научная статья по теме ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ВОДЫ ПРИ ПРОРАСТАНИИ В НЕЙ СЕМЯН КАБАЧКА Биология

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ВОДЫ ПРИ ПРОРАСТАНИИ В НЕЙ СЕМЯН КАБАЧКА»

БИОФИЗИКА, 2015, том 60, вып. 4, с. 816-822

ДИСКУССИИ: -

УДК 577.344; 544.431.7; 57.045

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ВОДЫ П P И П P ОРАСТАНИИ В НЕЙ СЕМЯН КАБАЧКА

© 2015 г. С.Н. Новиков, Л.Н. Новиков*, А.И. Ермолаева, С.П. Тимошенков, Е.П. Горюнова

Московский институт электронной техники (Техническийуниверситет), 124498, Зеленоград, Москва, пл. Шокина, 1; *Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

E-mail: $р1@т1ев.гы Поступила в p едакцию 18.03.14 г. После последней доработки 29.04.15 г.

И сследованы изменения надмолекулярной структуры дистиллированной воды при прора стании в ней семян кабачка. И спользованы методы гравиметрии, прецизионного термического анализа, измерения работы выхода электрона. На первой стадии прорастания семян - набухании -семена экстрагируют когерентные домены воды, при этом за счет перехода в стабильное состояние когерентных доменов, сорбированных в нанополостях, возникает поток электромагнитной энергии. На второй стадии эксперимента - появлении ростка - возникает поток излучения (биофотоны), о чем свидетельствует увеличение работы выхода электрона воды. Предложена гипотетическая модель процесса прорастания семени кабачка.

Ключевые слова: надмолекулярная структура воды, прецизионный термический анализ, изотермическое испарение, когерентная фаза.

После появления теоретических работ Миланской школы [1], посвященных надмолекулярной структуре жидкой воды (теория когерентной воды), число экспериментальных р абот по этой проблеме резко возросло. В частности, ряд работ был выполнен авторами настоящей статьи [2,3], одна из которых (работа [3]) была направлена на выяснение влияния различных внешних воздействий на надмолекуляр ную структуру воды.

Настоящее исследование продолжает данную тему, поскольку пр ебывание (и появление) живого вещества в исследуемой воде должно проявиться в изменении ее свойств. Постановка такой работы весьма актуальна и с точки зрения биологической науки.

Для решения поставленной задачи были выбраны семена хорошо известного растения -кабачка (Cucurbita pepo) и изучены изменения свойств воды при их прорастании в дистиллированной воде. Аналогичный процесс р ассмат-ривался в работе [4].

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

При проведении работы были использованы три доступных нам метода исследования свойств воды: а) гр авиметрия изотер мического

испарения воды (изменение массы Н2О во вр е-мени ёш/ёт, точность ± 0,5-10-4 г); б) прецизионный термический анализ (изменение температур ы во времени ёТ/ёт при испарении жидкости, точность ± 0,001°С); в) изменение работы выхода электр она жидкой воды (ёф/ёт, точность 0,05 эВ). Методические подробности пр и исследовании воды указанными методами приведены в работах [2,5,6].

Изменение веса пробы испаряющейся в изотермическом режиме воды фиксировали с помощью дериватографа Q-1500D (Венгрия). И с-следуемый образец помещали в кварцевый тигель. Диаметр сосуда (в его верхней цилиндрической части) равен 0,8 см (площадь сечения Б составляла 0,5 см2). Количество жидкости во всех опытах было одинаковым и составляло 0,50 ± 0,05 г. Точность определения изменения массы за счет испарения воды составляла ± 5-10-5 г. Весы защищены стандартным корпусом от случайных воздушных потоков и колебаний температуры в помещении, температура во всех опытах поддерживалась в пределах ~19 ± 1°С. Поскольку система тер мопар дер иватографа не обеспечивала необходимой чувствительности к изменениям температуры пр и испарении жидкости (~0,1°С), была разработана и использована схема прецизионного измерения изменения

температуры при испарении жидкости [5]. Используя датчик, позволяющий связать изменение температуры при испарении воды с изменением частоты в ИС-цепи, удалось повысить чувствительность до 0,001°С.

Изменения работы выхода электрона воды фиксировали известным методом статического конденсатора с ионизированным промежутком, подробно описанным в работе [6].

Использованная в работе методика проведения исследования эксперимента была весьма простой. В химический стеклянный стакан объемом ~50 мл наливали дистиллированную воду, полученную на стандартной лабораторной установке (без контроля содержащихся в ней примесей). Вода занимала ~ 2/3 объема стакана. Перед каждым циклом опытов (и периодически во время цикла) проводили исследования надмолекулярной структуры исходной воды всеми указанными выше методами при атмосфер ных условиях (исходные характеристики).

После измерений исходных характеристик дистиллированной воды в стакан с дистиллированной водой помещали воздушно-сухое семя кабачка (рис. 1а) и исследовали кинетику про -цесса про растания семени путем ежесуточного отбора проб воды при комнатной температуре и их анализа указанными выше методами. Химический анализ воды и контроль ее электропроводности не проводили. Снятие одной кинетической кривой продолжалось ~ 13 сут. К ро -ме полученных характеристик воды проводили визуальный контроль за со стоянием семени кабачка. При этом фиксировали время т, при котором появлялся пер вый росток (обычно в виде «усиков» ~ 1 мм длины).

