ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 3, с. 459-465
УДК 581.17
ГЕНЕРАЦИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ АЭРОИОНОВ РАСТЕНИЯМИ ПРИ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТИМУЛЯЦИИ ЧЕРЕЗ ПОЧВУ
© 2004 г. В. П. Тихонов*, В. Д. Цветков, Е. Г. Литвинова, Т. В. Сирота, M. Н. Кондрашова
Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук, Пущино * Открытое акционерное общество "ДИОД", Москва Поступила в редакцию 15.05.2003 г.
Исследовали генерацию отрицательных аэроионов (ОАИ) комнатными растениями - алоэ (Aloe arborescens), гаворцией (Haworthia rasalata), эхинопсисом (Echinopsis tubiflora), мамиллярией (Mammillaria prolifera), опунцией (Opuntia brunnescens), хлорофитумом (Chlorophytum comosum), толстянкой (Cras-sula portulacea) - во время электростимуляции почвы высоковольтными импульсами. Слабогенери-рующие ОАИ растения, такие как толстянка и эхинопсис, увеличивали концентрацию ОАИ в воздухе в 2-3 раза по сравнению с уровнем фона; среднеактивные (гаворция, опунция, мамиллярия) - в сотни раз; сильноактивные (алоэ, хлорофитум) - в тысячу раз. Растения алоэ способны в течение длительного времени (7-8 ч) поддерживать стабильную концентрацию отрицательных аэроионов в окружающем воздухе (125 ± 15 х 103 ионов/см3). Основное количество отрицательных аэроионов выделялось кончиками листьев. Способность алоэ к генерации ОАИ значительно снижалась с возрастом и терялась, хотя и обратимо, при температуре ниже 8.5°С. Интенсивность генерации ОАИ существенно зависела от погодных условий. Показано, что одним из компонентов ОАИ, генерируемых растением, является супероксидный анион радикал.
Aloe arborescens - активные формы кислорода - отрицательные аэроионы - электризация почвы
Присутствие отрицательных аэроионов (ОАИ) во вдыхаемом воздухе необходимо для нормальной жизнедеятельности человека и животных [1]. Их количество в 1 см3 чистого воздуха может достигать нескольких тысяч или даже десятков тысяч. Однако в загрязненном воздухе городов, в закрытых и кондиционированных помещениях, вблизи работающей бытовой и оргтехники концентрация ОАИ значительно снижена или ОАИ отсутствуют полностью. Отсутствие ОАИ во вдыхаемом воздухе ведет к нарушениям здоровья, а вдыхание воздуха, обогащенного ОАИ, улучшает самочувствие [2]. Первые технические устройства, позволяющие осуществлять искусственную генерацию ОАИ, были разработаны Чижевским [3]. Созданный им прибор получил впоследствии название "люстра Чижевского". В настоящее время такие генераторы ОАИ выпускаются на заводе "Диод" (Москва).
Сокращения: HCT - нитросиний тетразолий, ОАИ - отрицательный аэроион, СОД - супероксиддисмутаза. Адрес для корреспонденции: Цветков Виктор Дмитриевич. 142290 Пущино Московской обл., просп. Науки, 3. Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН. Факс: 8 (27) 79-05-53; электронная почта: litvinova@mail.ru
Имеются сообщения, что растения в обычных условиях способны выделять в воздух различные аэроионы, в том числе и ОАИ [4]. Однако их уровень настолько невысок, что не может быть обнаружен стандартными методами. В.П. Тихонов, один из авторов настоящей работы, высказал предположение о возможности усиливать генерацию ОАИ растениями во время высоковольтной импульсной электризации почвы и создавать, таким образом, высокий уровень ОАИ в воздухе подобно люстре Чижевского. Целью настоящей работы являлась оценка генерации ОАИ некоторыми комнатными растениями в обычных условиях и во время высоковольтной электрической стимуляции через почву.
МЕТОДИКА
В работе использовали ряд комнатных растений: алоэ (Aloe arborescens), гаворцию (Haworthia rasalata), эхинопсис (Echinopsis tubiflora), мамил-лярию (Mammillaria prolifera), опунцию (Opuntia brunnescens), хлорофитум (Chlorophytum comosum), толстянку (Crassula portulacea). Все эти растения, за исключением толстянки, имеют шипы и/или заостренные кончики листьев. Проведенные в предварительных опытах измерения уровней ОАИ до и после полива почвы показали, что
Измеритель среднего выходного напряжения
Измеритель средней силы
Рис. 1. Блок-схема комплекса генерации и измерения уровня аэроионов.
Ь - расстояние между центрами кроны растения и входного отверстия измерительного прибора; Н - расстояние между прикорневой частью растения и входным отверстием прибора.
уровень ОАИ не зависел от времени полива. В каждом эксперименте использовали по 3 растения. Концентрация ОАИ в помещении в отсутствие растений (фон) в дни экспериментов составляла 70-200 ионов/см3, что характерно для большинства жилых и производственных помещений. Для электростимуляции растений использовали комплекс генерации высоковольтных импульсов, изготовленный на заводе "Диод" (Москва) (рис. 1). В комплексе формировались высоковольтные импульсы со следующими параметрами: средним за период следования импульсов напряжением иср = 25 кв; частотой следования / = 1 гц; длительностью импульсов т = 70 мс. Импульсы отрицательной полярности от преобразователя к растению поступали по высоковольтному проводнику через иглу, которую вводили в почву рядом с растением. Электрическая цепь генератора высоковольтных импульсов замыкалась через микрослой пыли в помещении. Комплекс был заземлен; емкость с растением имела надежную высоковольтную изоляцию от "земли".
Измерение концентрации ОАИ в воздухе помещения в естественных условиях (контроль) и при электрической стимуляции растений через почву проводили с помощью аспирационного счетчика аэроионов иТ-8401 (Тарту, Эстония). Прибор сконструирован таким образом, что выходной сигнал пропорционален концентрации заряженных частиц в воздухе, поступающем во входное отверстие прибора. Счетчик позволяет избирательно измерять концентрацию отрицательных и положительных ионов.
Растения относительно входного отверстия счетчика в каждом эксперименте располагали одинаково. Это положение задавалось величинами L и H (рис. 1). Растения в процессе электростимуляции 4 раза поворачивали на 90° через равные промежутки времени и в каждом положении проводили измерение ОАИ. Среднее значение четырех измерений отражало ОАИ-генерирующую способность всего растения. Для экранирования верхней части листьев их с обеих сторон оборачивали сложенной вдвое полоской бумаги, которую закрепляли на кончике листа с помощью нитки. Закрытые части листа составляли по 3 см с каждой стороны.
Супероксидные анион-радикалы выявляли по образованию формазана в реакции с нитросиним тетразолием (НСТ) [5]. Полоски фильтровальной бумаги (60 х 5 мм), смоченной раствором НСТ (5 х 10-5 М НСТ; 0.05 М карбонатный буфер, рН 10.2; 10-4 М ЭДТА), складывали пополам и закрепляли, как описано выше, на концах листьев (прикрывая по 3 см верхней и нижней стороны листа). Количество формазана определяли после высушивания полосок бумаги, их сканирования на сканере Paragon 600 II CD ("Mustek", Тайвань) и денситометрирования с использованием программы Image Tool, Version 2.0.
Сначала определяли образование супероксида без подключения генератора (экспозиция в течение 2 ч), а затем после 2 ч генерирования аэроионов. Для подтверждения специфичности окраски в контрольных экспериментах к раствору для
Таблица 1. Концентрация отрицательных аэроионов (103 ионов/см3), регистрируемая в воздухе при электростимуляции растений через почву
Объект Длительность эксперимента, мин
20 40 60
Концентрация ОАИ в помещении при отсутствии стимуляции (фон)
В отсутствие растений* 0.132 ± 0.055 0.131 ± 0.065 0.125 ± 0.050
В присутствии емкости с почвой 0.128 ± 0.045 0.127 ± 0.065 0.135 ± 0.070
(без растений)
В присутствии растений** 0.125 ± 0.055 0.130 ± 0.050 0.133 ± 0.045
Концентрация ОАИ при электростимуляции почвы
Емкость с почвой без растений 3.0 ± 0.3 3.5 ± 0.4 4.0 ± 0.4
Алоэ древовидное 120 ± 15 115 ± 17 125 ± 25
Гаворция 41 ± 8 38 ± 7 38 ± 8
Хлорофитум 95 ± 12 93 ± 12 90 ± 11
Опунция 50 ± 11 53 ± 13 50 ± 8
Мамиллярия*** 15 ± 3 9 ± 2 14 ± 3
Эхинопсис*** 0.7 ± 0.1 0.5 ± 0.1 0.7 ± 0.2
Толстянка*** 0.22 ± 0.02 0.18 ± 0.02 0.18 ± 0.02
Примечание. Представлены средние арифметические из трех независимых экспериментов в трех биологических повторнос-тях и их стандартные отклонения. Расположение растений относительно счетчика ионов: Ь = 100 см, Н = 20 см. * Растения удалены из помещения. ** Приведены средние значения для всех видов растений. *** В этих экспериментах Ь = 50 см, Н = 20 см.
смачивания полосок добавляли супероксиддисму-тазу (СОД; 10 ед./мл).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Генерация комнатными растениями
отрицательных аэроионов при электростимуляции через почву
Поскольку известно, что именно на специальных заостренных стерженьках люстры Чижевского создается электрический заряд, достаточный для возникновения "тихого" электрического разряда, приводящего к ионизации воздуха и образованию ОАИ [3], в качестве наиболее вероятных "биогенераторов ОАИ" были выбраны растения, имеющие шипы и/или заостренные кончики листьев.
Как видно из табл. 1, количества ОАИ, генерируемых растениями и почвой в естественных условиях, были настолько низки, что не улавливались счетчиком. Электростимуляция почвы без растений приводила к повышению уровня ОАИ, но их количество было значительно ниже, чем при генерации чувствительных к электростимуляции растений. Разные растения при электрической стимуляции обладают неодинаковой способностью к генерации ОАИ. Эта способность наиболее ярко проявляется при стимуляции алоэ, хлорофитума и опунции, в гораздо меньшей сте-
пени - у мамиллярии и практически отсутствует у эхинопсиса и толстянки. Наличие или отсутствие колючек не является определяющим фактором, влияющим на уровень генерации ОАИ. У толстянки, имеющей закругленные листья с толстой "лакированной" кожицей, генерация ОАИ, как и можно было предполагать, отсутствовала. Однако генерация не наблюдалась и при электростимуляции эхинопсиса, в то время как опунция создавала высокий уровень ОАИ. Алоэ и гаворция, сходные по строению листьев и размерам, значительно различались по способности генерировать аэроионы. Алоэ обладало наиболее выраженной способностью к генерации ОАИ, превышающей фоновый уровень в тысячу раз, поэтом
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.