Влияние магнитных и электростатического полей на скорость и степень прорастания семян культурных растений

Жизнедеятельность любого организма сопровождается протеканием внутри него очень слабых электрических токов – биотоков (они возникают как следствие электрической активности клеток).   Биотоки порождают магнитное и электрическое поля организма, выходящие за пределы данного живого существа. Измерение биомагнитного поля и получение на этой основе информации о генерирующих его биотоках составляют метод и предмет возникшего в 70-х гг. 20 века направления исследований, получившего наименование “биомагнетизм”, в отличие от магнитобиологии, изучающей воздействие магнитного поля на живые организмы. С точки зрения двух данных направлений в современной биофизике, многие известные факты обретают научное обоснование.   Например, биологической загадкой являются голуби. Птицы во время сезонных перелётов ориентируются в пространстве с необычайной скоростью и математической точностью, сразу выбирая необходимое им направление. Для объяснения этого рода явлений у птиц Миддендорф  предложил следующую гипотезу: в теле птиц движутся по определённым направлениям электрические токи, образуя соленоид, заставляющий тело птицы устанавливаться определённым образом по отношению к силовым линиям внешнего электрического поля. Попытки объяснить ориентацию птиц в пространстве путём электрических воздействий не прекратились до сего времени. В 1926 году с новою гипотезою в данном направлении выступил Ляховский в Париже. Последний пытается объяснить явление перелёта птиц определёнными влияниями на организм птицы атмосферного электричества. Муравьи при своём движении умеют сохранять раз принятое направление. Если площадь, по которой они движутся, например, медленно вращающийся круг, слегка уклоняется в сторону, муравьи всё же продолжают держаться первоначального направления. Мы знаем удивительные явления из жизни различных животных: рыбы прекрасно ориентируются в глубоких морских низинах, под ледяным покровом рек, в глубоких неподвижных водах озёр. Нет сомнения в том, что и человек при известных условиях, во время тех или иных нарушений в нервно-психическом аппарате, может приобрести “знание” или “чувство” отдалённых предков, которые в нормальном состоянии организма ему, безусловно, чужды. В. М. Бехтерев (1857-1927) в книге “Коллективная рефлексология” также указывает на то, что резкие возмущения электрической и магнитной жизни Земли влияют на нервную систему животных и человека. Как бы там ни было, есть целая группа явлений, которые не выяснены наукой до сих пор. При изучении этих явлений у исследователя создаётся впечатление, будто бы животное и человек в некоторых случаях обладают такой степенью чувствительности к различным внешним влияниям, которая легко превосходит всякое воображение. Насколько такое впечатление соответствует действительности, будет установлено в будущем. При современном состоянии науки мы не можем ни защищать, ни отрицать этих явлений. Мы можем лишь внимательно присматриваться к ним и беспристрастно изучать их, проверяя свои выводы на каждом шагу. Но доподлинно известно, что электромагнитные волны оказывают влияние на любой живой организм. В зависимости от частоты и мощности излучения это влияние имеет свои особенности. Электромагнитные поля нарушают естественные процессы биорегуляции, осуществляемые за счёт биотоков очень малой величины. Недавно учёные обнаружили, что небезопасны переносные радиотелефоны. Излучаемые ими электромагнитные волны повреждают нервные клетки и уменьшают образование гормона мелатонина, регулирующего в организме скорость развития. Животные гораздо чувствительнее человека к электромагнитным полям. При облучении куриных яиц в течение нескольких часов из них появляются на свет ущербные птенцы. У крыс под воздействием электромагнитных полей развиваются злокачественные опухоли. Насекомые  стараются избегать тех мест, где повышенный электромагнитный фон.  Электромагнитные поля и излучения буквально пронизывают всю биосферу Земли, поэтому можно полагать, что все диапазоны естественного электромагнитного спектра сыграли какую-то роль в эволюции организмов, и что это как-то отразилось на процессах их жизнедеятельности. Однако с развитием цивилизации, существующие естественные поля дополнились различными полями и излучениями антропогенного происхождения, и это тоже сыграло, а точнее продолжает играть роль в развитии всего живого на Земле. Все мы видели в лесу паутину, сотканную искусным ткачом-пауком, и барахтающихся в ней насекомых. В отличие от пауков, человек создал при помощи радиотехнических и радиоэлектронных приборов невидимую электромагнитную паутину, в которой все мы «барахтаемся», не подозревая об этом. Особенно сильно она разрослась в последние годы. Мощные линии электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения, не менее мощные и многочисленные радио- и телепередающие станции, космические ретрансляторы – все эти маленькие и гигантские пауки плетут вокруг нас свои невидимые паутины из электромагнитных полей. И чем больше мы окружаем себя этой «паутиной», тем важнее становится для нас узнать о том, как действуют на всё живое созданные природой и нами самими электромагнитные поля. К настоящему времени проведено много опытов по исследованию физиологических процессов, происходящих в растениях под действием электрического и магнитного полей. В опытах  с семенами фасоли обыкновенной я хотел установить не только качественное влияние данных полей на прорастание и дальнейшее развитие фасоли, но и провести параллель между воздействием других факторов неживой природы на жизнедеятельность растений. Ведь всё многообразие живого на нашей планете возникло, эволюционировало и ныне существует благодаря непрерывному взаимодействию с различными факторами внешней среды, приспосабливаясь к их влиянию и изменениям, используя их в процессах жизнедеятельности. А большинство этих факторов имеют электромагнитную природу. На протяжении всей эпохи эволюции живых организмов электрические и магнитные поля существуют в среде их обитания – биосфере. Значит влияние этих полей на растения нисколько не меньше, чем действие света, гравитации, влажности, температуры и т. д.   

Физические сведения об электрическом и магнитном полях

 Теория близкодействия – взаимодействие между удалёнными друг от друга телами всегда осуществляется с помощью промежуточных звеньев, передающих взаимодействие от точки к точке. М. Фарадей предположил, что заряды действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создаёт вокруг себя в пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на поле другого. Электромагнитное взаимодействие распространяется с конечной скоростью, равной 300. 000 км\сек. Свойства электрического поля – действует вокруг любого электрического заряда, но может существовать и без него; его посредством передаётся электромагнитное взаимодействие; с увеличением расстояния электрическое поле ослабевает; может совершить работу, следовательно, обладает энергией. Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Оно не меняется со временем. Характеристикой электрического поля является напряжённость (Е). Напряжённость электрического поля – физическая величина, равная отношению силы, действующей на точечный заряд, к этому заряду. Электрическое поле, напряжённость которого одинакова во всех точках, называется однородным. Конденсаторы – электрические устройства для накопления зарядов. Простейший конденсатор – две параллельные металлические пластины, разделённые слоем диэлектрика. При сообщении пластинам равных по модулю и противоположных по знаку зарядов, между пластинами возникает электрическое напряжение (Е). Напряжение между пластинами прямо пропорционально заряду на одной из пластин, следовательно, отношение заряда к напряжению является величиной постоянной. Оно называется ёмкостью (С). Источник магнитного поля – движущийся заряд. Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими зарядами. Магнитное поле порождается электрическим током, обнаруживается по его действию на ток. Характеристикой магнитного поля является магнитная индукция (В). Векторная величина магнитной индукции есть отношение максимальной силы, действующей на проводник с током, к произведению силы тока на длину проводника. За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса к северному. Особенностями магнитных линий (линий, касательные к которым направлены так же, как и вектор магнитной индукции в данной точке) является то, что они замкнуты и не пересекаются.