Всего было проведено исследование кинетики прорастания четырех семян. Некоторые особенности каждого эксперимента будут приведены при обсуждении результатов.

Следует заметить, что определение изменения работы выхода электрона воды было со -пряжено с рядом трудностей, поэтому при этих измерениях не отбирали пробы воды, а осуществляли постоянный контроль работы выхода электрона воды, при этом прорастающее семя оставалось в воде. Конструкция установки для измерения работы выхода электрона позволяла подводить анализируемый сосуд с водой и семенем непосредственно под измерительный зонд прибора.

В результате исследований были получены следующие зависимости, характеризующие со -стояние воды пр и прорастании в ней семян:

1. Зависимость содержания когерентной фазы Р Кд в воде

Рис. 1. (а) - Общий вид экспериментального сосуда;

(б) - профилограмма поверхности оболочки семени;

(в) - профилограмма ядра семени.

РКД = Дт) (рис. 2,3,4);

2. Зависимость температуры изотермического испарения воды

Т = Дт) (рис. 5,6);

3. Зависимость работы выхода электрона воды

Ф = Д(т) (рис. 7).

На рис. 2 приведены исходные измерения кинетики изотермического испарения воды гравиметрическим методом. Показано, как по этим

P ис. 2. Кинетические зависимости пр оцесса испар ения Р в ней семян кабачка.

/(т) для дистиллир ованной воды пр и пр о р астании

Р ис. 3. Изменение содер жания когер ентны х доменов в воде пр и пр ор астании семян кабачка в летний и зимний периоды; Т - время появления ростка.

данным оценивалось содер жание в анализир уе-мой пр обе когер ентных доменов РКд в надмо-лекуляр ной стр уктур е воды (подр обно описано в [2]).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

При обсуждении полученных экспериментальных р езультатов используются пр едставле-ния о структур е жидкой воды, р азвитые в теории когерентной воды [1].

С труктур а поверхно сти воздушно-сухих семян была изучена методом силовой микр о ско-пии (рис. 1). Для исследования использовали зондовый микр о скоп Solver R47-SPM. На

р ис. 1б показана пр офилогр амма оболочки семени кабачка, на р и с. 1в пр иведена аналогичная пр офилогр амма поверхно сти ядр а семени. Из этих р и сунков видно, что поверхность оболочки пр едставляет собой гр убопо р истую ср еду с глубокими каналами диаметр ом ~1 мкм.

Поверхность ядр а, как следует из р ис. 1в, значительно более гладкая, имеющиеся на ней пор ы имеют значительно меньший диаметр и нанор азмер ную глубину.

Кинетические кр ивые, пр иведенные на рис. 3-7, можно разделить на два временных этапа.

Этап I - процесс набухания семени (до появления ростка). В связи с тем, что данное исследование проводили в течение продолжительного вр емени (январ ь-июль 2013 г.), было замечено, что исходное со стояние семян, вы-бр анных в воздушно-сухом со стоянии для экспер имента в зимнее и летнее вр емя, не идентично. Это, в частности, отражалось на длительности пер вого этапа наблюдения (до появления ро стка). Е сли этот пер иод для «зимних» семян со ставлял ~ 7-9 сут, то в случае «летних» он сокращался до 1-2 сут По-видимому, это р азличие не случайно, и «летние» семена более подготовлены к пр о р астанию за счет поглощения влаги из окружающей атмосфер ы. Для ил-люстр ации этого на р ис. 3 пр иведены кинетические кр ивые Р кд = Дт) для «зимних» и «летних» обр азцов семян. Поскольку хар актер за -висимостей Ркд = Дт) для них аналогичен, то для удоб ства обсуждения эти кр ивые были смещены по о си т таким обр азом, чтобы получен-

ные экспер иментальные точки обр азовали еди -ную кинетическую кр ивую (р ис. 4).

Как видно из р ис. 4, кинетическая кр ивая Ркд = Дт) имеет два характерных участка. При наблюдении в течение т ~ 6-7 сут РКд воды уменьшает ся (р ис. 4) или на ходится на наиболее низком ур овне (р ис. 3). В этот пер иод вода пр оникает в семя, пр еодолевая пор истую за -щитную оболочку семени. Вер оятно, последняя не является фильтрующим элементом для кластер ов воды, содер жащих когер ентные домены [7]. Более того, по -видимому, семя «нуждается» в когерентных доменах, поэтому Ркд в воде на этом этапе резко снижается. Механизмом переноса когерентных доменов воды через оболочку является, по-видимому, осмос [7], приводящий оболочку семени к расширению и в конечном счете к р азр ыву.

Накопление в семени когер ентных доменов на этом этапе приводит к повышению энергии (энтальпии). Об этом свидетельствуют данные пр ецизионного тер мического анализа (р ис. 5).

Из результатов, пр иведенных на рис. 6, видно, что до времени эксперимента т < 8 сут величина AT = T - Tmin монотонно возр а стает, что согласно [5], связано с уменьшением теплоты кипения жидко сти (р ис. 5а), т .е. с о слаб-лением связи между молекулами в объеме. С ле-довательно, пер ено с когер ентны х доменов воды в процессе набухания через оболочку семени добавляет энергию веществу семени (рис. 5а).

Этап II - появление ростка. Эта стадия исследования (7-9 сут) является наиболее пр ин-ципиально важной, так как в неживом веществе (вода) появляется ж

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком