Электричество в жизни растений реферат

Обновлено: 05.07.2024

Исследование электрической жизни растений. Основные положения учений о биоэлектрических потенциалах и влияния электрического поля на жизнедеятельность растений. Проведение экспериментов по обнаружению и наблюдению токов повреждения у различных растений.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	презентация
Язык	русский
Дата добавления	26.05.2016
Размер файла	2,5 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.

Подобные документы

Земные и космические факторы жизни растений. Солнечная радиация как основной источник света для растений. Фотосинтетически и физиологически активная радиация и ее значение. Влияние интенсивности освещения. Значение тепла и воздуха в жизни растений.

презентация [2,0 M], добавлен 01.02.2014

Явления в жизни растений, связанные с наступлением лета. Роль человека, влияющего на жизнь растений в природных сообществах. Связь растений с окружающей средой. Луговая флора Республики Беларусь. Геоботаническое описание луговой растительности.

реферат [39,7 K], добавлен 01.07.2015

Классификация растений и определение термина "систематика растений" в ходе развития ботаники. Трехчленное деление царства растений. Типы царства протистов. Исследование Линн Маргулиса предполагаемой эволюции "высших" форм жизни из "низших" форм.

реферат [6,3 M], добавлен 05.06.2010

Сущность понятия "фотопериодизм". Нейтральные, длиннодневные, короткодневные растения. Свет и его роль в жизни растений. Экологические группы растений по отношению к свету. Адаптация растений к световому режиму. Локализация фотопериодических реакций.

курсовая работа [25,9 K], добавлен 20.05.2011

Характеристика основных групп растений по отношению к воде. Анатомо-морфологические приспособления растений к водному режиму. Физиологические адаптации растений, приуроченных к местообитаниям разной увлажненности.

Влияние электрического тока на растения

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

1.Введение

Цель работы: Изучить влияние электрического тока на рост и развитие растений. Проверить способ более быстрого роста растений

Изучить литературу по данному вопросу
Отследить основные этапы развития растений.
Сравнить рост и развитие трех растений монстеры, посаженных в горшки на разном расстоянии от электрических приборов при прочих равных условиях.
Проверить способ более быстрого роста растений
Выявить положительные качества и недостатки.
Сделать выводы и дать рекомендации об использовании электричества в выращивании растений.

Обзор литературы

2.1.Немного истории Еще в XIX веке ученые установили, что земной шар заряжен отрицательно по отношению к атмосфере. В начале XX столетия на расстоянии 100 Километров от поверхности земли была обнаружена положительно заряженная прослойка - ионосфера. Таким образом, земная поверхность и ионосфера представляют собой два гигантских электрода, создающих электрическое поле, в котором постоянно находятся живые организмы.
Заряды между Землей и ионосферой переносятся аэроионами. Носители отрицательных зарядов устремляются к ионосфере, а положительные аэроионы движутся к земной поверхности, где вступают в контакт с растениями. Чем выше отрицательный заряд растения, тем больше оно поглощает положительных ионов
Можно предположить, что растения определенным образом реагируют на изменение электрического потенциала окружающей среды. Более двухсот лет назад французский аббат П. Берталон заметил, что возле громоотвода растительность пышнее и сочнее, чем на некотором расстоянии от него.

Для Наркевича-Иодко, землевладельца и ученого-исследователя, изучение влияния электричества на растения представляло большой интерес. С целью проведения систематических исследований в этой области он оборудовал в имении Наднеман опытные участки электрокультивирования. Во время опытов под электричеством исследовались посевы ржи, овса, ячменя, кукурузы, гороха, боба, а также плодово-ягодных растений, хмеля. Электрокультивация проводилась и в парниках, и в оранжереях. Учёный особо заботился о чистоте, точности и корректности опытов.

Изучая влияние электричества на растения, ученый пришел к выводу, что электричество оказывает на растения благотворное влияние. Из отчётов следовало, что под воздействием электричества урожайность сельскохозяйственных культур повышалась в сравнении с контрольными замерами на 6-10 процентов. Электричество способствовало ускорению химических процессов, происходящих в почве.

Позднее его соотечественник ученый Грандо выращивал два совершенно одинаковых растения, но одно находилось в естественных условиях, а другое было накрыто проволочной сеткой, ограждавшей его от внешнего электрического поля. Второе растение развивалось медленно и выглядело хуже находящегося в естественном электрическом поле. Грандо сделал заключение, что для нормального роста и развития растениям необходим постоянный контакт с внешним электрическим полем.

В опытах, проведенных другими исследователями, были получены пестрые результаты. Так, в одном из экспериментов вокруг делянки, где росла морковь, в почву вставили металлические электроды, через которые время от времени пропускали электрический ток. Урожай превзошел все ожидания - масса отдельных корней достигла пяти килограммов!
Далее ученые Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР установили, что фотосинтез идет тем быстрее, чем больше разность потенциалов между растениями и атмосферой. Так, например, если около растения держать отрицательный электрод и постепенно увеличивать напряжение (500, 1000, 1500, 2500 вольт), то интенсивность фотосинтеза будет возрастать. Если же потенциалы растения и атмосферы близки, то растение перестает поглощать углекислый газ. При перемене полярности электрический ток, напротив, несколько тормозил рост растений.

В 1984 году в журнале "Цветоводство" была опубликована статья об использовании электрического тока для стимуляции корнеобразования у черенков декоративных растений, например у черенков роз. С ними-то и были поставлены опыты в закрытом грунте. Черенки нескольких сортов роз высаживали в перлитовый песок. Дважды в день их поливали и не менее трех часов воздействовали электрическим током (15 В; до 60 мкА). При этом отрицательный электрод подсоединялся к растению, а положительный погружали в субстрат. За 45 дней прижилось 89 процентов черенков, причем у них появились хорошо развитые корни. В контроле (без электростимуляции) за 70 дней выход укорененных черенков составил 75 процентов, однако корни у них были развиты значительно слабее. Таким образом, электростимуляция сократила срок выращивания черенков в 1,7 раза, в 1,2 раза увеличила выход продукции с единицы площади.