Влияние электростатического поля на биологические процессы

Ось симметрии зародыша и взрослого организма определяется ориентацией основной оси поляризованного яйца. Основным носителем пространственной информации о будущем развитии яйца служит его цитоархитектоника, особенно кортикальный слой, ассоциированный с плазматической мембраной. У поляризованных клеток асимметрия комплекса плазмалемма-цитоскелет проявляется в асимметричном распределении ионных каналов и ионных насосов мембраны и соответственно в векторизации ионного транспорта и возникновении электрических градиентов.   Наиболее важными факторами, влияющими на организацию кортикальных микротрубочек, являются ионы Са2+, фитогормоны и градиенты биоэлектрических потенциалов. Слабые электрические поля (1 мВ на клетку) и механическое давление (0,12 – 0,22 Н) вызывают переориентацию кортикальных микротрубочек, направление которых уже через 6 ч воздействия становится перпендикулярным приложенному полю. Полярность зигот можно индуцировать также с помощью одностороннего освещения, созданием дополнительных гравитационных сил, градиентов ИУК и некоторых ионов (К+, Н+, Са2+). Формирование электрофизиологической оси полярности будущего растения происходит на самых ранних этапах его развития. Уже через 30 мин после оплодотворения у зиготы бурой водоросли Pelvetia происходит «электрическая» поляризация клетки. В этот момент появляется трансцитоплазматический ток, входящий в область будущего ризоида и выходящий с противоположной стороны, там, где будет формироваться таллом. Наибольшая плотность тока (до 1 мкА/см2) регистрировалась в области наиболее интенсивно растущего ризоидального полюса. Аналогичные петли тока были обнаружены при прорастании пыльцы лилии (до 6 мкА/см2), росте корневых волосков ячменя и эмбриогенезе дикой моркови. Не случайно один из авторов, анализируя роль электрической поляризации в дифференциации, назвал свою работу «The electric compass of plant» («Электрический компас растения»). В процессе дифференциации клетки на генерацию сети электрических токов расходуется до 1% общего содержания АТФ. У растительных клеток, характеризующихся полярным типом роста (зиготы водорослей, прорастающая пыльца, корневые волоски, ризоиды и т. п. ), возникновение электрических токов, входящих в растущие и выходящих из закончивших рост участков клетки, является одной из наиболее ранних реакций в процессе дифференциации. Эти электрические токи, как правило, предшествуют морфологическим изменениям и связаны с такими носителями зарядов, как ионы Са2+, К+ и Н+. Полагают, что носителями зарядов в случае входящего тока чаще всего являются ионы Са2+, выходящего – ионы К+. Возникновение градиентов биоэлектрических потенциалов имеет важное значение на всех этапах роста и развития растительного организма, Американские ученые измеряли биоэлектрические потенциалы эмбриоидов дикой моркови на разных стадиях развития. Они установили, что уже на стадии глобулы вокруг зародыша формируется электрическое поле со специфическим рисунком силовых линий, который сохраняется на протяжении всего развития эмбриоида. Наибольшая плотность входящего электрического тока зарегистрирована на апикальном полюсе в зонах формирующихся семядолей. Максимум выходящего тока был приурочен к базальной части зародыша, а именно – к области закладки апикальной меристемы корня. При этом плотность электрического тока в вышеуказанных зонах на каждой новой стадии развития зародыша возрастала. С помощью техники вибрирующего электрода удалось зарегистрировать электрические токи, связанные с образованием первичных корней у растений пшеницы, овса, фасоли, гороха и придаточных корней у картофеля. При этом в зонах растяжения и меристемах, как правило, регистрируются входящие электрические токи, а в зоне закончивших рост клеток – выходящие электрические токи, которые варьировали от 0,2 мкА/см2, например, у лилии и до 2,8 мкА/см2 у арахиса. В растениях гороха при сканировании электрического поля около кончиков корней зарегистрированы электрические токи (1 мкА/см2), входящие в зону растяжения и меристему и выходящие (0,1 мкА/см2) из зоны корневых волосков. Аналогичная картина распределения электрических токов обнаружена у корней проростков фасоли. На важную роль ионов К+ и Са2+ при поляризации в процессах роста и дифференциации указывает и тот факт, что для генерации электрического тока при прорастании пыльцы лилии требовалось их присутствие в среде в концентрации не ниже 0,1 моль/л. В ходе прорастания пыльцы большая часть входящего тока была связана с ионами К+, а выходящего – с ионами Н+; ионы же Са2+ выполняли роль триггера, индуцирующего потоки ионов К+ и Н+. Таким образом, под влиянием самых различных внешних воздействий в клетках в ходе морфогенеза прежде всего начинают генерироваться ионные потоки и формируется электрическая ось полярности. Ионам Са2+ в этом процессе принадлежит особая роль, так как именно кальций несет первичную информацию о возникающем векторе поляризации. Вслед за возникновением градиента ионов кальция в клетке, вероятно, образуется градиент активности кальций-кальмодулиновой системы и систем других мессенджеров. Так происходит становление вторичных градиентов – мембранных, метаболических, транспортных и др. И наконец, чувствительные к изменению активности ионов Са2+ элементы цитоскелета завершают структурную поляризацию клетки. На дальнейших этапах роста и развития растительного организма вдоль осевых органов также регистрируются четко выраженные градиенты биоэлектрических потенциалов вдоль корня, надземной части и всего растения. Градиенты БЭП метаболического происхождения отдельных клеток, тканей и органов растения отражают, прежде всего, различия в интенсивности процессов обмена веществ. Электротропизм: еще в 1930 г. в классических опытах было установлено, что в электрическом поле напряженностью около 600 В/см колеоптили овса изгибаются по направлению к положительному полюсу (аноду), а корни конского боба растут по направлению к катоду. Однако в последующих исследованиях при помещении колеоптилей овса в постоянное электрическое поле напряженностью от 600 до 5000 В/см не удавалось обнаружить существенных ростовых изгибов в сторону какого-либо электрода. По-видимому, для проявления ростовых эффектов внешних электрических полей необходимо, чтобы цепь нагрузки от источника ЭДС была замкнута, и через растительные ткани протекал электрический ток. В опытах было показано, что корни кукурузы также изгибаются в сторону анода, причем этот изгиб зависит от величины электрического поля. Экзогенная ИУК (10 мкмоль/л) и ингибиторы транспорта ауксина резко подавляли эту электротропическую реакцию. Интересно отметить, что корни агравитропных мутантов гороха оказались более чувствительными к электростимуляции, чем корни дикого типа. Эти факты свидетельствуют о том, что, несмотря на то, что в основе электро- и гравитропической реакции лежит ИУК-регулируемый рост растяжением, первичные механизмы этих двух типов тропизмов, вероятно, различны. В переменном электрическом поле (например, с частотой 60 Гц) у растительных организмов, как правило, наблюдаются снижение частоты клеточных делений и замедление растяжения клеток. Если же напряжение переменного электрического поля превышает 10 кВ/м, происходят серьезные нарушения структуры клеток и повреждение тканей. Предполагается возможность резонансных эффектов такого рода, когда частота вынужденных механических колебаний в данном участке организма (или органа) совпадает с собственной частотой его свободных колебаний. В этом случае магнитомеханический эффект может быть существенным и при весьма малых напряженностях поля, например в геомагнитном поле.

Биологические объекты в магнитостатическом поле

Постоянное магнитное поле может оказывать влияние на различные процессы в биологических объектах: насчитывают до 20 возможных видов такого рода взаимодействий. Сделано немало попыток теоретического рассмотрения основных физических механизмов биологических эффектов магнитного поля и оценки величин напряженности поля, при которых возможны такие эффекты. Эти теоретические исследования можно разделить на две основные группы в зависимости от того, какие эффекты магнитного поля (микроскопические или макроскопические) в них рассматриваются. В первой группе исследований исходное предположение состоит в том, что механизмы биомагнитных эффектов обусловлены физическими явлениями, возникающими на молекулярном и даже на атомном уровне. Так, одни авторы видят основную причину биомагнитных эффектов в ориентации диамагнитных или парамагнитных молекул под действием магнитного поля, другие предполагают, что это поле может вызывать искажения валентных углов в молекулах, обращают внимание на ориентацию спинов молекул в магнитном поле и т. п. Недавно было высказано предположение, что в молекулах воды, помещенной в магнитное поле, могут происходить орто – пара-переходы. Необходимая для этого магнитная энергия (в расчете на молекулу) весьма невелика – например, в сотни раз меньше, чем для разрывов слабых водородных связей в молекуле. В результате орто-пара-переходов в водных растворах могут возникать области с параллельной ориентацией спинов, что приведет к выталкиванию из таких областей растворенных веществ. Другой эффект обусловлен действием сил Лоренца в переменных полях на ионы в электролите. Если раствор электролита находится под действием перпендикулярных друг другу и синфазно изменяющихся электрического и магнитного полей, то электрическое поле (в среднем по времени) не оказывает влияния на ионы, а под действием сил Лоренца и положительные и отрицательные ионы перемещаются в одном направлении – перпендикулярно направлению электрических силовых линий. Такого рода эффекты были экспериментально обнаружены. Нужно подчеркнуть, что рассматриваемые эффекты зависят от суммы подвижностей ионов, а не от их разности и указывают на возможность возникновения такого эффекта под действием электромагнитной волны, распространяющейся в среде. При этом действию сил Лоренца в клеточной среде будут подвергаться не только ионы электролита, но и свободные метаболиты в ионизированной форме. Кроме того, известны эксперименты по изучению действия магнитного поля на укореняемость черенков культурных растений, что тоже, на наш взгляд, является важнейшей характеристикой процессов жизнедеятельности фитообъектов. Исследование действия магнитного поля на укореняемость черенков проводилась на 6 сортах чайно-гибридных роз в условиях оранжереи. Установлено, что обработка черенков роз в магнитном поле положительно влияет на процессы корнеобразования. Исследовались варианты с использованием силы тока 1, 4, 7, 10 А и временем экспозиции 2, 5, 10 мин. Максимальное математически достоверное количество укоренившихся черенков было получено при предварительной обработке черенков в магнитном поле, создаваемом силой тока 4 и 7 А (доля влияния фактора 19 20 %), и при времени обработки 5 минут (доля влияния фактора 0,7 1,4 %). Современные исследования показали наличие вокруг биологических объектов сложной картины оптических, радио, инфракрасных, ультрафиолетовых, акустических, электромагнитных излучений. Подтверждено, что энергетический обмен биообъекта со средой идет непрерывно и является основой его жизненных процессов. Огромный объем информации, который должен быть учтен и переработан организмом, требует использования сигналов малого уровня мощности, сравнимых с его энергетическими возможностями. Клетка реагирует на внешнее воздействие лишь тогда, когда энергия этого воздействия качественно соответствует собственной энергии клетки. Характер взаимодействия электромагнитных волн с биологическим объектом определяется как параметрами излучения (частотой, длиной, поляризацией волны, фазовой и групповой скоростью распространения), так и физическими свойствами самого объекта как среды распространения этой волны (относительной диэлектрической проницаемостью, удельной проводимостью). Следует учитывать и параметры, зависящие от этих величин, длину волны в тканях биообъекта, глубину проникновения, коэффициент отражения от границ соприкосновения тканей с окружающей средой. В последние годы рядом авторов получены данные о повышении продуктивности различных сельскохозяйственных культур, выросших из семян, которые подвергались воздействию постоянного магнитного поля. В семенах происходит изменение характеристик молекул органоминеральных комплексов интегральной интенсивности ферментов, биопотенциалов и электропроводности мембран, то есть повышение активности метаболизма в целом, что в результате приводит к увеличению продуктивности всего растительного организма. В клетках возрастает ферментативная активность, обеспечивающая нормальное функционирование органа и реализацию его генетического потенциала. Обработка семян в магнитном поле способствует активизации процессов обмена веществ, усилению роста и развития растений. Улучшается энергия прорастания, всхожесть, наблюдается повышение количества продуктивных стеблей, количества семян, массы 1000 семян. Обработка магнитным полем повышает устойчивость молодых проростков к засолению, устойчивость растений к стрессам, активизирует азотфиксацию. Установлено, что при обработке семян магнитным полем положительное действие удобрений усиливается. Многолетние экспериментальные данные показывают, что внедрение методов предпосевной обработки посевного материала электромагнитным полем способствовало повышению урожайности многих зерновых и овощных культур. В настоящее время проведены опыты с пшеницей, ячменем, овсом, рисом, кукурузой, подсолнечником, огурцом, перцем, баклажаном, томатом, дыней, столовой и кормовой свеклой, горохом, арахисом, соей, люцерной и другими культурами. Этот прием положительно проявил себя также при выращивании вегетативно размножаемых цветочных культур. В результате воздействия магнитного поля на посевной материал повышается как урожайность сельскохозяйственных культур, так и качество продукции. Это свидетельствует о большом экономическом эффекте метода предпосевной обработки посевного материала в магнитном поле и о целесообразности его широкого использования в производственных условиях. Применение физических факторов в большинстве случаев положительно сказывается на величине урожая, но эффективность предпосевных обработок зависит от культуры, силы тока, времени экспозиции, от срока обработки и почвенно-климатических условий. В связи с этим большое внимание необходимо направить на подбор оптимального режима обработки, который может, как стимулировать, так и ингибировать различные процессы, происходящие в растениях. Технология электромагнитной обработки позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды и без химического вмешательства эффективнее использовать возможности самого растения. Так, например, С 2002 по 2004 год в ОАО "Крокус" Краснодарского края проводилось изучение влияния магнитного поля на укореняемость черенков различных сортов чайно-гибридных роз. Обработка черенков магнитным полем проводилась в лаборатории Кубанского Государственного Аграрного Университета (КубГАУ) на установках постоянного магнитного поля. Напряженность магнитного поля изменялась при использовании силы тока разной величины. В опыте изучались варианты с величиной тока 1, 4, 7, 10 А с продолжительностью экспозиции 2, 5, 10 минут. В качестве контроля, для сравнения, служили необработанные черенки. Полученные данные свидетельствуют о положительном влиянии магнитного поля на укореняемость черенков роз различных сортов. По результатам опыта установлено, что укореняемость черенков была различной в зависимости от силы тока магнитной установки и времени обработки. Максимальная укореняемость черенков была получена при создании магнитного поля силой тока 4 и 7 А при времени экспозиции 5 минут. При этих режимах обработки у всех исследуемых сортов была получена наибольшая прибавка количества прижившихся черенков.

