sativum) облучили в микроволновой печи, а затем замачивали в течение определенного времени в чашках Петри (по 10 шт). Время облучения: 15, 30, 45 и 60 секунд. В каждом эксперименте использовалось по 10 семян каждого вида.

Основные методы исследования:

• измерение степени набухания семян;

• измерение скорости проклевывания проростков;

• измерение роста корешков проростков;

• статистическая обработка данных по методике

Т. Я. Ашихминой

б) Результаты и их обсуждение

В ходе опыта отмечена реакция по следующим критериям – набухаемости семян, длине корешков проростков семян пшеницы и гороха, жизнеспособности проростков.

Исследование результатов эксперимента показало чёткую зависимость между степенью и временем облучения семян и изучаемыми критериями роста .

Таблица № 1. Длина корешков проростков семян гороха.

Мощ-ность Время Через 8 часов Через 24 часа Через 48 часов Через 96 часа Через 120 часов облу-чения облу-чения

(Вт) (в сек)

Сред-няя длина кореш-ка Коли-чест-во изме-рений Средняя длина корешка (в Ко-ли-чест-во из-ме-ре-ний

(в мм) мм)

Сред-няя длина кореш-ка (в мм) Коли-чество изме-рений Средняя длина корешка (в мм) Коли-чество измере-ний Средняя длина корешка (в мм) Коли-чество измере-ний Средняя длина корешка (в мм) Коли-чество измере-ний 140 15 - - 4,0±2,2 10 5,0±2,5 10 8,0±1,8 10 30 - - 5,5±2,3 10 8,5±1,6 10 11,0±2,3 10 45 1±0,6 4 7,0±1,3 10 9,0±3,2 10 10,5±0,9 9 60 - - 5,5±2,9 10 9,5±2,1 10 12,0±3,6 10 280 15 - - 3,0±1,5 10 4,5±2,6 10 7,5±3,2 10 30 - - 8,0±2,5 10 9,0±2,1 10 10,5±1,7 10 45 - - 5,0±2,6 9 6,0±1,6 9 8,0±1,4 8 60 - - 7,0±2,3 10 8,0±0,8 10 12,0±2,4 9 420 15 - - 3,0±1,8 8 4,5±1,6 8 6,5±1,3 8 30 - - 2,0±1,6 8 3,5±2,3 8 6,0±2,1 6 45 - - - - - - - - 60 - - - - - - - - 560 15 - - 2,0±1,1 6 3,0±1,4 6 4,0±1,3 6 30 - - - - - - - - 45 - - 1,0 1 2,0 1 2,5 1 60 - - 0,5 1 1,5 1 2,0 1 0 (контроль) 0 - - 2,0±1,4 7 3,0±1,3 7 9,0±1,9 7

Так, при самой минимальной мощности (140 Вт) облучения, мы можем увидеть, что длина корешков больше, чем у контроля, как гороха, так и пшеницы. У гороха наилучший результат был достигнут при 45 секундах облучения , у пшеницы при 60 секундах .

Так же при этой мощности видно значительное увеличение количества проклюнувшихся семян у пшеницы и гороха .

Жизнеспособность семян обоих видов при 140 Вт облучения значительно выше, чем у контроля .

При 280 Вт мы видим, что показатели облученных семян гороха намного превышают показатели контроля (на всех промежутках времени) , а у проростков пшеницы длина корешков больше, чем у контроля только при 30 и 60 секундах облучения.

У гороха наилучший результат по длине корешков проростков был достигнут при 45 секундах облучения, у пшеницы - при 60 секундах. На проклевывание гороха мощность не повлияла, что говорит о его выживаемости У пшеницы показатели намного хуже, но, не смотря на это, при 30 секундах облучения и 60 секундах проклюнулось семян больше, чем при облучении 140 Вт за 60 секунд воздействия . Однако, жизнеспособность семян пшеницы начинает снижаться (по сравнению с мощностью 140 Вт), хотя и остаётся выше, чем у контрольного образца .

При облучении 420 Вт и у гороха и у пшеницы появляются отрицательные результаты по всем показателям .

Все параметры контроля лучше, чем у облученных семян. Но у гороха по сравнению с пшеницей, длина корешков проростков семян, облученных в течение 15 секунд и 45 секунд, не намного отличаются от контроля. Степень проклевывания у пшеницы очень низкая, а у гороха наоборот - очень высокая . Жизнеспособность у пшеницы продолжает падать и уже находится на уровне контроля, а у гороха при 15 секундах облучения ниже контроля, а при 30 секундах и 45 секундах жизнеспособность опять становится выше показателей контроля

При мощности 560 Вт облучение заметно замедляет скорость проклёвывания семян пшеницы.

Рост корешков замедлен, но не прекращается. Виден скачек роста корешков проростков гороха при облучении в течение 15 секунд .

У пшеницы проклюнувшихся семян на момент измерения не было, а у гороха все семена проросли, что говорит о том, что горох способен прорасти даже в очень жестких условиях . Выживаемость семян пшеницы ниже, чем у контроля . Чем больше время облучения, тем ниже показатель. Такая же закономерность видна и у семян гороха.

Проанализировав все результаты, мы пришли к выводу, что улучшается всхожесть семян гороха и пшеницы и скорость прорастания их корешков при облучении 140 Вт в течение 45-60 секунд и при облучении 280 Вт в течение 15-30 секунд. При этих показателях наблюдается лучшее набухание , что способствует быстрому появлению и росту корешков, а так же росту проростков. Так как результаты, полученные в ходе эксперимента у гороха и пшеницы очень схожи, можно предположить, что механизм действия облучения для всех семян одинаков. Так же можно предположить, что наравне с уровнем мощности на прорастание семян и их жизнеспособность влияет время воздействия излучения.

III. Заключение

1)Выводы:

1. Самые лучшие результаты по степени набухания семян гороха наблюдается при мощности облучения 140 Вт при 30 сек. , 45 сек. и 60 сек. При мощности облучения 420 Вт и 560 Вт наблюдается существенное снижение степени набухания семян.

У образцов семян пшеницы наблюдается снижение степени набухания семян при мощности облучения 560 Вт.

2. Всхожесть семян гороха и пшеницы и скорость прорастания их корешков улучшается при облучении 140 Вт в течение 45-60 секунд и при облучении 280 Вт в течение 15-30 секунд.

3. Горох способен прорастать даже в очень жестких условиях, при мощности облучения семян 560 Вт в течение 60 сек.

4. Исследование показало, что результаты воздействия электромагнитного излучения на рост и развитие проростков представителей класса двудольных и класса однодольных подчиняются общим закономерностям.

5. Анализ имеющихся данных позволяет рассматривать электромагнитное излучение как универсальный физический фактор стимуляции роста и развития пшеницы и гороха.

2)Практическое применение

В результате исследования, определен диапазон излучения и времени, при котором семена лучше и быстрее прорастают, что позволяет рекомендовать использование этого метода для ускорения прорастания семян в домашних хозяйстве.