Дальнейшее изучение влияния электрического тока на растения позволит еще более активно управлять их продуктивностью. Приведенные факты свидетельствуют о том, что в мире растений еще много непознанного.

2.2. Влияние тока на определённые части растения и ток растений

Среди многочисленных физиологических процессов, постоянно протекающих в тканях и органах растений, пожалуй, наиболее загадочны биоэлектрические явления. Еще со времени открытия Л. Гальвани электрических процессов в живых тканях электрофизиологам были известны так называемые токи повреждения. При разрезании поперек волокон мышечного аппарата животного и подведении одного контакта гальванометра к срезу, а другого - к продольной неповрежденной поверхности, прибор зафиксировал разность электрических потенциалов в 0,1 В. Последующие измерения токов повреждения на растительных тканях показали аналогичные результаты. Причем поверхности срезов стеблей, листьев, репродуктивных органов и корней всегда по отношению к неповрежденной ткани имели отрицательный заряд. Выяснилось также, что в момент гибели некоторых растительных тканей резко возрастает электрический потенциал.
К настоящему времени получена достаточная информация об электрических явлениях, сопровождающих в растениях процессы фотосинтеза, дыхания, передвижения веществ по их тканям. Открыты электрические ритмы растений. Если, к примеру, поместить в воду кончик корня молодого растения гороха посевного и между различными точками корня и наружной средой (водой) измерять разность потенциалов, этот показатель будет периодически изменяться с интервалом 5-20 мин. Амплитуда этих колебаний снижается по мере удаления от кончика корня, а их частота сильно зависит от температуры окружающей среды.

Электризация растений активизирует процесс фотосинтеза. У огурцов, помещенных в электрическом поле, фотосинтез протекал в два раза быстрее по сравнению с контрольными. В результате этого у них образовалось в четыре раза больше завязей, которые быстрее, чем у контрольных растений, превратились в зрелые плоды.
Пропуская через растения электрический ток, можно регулировать и корневое питание; ведь нужные растению элементы поступают, как правило, в виде ионов. Весной внутрь дерева вводили электроды, через которые пропускали электрический ток. Продолжительность обработки зависела от конкретной ситуации. После такого воздействия кора обновлялась.

Важна и очень интересна роль электрических явлений и в жизни цветков. Процессы опыления и оплодотворения у них зависят от содержания электрических зарядов как в женских генеративных органах, так и в пыльце. Электрический потенциал пыльцевых зерен обусловливает их жизнеспособность и активность. Электризация пестиков, в свою очередь, обеспечивает успешное прорастание родственной пыльцы и образование завязи.

В опылении растений имеется еще одна феноменальная особенность: крылатые охотники за нектаром - насекомые - способны виртуозно брать пыльцу с цветков на лету, даже не прикасаясь к ним. На примере опыления цветущих растений пчелами разгадать их многие секреты помогли исследования энтомолога Э. Эриксона. Оказывается, что вылетающие утром за взятком пчелы уже наэлектризованы и несут вначале отрицательный заряд, который в полете сменяется на положительный. При этом величина заряда зависит от интенсивности солнечной радиации. В солнечный ясный день она обычно достигает максимума к 11-12 ч дня. В это время разность потенциалов между пчелой, возвратившейся в улей, и сотами даже несколько превышает 1 В. Еще большее напряжение (до 1,5 В) создается между пчелой и цветком, с которого она берет нектар.

Электрический потенциал растений (но с отрицательным значением) при интенсивном фотосинтезе тоже достигает наибольшей величины в полдень. Поэтому чем значительнее разница в зарядах цветка и пчелы, тем больше притягивается к ее мохнатому тельцу пыльцевых зерен, тем прочнее они удерживаются и лучше переносятся с одного растения на другое.

Электрическое поле влияет не только на взрослые растения, но и на семена. Если их на некоторое время поместить в искусственно созданное электрическое поле, то они быстрее дадут и дружные всходы. Ученые предполагают, что внутри семян в результате воздействия электрическим полем разрывается часть химических связей, что приводит к возникновению осколков молекул, в том числе частиц с избыточной энергией - свободных радикалов. Чем больше активных частиц внутри семян, тем выше энергия их прорастания. По мнению ученых, подобные явления возникают при действии на семена и других излучений: рентгеновского, ультрафиолетового, ультразвукового, радиоактивного.

Понимая высокую эффективность использования электрической стимуляции растений в сельском и приусадебном хозяйстве, был разработан автономный, не требующий подзарядки долговременный источник низкопотенциального электричества для стимуляции роста растений. Устройство для стимуляции роста растений является продуктом высоких технологий (не имеющий аналогов в мире) и представляет собой самовосстанавливающийся источник питания, преобразующее свободное электричество в электрический ток, образующееся в результате применения электроположительных и электроотрицательных материалов, разделенных проницаемой мембраной и помещенных в газовую среду, без применения электролитов в присутствии нано катализатора. В результате ионизации молекул газа осуществляется перенос низко потенциального заряда от одного материала к другому и возникает ЭДС

В заключение можно отметить, что электрические явления, происходящие в растениях, играют определенную роль в их взаимосвязи с окружающей средой и заслуживают настойчивого изучения. Ограниченность наших знаний об электрическом управлении жизненными процессами растений в первую очередь заключается в отсутствии конкретных представлений о самой системе сигнализации. Ведь пока еще мы не можем объяснить, почему в одном случае импульс возбуждения, идущий из корневой системы, повышает интенсивность фотосинтеза, а в другом - снижает и т. д. Да и многостороннее влияние фотосинтеза на различные процессы в растениях тоже неоднозначно.

2.3.Воздействие электромагнитных волн на человека

Побочные электромагнитные излучения и наводки нарушают работу многих систем органов. Но наиболее чувствительными к их воздействию оказываются нервная и сердечно-сосудистая.

Согласно статистике последних лет, около трети населения подвержено радиоволновой болезни. Она проявляется через симптомы, знакомые многим:

депрессия, хроническая усталость, бессонница, головные боли, нарушения концентрации внимания, головокружения.

Каждая из систем органов отреагирует на электромагнитное воздействие по-разному. Наиболее чувствительна к воздействию электромагнитных полей на человека центральная нервная система.

Также со временем проявляются негативные последствия для психики – нарушается внимание и память, а в худших случаях проблемы трансформируются в бред, галлюцинации и суицидальные наклонности.

Влияние электромагнитных волн на живые организмы оказывает масштабное воздействие и через кровеносную систему.

Эритроциты, тромбоциты и прочие тельца имеют собственные потенциалы. Под воздействием электромагнитного излучения на человека они могут слипаться. Как результат, происходит закупорка сосудов и ухудшается выполнение транспортной функции крови.

Также ЭМИ снижает проницаемость клеточных мембран. Как результат все ткани, попадающие под излучение, недополучают необходимые кислород и питательные вещества.

Еще одно последствие вреда от электромагнитного излучения – нарушение выработки гормонов. Воздействие на головной мозг и кровеносную систему стимулирует работу гипофиза, надпочечников и других желез.

Половая система также чувствительна к электромагнитному излучению, влияние на человека может при этом быть катастрофическим. У женщин во время первого триместра беременности сильная доза облучения способна привести к выкидышу. А если этого и не случится, то возмущение электромагнитного поля может нарушить нормальный процесс деления клеток, повреждая ДНК. Результат – патологии развития детей.

Исследователи США и Швеции установили факт возникновения опухолей у детей при воздействии на них магнитных полей частоты 60 Гц и напряженностью 2-3 мГс в течение нескольких дней или даже часов. Такие поля излучаются телевизором, персональной ЭВМ. Наблюдения за людьми, которые регулярно пользовались электродрелями, показали неблагоприятное для здоровья действие низкочастотных электромагнитных полей частотой 50 - 60 Гц: ночью у большинства испытуемых повышался в крови уровень мелатонина - гормона шишковидной железы, или эпифиза.

Целое направление медицины– физиотерапия – успешно использует электромагнитное излучение для лечения различных заболеваний.

Первым методом физиотерапии с применением постоянного электрополя считается франклинизация (от имени американского ученого Б. Франклина). Она позволяла улучшить кровообращение, снизить артериальное давление, ускорить заживление ран, обезболить, существенно снизить проявление аллергических реакций.

2.4. Электроток против мутации

Достаточно большая доза ионизирующего облучения вызывает изменения в наследственном аппарате живой клетки - возникают мутации, различного рода нежелательные перестройки и поломки хромосом. Для предотвращения подобных изменений обычно используют химические вещества. Впервые применив для этой цели электрический ток, ученые показали,- что такое воздействие при определённых условиях может защитить живые клетки от радиационного поражения.

Механизм этого явления пока полностью не объяснен, но авторы считают, что защитный эффект тока связан с перераспределением ионов между различными тканями растения.

Исследование и обсуждение результатов

3.1.Исследование

Мы пытались установить, как электрический ток влияет на рост и развитие растений. Опыт представлял собой наблюдение. Мы выбрали три одинаковых растения монстеры и поместили их в одинаковые условия. Они висели в горшках на стене, почва была взята с пришкольного участка, освещение достаточное и одинаковое для всех растений, полив регулярный, удобрения не вносились.

В данной работе мы обращаемся к одному из самых интересных и перспективных направлений исследований – влиянию физических условий на растения.

Изучая литературу по данному вопросу, я узнал, профессору П. П. Гуляеву с помощью высокочувствительной аппаратуры удалось установить, что слабое биоэлектрическое поле окружает любое живое и еще точно известно: каждая живая клетка имеет свою собственную электростанцию. И клеточные потенциалы не так уж малы.

Вложение	Размер
В данной работе мы обращаемся к одному из самых интересных и перспективных направлений исследований – влиянию физических услови	264.68 КБ

Предварительный просмотр:

Растения и их электрический потенциал.

Выполнил: Маркевич В.В.

ГБОУ ООШ № 740 г. Москва

Руководитель: Козлова Виолетта Владимировна

учитель физики и математики

Введение

Актуальность
Цели и задачи работы
Методы исследования
Значимость работы

Анализ изученной литературы по теме «Электричество в жизни

История исследования электрических свойств растений
Биоэлектрические потенциалы в клетках растений
Влияние атмосферного электричества на растения
Ионизация воздуха в помещении

Методика и техника исследования

Исследование токов повреждения у различных растений

Эксперимент №1 (с лимонами)
Эксперимент №2 (с яблоком)
Эксперимент №3 (с листом растения)

Исследование влияния электрического поля на прорастание семян

Эксперименты по наблюдению влияния ионизованного воздуха на прорастание семян гороха
Эксперименты по наблюдению влияния ионизованного воздуха на прорастание семян бобов

Выводы

Заключение
Литература

«Как ни удивительны электрические явления,

присущие неорганической материи, они не идут

ни в какое сравнение с теми, которые связаны с

Каким образом это происходит? На каком принципе работают живые генераторы и батареи? Заместитель заведующего кафедрой живых систем Московского физико-технического института кандидат физико-математических наук Эдуард Трухан считает, что один из самых главных процессов, протекающих в клетке растения, - процесс усвоения солнечной энергии, процесс фотосинтеза.

Возможно, в будущем такой генератор и будет создан. Но для осуществления этой мечты ученым придется немало потрудиться: нужно отобрать наиболее подходящие растения, а может быть, даже научиться изготавливать хлорофилловые зерна искусственно, создать какие-то мембраны, которые бы позволили разделять заряды. Оказывается, живая клетка, запасая электрическую энергию в природных конденсаторах – внутриклеточных мембранах особых клеточных образований, митохондрий, потом использует ее для произведения очень многих работ: строительства новых молекул, затягивания внутрь клетки питательных веществ, регулирования собственной температуры… И это еще не все. С помощью электричества производит многие операции и само растение: дышит, движется, растет. [8]

Актуальность

Уже сегодня можно утверждать: изучение электрической жизни растений несет пользу сельскому хозяйству. Еще И. В. Мичурин проводил опыты по влиянию электрического тока на прорастание гибридных сеянцев.

Предпосевная обработка семян – важнейший элемент агротехники, позволяющий повышать их всхожесть, а в конечном итоге – урожайность растений.А это особенно важно в условиях нашего не очень длинного и теплого лета.

Цели и задачи работы

Целью работы является исследование наличия биоэлектрических потенциалов у растений и исследование влияния электрического поля на прорастание семян.

Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи :

Изучение основных положений, касающихся учения о биоэлектрических потенциалах и влияния электрического поля на жизнедеятельность растений.
Проведение экспериментов по обнаружению и наблюдению токов повреждения у различных растений.
Проведение экспериментов по наблюдению влияния электрического поля на прорастание семян.

Методы исследования

Для выполнения задач исследования используется теоретический и практический методы. Теоретический метод: поиск, изучение и анализ научной и научно-популярной литературы по данному вопросу. Из практических методов исследования используется: наблюдение, измерение, проведение экспериментов.

Значимость работы

Материал данной работы может быть использован на уроках физики и биологии, так как в учебниках этот важный вопрос не освещается. А методика проведения экспериментов – как материал для практических занятий элективного курса.

История исследования электрических свойств растений

Один из характерных признаков живых организмов – способность к раздражению.

Широкое использование электрофизиологических методов позволило физиологам животных достичь значительного прогресса в этой области знаний. Было установлено, что в организмах животных постоянно возникают электрические токи (биотоки), распространение которых и приводит к двигательным реакциям. Ч. Дарвин предположил, что сходные электрические явления имеют место и в листьях насекомоядных растений, обладающих довольно сильно выраженной способностью к движению. Однако сам он не проверял эту гипотезу. По его просьбе эксперименты с растением Венерина мухоловка были проведены в 1874 году физиологом Оксфордского университета Бурданом Сандерсоном . Подсоединив лист этого растения к гальванометру, ученый отметил, что стрелка тотчас же отклонилась. Значит, в живом листе этого насекомоядного растения возникают электрические импульсы. Когда исследователь вызвал раздражение листьев, прикоснувшись к расположенным на их поверхности щетинкам, стрелка гальванометра отклонилась в противоположную сторону, как в опыте с мышцей животного.

Немецкий физиолог Герман Мунк , продолживший опыты, в 1876 году пришел к заключению, что листья венериной мухоловки в электромоторном отношении подобны нервам, мускулам и электрическим органам некоторых животных.

Биоэлектрические потенциалы в клетках растений

Жизнь растений связана с влагой. Поэтому электрические процессы в них наиболее полно проявляются при нормальном режиме увлажнения и затухают при увядании. Это связано с обменом зарядами между жидкостью и стенками капиллярных сосудов при протекании питательных растворов по капиллярам растений, а также с процессами обмена ионами между клетками и окружающей средой. Важнейшие для жизнедеятельности электрические поля возбуждаются в клетках.

Итак‚ нам известно‚ что…

Влияние атмосферного электричества на растения

Одна из характерных особенностей нашей планеты – наличие постоянного электрического поля в атмосфере. Человек не замечает его. Но электрическое состояние атмосферы не безразлично для него и других живых существ, населяющих нашу планету, включая растения. Над Землей на высоте 100-200 км, существует прослойка из положительно заряженных частиц – ионосфера.
Значит, когда идешь по полю, улице, скверу, то движешься в электрическом поле, вдыхаешь электрические заряды .

Влияние атмосферного электричества на растения исследовалось с 1748 года многими авторами. В этом году аббат Нолет сообщал об экспериментах, в которых он электризовал растения, поместив их под заряженные электроды. Он наблюдал ускорение прорастания и роста. Грандиеу (1879) наблюдал, что растения, которые не подвергались влиянию атмосферного электричества, так как были помещены в проволочный сеточный заземленный ящик, показали уменьшение веса на 30 – 50% по сравнению с контрольными растениями.

Лемстрем (1902) подвергал растения действию ионов воздуха, располагая их под проволокой, снабженной остриями и подключенной к источнику высокого напряжения (1 м над уровнем земли, ток ионов 10 -11 – 10 -12 А/см 2 ), и он нашел увеличение в весе и длине больше, чем на 45% (например, морковь, горох, капуста).

Тот факт, что рост растений ускорялся в атмосфере с искусственно увеличенной концентрацией положительных и отрицательных малых ионов недавно подтвердился Круегером и его сотрудниками. Они нашли, что семена овса реагировали на положительные, а также отрицательные ионы (концентрация около 10 4 ионов/см 3 ) увеличением на 60% общей длины и увеличением свежего и сухого веса на 25-73%. Химический анализ надземных частей растений обнаружил увеличение содержание протеина, азота и сахара. В случае ячменя имело еще большее увеличение (приблизительно на 100%) в общем удлинении; увеличение в свежем весе не было большим, но существовало заметное увеличение в сухом весе, которое сопровождалось соответствующим увеличением содержания протеина, азота и сахара.

Эксперименты с семенами растений также проводил Ворден. Он нашел, что прорастание зеленых бобов и зеленого горошка становилось более ранним при увеличении уровня ионов любой полярности. Конечное процентное отношение проросших семян было более низким при отрицательной ионизации по сравнению с контрольной группой; прорастание в положительно ионизированной группе и контрольной было одинаковым. По мере роста сеянцев контрольные и положительно ионизированные растения продолжали свой рост, в то время как растения, подвергавшиеся отрицательной ионизации, в большинстве чахли и погибали.

Влияние в последние годы произошло сильное изменение электрического состояния атмосферы; различные районы Земли стали отличаться друг от друга по ионизированному состоянию воздуха, которое обусловлено его запыленностью, загазованностью и т.д. Электрическая проводимость воздуха – чуткий индикатор его чистоты: чем больше в воздухе посторонних частиц, тем больше число ионов оседает на них и, следовательно, меньше становится электропроводимость воздуха.
Так, в Москве в 1 см 3 воздуха содержится 4 отрицательных заряда, в Санкт-Петербурге – 9 таких зарядов, в Кисловодске, где эталон чистоты воздуха – 1,5 тыс. частиц, а на юге Кузбасса в смешанных лесах предгорья количество этих частиц доходит до 6 тысяч. Значит, где больше отрицательных частиц, там легче дышится, а где пыль – человеку достается их меньше, так как пылинки оседают на них.
Хорошо известно, что возле быстро текущей воды воздух освежает и бодрит. В нем много отрицательных ионов. Еще в XIX веке было определено, что более крупные капли в брызгах воды заряжены положительно, а капли поменьше – отрицательно. Поскольку большие капли оседают быстрее, в воздухе остаются отрицательно заряженные маленькие капельки.
Наоборот, воздух в тесных помещениях с обилием разного рода электромагнитных приборов насыщен положительными ионами. Даже сравнительно непродолжительное нахождение в таком помещении приводит к заторможенности, сонливости, головокружениям и головным болям.[9]

Электрические явления играют важную роль в жизни растений. В ответ на внешние раздражения в них возникают очень слабые токи (биотоки). В связи с этим можно предположить, что внешнее электрическое поле может оказать заметное воздействие на темпы роста растительных организмов. Еще в XIX веке ученые установили, что земной шар заряжен отрицательно по отношению к атмосфере. В начале XX столетия на расстоянии 100 Километров от поверхности земли была обнаружена положительно заряженная прослойка — ионосфера. В 1971 году космонавты увидели ее: она имеет вид светящейся прозрачной сферы. Таким образом, земная поверхность и ионосфера представляют собой два гигантских электрода, создающих электрическое поле, в котором постоянно находятся живые организмы. Заряды между Землей и ионосферой переносятся аэроионами. Носители отрицательных зарядов устремляются к ионосфере, а положительные аэроионы движутся к земной поверхности, где вступают в контакт с растениями. Чем выше отрицательный заряд растения, тем больше оно поглощает положительных ионов Можно предположить, что растения определенным образом реагируют на изменение электрического потенциала окружающей среды.

Цель проекта - проверить на эксперименте влияние электрического тока на рост растения.

Гипотеза: предполагаем, что электричество способствует росту растений.

Задачи:

1. Экспериментальным путем выяснить, как электричество влияет на рост растений

2. Рассмотреть электрические процессы в растениях.

Предмет исследования: влияние постоянного тока на развитие корневой системы огурца

1.1 Историческая справка

Более двухсот лет назад французский аббат П. Берталон заметил, что возле громоотвода растительность пышнее и сочнее, чем на некотором расстоянии от него. Позднее его соотечественник ученый Грандо выращивал два совершенно одинаковых растения, но одно находилось в естественных условиях, а другое было накрыто проволочной сеткой, ограждавшей его от внешнего электрического поля. Второе растение развивалось медленно и выглядело хуже находящегося в естественном электрическом поле. Грандо сделал заключение, что для нормального роста и развития растениям необходим постоянный контакт с внешним электрическим полем. Однако до сих пор в действии электрического поля на растения много неясного. Давно замечено, что частые грозы благоприятствуют росту растений. Правда, это утверждение нуждается в тщательной детализации. Ведь грозовое лето отличается не только частотой молний, но и температурой, количеством осадков. А это факторы, оказывающие на растения весьма сильное воздействие [1]. Противоречивы данные, касающиеся темпов роста растений вблизи высоковольтных линий. Одни наблюдатели отмечают усиление роста под ними, другие — угнетение. Некоторые японские исследователи считают, что высоковольтные линии негативно влияют на экологическое равновесие. Более достоверным представляется тот факт, что у растений, произрастающих под высоковольтными линиями обнаруживаются различные аномалии роста. Так, под линией электропередач напряжением 500 киловольт у цветков гравилата увеличивается количество лепестков до 7—25 вместо привычных пяти [2]. У девясила — растения из семейства сложноцветных — происходит срастание корзинок в крупное уродливое образование. Не счесть опытов по влиянию электрического тока на растения. Еще И В. Мичурин проводил эксперименты, в которых гибридные сеянцы выращивались в больших ящиках с почвой, через которую пропускался постоянный электрический ток. Было установлено, что рост сеянцев при этом усиливается. В опытах, проведенных другими исследователями, были получены пестрые результаты. В некоторых случаях растения гибли, в других — давали небывалый урожай. Так, в одном из экспериментов вокруг делянки, где росла морковь, в почву вставили металлические электроды, через которые время от времени пропускали электрический ток. Урожай превзошел все ожидания — масса отдельных корней достигла пяти килограммов! Однако последующие опыты, к сожалению, дали иные результаты. По-видимому, исследователи упустили из виду какое-то условие, которое позволило в первом эксперименте с помощью электрического тока получить небывалый урожай.

1.2 Благоприятное действие электрического тока

Как видим, стимуляция роста под воздействием электрического тока наблюдается в том случае, если к растению присоединяется отрицательный электрод. Это можно объяснить тем, что само растение обычно заряжено отрицательно [3]. Подключение отрицательного электрода увеличивает разность потенциала между ним и атмосферой, а это, как уже отмечалось, положительно сказывается на фотосинтезе. Благоприятное действие электрического тока на физиологическое состояние растений можно использовать для лечения поврежденной коры деревьев, некоторых болезней растений. Электрическое поле влияет не только на взрослые растения, но и на семена. Дальнейшее изучение влияния электрического тока на растения позволит еще более активно управлять их продуктивностью. Приведенные факты свидетельствуют о том, что в мире растений еще много непознанного [4].

1.3 Рост растения

Фотосинтез представляет собой процесс, благодаря которому солнечный свет позволяет осуществить питание растений. Лист каждого зеленого растения состоит из тысяч отдельных клеток. Они содержат вещество, называемое хлорофиллом, которое между прочим и придает зеленую окраску листьям. Каждая такая клеточка является химическим заводом в миниатюре [5]. Когда частица света, называемая фотоном, попадает в клетку, она поглощается хлорофиллом. Высвобождаемая при этом энергия фотона активизирует хлорофилл и дает начало ряду превращений, приводящих в конечном итоге к образованию сахара и крахмала, которые усваиваются растениями и стимулируют рост. Эти вещества хранятся в клетке, пока не понадобятся растению. С уверенностью можно предположить, что количество питательных веществ, которыми лист может обеспечить растение, прямо пропорционально количеству солнечного света, падающего на его поверхность. Это явление похоже на преобразование энергии солнечным элементом.

