Влияние электричества на рост растений: Воздействие электрического тока на растительные клетки

Воздействие электрического тока на растительные клетки

Библиографическое описание:

Мубинова, Э. С. Воздействие электрического тока на растительные клетки / Э. С. Мубинова, И. В. Котова. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2020. — № 2 (32). — С. 57-59. — URL: https://moluch.ru/young/archive/32/1870/ (дата обращения: 02.01.2023).



Печально осознавать, что человечество, развиваясь технологически, лишает себя: чистого воздуха, экологически чистых фруктов и овощей. Прогресс погубил естественную для человека среду обитания. И в настоящее время требуется восстановление лесов, лугов, чтобы восстановить естественную среду обитания и устранить конфликт между человеком и природой.

Но в то же время человек нашел дополнительный источник света и тепла — электричество. Электричество — это полезная энергия, получаемая от потока заряженных частиц, это освещение, которое получают при применении электрической энергии.

В массе опытов, проведенных учеными, воздействуя электрической энергией на растения, было выявлено, что при положительном заряде атмосферы растения усиливают поглощение азота и фосфора, а при отрицательном — калия, кальция и магния. Также было выявлено резкое снижение (до 50 %) урожая растений, когда их изолировали от влияния электрического поля атмосферы металлическими сетками.

Известно, что в листьях растений под действием световых лучей протекает так называемый фотосинтез — преобразование световой энергии в биологическую. Джозеф Пристли в 1771 году открыл фотосинтез. Фотосинтетическую структуру растений можно рассматривать как особую, фотоэлектрохимическую батарею, заряжаемую солнцем до разности потенциалов в 1,2 вольт.

Но непосредственное влияние электрического тока на ткани растений приводит к их сгоранию, поэтому электрический ток нужно проводить через почву, насыщенную различного рода минералами и ионами активных металлов.

Электрические процессы в растениях

Фотоэлектричество и фотосинтез

Солнечный элемент, как и клетки листа при фотосинтезе, поглощает фотон света и преобразует его энергию в электрическую. Однако солнечный элемент в отличие от листа растения выполняет функцию преобразования намного лучше. Так, обычный солнечный элемент преобразует в электрическую энергию, по крайней мере, 10 % падающего на него света. Но при фотосинтезе в энергию преобразуется едва ли не 0,1 % падающего света. При подключении одного солнечного элемента к корневой системе растения имеет место стимуляция ее роста. Солнечный элемент преобразует свет в энергию значительно эффективнее, чем лист при фотосинтезе.

Учёные доказали, что из-за изменения разности потенциалов клеточной мембраны может изменяться транспорт ионов.

Элементы, которые требуются растениям только в очень небольших количествах, известны как микро- или микроэлементы. Несмотря на то, что они присутствуют в растениях со скоростью всего лишь

–

раз количество таких макроэлементов, как азот и калий, они, тем не менее в равной степени необходимы для нормального роста растений. Дефицит микроэлемента, такого как молибден, может быть столь же важным, как и дефицит макроэлемента. Элементами, которые обычно считаются необходимыми микроэлементами, являются бор, хлор, медь, железо, марганец, молибден и цинк.

С помощью электрического тока можно увеличить разность потенциалов клеточной мембраны, а также увеличить проводимость через межклеточные контакты, тем самым ускорить транспорт ионов. Под воздействием электрического тока, ускорится симпластный транспорт ассимилянтов (— передвижение веществ из одной клетки в другую внутри цитоплазмы по плазмодесмам без выхода на поверхность клеток и, следовательно, без формирования наружной мембраны) через межклеточные контакты, а также ионный транспорт через клеточную мембрану благодаря открытию дополнительных ионных каналов. Вследствие чего ускорится обмен веществ в растениях, начнется быстрое поступление ионов: натрия, кальция, калия, хлора (Na

⁺

, Ca

⁺²

, K

⁺

, Cl

⁻

) и других заряженных молекул. Благодаря быстрому обмену веществ, растение будет расти быстрее и качество и рост урожая увеличится.

Натрий

вызывает гидратацию протоплазмы и участвует вместе с другими солями в создании осмотического потенциала клетки. Галофиты, накапливающие большие коли­чества натрия в клеточном соке, имеют высокий осмотический потенциал и могут поглощать воду из засоленных почв.

Кальций

влияет на плазменные коллоиды, дегидратируя их и увеличивая вязкость протоплазмы. Способность кальция влиять на физико-химиче­ские свойства протоплазмы, ее вязкость и проницаемость — одно из важнейших его свойств.

Кальций благоприятно влияет на структуру почвы, улучшая ее воздушный и водный режимы. Ионы кальция влияют на поступление в растения микроэлементов: бора, марганца и молибдена. Кальций нейтрализует вредное действие водорода на кислых почвах, устраняя токсическое действие аммонийных солей.

Калий

оказывает большое влияние на структурное состоя­ние протоплазмы, повышает ее дисперсность и увеличивает гидратацию коллоидов. Большее количество калия содержится в растении в ионной форме, поэтому его почти полностью можно извлечь водой из тканей растения. Калий принимает участие в процессе фотосинтеза и в превращении углеводов, активируя ферменты, участвующие в превращении углеводов, и способ­ствует их оттоку из листа. Он ускоряет также работу протеолитических ферментов, т. е. катализирует синтез и распад белко­вых веществ.

