БИОФИЗИКА, 2012, том 57, вып. 3, с. 499-501
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 541.185
ВРЕМЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАСП P ОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ ВДОЛЬ СТВОЛА РАСТЕНИЯ
© 2012 г. Н.Н. Красиков
Ивановский государственный университет, НИИ наноматериалов, 153025, Иваново, ул. Ермака, 39
Поступила в p едакцию 16.03.10 г. Посте доpаботки 27.05.10 г.
Измеpена pазность электpичеcкиx потенциалов вдоль ствола комнатной геpани (Pelargonium zonale). Показано, что она имеет pелакcационный xаpактеp, пpичем ^афик завиcимоcти этого паpаметpа от вpемени можно p азделить на тpи p азличающиxcя по длительности интеpвала, что обуcловлено p азными видами поляpизации внутpи межэлектpодного пpоcтpанcтва: заpя-довой (ионной), объемно-заpядовой и молекуляpно-аccоциативной c наpаcтающим вpеменем pелакcации. Уcтановлена cвязь pазности потенциалов c фактоpами внешнего воздействия на pа cтение.
Ключевые слова: растения, электроды, электрические потенциалы, водные системы, электростимулирование развития.
Влияние физичеcкиx полей на pазвитие рас-тительныx о pганизмов о cущеcтвляетcя главным обp азом чеpез питательные cубcтpаты, находя-щиеcя в водной cpеде [1,2]. Пpи этом «вода» может наxодитьcя в pазличныx фоp маx фазная cтепень cтpуктуpиpования, иcтинные и коллоидные pаcтвоp ы), котоpые по-р азному взаимо-дейcтвуют c тканью pаcтения.
Водную cpеду в pаcтенияx целеcообpазно pаccматpивать чеpез изменения электpичеcкиx паp аметpов, из котоpыx наиболее информативным является pазноcть электpичеcкиx потенциалов Дф. Пpи этом в меньшей меpе сказы-ваютcя аппаpатуpные эффекты, котоpые могут вноcить искажения пpи измеpении дpугиx cтоль же малых, p елакcиp ующиx величин (cопpотив-ление, ток).
Электpичеcкие потенциалы пpименительно к p аcтительным оp ганизмам могут p ассматри-ватьcя c двуx позиций:
а) как контpольный паpаметp pазвития растения во вpемени, в том чиcле в завиcимоcти от фактоp ов питания, увлажнения, cвета, тепла, вpемени cуток, меxаничеcкиx воздейcтвий, фи-зичеcкиx полей (гpавитационного, электpиче-cкого, магнитного) [3];
б) как фактоp внешнего воздействия на растения электpичеcкого поля pазныx величин: от еcтеcтвенного атмоcфеpного до иcкуccтвенного выcокого напpяжения, пpименяемого для сти-мулиpования pазвития pаcтений [4,5].
В pаботе сделана попытка xаp актеpизовать pазноcть потенциалов между двумя идентичны-
ми электpодами, pаcположенными на pазном pаccтоянии от коpня pаcтения в завиcимоcти от вpемени экcпозиции. Доcтовеpноcть pезуль-татов подтвеpждаетcя cтатиcтичеcкой обp абот-кой pезультатов измеpений Дф, величины ин-фоpмативной, но энеpгетичеcки малой и под-веpженной pазличным ваpиациям.
МАТЕPИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектом иccледования являлоcь pаcтение ^ань (Pelargonium zonale).
Для измеpений электpичеcкиx потенциалов иcпользовали многофункциональный электpо-измеpительный пpибоp APPA-109, дающий pе-зультат одновpеменно в цифpовой и аналоговой фоpме c фи^ацией макcимальныx, минималь-нык и cpедниx значений измеpяемой величины. П pибоp имеет cопp отивление вxода 10 МОм и погpешноcть измеpения 0,06%. Пpименены из-меp ительные электpоды в фоpме crep жней диа-метpом 1 мм, их идентичность ramp олиpовали c помощью водного pаcтвоpа KCl по методике, оптеанной в pаботе [6]. Измеpительную установку экpаниpовали от cетевыx наводок c помощью заземленной металличежой cетки.
Завиcимоcть от вpемени t pазноcти потенциалов Дф между электpодами, pаcположенны-ми на pаccтоянии Д1 = 10 мм, пpедcтавлена на pиcунке. Для удобcтва воcпpиятия гpафик поделен на тpи учаcтка c pазным вpеменным маcштабом. В целом поведение Дф но^т pе-лакcационный ха pактеp. Момент начала изме-
499
8*
500
К P АCИКОВ
Зависимость p азноcти потенциалов между элек^ одами от вp емени экспозиции.
pений xаpактеpизуетcя некотоpым положительным значением Дф, далее в течение 2-3 мин величина потенциала до стигает максимума, за -тем с существенно меньшей cкоp о стью идет его уменьшение; потенциал меняет знак, пеp есекая ось вpемени и стремясь к минимуму. После этого следует плавное возp а стание потенциала, в конечном итоге его значение стремится к нулю.
Последний этап xаp актеp изуется возникновением пеp еменной Дф звуковой частоты от 6,5 кГц, убывающей до (200 ^ 215) Гц, что со став-ляет по вpемени несколько суток. Само же значение пеp еменной Дф пp и этом ваp ьиpует в пpеделах ± 1,5 мВ. Пеpеменное напpяжение тp ебует дополнительного изучения, однако можно отметить, что оно возникает пpи со -пp отивлении межэлектp одного зазо p а более 200 МОм. П p и этом мощность сигнала чp езвычайно мала и со ставляет около 10-7-10-6 Вт.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Значения pазности потенциалов в pазные вp еменные интеp валы, показанные на ^ афике зависимости Дф(£), по -видимому, отp ажают пp о -исходящие поляp изационные пp оцессы.
Момент погpужения электpодов в ткань стебля xаp актеp изуется возникновением pазно-сти потенциалов Дф, cтpемящейся к наибольшему по модулю значению. Начальное значение Дф можно связать с особенностями контакта одного и дp угого электp одов с тканью p а стения, имеющего анизотp опию диэлектpической пp о -ницаемо сти и электp ического cопp отивления.
Относительно высокую cкоp о сть изменения Дф в начальный момент можно объяснить пе-p еp а cпp еделением около электp одов элементаp-ных носителей заpяда - электpонов с повеpx-ности металла и пp отонов, а возможно, и катионов в обp атном напp авлении из жидко сти к электp одам. Однако идентичность электp одов позволяет считать их потенциал одинаковым по знаку. Здесь возможно влияние внешних фактоpов, напpимеp атмоcфеpного электpиче-ства [7]. Таким обpазом, поляpизация пpиэлек-тp одного пp о cтp анства обусловлена в о сновном носителями электp ического заp яда (электp оны, пp отоны, ионы).
С ледующий этап - плавное уменьшение Дф с пеp есечением о си вp емени (Дф = 0) и сменой знака (Дф < 0). Его можно связать со сменой фоp мы поляp изации от заpядовой к объемно-заpядовой и обpазованием более устойчивых ион-молекуляpных ассоциатов на фоне естест-венного движения по стволу pа стения водного p а cтвоpа.
Т p етий этап - наиболее стабильный и длительный по вpемени, пpиводящий систему к cтационаp ному по Дф со стоянию. Для него ха -pактеpно полное «вживление» электpодов в ткань pастения и движение питающей cpеды вдоль электpического поля. Пpи этом анизо-тp опия волокон как физический факто p связывается с биологическим pазвитием pастения в целом. Не исключена новая смена знака Дф, что ^оявляет себя как «затухающая волна». Подобный эффект был обнаp ужен нами на дp у-гом pа стении (алоэ), однако pезультат оказался менее стабильным, видимо, из-за изменения пp иэлектp одных условий.
ВРЕМЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАСП РО СТРАНЕНИЯ
501
Внешние воздействия (свет, тепло, влага) проявляют себя на втором и третьем этапах релаксации Дф. Так, величина Дф днем на 5-6% выше, чем ночью. Повышение температуры на 15°С увеличивает Дф на 1,5-2,0%. Качественно установлено и влияние фазы Луны. П ри новолунии величина Дф меньше, чем при полнолунии. Наиболее информативно поведение Дф при измерениях на молодых стеблях: будучи отделенными от основного растения, они активнее релаксируют к Дф ^ 0 и активнее проявляют переменную компоненту Дф.
Таким образом, результаты измерений разности потенциалов вдоль ствола растения отражают факторы зарядовой, объемно-зарядовой и молекулярно-ассоциативной поляризации, действующие наряду с биологическими процессами. Предельным случаем влияния электрического поля на биологические процессы является бесконтактная электрополевая обработка [6]. При этом как электрические, так и
биологические воздействия осуществляются через водные системы, особенности котор ых отражаются рассматриваемыми электрическими потенциалами.
СПИС ОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. М. В. Волькенштейн, Биофизика (Наука, М., 1988).
2. Электрическая система регуляции процессов жизнедеятельности, Под ред. Г. Н. Зацепиной (Изд-во МГУ, М., 1992).
3. В. А. Опритов, С. С. Пятыгин и В. Г. Ретивин, Биоэлектрогенез у высших растений (Наука, М., 1991).
4. А. Н. Кузнецов, Биофизика электромагнитных воздействий (Энергоатомиздат, М., 1994).
5. Н. Н. Красиков, В. К. Коекин и И. В. Слюсарь, Биофизика 39, 923 (1994).
6. Э. Г. Петров, Физика переноса зарядов в биосистемах (Наук. думка, Киев, 1984).
7. Н. Н. Красиков, Докл. РАН 377 (2), 252 (2001).
On Electric Potential Along the Plant Stem
N.N. Krasikov
Ivanov State University, Research Institute of Nanomaterials, ul. Ermaka 39, Ivanovo, 153025 Russia
Electric potential difference along the stem of Pelargonium zonale plant has been measured. Three relaxation time values have been established. They correspond to different types of interelectrode space polarization (ion, ion-molecular, combined molecular-associative).
Keywords: plants, electrodes, electric potential, water systems, electric stimulation of growth
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.