2 Экспериментальная часть

2.1 Создание конструкции стимулятора роста

Рисунок 1 – Конструкция стимулятора роста

2.2 Ход эксперимента со стимулятором роста

Теперь, когда стимулятор готов, необходимо воткнуть два металлических стержня в землю вблизи корней. Все остальное сделает гальванический элемент.

Для эксперимента мы выбрали растение - огурец. Опытные образцы были посажены в горшок, после появления всходов в горшок были помещены электроды. Оставшиеся растения оставлены для контроля. Теперь необходимо одинаково ухаживать за растениями, одновременно поливая их и уделяя им равное внимание.

Через шесть дней нами были получены следующие результаты: растения со стимулятором корневой системы будут явно выше контрольных растений. Этот эксперимент лучше всего проводить в помещении, используя лишь искусственное освещение.

Если через грядку пропускать слабый электрический ток, оказывается, что это хорошо для растений. Установлено это давно и многими экспериментами в разных странах, при разных почвах и климатических условиях.

Воздействие электричества идёт по многим направлениям. Ионизация почвы ускоряет идущие в ней химические и биохимические реакции. Активизируются микроорганизмы, увеличивается перемещение влаги, разлагаются вещества, которые плохо усваиваются растениями.

На расстояниях в микроны и нанометры идёт электрофорез и электролиз, в результате химические вещества в почве переходят в легкоусвояемые формы. Быстрее превращаются в гумины и гуматы семена сорняков и все растительные остатки. Какой из этих процессов основной, а какие вспомогательные – предстоит объяснить будущим исследователям.

Электрическое стимулирование проводится статическим электричеством, постоянным и переменным током разной частоты (вплоть до радиочастот), который пропускается через почву, а также через растения, семена, удобрения и воду для полива.

Делается это с сопровождением искусственного освещения, постоянного и мигающего, с добавлением специально разработанных удобрений.

Сначала о результатах

Электростимуляция зерновых в полевых условиях поднимала урожай на 45–55%, по другим экспериментам прибавка урожая составляет до 7 ц/га. Максимальное число опытов было проведено на овощах.

Так, если создать у корней томатов постоянное электростатическое поле, прибавка урожая составит 52% за счёт увеличения размеров плодов и их количества на одном растении.

Особенно благотворно воздействует электричество на морковь, урожайность вырастает на 125%, и на малину, урожай которой почти удваивается. Под плёночным укрытием, под непрерывным воздействием постоянного тока рост однолетних сеянцев сосны и лиственницы увеличивается на 40–42%.

Под действием электричества содержание сахара в сахарной свекле увеличивается на 15%, правда, при обильном увлажнении и хорошем удобрении. Это – намёк на то, что электричество корректирует биохимические реакции.

Особая и связанная с этим проблема – воздействие электричества на микробиологию почвы. Установлено, например, что постоянный слабый электрический ток увеличивает численность живущих в почве или компосте азотфиксирующих бактерий на 150%. В частности, такое увеличение численности клубеньковых бактерий на корневой системе гороха даёт рост урожая на 34% по сравнению с контрольной группой.

В других аналогичных экспериментах горох даёт прирост урожая на 75%. Увеличивается не только выработка азота, но и углекислого газа. Но превышение допустимого объёма электроэнергии приводит к замедлению процессов прорастания и роста[2].

В конце XIX века финский исследователь Селим Лаемстром экспериментировал с электростимулированием картофеля, моркови и сельдерея. В течение 8 недель урожайность увеличивалась в среднем до 40%, а по максимуму – до 70%. Выращиваемая в теплице клубника созревала вдвое быстрее, и её урожай удваивался. Однако капуста, репа и лён росли лучше без электричества.

Особое значение имеет электростимулирование растений на севере. Ещё в 1960-е годы в Канаде проводились эксперименты по электростимуляции ячменя, и наблюдали ускорение его роста на 37%. Картофель, морковь, сельдерей давали урожай на 30–70% выше обычного[3].

Электричество из внешнего источника

Наиболее распространённым и наиболее исследованным методом улучшения жизнедеятельности растений с помощью электричества является применение источника электроэнергии, обычно маломощного.

Известно, что для хорошего самочувствия растений сила электрического тока в почве должна находиться в диапазоне от 0,02 до 0,6 мА/см 2 для постоянного и от 0,25 до 0,5 мА/см 2 для переменного тока. Существенно меньше данных относительно оптимальных величин напряжения.

И.В. Мичурин (1855–1935)

По этой причине неизвестно, как электростимуляция связана с мощностью установки, которая обеспечивает эту электростимуляцию. А если так, то непонятно, как растения электричеством стимулировать, по какому критерию.

По большей части используется напряжение в доли вольта. Например, при напряжении (разности потенциалов между электродами) 23–35 мВ через влажную почву идёт постоянный ток плотностью от 4 до 6 мкА/см 2 .

Для чистоты эксперимента иногда исследователи переходят на гидропонику. Так, при использовании вышеуказанного напряжения, в питательном растворе с ростками кукурузы фиксируется ток плотностью 5–7 мкА/см 2 .

Весьма практичный способ увеличения урожая картофеля придумал изобретатель Владимир Яковлев из города Шостка Сумской области. Он ставит выпрямитель с трансформатором, понижающим сетевое напряжение с 220 до 60 вольт, и обрабатывает клубни картофеля, втыкая в каждый клубень с двух сторон электроды[4]. Помидоры изобретатель стимулирует от аккумулятора напряжением 12 вольт после того, как они вырастут до 20–30 см.

Очень много экспериментов шло и идёт с разными вариантами электродов. В приборе, запатентованном французскими исследователями, электроды представляют собой две гребёнки. Ток между двумя гребёнками расходится дугами, этого достаточно для ускорения прорастания семян и роста растений[5]. Почва, разумеется, должна быть влажной.

Вообще, растения, которые стимулируют электрическим током, требуют примерно на 10% больше воды, чем обычно. Причина в том, что ионизированная вода усваивается растениями существенно быстрее.