Находясь в клеточном соке, калий влияет на величину осмотического потенциала клетки. При недостатке его понижается устойчивость растения в засухе

Хлор

. Согласно исследованиям, ничтожные количества хлора необходимы всем растениям. Хлор входит в состав фермента карбоксилазы. Ион хлора влияет на поступление других анионов, в частности иона РО4. Соли, содержащие хлор, являются физиологически кислы­ми и поэтому могут способствовать мобилизации фосфорной кислоты из фосфоритов, а также участвовать в создании осмо­тического потенциала клеточного сока

Под воздействием электрического тока увеличится разность потенциалов клеточной мембраны, то есть заряд внешней стороны мембраны станет более электроотрицателен по отношению к внутренней стороне. Из-за этого за счёт диффузии по электрическому градиенту зарядов, по ионным каналам в клетку будет проходить больше ионов.

Ход эксперимента со стимулятором роста

Семена фасоли поместили в две банки и залили небольшим количеством воды. Первую банку оставили без изменений, а вторую опустили два гвоздя (они будут играть роль электродов) и подсоединили их к источнику тока

Через 2 дня после начала эксперимента семена в первой и второй банке увеличились в размере (на 1–2 мм), кожица на них сморщилась. Через 4 дня с начала эксперимента во второй банке начали появляться ростки. Еще через 2 дня ростки семян первой банки начали появляться ростки, когда во второй банке ростки увеличились, начали зеленеть и появляться корешки.

Вывод

В ходе исследования было выяснено, что под действием электрического тока внутри клетки происходит обмен веществ посредством перехода ионов через мембрану клетки без затрат энергии.

Воздействие электрического тока на семена растения положительно влияет на время их прорастания.

Можно добиться улучшения экономического состояния хозяйства путем внедрения современных технологий возделывания яровой пшеницы, в том числе предпосевной обработки семян физическими воздействиями.

При использовании на больших территориях (полях), для экономии электроэнергии можно использовать альтернативные источники энергии (солнечные батареи и ветрогенераторы).

Литература:

1. Опиров А. А. Электричество в жизни животных и растений// Соросовский образовательный журнал.–1996–№ 9– С. 40–46
2. Аксенов М. П., Петров Н. Ю., Юдаев И. В. Результаты исследований стимуляции семян подсолнечника НК неома электромагнитным полем и регулятором роста зеребра агро// Вестник АПК Ставрополя. –2016 — № 1 (21) — С. 153–158.
3. Воробьев В. А., Иванов Ю. Г. Влияние электрического тока на развитие растений// Научный журнал Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина»–2017 — № 4(80) — С.23- 26.
4. Механизм формирования потенциала покоя [Электронный ресурс]. — Режим доступа:http://www.bio.bsu.by/phha/01/01_text.html
5. Макроэлементы для растений [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://libtime.ru/agro/makroelementy-dlya-rastenij.html

Основные термины (генерируются автоматически): электрический ток, клеточная мембрана, солнечный элемент, клеточный сок, электрическая энергия, разность потенциалов, растение, осмотический потенциал клетки, обмен веществ, превращение углеводов.

Сложная судьба электрокультуры

Алексей Понятов,
кандидат физико-математических наук
«Наука и жизнь» №8, 2020

Электрокультуре — использованию электричества для выращивания растений — уже более 250 лет. Тернист и извилист оказался жизненный путь этого своеобразного направления в агрономии. То оно становилось предметом активного интереса и представлялось чуть ли не чудодейственным средством повышения урожайности земледелия, то его раскритиковывали и отодвигали в тень на длительный срок. И в настоящее время одни исследователи публикуют книги и статьи, защищают диссертации на эту тему, другие называют это направление агрономии маргинальным и даже псевдонаучным. Попробуем немного разобраться в этом непростом вопросе.

Рождение электрокультуры

Началось всё в середине XVIII века, когда естествоиспытатели пришли к мысли, что электричество может влиять на рост растений. Идея эта возникла из наблюдений поведения растений после гроз. Создавалось впечатление, что они становились зеленее и начинали бурно расти. Заметим, что подобные выводы нашли отражение и в народных приметах: «Грозы предвещают плодородие», «Чем больше молний, тем щедрее земля», «Чем сильнее первый удар грома по весне, тем лучше будет урожай». Крестьяне, жизнь которых сильно зависела от урожая, были очень наблюдательны.

Первым проверил идею на практике английский естествоиспытатель и астроном Стивен Чарльз Демейнбрей (1710–1782). В 1746 году он поразил Лондонское королевское общество новыми веточками, выросшими на мирте под действием электричества в октябре, чего ранее никогда не наблюдалось.

А на следующий год обнародовал результаты своих достаточно обстоятельных для того времени исследований французский физик Жан-Антуан Нолле (1700–1770). Он сообщил, что обработанные электричеством семена прорастали быстрее, а растения, полученные из них, были выше своих необработанных собратьев. В то же время он указал на возможное уменьшение массы плодов на растениях, находившихся под действием электричества.

Английский «Общий журнал искусств и наук» за 1755 год уже отмечал, что электричество «очень хорошо известно для развития растений», и предлагал проект искусственного сада с постоянной электрификацией растений и деревьев. В качестве накопителей электричества автор предполагал использовать два стеклянных шара.

Но наибольший вклад в популяризацию нового метода выращивания растений внёс аббат Пьер Бертолон (1741–1800), в то время известный исследователь электричества, один из авторов томов по физике в знаменитой энциклопедии Encyclopédie méthodique, продолжившей «Энциклопедию наук, искусств и ремёсел» Даламбера и Дидро. В 1783 году он издал трактат «Электричество растений», переведённый на несколько иностранных языков. Для обработки растений Бертолон изобрёл два устройства: установку «электрического дождя», предназначенную для полива наэлектризованной водой, и электровегетометр — по сути, установленную на столбе антенну, к которой по закопанным в землю проводам подавалось высокое напряжение. Бертолон также отмечал как положительное, так и отрицательное влияние электричества на растения. Кстати, именно у него позаимствовал термин «животное электричество» для своей теории Луиджи Гальвани.

Судя по всему, Бертолон и придумал термин «электрокультура» для нового метода выращивания растений. Такое необычное название связано с латинским значением слова «культура» — «возделывание». Даже в наши дни сочетание «культура растений» используется в смысле возделывания растений, хотя более распространено слово «культивирование». Так что «электрокультура» — это просто возделывание растений с помощью электричества.

Подобными исследованиями интересовался и целый ряд других выдающихся учёных того времени, некоторые из них упомянуты в заметке 1890 года. В частности, немецкий натуралист, основоположник современной географии и исследователь «животного электричества» Александр фон Гумбольдт (1769–1859), один из крупнейших ботаников всех времён, работавший во Франции и Швейцарии Огюстен Декандоль (1778–1841), которого его русский коллега А. Н. Бекетов назвал «ботаническим Кеплером», и, наконец, дед первооткрывателя радиоактивности Антуана Анри Беккереля, французский физик Антуан Сезар Беккерель (1788–1878) — пионер изучения не только электрических, но и люминесцентных явлений, удостоенный чести быть среди 72 самых выдающихся учёных и инженеров Франции, чьи имена были начертаны на Эйфелевой башне при её возведении.

Электрокультурный бум XIX века

Однако поначалу эти исследования не нашли практического применения. Причина кроется как в недостаточности знаний, так и в отсутствии необходимого оборудования в свободном доступе. Ситуация изменилась во второй половине XIX века, когда электричество начало становиться обыденностью и окончательно оформилась новая наука электрофизиология, изучающая электрические явления в живых организмах. Начало ей в 1791 году положил Луиджи Гальвани знаменитыми опытами с лягушками, а превратил в самостоятельную науку своими классическими исследованиями 1840-х годов немецкий физиолог Эмиль Дюбуа-Реймон (1818–1896), который показал связь между электрическим током и нервным импульсом. Его по праву считают отцом электрофизиологии. В России эти исследования будут широко известными благодаря книге Ивана Михайловича Сеченова (1829–1905) «О животном электричестве», изданной в Санкт-Петербурге в 1862 году. Он за неё даже получил Демидовскую премию. А через 20 лет сам стал всемирно известен работами по электрофизиологии мозга.

В 40-е годы XIX века возобновились и эксперименты по электрокультуре, хотя электрические явления в растениях будут обнаружены несколько позже. Исследователи полагали, что раз они есть у животных, то должны быть и у растений. А в 1850 году Антуан Беккерель напечатал работу, в которой сообщил, что обнаружил в растениях электрические токи, втыкая платиновые проволочки одну в кору дерева, а другую в древесину. Аналогичные процессы он нашёл и в листьях. Это открытие привело его к неверному выводу, что растения — один из главных источников атмосферного электричества.

В 1860-е годы ботаник Николай Фёдорович Леваковский (1833–1898) наблюдал электрические токи в различных органах мимозы и других растений. В 1873 году впервые английский физиолог Джон Бурдон-Сандерсон (1828–1905) обнаружил и измерил так называемый растительный потенциал действия в листьях венериной мухоловки. Любопытно, что эксперименты были «спровоцированы» Чарльзом Дарвином, который считал это хищное растение «наиболее похожим на животное» и показал аналогию его поведения с нервным рефлексом животных.

Большая роль электрических явлений в жизни живых организмов легко приводит к выводу о том, что внешнее электрическое поле должно влиять на их развитие. Поэтому, начиная с 1880-х годов, наблюдается резкий всплеск интереса к электрокультуре во всём мире. Ею занимаются как профессиональные учёные, так и любители. Крупнейший российский специалист по физиологии растений Климент Аркадьевич Тимирязев (1843–1920) важнейшими факторами, влияющими на жизнедеятельность растений, называет свет, теплоту и электричество. К сожалению, сам он экспериментировал лишь с искусственными почвами и электрическим освещением, заложив основы их использования. А то его авторитетное мнение об электрокультуре было бы очень интересным.

О степени популярности электрокультуры в то время говорит и тот факт, что в своих книгах о ней упоминают два крупнейших фантаста XIX века. В вышедшем в 1890 году футуристическом романе «Двадцатый век. Электрическая жизнь» Альбер Робида (1848–1926) предсказывал, что для стимулирования роста всходов поля будут подвергаться электрообработке. А у Жюля Верна в романе «Плавучий остров» (1895) «под действием постоянных токов разнообразные овощи созревают необычайно быстро и достигают неправдоподобной величины».

Вообще, читая русские газеты и сельскохозяйственные (и не только, как видно из заметки в «Науке и жизни») журналы конца XIX века, можно подумать, что эксперименты с электричеством на грядках или в парниках — любимое занятие агрономов и огородников того времени. Ведь всё кажется очень несложным: надо просто воткнуть электроды в землю или развесить провода над грядками и можно ждать весомой прибавки к урожаю. Иные сообщения, вроде повышения урожайности на 200%, были откровенно фантастическими и попахивали шарлатанством. Так, некто Герасимов сообщал в 1890 году в журнале «Сад и огород», что вырастил с помощью электричества корнеплоды редиса диаметром более двух вершков (9 см), имеющие нежную оболочку и приятный вкус.

Но сейчас мы не будем рассматривать сомнительные сообщения, а остановимся только на некоторых работах исследователей той поры, которые заслуживают доверия, тем более что все последующие опыты вплоть до нашего времени, по сути, были их продолжением. В самой заметке в «Науке и жизни» 1890 года речь идёт об экспериментах русского миколога и фитопатолога (специалиста по грибам и болезням растений) Николая Николаевича Спешнева (1844–1907), которые он проводил в Киевском университете, где преподавал, и в своём имении под Псковом. Опыты Спешнева наделали много шуму, и их повторяли повсеместно, в том числе и за границей. Этому, видимо, способствовала его переписка со многими учёными Германии, Франции, Англии, Италии, Испании, Америки и Австралии. А специалистом он был авторитетным, позднее в его честь даже были названы некоторые виды изученных им грибов. Отметим, что немалое место описанию этих его опытов отведено в статье «Электричество в сельском хозяйстве», вышедшей в 1892 году в американском журнале Scientific American Supplement.

Также в России и за рубежом широко стали известны опыты 1885–1897 годов врача и естествоиспытателя, профессора Якова Оттоновича Наркевича-Иодко (1848–1905). В своём имении Наднеман в Минской губернии он установил разработанную им систему «градоотводов», предназначенную для уменьшения числа гроз и соответственно пожаров и градобитий. О ней положительно отзывался такой выдающийся специалист по электротехнике, как Д. А. Лачинов (1842–1902). Помимо прямого назначения система градоотводов служила Наркевичу-Иодко источником электрического тока для исследования его влияния на растения, а также зарядки аккумуляторов. Последние затем использовались для различных экспериментов, получивших широкое научное признание, в том числе для лечения индукционным током парализованных и нервных больных (этот оригинальный метод электротерапии получил название «система Иодко»). В 1891 году он изобрёл электрографию — фотографирование излучения коронного разряда около живого организма, которую использовал для диагностики физиологического состояния. Это сначала подзабытое, а затем переоткрытое через 50 лет явление сейчас известно как «эффект Кирлиан».

Но вернёмся к теме этой статьи. Журнал «Сельский хозяин» сообщал, что Наркевич-Иодко на полях своего имения Наднеман создал опытные участки электрокультивирования. Используемый для этого градоотвод, по сути, был обычным «громоотводом» — металлическим штырём, установленным на высокой жерди. Он был соединён изолированными металлическими проводами с несколькими цинковыми пластинами площадью 100 см², зарытыми горизонтально на глубине около 80 см. Разместив от 10 до 12 таких устройств на одном гектаре, Наркевич-Иодко получил, по его словам, замечательные результаты по скорости прорастания, развитию и плодоношению зёрен и растений, подвергшихся воздействию «земных» токов. Если в 1891 году под опыты было занято 10 га, то в последующие годы их площадь увеличилась в 20 раз. Таких масштабов опытных работ по электрокультуре ещё нигде не было. Он исследовал посевы ржи, овса, ячменя, кукурузы, гороха, боба, хмеля и плодово-ягодных растений. Опыты проводились также в парниках.

В 1892 году изобретатель электросварки, инженер Николай Николаевич Бенардос (1842–1905) предложил обрабатывать почву путём пропускания через неё электрического тока большого напряжения в течение короткого промежутка времени. Для этого он изобрёл специальный металлический плуг «Электроудобритель». В последующем он разработал электротрактора, передвижные электродождевальные установки и даже электролопаты, в которых предполагалось применять аккумуляторные батареи.

Оригинальный метод электрокультуры на рубеже XIX и XX веков разработал полковник-инженер русской армии Евгений Вячеславович Пилсудский. К нему он, видимо, пришёл, работая над беспроволочным телеграфом с использованием электропроводимости земли. Он на противоположных концах поля зарывал в землю цинковые и железные листы так, чтобы в каждой соседней паре токи шли навстречу. Напряжение образующихся гальванических токов составляло 0,05–0,25 вольт (кстати, подобный метод часто используют и в наши дни). В опытах Пилсудского, например, повышалась урожайность и сахаристость свёклы. Метод тестировали в Полтавской губернии, в Париже и в Петербургском ботаническом саду. Результаты были удостоверены специалистами, официальными лицами и даже русским консулом в Париже. Доклад Пилсудского о проделанной работе был в центре внимания на прошедшем в 1912 году в Реймсе (Франция) Первом международном конгрессе по электрокультуре. Пилсудский рекомендовал использовать электричество при возделывании свёклы, винограда, фруктовых деревьев, хлопка и чая.

Известный селекционер Иван Владимирович Мичурин (1855–1935) пропускал ток через почву, в которой выращивал сеянцы. Он считал, что это ускоряло их рост и улучшало качество. Были сделаны и попытки понять, какие процессы происходят в почве при пропускании тока. Этому была посвящена первая статья (1898) известного агрохимика и почвоведа Сергея Павловича Кравкова (1873–1938). А в 1911 году в Киеве вышла книга агронома Густава Магнусовича Рамнека «Влияние электричества на почву».

Из иностранных исследователей стоит упомянуть финского геофизика Селима Лемстрёма (1838–1904), наиболее известного исследованиями северного сияния. В ходе многочисленных поездок в полярные районы он всегда удивлялся быстрому росту растительности в течение короткого арктического лета и пришёл к выводу, что это связано с электрическим полем, существующим на высоких широтах. В своих опытах 1885–1904 годов он попытался его имитировать, расположив над землёй металлическую сетку или антенны, на которые подавал высокое напряжение до 70 000 вольт. Такой метод получил название «разряд над головой». Лемстрём сообщал, что урожай малины при этом возрастал на 95%, а моркови аж на 125%. Он активно популяризировал свои исследования и даже выпустил книгу «Электричество в сельском хозяйстве и садоводстве» на английском языке, так что его методы нашли много последователей. Среди них выделим Вернона Блэкмана из имперского колледжа в Лондоне, который провёл в 1920-х годах серьёзные исследования на Ротамстедской опытной станции. Кстати, министерство сельского хозяйства и рыболовства Великобритании было настолько увлечено ими, что даже создало в 1918 году специальный комитет по электрокультуре.

Однако не всё было так однозначно. Многие опыты не подтверждали значимого полезного влияния электричества на выращиваемые растения. Более того, в ряде случаев наблюдалось, наоборот, вредное воздействие. Поэтому на страницах газет и журналов всё чаще появлялись публикации против электрокультуры. Так, её критиком был основоположник петербургской школы физиологии растений и автор первого отечественного учебника по этой дисциплине (1887), академик Андрей Сергеевич Фаминцын (1835–1918). То, что методы электрокультуры не всегда срабатывали, признавали и Пилсудский, и Лемстрём, и Блэкман. В масштабном исследовании в США восемь лет подряд воздействовали электричеством на разные сельскохозяйственные культуры и чётко выраженного увеличения урожайности не наблюдали ни разу. Так что потихоньку бум затих, электрокультура так и не стала распространённым методом в агрономии, а в 1936 году прекратил своё существование упомянутый выше комитет.

Что принёс XX век?

В СССР в подмосковном селе Кузьминки, где находился филиал по растениеводству Центральной научно-исследовательской лаборатории ионификации (ЦНИЛИ), с 1932 года под руководством основоположника гелиобиологии Александра Леонидовича Чижевского (1897–1964) проводились исследования влияния электрического поля на семена овощей. В качестве верхнего (отрицательного) электрода в них использовалась хорошо известная сейчас «люстра Чижевского». Нижний (плюсовой) электрод размещали под столом, на котором были рассыпаны семена. Чижевский установил, что при нахождении семян огурцов в электростатическом поле от 5 до 20 минут их всхожесть возрастает на 14–16%. С этих пор и по сей день из всех методов электрокультуры в нашей стране преобладает предпосевная обработка семян.

От семян А. Л. Чижевский перешёл к экспериментам с растениями в теплицах, но война остановила работы. Лишь через 20 лет их с успехом продолжили в Челябинском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (ЧИМЭСХ), где разработали целую серию машин для электрообработки семян. Достаточно успешные опыты были проведены и в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева, в частности, в лаборатории члена-корреспондента РАН Николая Николаевича Третьякова (1930–2017).

Также в Тимирязевской сельскохозяйственной академии в своё время был разработан метод электростимуляции почвы без внешнего источника энергии. Для этого на поле в землю закладывают поочерёдно полосы минеральных удобрений, дающих отрицательно и положительно заряженные ионы. Разность электрических потенциалов между полосами стимулирует рост и развитие растений, повышает их продуктивность. Особо эффективен этот метод в теплицах. Правда, для его применения желательно создать новые минеральные удобрения.

В другом методе, разработанном там же, предлагалось на каждом квадратном метре посадок или посевов закапывать 150–200-граммовые пластинки из медных сплавов и 400-граммовые пластинки из сплавов цинка, алюминия, магния и железа, а также гранулы с соединениями натрия и кальция. Пластинки длиной 40–50 см, толщиной 3 мм и шириной 2 см следовало размещать на 10–30 см ниже пахотного слоя.

Электрокультура нашла применение не только на Земле. В 1970-е годы с помощью воздействия электричества пытались помочь растениям преодолеть неблагоприятные воздействие невесомости во время длительных орбитальных полётов. На космической станции «Салют-6» (1976–1982) «летала» установка «Электропотенциал» для создания электрического поля, близкого к естественному на поверхности Земли. А для станции «Салют-7» (1982–1991) была создана бортовая оранжерея «Оазис-1», в которой проводились эксперименты по электростимулированию корневой зоны гороха и пшеницы. Для этого на дне сосудов и на поверхности субстрата были расположены электроды в виде перфорированных полос из углеродной ткани. После появления всходов напряжение подавали также и на верхушки растений. Результаты были получены обнадёживающие, но продолжения эксперименты не имели.

В современном мире наиболее широко электрокультуру применяет Китай. В конце 2018 года Китайская академия наук и сельского хозяйства представила результаты тридцатилетних исследований, проведённых на площади примерно 3600 гектаров теплиц, разбросанных по всей стране. В них на высоте около трёх метров над грядками были размещены медные электроды, находящиеся под напряжением 50 000 вольт. Они заряжены положительно, в то время как электроды, подключённые к земле, заряжены отрицательно. Из отчёта следует, что это увеличивает урожайность на 20–30% при энергопотреблении 15 кВт/ч в день. Китай планирует в будущем развитие подобных электрифицированных ферм, которые, впрочем, вряд ли станут основой сельскохозяйственного производства.

В настоящее время в России по-прежнему проводятся исследования по предпосевной электрообработке семян и конструируется оборудование для этого. Подобную обработку применяют хозяйства Челябинской, Новосибирской, Курганской областей, Башкирии, Чувашии, Краснодарского края. Но массового практического применения электрокультура так и не нашла, хотя исследователи приводят оптимистические результаты и даже утверждают, что обработанные растения меньше подвержены болезням. Однако получаемый эффект подобной обработки нестабилен и не слишком велик по сравнению с применением современных удобрений и других технологий современной агрономии. Системы, создающие электрические поля и токи, помимо затрат на их установку и обслуживание, затрудняют обработку земли и сбор урожая. Кроме того, высоковольтные устройства элементарно опасны для работников и требуют обеспечения мер безопасности. Всё это делает пока электрокультуру недостаточно рентабельной. Посмотрим, что будет дальше.

Почему же электрическое поле влияет на растения?

Сразу скажем, что, несмотря на достаточно хорошее развитие электрофизиологии растений, полного понимания механизмов влияния внешнего электрического поля на растения так и не достигнуто, хотя определённые обоснованные гипотезы существуют.

Уже давно установлено, что растения нуждаются во внешнем электрическом поле. Это и не удивительно, ведь у поверхности земли всегда присутствует электрическое поле, которое в обычных условиях имеет напряжённость в среднем около 130 В/м. Однако во время осадков и особенно гроз величина поля может достигать 16 000 В/м. Соответственно, растения, возникшие и эволюционировавшие в постоянном присутствии электрического поля, адаптированы к нему и «считают» его нормальным условием своего существования. Ещё в 1848 году французский учёный А. Грандо провёл опыты экранировки растений от этого электрического поля металлической сеткой (её называют «клеткой Фарадея»). Он исследовал два одинаковых растения в одинаковых условиях, но одно было накрыто сеткой, а другое нет. Выяснилось, что растение, изолированное от электрического поля, развивается хуже. Впоследствии подобные опыты ставились неоднократно, как пошутил Чижевский, «в изобилии, граничащем с эпидемическим увлечением».

Кстати, это может объяснить отрицательный результат ряда применений электрического поля. Ведь Земля заряжена отрицательно, поэтому в опытах по электрокультуре отрицательный электрод также должен находиться на земле, чтобы создавать «привычное» растениям поле. Иначе оно, наоборот, вредит растениям.

По современным представлениям, на клеточном уровне влияние электрического поля может быть связано с тем, что оно обеспечивает проникновение кальция внутрь клетки. Содержимое клетки имеет низкое электрическое сопротивление по сравнению с её оболочкой — мембраной, поэтому большая часть напряжения по законам электротехники окажется приложенной к клеточным мембранам — оболочкам клеток. При нужном направлении поля это напряжение может увеличивать проницаемость мембран для ионов кальция. А даже очень небольшое её увеличение будет иметь большое влияние на внутриклеточную концентрацию кальция. Возможно, это увеличивает скорость метаболизма, потому что ионы кальция часто составляют неотъемлемую часть ферментных каскадов, которые контролируют многие внутриклеточные сигнальные процессы. Эти каскады являются усилителями на основе ферментов, где одна молекула фермента активирует большое количество молекул другого фермента, который, в свою очередь, активирует третий фермент и т.  д.

Любопытно, что несимметричное проникновение кальция в клетки из-за определённого направления электрического поля (токов) может влиять на направление роста клеток и растений в целом. Это называют полярным ростом. Связь между искусственно приложенными электрическими токами и полярным ростом впервые была обнаружена Лундом (E. J. Lund) в 1923 году для клеток водорослей фукус. Обычно направление их роста определяется падающим светом, но Лунд сумел обнаружить влияние слабого электрического тока, прикладывая его к водоросли в темноте.

Растения, похоже, используют сильные электростатические поля, связанные с дождями и грозами, в качестве сигнала для перестройки, чтобы наилучшим образом утилизировать дождь. Ведь им надо отреагировать достаточно быстро, прежде чем вода уйдёт. Первое свидетельство этого дал Лемстрём, который заметил, что сухая погода часто препятствует успешному применению электрокультуры. Связано это, видимо, с тем, что ожидаемый после электрического воздействия дождь не наступал и ресурсы растений тратились впустую.

Следующая подсказка пришла от Блэкмана, который обнаружил, что воздействие на проростки зерновых электрическим полем в течение одного часа стимулирует их рост, причём скорость роста продолжала увеличиваться в течение, по крайней мере, четырёх часов после выключения тока. Это говорит о том, что в растении активируется некий механизм, способствующий росту, который затем остаётся активным лишь некоторое время. Это явление может объяснить распространённое представление о том, что растительность часто выглядит необычно зелёной после грозы.

Невыполнение условия, чтобы в течение определённого времени после электрического воздействия осуществлялся полив (или шёл дождь), может также объяснить многие отрицательные результаты применения электрокультуры. Забавно с этой точки зрения выглядит, например, эксперимент 1926 года, сделанный американцем Л. Бриггсом и его коллегами, которые, чтобы избежать искрения в установке, заранее отключали ток всякий раз, когда ожидался дождь!

Чижевский и целый ряд других исследователей полагают, что электрическое поле влияет на поглощение листвой растений положительных аэроионов (ионов атмосферных газов), которые как раз и притягиваются к земле её отрицательным зарядом. Так, необходимый для фотосинтеза углекислый газ растения поглощают через свои устьица именно в виде положительного иона. Помогает им в этом отрицательный заряд листьев и верхушек стебля, сообщённый землёй. А на другой «полюс» растений, их корневую систему, наоборот, благотворно влияют отрицательные ионы. Источниками аэроионов в нижних слоях атмосферы служат в основном космические лучи, грозовые разряды и радиоактивное излучение. В 1 см³ воздуха у поверхности земли обычно насчитывается до 750 положительных и 650 отрицательных аэроионов.

Исследователи Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР провели эксперимент, в котором около растения держали отрицательный электрод и постепенно увеличивали напряжение от 500 до 2500 вольт. При этом интенсивность фотосинтеза возрастала. Если же потенциалы растения и атмосферы были близки или изменялась полярность электрода, то поглощение углекислого газа растением уменьшалась и его рост тормозился, опять-таки пропорционально напряжению.

При протекании токов через почву воздействие электричества может идти по многим направлениям. Ионизация почвы ускоряет идущие в ней химические и биохимические реакции, активизируются некоторые микроорганизмы, увеличивается перемещение влаги, разлагаются вещества, которые плохо усваиваются растениями. Под действием тока идёт электрофорез и электролиз, в результате которых химические вещества в почве переходят в легкоусвояемые формы и поглощаются растениями. Быстрее превращаются в почву растительные остатки. Какие из этих процессов более существенны при электрокультивировании, ещё предстоит выяснить исследователям.

Помимо воздействия на растения электростатическим полем и постоянным током XX век принёс и другие инструменты их обработки: это и лазерное излучение (особенно оно популярно в инфракрасном диапазоне), радиоволны, переменный ток, магнетизм, радиоактивные излучения и даже звук. Воздействовать можно на семена, растения, почву, воду и питательные вещества. Но это всё отдельный разговор.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ПО РАСТЕНИЯМ

админ

1 декабря 2019 г.
DIY — Сделай сам, Эксперименты по садоводству своими руками, Советы по садоводству, Советы по садоводству, Овощеводство

1 комментарий
8 147 просмотров

В сегодняшней статье мы исследуем влияние электричества на рост растений. Давайте проведем простой садовый эксперимент с электрокультурой и посмотрим, что произойдет с ростом растений, когда их поразит током низкого постоянного напряжения?

Этот эксперимент может стать очень хорошим школьным заданием для развития у детей интереса к садоводству.

Этот эксперимент основан на двух наблюдениях:

1. Растения
   выглядеть более здоровым после грозы, возможно, из-за эффекта
   молния и электричество.
2. Растениеводство
   рядом с силовым кабелем вообще выглядят зеленее и здоровее.

Давайте проведем этот эксперимент, начиная с нашего:

Гипотеза: Семена прорастают быстрее, а растения растут быстрее и здоровее при поражении электрическим током постоянного тока низкого напряжения.

В Интернете я наткнулся на множество исследовательских статей по
электрокультурные исследования. Согласно методике электротравмы, растения
чувствительны к электричеству и магнетизму. Улучшение роста растений и увеличение
урожаи — некоторые из положительных эффектов электрокультуры. Эта технология может даже
использовать для защиты растений от вредителей и болезней.

Механизм действия? Ну, я не мог хорошо убедить
ответы. Может быть из-за медных электродов, вызывающих электролиз или электрофорез
и высвобождение ионов меди и других солей в почве или электромагнитное
поля от электрического тока, вызывающего движение различных ионов в
корни.

Теперь приступим к эксперименту:

Материалы
и методы:

Материалы, необходимые для этого садоводства
проекта:
— 3 пластиковых контейнера
— одинаковые семена растений для всех 3 контейнеров
— одинаковая смесь для заливки всех 3 контейнеров
— батарея постоянного тока 9 В, батарея постоянного тока 3 В
— медные стержни или медные провода в качестве электродов
— линейка или измерительная лента.

Шаг 1: Промаркируйте 3 контейнера: Горшки A и B предназначены для эксперимента, а горшок C будет контрольным для эксперимента без подачи тока.
Шаг 2: Идентичные факторы или константы для эксперимента: Заполните все 3 контейнера одной и той же почвенной смесью или почвой. Посадите одинаковые семена во все три контейнера. Держите все 3 контейнера в одном и том же месте, чтобы получать одинаковое количество света, и поливайте их точно таким же количеством и в одно и то же время.

Шаг 3: Подготовка
Схема: Для горшка А мы будем убивать током 3-вольтовую батарею, а для
Pot B, мы будем использовать батарею 9V. Мы будем использовать этот медный провод, чтобы сделать наш
электроды, которые будут вставлены в почву.

Шаг 4: Посев
одинаковые семена во все 3 контейнера одновременно. Вы можете использовать любое растение
семена для эксперимента. В каждую высейте одинаковое количество семян.
емкость и поливайте их точно таким же количеством воды ежедневно. Сохранить все
3 горшка на одном месте, как на подоконнике.

Шаг 5: Подача заявки
Электрический ток к горшкам A и B: Два медных стержня вставлены в
почвы на противоположных сторонах горшка и не должны касаться друг друга. 3В
батарея будет подключена к Pot A и 9Батарея V к горшку B. Цепь
включается для этих горшков на 15 минут ежедневно и рост растений во всех 3
контейнеры будут измеряться на 4-й день для прорастания семян, на 7-й день, а затем на 12-й день,
15 и так далее.

Сейчас! Давайте посмотрим на результаты: Посмотрите видео ниже:

На 4-й день, Как вы можете видеть, оба семени вот-вот прорастут в горшке C, который на самом деле не получил напряжения. В горшке А проросло одно семя, а в горшке Б явных признаков прорастания еще нет. Вы можете видеть в горшке B, возможно, из-за высокого напряжения дождевой червь борется за выживание, и это указывает на то, что высокие токи вредны для полезных почвенных организмов.

На 7-й день Вы можете заметить, что высота растений в горшке A еще меньше по сравнению с контрольным горшком C. А в горшке B, который получил 9V, сейчас только начинают прорастать. Так что до 7-го дня эта теория об электрокультуре опровергается. Я не уверен, что пошло не так с этим экспериментом, и это требует дальнейшего изучения.

Позднее, в день 15, мы опубликуем обновление по этому вопросу. Мы даже можем попытаться повторить этот эксперимент, используя различные напряжения постоянного тока, такие как 1,5 В, 6 В или даже 12 В постоянного тока. Эксперимент также можно провести, изменив продолжительность воздействия постоянного тока и сравнив рост растений.

В следующем выпуске мы проведем аналогичный эксперимент по изучению влияния магнетизма на рост растений и прорастание семян.

Tags сделай сам эксперимент сделай сам школьные проекты электричество влияние на растения электричество на рост растений электричество на растения электрокультура электрокультура эксперименты в саду выращивание растений быстрее выращивание растений с электричеством как выращивать растения быстрее как увеличить рост растений увеличить цветение увеличить урожайность рост растений

Об администраторе

Previous «ГУМАННЫЙ» СПОСОБ БОРЬБЫ С СЛИЗНИЦАМИ И УЛИТКАМИ В САДУ

Next 8 СЕКРЕТОВ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ЦВЕТА И ПОЛУЧЕНИЯ БОЛЬШИХ ЦВЕТОВ ГИБИСКУСА

Проверьте также

Несмотря на лучший уход, такой как обеспечение надлежащего солнечного света, регулярный полив, регулярная подкормка…

Потрясения заставляют растения производить больше химических веществ

Потрясения заставляют растения производить больше химических веществ

Скачать PDF

• Опубликовано: 28 марта 2008 г.

• Мэтт Каплан  

Природа
(2008)Цитировать эту статью

• 1513 доступов

• 1 Альтметрический

• Сведения о показателях

Реакция на электрическое напряжение приводит к увеличению химического выхода.

У вас есть полный доступ к этой статье через ваше учреждение.

Скачать PDF

Скачать PDF

Горох вырабатывает больше защитных химикатов, когда его шокируют.
Фото: Punchstock

Несколько миллиампер электричества могут заставить растения увеличить синтез химических веществ. Эти соединения часто также имеют фармакологическую или коммерческую ценность, поэтому этот трюк можно использовать для увеличения выхода коммерчески полезных биологических препаратов. Артемизиновая кислота из сладкой полыни, например, используется в противомалярийных препаратах, а шиконин из пурпурного куста используется против кожных инфекций.

Исследователям давно известно, что стрессовые ситуации заставляют растения принимать защитные меры, часто увеличивая выработку защитных химикатов, которые, например, делают их более устойчивыми к нападению насекомых.

Стало обычной практикой подвергать такие растения стрессу для повышения урожайности. Обычно это делается с помощью средств, вызывающих физический стресс, включая частички микроорганизмов, которые обычно поражают растения, или раздражители, сделанные из металлических соединений, таких как хлорид меди. Они эффективны, но имеют свою цену. Большинство элиситоров токсичны для растений и могут накапливаться в тканях, что делает необходимым время от времени «очищать» растение от химических веществ, чтобы они продолжали оказывать тот же эффект.

Заблокирован

Недавно исследовательские группы Университета Аризоны в Тусоне обнаружили, что воздействие электрического тока на волосатые корни ядовитой травы Hyoscyamus muticus стимулирует выработку токсина гиосциамина. Это неопубликованное открытие вдохновило Ганса ВанЭттена, также из Аризонского университета, и его коллег на испытания сублетальных уровней электрического тока на других растениях, чтобы оценить потенциал электричества для повышения химического производства.

Исследователи подвергли восемь различных видов растений (от саженцев японского дерева пагоды до растений гороха) воздействию слабого электрического тока силой 30 миллиампер. Семь заводов увеличили производство защитных химикатов. Средний прирост химического производства составил 20 раз, сообщают в Прогресс биотехнологии ¹ . Одно растение, разновидность люцерны, увеличило свой химический выход в 168 раз. Эти значения очень похожи на те, которые достигаются при использовании химических элиситоров, и, по-видимому, не имеют летальных последствий — только негативное влияние на рост. Лечение можно использовать снова и снова без накопления какого-либо нежелательного материала.

Легкий урожай

Полезные соединения очень легко собирать: они просто выливаются в раствор, если растения выращиваются на гидропонике.

«Тот факт, что мы можем использовать электричество вместо токсичных материалов для производства химических веществ, очень интересен, потому что это означает, что мы можем наблюдать, как образуются эти химические вещества, без необходимости постоянно добавлять и удалять токсины из системы», — говорит ван Эттен.