Воздействие электрического тока на растительные клетки



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