Сделаем из грядки батарейку

В 1840-х годах испытатель В. Росс из Нью-Йорка увеличивал урожай картофеля таким образом. Он вкапывал медную пластину размером 15х50 см 2 в почву, а на расстоянии 6 метров от неё вкапывал такого же размера пластину из цинка. Пластины были соединены проводом над землёй. Таким образом, получалась гальваническая ячейка. Те, кто повторял его опыты, утверждали, что урожай картофеля увеличивался на четверть.

Электрический ток, проходящий через почву, изменяет её физико-химические свойства. Увеличивается одновременно и растворяемость микроэлементов, и испарение влаги. Повышается содержание усвояемого растениями азота, фосфора и ряда других элементов. Изменяется кислотность почвы, понижается её щёлочность.

С этим, видимо, связаны и другие явления, которые учёные пока фиксируют, но не способны объяснить. Так, на 95% сокращается поражение мучнистой росой капусты, резко возрастает содержание сахара в сахарной свекле, в два-три раза увеличивается число коробочек на хлопчатнике, а доля женских растений конопли на следующий год увеличивается на 20–25%.

Мало того, что урожай томатов увеличивается на 10–30%, но изменяется химический состав каждого помидора, улучшается его вкус. Усвоение азота зерновыми увеличивается вдвое[6]. Все эти процессы ждут новых исследователей.

Относительно недавно в Тимирязевской сельскохозяйственной академии был разработан метод электростимуляции без внешнего источника энергии.

На поле выделяются полосы: в одни вносят отрицательно заряженные минеральные удобрения (потенциальные анионы), в другие – удобрения положительно заряженные (потенциальные катионы). Разность электрических потенциалов между полосами стимулирует рост и развитие растений, повышает их продуктивность.

Особо эффективны такие полосы в теплицах, хотя применять метод можно и на больших полях. Для применения этого метода необходимы новые минеральные удобрения.

Натрий, кальций присутствуют в основном в виде соединений. Магний входит в состав минерального удобрения карналлит. Магний нужен растениям для фотосинтеза.

В другом методе, разработанном в том же коллективе, предлагается на каждый квадратный метр посадок или посевов вносить пластинки из медных сплавов (150–200 г) и 400 грамм пластинок из сплавов цинка, алюминия, магния и железа, а также гранулы с соединениями натрия и кальция. Пластинки толщиной 3 мм, шириной 2 см и длиной 40–50 см вкапываются в землю на 10–30 см ниже пахотного слоя.

Фактически такой же метод предложил один изобретатель из Подмосковья. В почву на небольшую глубину, но ниже уровня вскапывания или вспашки, помещают мелкие пластинки различных металлов[7].

Медь, серебро, золото, платина и их сплавы зарядятся положительно, а магний, цинк, алюминий, железо и другие зарядятся отрицательно. Токи, возникающие между металлами этих двух групп, будут создавать эффект электростимуляции растений, причём сила тока будет находиться внутри оптимального диапазона.

Пластинки одного типа чередуются с пластинками другого типа. Если пластинки не затрагиваются рабочими органами сельхозтехники, то они служат долгое время. Более того, допускается использование любых металлов с медным покрытием для одних электродов и цинковым для других.

Ещё один вариант – внесение металлов и сплавов в почву порошком. Такой металл перемешивается с почвой при каждой её обработке. Главное, чтобы при этом порошки разных типов не разделялись. А этого обычно и не происходит.

Геомагнитное поле нам в помощь

Магнитное поле Земли кажется таким, будто внутри земного шара расположен линейный магнит длиной около 2000 км, ось которого наклонена под углом 11,5° к оси вращения Земли. Один конец магнита назван северным магнитным полюсом (координаты 79°с.ш. и 71°з.д.), другой – южным (75°ю.ш. и 120°в.д.).

Известно, что в проводнике длиной в один километр, сориентированном в направлении восток-запад, разность потенциалов на концах провода составит десятки вольт. Конкретная величина зависит от географической широты, на которой расположен проводник. В замкнутом контуре из двух проводников длиной 100 км и минимальным внутренним сопротивлением и экранированием одного из проводников, генерируемая мощность может составить десятки мегаватт[8].

Для электрического стимулирования растений таких мощностей не нужно. Требуется лишь сориентировать грядки по направлению восток-запад и уложить в меже на небольшой глубине вдоль грядки стальной провод. При длине грядки в пару десятков метров на электродах появляется разность потенциалов в те же 25–35 мВ. Стальной провод лучше укладывать по линии, которая перпендикулярна не магнитной стрелке, а направлению на Полярную звезду.

Исследованием применения геомагнетизма для больших урожаев давно, ещё с советских времён, занимаются в Кировоградском техническом университете (С.И. Шмат, И.П. Иванько). Один из способов недавно запатентован [9].

Антенны и конденсаторы. Ионизация почвы и воздуха

Наряду с электрическими токами в стимулировании растений активно и очень давно применяется статическое электричество. Первые известия о таких опытах пришли к нам из шотландского Эдинбурга, где в 1746 году доктор Маимбрэй прикладывал электроды электростатической машины к комнатным миртовым деревьям, и это ускоряло их рост и цветение.

Давнюю историю имеют также попытки для стимулирования роста сельскохозяйственных культур собрать атмосферное электричество. Ещё в 1776 году французский академик П. Берталон заметил, что растения рядом с громоотводами растут лучше других.

Прошло ещё полвека и опыт довели до совершенства. Немецкие исследователи С. Леместр и О. Принсгейм додумались создавать под сеткой искусственное электростатическое поле мощнее естественного. И рост растений ускорился.

Во Франции в 1925 году один из предприимчивых людей расставил на своём лугу деревянные мачты высотой 7,5 метров, на вершинах которых были закреплены антенны из медных и цинковых полос. От антенн в почву шли провода. Утверждалось, что такая установка уничтожала паразитов почвы и повышала её плодородие, а клевер на лугу был похож на кустарник[10].

Люстра Чижевского

Этот же метод избавляет деревья от многих болезней, в частности, от заболеваний коры. Для этого больному дереву вставляют под кору два электрода на границах поражённого участка коры и подключают их к батарейке с напряжением 9–12 вольт.

Если дерево реагирует так на электричество, то возникает подозрение, что и без внешнего источника в нём идут электрические процессы. И много людей по всему миру пытаются найти этим процессам практическое применение.

Так, сотрудники московского ВНИИ электрификации сельского хозяйства измеряли электрический потенциал деревьев в лесах Московской и Калужской областей. Исследовали берёзу, липу, дуб, лиственницу, сосну, ель.[12] Установлено чётко, что пара металлических электродов при размещении их на верхушке дерева и у корней образует гальванический элемент. Эффективность генерации зависит от интенсивности солнечного излучения. Лиственные деревья вырабатывают больше энергии, чем хвойные.

Максимальное значение (0,7 вольта) даёт берёза возрастом старше 10 лет. Этого вполне достаточно, чтобы стимулировать растения на огороде рядом с ней. И как знать, может со временем будут найдены деревья, дающие более значительную разность потенциалов. А рядом с каждой грядкой будут выращивать дерево, стимулирующее своим электричеством рост на ней помидоров и огурцов.

Электрическая зарядка семян

Эта тема также известна давно. С 1918 по 1921 гг. 500 британских фермеров были вовлечены в эксперимент, в котором предварительно подсушенные семена подвергались перед высевом воздействию электрическим током. В результате прирост урожая достигал 30% за счёт увеличения числа колосков на одном растении (иногда до пяти). Высота растений увеличивалась, мощнее становился стебель. Пшеница становилась устойчивой к полеганию. Повышалась и её сопротивляемость гнили и прочим заболеваниям.

Процедура описывается так. Семена помещаются в прямоугольный бак и заливаются водой, в которой для улучшения электропроводности растворены поварённая соль, соли кальция или азотнокислый натрий. Железные электроды большой площади размешаются на противоположных внутренних сторонах бака и в течение нескольких часов подвергаются воздействию слабого электрического тока.

Время выдержки, равно как и оптимальная температура, и выбор соли, зависят от того, какие семена в баке, и в какую почву будут они посеяны. Точные соответствия не известны до сих пор. Сведения лишь обрывочные.

Так, семена ячменя требуют вдвое большей выдержки, чем семена пшеницы или овса. Но вот что точно известно, это то, что после испытания семян электричеством в баке их нужно вновь хорошо высушить[13].

В одном из совсем недавних экспериментов, проведённом студентами Донского аграрного университета над семенами росянки, было установлено, что воздействие электричества на проростки семян оптимально, когда ток не превышаете 4–5 мкА, а длительность воздействия – от нескольких дней до нескольких недель. При этом отрицательный электрод крепится на верхушке проростка, а положительный – у его основания[14].

Затем семена подвергаются инфракрасному облучению для того, чтобы предотвратить их засыпание и повысить выработку аминокислот. На следующей стадии семена заряжаются отрицательно (вводится катодная защита). Это снижает гибель семян тем, что поток электронов блокирует реакции со свободными радикалами. Катодная защита используется обычно для защиты подземных металлических сооружений от коррозии. Здесь смысл тот же.

При использовании катодной защиты семена должны быть влажными. Высушенные семена могут на этой стадии повреждаться, хотя повреждённые частично восстанавливаются, если их затем замочить. Катодная защита вдвое повышает всхожесть семян.

Заключительная стадия электрогенетического процесса – воздействие на семена электроэнергией в радиочастотном диапазоне, что по замыслу должно воздействовать на хромосомы и митохондрии, интенсифицировать процессы метаболизма. Такое воздействие увеличивает растворение микроэлементов в почвенной влаге, повышает электропроводность и аэрацию почвы (насыщение её кислородом). Для обработки семян непосредственно перед посевом использовались частоты в диапазоне от 800 КГц до 1.5 МГц.

По непонятным причинам это направление свернулось. И тут самое время обсудить вопрос, почему вообще исследования по электрическому стимулированию роста растений активно развивались в прошлые века вплоть до 1920-х годов.

Думаю, что причина – в том, что электротехника очень далека от агрономии. И только учёные-энциклопедисты типа А. Чижевского или изобретатели типа В. Яковлева из Шостки способны заниматься и тем, и другим одновременно. А таких немного.

[1] Рамнек Г.М. Влияние электричества на почву: Ионизация почвы и усвоение атмосфер. азота / Киев: тип. ун-та св. Владимира, изд. Н.Т. Корчак-Новицкого, 1911. – 104 с.
[2] Kravstov P. et al. // Applied electrical phenomena. – 1968. –No 2 (20)/ – P. 147-154
[3] Лазаренко Б.Р., Горбатовская И.Б. Электрическая защита растений от болезней // Электронная обработка материалов. – 1966. – № 6. – P. 70-81.
[4] Схема выпрямителя.
[5] Гордеев А.М., Шешнев В.Б. Электричество в жизни растений. – М., Просвещение, 1988. – С.77, 109, 112, 115
[6] Лазаренко Б.Р., Горбатовская И.Б. Электрическая защита растений от болезней // Электронная обработка материалов. – 1966. – № 6. – P. 70-81.
[7] Патент Российской Федерации RU2261588
[8] Дудышев В.Д. Планета Земля: природный электрический мотор – генератор и альтернативная чистая энергетика на его основе.
[9] Спосіб активізації родючості ґрунту – Патент Украины UA 42233
[10] Nelson R. A. Electro-Culture (The Electrical Tickle).
[11] Moore A.D. Electrostatics & Its Applications. – Wiley & Sons,1972
[12] Холманский А.С., Кожевников Ю.М. Зависимость электрического потенциала дерева от внешних условий // Альтернативная энергетика и экология. – 2015. – № 21 (185). – С. 183-187
[13] Scientific American. – 1920. – 15.02. – Р. 142-143
[14] Войтова А.С., Юкин Н.А., Убирайлова В.Г. Слабый электрический ток как фактор стимуляции роста домашних растений // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 4-3.
[15] US Patent 4302670

Читайте также: