Влияние электрического тока на растения

VII Поволжская

юношеская научно-исследовательскя

конференция «Я – исследователь»

Город Нижнекамск

Республика Татарстан

Школа № 11

Секция: Общая экология

Научно-исследовательская работа

Тема: «Влияние электрического тока на растения»

Научный руководитель

Руководитель

Учащаяся

Синявина М.Р., преподаватель физики, высшей квалификационной категории

_______________

Моряшова О.П., преподаватель биологии, первой квалификационной категории

_______________

Е.И.Власова

________________

2017 год

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.Введение………………………………………………………………. 3

2.Обзор литературы…………………………………………………… 4

2.1.Немного истории……………………………………………………. 4

2.2. Влияние тока на определённые части растения и ток растений…. 9

2.3 Электроток против мутации…………………………………………. 16

3. Исследование и обсуждение результатов…………………………. 17

3.1.Исследование…………………………………………………………. 17

4.Заключение…………………………………………………………….. 19

5. Список использованных источников и литературы…………….. 20

1.Введение

В кабинете биологии на стене висел маленький чахлый цветок. Учительница принесла его из коридора «на лечение». Через полгода цветок было не узнать, он стал пышным, красивым, с большим количеством листьев. Нам стало интересно, что же произошло, и мы подошли с вопросом к нашему преподавателю биологии. Она сказала, что землю не меняла, поливала, как и другие цветы, обыкновенной водой. Чем же был вызван такой рост? Тут мы обратили внимание на то, что горшок висит практически в плотную к выключателю, а на физике нам рассказывали о воздействии электричества на живые организмы. У нас возникло предположение, что именно близость к электричеству и способствовала столь сильному росту растения.

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

Задачи:

1. Изучить литературу по данному вопросу

2. Отследить основные этапы развития растений.

3. Сравнить рост и развитие трех растений монстеры, посаженных в горшки на разном расстоянии от электрических приборов при прочих равных условиях.

4. Проверить способ более быстрого роста растений

5. Выявить положительные качества и недостатки.

6. Сделать выводы и дать рекомендации об использовании электричества в выращивании растений.

2. Обзор литературы

2.1.Немного истории.

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. 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. 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. 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. 
Почему же растения лучше растут в электрическом поле? 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. 
Создается впечатление, что электризация растений активизирует процесс фотосинтеза. Действительно, 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. Когда растениям овса сообщили электрический потенциал, равный 90 вольт, масса их семян увеличилась в конце опыта на 44 процента по сравнению с контролем. 
Пропуская через растения электрический ток, можно регулировать не только фотосинтез, но и корневое питание; ведь нужные растению элементы поступают, как правило, в виде ионов. Американские исследователи установили, что каждый элемент усваивается растением при определенной силе тока. 
Английские биологи добились существенной стимуляции роста растений табака, пропуская через них постоянный электрический ток силой всего в одну миллионную долю ампера. Разница между контрольными и опытными растениями становилась очевидной уже через 10 дней после начала эксперимента, а спустя 22 дня она была очень заметной. Выяснилось, что стимуляция роста возможна только в том случае, если к растению подключался отрицательный электрод. 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, особенно укореняющихся с трудом, 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. 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. 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 использовали американские исследователи для лечения поврежденной коры деревьев, раковых образований и т. д. Весной внутрь дерева вводили электроды, через которые пропускали электрический ток. Продолжительность обработки зависела от конкретной ситуации. После такого воздействия кора обновлялась. 
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. В чем причина этого явления? 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. 
Возвратимся к результатам опыта Грандо. Растение, помещенное в металлическую клетку и тем самым изолированное от естественного электрического поля, плохо росло. Между тем в большинстве случаев собранные семена хранятся в железобетонных помещениях, которые, по существу, представляют собой точно такую же металлическую клетку. Не наносим ли мы тем самым ущерб семенам? И не потому ли хранившиеся таким образом семена столь активно реагируют на воздействие искусственного электрического поля? 
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. Когда, например, индийский ученый Д. Бос соединил с гальванометром посредством игольчатых микроэлектродов внешнюю и внутреннюю части зеленой горошины, а затем нагрел ее до 60^оС, было зарегистрировано напряжение в 0,5 В. Тогда удивленный исследователь подсчитал, что если 500 пар половинок горошин собрать в определенном порядке в серии, то электрическое напряжение составит 500 В. Хорошо, что повар не знает об опасности, которая ему угрожает, когда он готовит это особенное блюдо. К счастью для него, горошины сами не соединяются в упорядоченные цепи! 
Некоторая разность потенциалов была установлена и между различными частями тканей в различных органах неповрежденных растений. Но наблюдавшие за поведением растений исследователи заметили, что в зависимости от ряда обстоятельств природа образования в них электрического тока неодинакова. Поэтому токи, возникающие в естественных условиях в неповрежденных органах растений и их тканях, а также токи, образующиеся в результате повреждения тканей, стали называть токами покоя. А токам, возникающим в живых тканях под влиянием различных раздражителей, дали название токов действия. Прекрасным наглядным доказательством проявления токов действия у растений является механизм складывания листьев под влиянием внешних раздражителей у мимозы стыдливой и венериной мухоловки, имеющих ткани, способные резко сокращаться. 
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. 
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. 
У некоторых перекрестноопыляемых растений электрические импульсы цветков способствуют их переопылению, приводя в движение тычинки даже при легком прикосновении к цветку. Это явление можно наблюдать у цветков василька посевного (синего), подсолнечника однолетнего, барбариса обыкновенного. Очень хорошо видны такие движения у артишока. При встряхивании его цветка движение тычинок напоминает ритуальный танец: верхние концы тычиночных нитей с пыльниками сначала склоняются в одну сторону, а затем - в другую. При этом тычинки быстро укорачиваются, а из каждого пыльника выделяется капля жидкости, содержащая пыльцу. Теперь насекомое - возмутитель спокойствия - не в состоянии пробраться между изгибающимися тычинками, не измазавшись основательно в этой жидкости. Вот так и переносится пыльца с одного цветка на другой. А "танцовщицы"-тычинки после оплодотворения утрачивают свою подвижность, сколько ни встряхивай растение! 
Своеобразно устроен опылительный механизм и у барбариса обыкновенного. У основания каждого лепестка находится по 2 желёзки, выделяющие много нектара. В нормальном состоянии тычинки плотно прижаты к несколько загнутым лепесткам, но как только насекомое, желающее полакомиться нектаром, прикоснется к их внутренней стороне, обладающей высокой чувствительностью, тычинки резко изгибаются внутрь, ударяют пыльниками по телу насекомого и выбрасывают на него пыльцу. При посещении другого цветка насекомое оставляет эту пыльцу на его рыльце. Аналогичную картину можно наблюдать и на цветках люцерны. Сорвав небольшую веточку этого цветущего растения, осторожно введите тонкий стебелек какого-либо злака внутрь цветка. Если в нем еще не побывал хоботок пчелы, шмеля или другого насекомого, по соломинке мгновенно ударят похожие на длинный язык сросшиеся в одну трубочку тычинки, а из созревших пыльников высыплется пыльца. Когда эту роль выполняет насекомое, оно неизбежно становится переносчиком пыльцы с одного цветка на другой. 
У некоторых растений посещения цветков насекомыми вызывают движение пестиков, а у липы мелколистной и крупнолистной даже стимулируют усиленное выделение нектара. 

В целях сохранения пыльцы в сухом виде цветки многих растений перед дождем своевременно закрываются и наклоняются вниз. Встретив чистотел большой, вы сами можете понаблюдать это явление: как только слегка ударите по его цветоносу (имитируя удар капли дождя), лепестки сразу же поднимутся кверху, закрыв тычинки и пестик. При длительной ненастной погоде цветки чистотела, как и многих других растений, остаются закрытыми и самоопыляются. 
А у перекрестноопыляемых обитателей водоемов - наяды малой и роголистника темно-зеленого - оплодотворение происходит под водой. Разумеется, что в такой среде без помощи разноименных электрических зарядов попасть пыльце на рыльце пестика другого растения вряд ли представилось бы возможным. 
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. 
Электрический феномен пчелы влияет, очевидно, не только на сбор пыльцы и переопыление растений. Его сфера действия, по утверждению ряда ученых, затрагивает также взаимосвязи между "членами" пчелиной семьи. Не исключено, к примеру, что электрический заряд возвратившейся в улей пчелы служит информацией о расположении места взятка. 
Способность этих "детей солнца" предчувствовать приближение грозы или ненастья тоже объясняется повышением статического заряда, служащего сигналом тревоги; по которому они должны возвращаться домой. 
Если в самих растениях работают "микроэлектростанции", а иногда даже возникают миниатюрные "электрические бури", возможно, и внешнее электрическое или электромагнитное поле будет влиять, на их жизнедеятельность. Отчасти это уже подтверждается. Учеными-агрохимиками, например, доказана существенная польза поверхностного покрытия (мульчирования) почвы низинным торфом или торфонавозными компостами, усиливающими при этом на фоне солнечного облучения электрический потенциал поля, благотворно влияющий на культивируемые растения. Имеются и другие данные о положительном влиянии электризации почвы на физиологические процессы в произрастающих на ней культурах. 
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. 
Проведенные в этом направлении исследования позволяют рационально использовать электрический потенциал растений на практике. Так, например, при выведении новых сортов устойчивость культурных растений к действию на них высоких и низких температур оценивается результатами длительной и трудоемкой работы по изучению характерных физиологических и биохимических показателей. Но если будет возможность получать экспресс-методами конкретные электрические параметры клеток и тканей гибридных растений, характеризующие концентрацию электролитов и неэлектролитов в клеточном соке, реакцию на раздражение мембран клетки, через которые осуществляется ионный обмен и формирование биоэлектрических потенциалов, работу по выведению морозостойких и засухоустойчивых сортов сельскохозяйственных культур можно будет значительно ускорить. 
Данные о биоэлектрической реакции клеток растений могут найти широкое применение при подборе химических средств для защиты сельскохозяйственных культур от вредителей и болезней. Большую роль они должны сыграть и при разработке мероприятий по охране окружающей среды и ее оздоровлению, особенно при подборе растений и микроорганизмов, переносящих определенные агрессивные среды водоемов. 

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. В чем причина этого явления? 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.
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.
Указанное низкопотенциальное электричество практически идентично электрическим процессам, происходящие под воздействием фотосинтеза в растениях и может использоваться для стимуляции их роста. Формула полезной модели представляет собой применение двух и более электроположительных и электроотрицательных материалов без ограничения их размеров и способов их соединения, разделенных любой проницаемой мембраной и помещенных в газовую среду с применением или без применения катализатора.

2.3 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.

Моделью исследователям служили бобы вики. Для опытов отбирали проростки длиной в несколько сантиметров и облучали их дозой в 250 рентген. Но при этом на одни растения воздействовали электрическим током до облучения, на другие - после облучения. Затем проростки 22 часа держали в термостате, а уже после этого исследовали под микроскопом.

Вот какие результаты получены. После «чистого» облучения (без воздействия током) количество клеток с хромосомными нарушениями составляет 47 процентов - намного больше, чем у контрольных растений (в клетках, не подвергавшихся облучению, мутации образуются только в двух процентах случаев). Когда растение обрабатывали током, количество поражённых клеток было значительно меньшим, чем в случае «чистого» облучения - результат зависел от условий, при которых на растение действовал электрический ток. Лучше всего защитные свойства электричества проявились в том случае, когда корешок до облучения подносили к положительному электроду (аноду) - тогда поражений было почти в два раза меньше.

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

3. 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.

Данные наблюдений заносили в таблицу.

По результатам наблюдений нами были сделаны следующие выводы. Растение монстера лучше растет в непосредственной близости от электрических приборов. У растения, посаженного в середине показатели роста средние. Самые низкие показатели роста у растения, находящегося дальше всех от электрического воздействия.

По полученным результатам моего исследования, я рекомендую для улучшения роста и развития растений оказывать на них слабые электрические воздействия, которые приводят к положительному результату, хоть и занимают много времени. Сильные электрические воздействия могут негативно сказаться на росте и развитии растений.

4.Заключение

Поставленные в начале работы задачи в ходе ее выполнения были полностью выполнены. Так, в результате проделанной работы, нам удалось:

1. Изучить литературу по данному вопросу

2. Отследить основные этапы развития растений.

3. Сравнить рост и развитие трех растений монстеры, посаженных в горшки на разном расстоянии от электрических приборов при прочих равных условиях.

4. Проверить способ более быстрого роста растений

5. Выявить положительные качества и недостатки.

6. Сделать выводы и дать рекомендации об использовании электричества в выращивании растений.

1. Список использованных источников литературы

1.http://the-mostly.ru/misc/electricity_against_mutation.html

2. http://www.plam.ru/nauchlit/tainaja_zhizn_rastenii/p13.php

3. http://www.rusnauka.com/7_PNI_2015/Agricole/5_188433.doc.htm

4. http://www.gazetasadovod.ru/veg/3617-rasteniya-i-elektrichestvo.html

5. http://clubbrain.ru/referatu-botanika/energiya-i-rasteniya/