CC BY
80
Список литературы
1. Брайсон, А. Прикладная теория оптимального управления / А. Брайсон, Хо Ю-Ши. — М.:Мир, 1972.
2. Сеейдж, Э.П. Оптимальное управление системами /
Э.П. Сеейдж, И.С. Уайт. — М.: Радио и Связь, 1982.
3. Рейт, У. Методы управления технологическими процессами / У. Рейт. — М.: Мир, 1983.
4. Воронин, Е.А. Математическое описание системы микроклимата, как объекта автоматического управления / Е.А. Воронин, С.С. Зимнов // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ Серия «Агроинженерия». — 2008. — № 2. — С. 28-31.
УДК 631.53.027.33.001.5
Л.В. Навроцкая, канд. техн. наук, доцент
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
СПОСОБ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ СТИМУЛЯЦИИ СЕМЯН
Известно много способов стимуляции семян различными факторами. Наиболее эффективными являются физические факторы воздействия, такие как температура, облучение, электрический ток и др. Действие электрического тока на увлажненные се-мяна усиливается.
Известен способ стимуляции семян электрическим током совместно с водотермической обработкой (ВТО) [1]. Этот способ заключается в обработке семян водой контрастных температур в оптимальном режиме, что позволяет уменьшить их электрическое сопротивление и пропускать через семена значительные токи, насыщая их дополнительной электрической энергией, усиленно стимулирующей развитие проростков.
Механизм поглощения электрической энергии клетками семян довольно сложен. Клетка представляет собой единую энергосистему. Тип преобразования энергии в клетке — генерация протонного потенциала и образование АТФ.
В мембране клетки находятся тысячи белков-генераторов и потребителей протонного потенциала. Под действием этого потенциала электроны через мембранные каналы попадают в цитоплазму. Моментально сеть митохондрий передает электрическую энергию вдоль мембраны по всем компонентам клетки.
При взаимодействии электронов с внутриклеточной структурированной водой появляются протоны водорода Н+и ионы ОН-.
Электроны под действием разности потенциалов на мембране митохондрий проникают далее внутрь ее и ионизируют присутствующие молекулы АДФ, фосфорной кислоты и т. д. В результате ионы водорода отрываются от АДФ, а ионы фосфора — от НОР (фосфорной кислоты).
Протоны водорода Н+ из цитоплазмы устремляются к отрицательно заряженной мембране митохондрии. Проходя сквозь нее, они воссоединяются в митохондрии с образовавшимися там группа-
ми ОН- и создают молекулы воды Н2О. Оставшиеся в результате ионизации АДФ протоны водорода Н+ из митохондрий через отрицательно заряженную мембрану диффундируют в цитоплазму и соединяются с оставшимися там группами ОН-, также образуя молекулы воды Н2О. Протоны фосфора устремляются на освободившиеся места Н+ в АДФ, преобразуя их в АТФ-генераторы энергии в клетке.
В цитоплазме в процессе дыхания благодаря соединению поглощаемого клеткой кислорода и переносимого из митохондрий водорода образуется вода. Именно образование воды сопровождается наибольшим выделением энергии, в то время как предшествующие процессы служат главным образом лишь подготовкой «топлива».
При включении дыхания под действием разности потенциалов катионы послушно направляются внутрь митохондрий к минусу, а анионы — наружу к плюсу. Это явление называется электрофорезом проникающих ионов (по аналогии с известным методом разделения заряженных веществ в электрическом поле).
Установлено, что и дыхание, и гидролиз АТФ могут образовывать разность электрических потенциалов (Лф) и разность концентраций водородных ионов (ЛрН), т. е. протонный потенциал:
дыхание ^ протонный потенциал ^ АТФ.
Следовательно, дыхание и образование АТФ связаны через протонный потенциал. Для усиления этих жизненно важных процессов необходимо увеличить разность потенциалов клетки.
Поскольку вода является проводником электрического тока и одновременно питательной средой для клеток, заполняем ею пространство между обкладками конденсатора. Молекулы воды представляют собой диполи. Под действием разности потенциалов они ускоренно накачиваются в клетку с обеих сторон через поры мембраны (диаметр пор 0,4 нм, диаметр молекулы воды 0,24 нм). Попав в клетку и подвергаясь в ней ионизации направлен-
17
--------ВТО + I:1(1п р) = -0,001216 1п р5 + 0,07344 1п р4 - 1,7372 1п р3 + 20,137 1п р2 -
- 114,7 1п р + 258;
- водой температурой 40 °С: 1(1п р) = 0,00036 1п р2 - 0,01 1п р + 0,1;
- водой температурой 20 °С: 1(1п р) = 0,03 1п р2 - 0,72 1п р + 4;
— — - ВТО: 1(1п р) = -0,01402 1п р4 - 0,5815 1п р3 + 8,915 1п р2 - 60 1п р + 150
Зависимость силы тока, проходящего через семена, от их удельного электрического сопротивления при различных способах увлажнения семян и одинаковом времени обработки
ными электронами, эта вода служит дополнительным источником дыхания клетки (при естественном проникании ее в клетку), а также дополнительным источником образования АТФ. В клетке происходят усиленные разностью потенциалов на электродах ионный и водный обмены, а также увеличиваются запасы энергии клетки-АТФ. В результате появившейся увеличенной разности потенциалов на мембране усиленно активизируются калиевые, а затем и натриевые каналы. Натрий с калием стремительно направляются в клетку, неся с собой положительный заряд. Отрицательно заряженные ионы устремляются наружу, а с противоположной стороны клетки, где находится отрицательный катод, натрий №+ и калий К+ выходят из клетки, двигаясь к нему. Вследствие периодического изменения направления токов проводимости за счет изменения полярности электродов периодически меняются и направления движения ионов калия и натрия из клетки и в клетку. Этот усиленно направленный периодический процесс позволяет насытить клетку необходимыми для ее жизнедеятельности ионами и очистить клетку от ненужных отходов [2].
На основании изложенного проведены исследования и разработан способ стимуляции семян сельскохозяйственных культур [3] водой контрастных температур с одновременным пропусканием по ней переменного электрического тока. Такая обработка семян стимулирует развитие выросших из них растений.
Для сравнительной оценки положительного воздействия на семена переменного электрического тока совместно с ВТО проводили исследования несколькими способами: водой контрастных температур; ВТО + I (переменный электрический ток); водой температурой 20 °С; водой температурой 40 °С. Семена, обрабатываемые водой контрастных температур при одновременном воздействии переменного электрического тока, помещали между медными пластинами конденсатора, находящимися в пластмассовой проницаемой для воды емкости. Пластины подключали к источнику переменного напряжения. Время обработки семян водой во всех четырех вариантах было одинаковым. Силу электрического тока, проходящего через семена в процессе их обработки, измеряли амперметром. Электрическое сопротивление семян во всех вариантах определяли мегомметром.
По результатам опытов построены зависимости силы проходящего через семена тока при различных способах их обработки от удельного элек-
18
трического сопротивления семян р (рисунок). Этот параметр удобнее использовать из-за меньшего перепада его значений по сравнению с обычным электрическим сопротивлением Я.
Из рисунка видно, что при ВТО + I происходит интенсивное уменьшение удельного электрического сопротивления семян и значительный рост силы тока, проходящего через семена. Это обусловлено увеличением (под действием переменного электрического тока) размеров капилляров клеток семян и расстояния между ними. Под действием электроосмотиче-ских и электродиффузионных сил [4] в эти свободные пространства закачиваются молекулы воды и проталкиваются глубоко внутрь семян. При этом наблюдается их быстрое намокание, т. е. быстрое увлажнение в сравнении с другими вариантами опыта. При насыщении клеток семян необходимыми ионами и водой, у которой большая диэлектрическая проницаемость, электрическое сопротивление их падает, и клетки начинают пропускать через себя значительные переменные электрические токи, стимулирующие их жизненно важные процессы, т. е. изменение морфологических свойств развивающихся из них растений. Это выражается в усилении роста проростков и развития их корневой системы.
Список литературы
1. А.с. 1524204 Российская Федерация. Способ регулирования роста растений / Л.В. Рагимова, Г.Е. Листопад, А.Н. Строганов, Б.Н. Китлаев. — опубл. в БИ 1989.
2. Скулачев, В.П. Рассказы о биоэнергетике / В.П. Ску-лачев. — М.: Молодая гвардия, 1982.
3. Пат. 2268570 Российская Федерация. Способ стимуляции семян сельскохозяйственных культур и устройство для его осуществления / Л.В. Навроцкая. — опубл. 27.01.2006; Бюл. № 1.
4. Боголюбов, В.М. Общая физиотерапия / В.М. Боголюбов, Г.Н. Пономаренко. — М.: Медицина, 1999. — 432 с.