Предпосевная обработка семян физическими факторами

Одна из важнейших проблем современного растениеводства – разработка научных основ и эффективных приемов повышения посевных качеств семян. По мнению многих специалистов перспективным является предпосевная обработка семян физическими факторами. В лаборатории Пермского научно-исследовательского института г. Пермь была проведена предпосевная обработка семян сои переменным магнитным полем (ПМП), полем отрицательного коронного разряда (ПОКР) с целью определения оптимального вида обработки, которые позволили бы повысить посевные качества сои.

Во время эксперимента наблюдалось интенсивное развитие микрофлоры, особенно к моменту определения всхожести семян сои в чашках Петри, в которых проращивались семена сои на фильтровальном ложе, что могло быть вызвано изначальной зараженностью семян сои грибами и бактериями. По мнению исследователей, исследуемый режим обработки ПОКР стимулировал не только посевные качества семян, но и интенсивность развития патогенной микофлоры, что затруднило получить достоверные результаты по всхожести семян.

Магнитобиология

Науку, которая изучает действие магнитного поля на живые существа, называют магнитобиологией. Она сложилась лишь в последние 10—15 лет. В эти годы возрос интерес к биологическому действию магнитного поля. Причиной тому были полеты человека в космос и усиленное применение магнитных полей в промышленности. Рождению новой науки способствовало бурное развитие молекулярной биологии, биохимии и биофизики. Все вещества обладают магнитными свойствами, только выражены они у них в разной степени. Об этом уже более века назад было известно ученому Майклу Фарадею. Наиболее четко эти свойства выражены у железа, кобальта, никеля и некоторых сплавов, а также у систем, по которым течет электрический ток. У большинства веществ эти свойства настолько слабы, что установить их можно лишь с помощью магнитных весов.

При исследовании на магнитных весах вещество помещается в зазор между полюсами электромагнита или вблизи него. Обычно в зазоре, а в особенности вблизи него, магнитное поле неоднородное, т. е. разное по величине и направлению в соседних точках. Если при включении электромагнита вещества притягиваются в область наиболее сильного поля, их называют парамагнитными, а если выталкиваются — диамагнитными. Магнитные свойства биологических объектов зависят от их состава и состояния. Так, например, сухие зерна ржи и пшеницы чаще диамагнитны, но иногда из-за большого содержания в них железа и некоторых микроэлементов они могут быть и парамагнитны.

Магнитобиология выявляет, какие физиологические сдвиги происходят в организме, когда его помещают в поле, отличное от земного (меньше или больше его), и какими изменениями в организме эти сдвиги сопровождаются. Оказалось, что при постепенном снижении напряженности земного магнитного поля (в пределах Москвы оно равно примерно 0,5 Э (эрстед) в 10, 100 и даже в 1000 раз многие растения и животные вовсе не плохо себя чувствуют. Огурцы и редис, например, ускоряют рост, а вот кукуруза и ячмень замедляют. Но если и дальше снижать напряженность магнитного поля и удлинять сроки пребывания в нем живых организмов, у них появляются и развиваются неблагоприятные признаки. У растений начинают утолщаться клеточные стенки, у животных — кожные покровы, клетки начинают неправильно делиться, у некоторых видов почвенных микроорганизмов образуются гигантские клетки, задерживается образование разных тканей в корнях пшеницы (так называемая дифференциация тканей), поверхность покрывается своеобразными опухолями, у мышей начинается облысение. Таким образом, уже сейчас можно утверждать, что магнитное поле Земли необходимо для нормального существования большого числа животных и растений. Открытым остается вопрос о реакции живых организмов на увеличение напряженности магнитного поля по сравнению с земным. Оказывается, что нарисовать общую картину происходящих с организмами изменений нелегко. Например, слабые магнитные поля, в 20—200 раз превышающие силу земного магнитного поля, стимулируют рост корней растений, подавляют потребление кислорода и выделение углекислоты на первых этапах прорастания семян. Поля, в тысячи раз превышающие земное, тормозят рост растений и многих микроорганизмов, задерживают развитие злокачественных опухолей, препятствуют нормальному ходу клеточного деления, вызывают нарушение кровообращения и расстройство деятельности выделительной, кроветворной, нервной и пищеварительной систем у подопытных животных (белых мышей и крыс). В зависимости от величины напряженности поля, длительности пребывания в нем организма и его состояния (молодой организм или старый, находится он в покое или в состоянии активной деятельности) последствия пребывания в поле могут быть обратимыми или необратимыми. Таким образом, изучение влияния электрического и магнитного полей на растительный организм позволяет предположить, что:

1. Любой фактор внешней среды, как бы слаб и незначителен на первый взгляд он ни был, оставляет свой след в процессе эволюции живых форм.

2. Оно дает возможность ученым еще с одной стороны заглянуть в тайны организации жизни, открывает исследователям новые, еще не изученные способы построения магниточувствительных систем.

3. Указывает на не использованные до сих пор резервы сельскохозяйственного производства путем стимулирования способности к прорастанию под воздействием электромагнитных полей. Это можно отнести к достоинствам предлагаемого нами подхода, поскольку снижается степень химического воздействия на посевной материал (например, воздействие стимуляторов прорастания и удобрений) и значительно сокращается время обработки посевного материала.

Таким образом, предлагаемый нами подход (см. основную часть) выгодно отличается от традиционных методов, позволяя повысить степень и скорость прорастания посевного материала (см. заключение), улучшить условия для начала вегетационного периода сельскохозяйственных растений, минимизировать или вовсе устранить действие неблагоприятных абиотических факторов, которые могут оказать негативное влияние на скорость и степень прорастания семян культурных растений.

Актуальность исследовательской работы. Человек всегда значительно зависел от культурных растений. Первобытный человек, находя растения со съедобными плодами, семенами, корнями, позднее стал выращивать их вблизи своего жилища. При этом он заметил, что уход за растениями (рыхление почвы, полив, уничтожение сорняков и вредителей) увеличивает и улучшает урожай. Кроме того, происходил постоянный отбор особей с наиболее ценными свойствами, поскольку именно они являлись самым качественным посевным материалом. Прежде всего, культурные растения мы используем в качестве продуктов питания и кормов, также культурные растения используются в качестве сырья для промышленности и в декоративных целях.

Человек придумал множество способов увеличение скорости и степени прорастания семян культурных растений, например, различные химические удобрения. Но эти способы малоэффективны и небезопасны как для здоровья человека, так и для самих растений, например, это использование химических удобрений при поливки растений.

Успехи человечества в таких отраслях науки, как физика, на наш взгляд могут помочь человеку в решении этих задач. Особый интерес представляет исследование влияния электрических и магнитных полей.

Цель исследовательской работы: исследование влияния электрических и магнитных полей на скорость и степень прорастания семян культурных растений.

Объектом исследования является влияние физических факторов на скорость и степень прорастания семян культурных растений.

Предметом исследования является влияние электрических и магнитных полей на скорость и степень прорастания семян.

Гипотеза исследовательской работы: воздействие электростатически заряженной воды, омагниченной воды, магнитного поля положительно повлияет на скорость и степень прорастания семян культурных растений.

Задачи исследовательской работы:

• На основе анализа информационных источников выяснить какое влияние оказывают электрические и магнитные поля на биологические процессы.

• Разработать эксперимент по исследованию влияния заряженной воды, омагниченной воды и магнитного поля на скорость и степень прорастания семян культурных растений.

• Провести экспериментальные исследования.

• Проанализировать результаты экспериментов.

• Сделать выводы

Практическая значимость исследования заключается в том, что заряженная вода, омагниченная вода, магнитное поле ускоряют процесса роста и развития семян культурных растений. Результаты исследования могут быть использованы как садоводами, так и в промышленных условиях.

Основная часть

Для проведения исследования по теме «Влияние магнитных и электростатического полей на скорость и степень прорастания семян культурных растений» нами предлагается изучить воздействие электростатического и магнитного полей на прорастание семян растений некоторых садовых культур различных сортов. Для этого нами была предложена схема эксперимента, согласно которой семена исследуемых культур были разделены на две группы: экспериментальную и контрольную , исследования к которым проводились согласно этапам, которые осуществлялись на базе лаборатории кабинета физики МОУ «Лицей № 36» (г. Осинники).

Этапы экспериментальной работы по изучению влияния электростатического воздействия на прорастание семян культурных растений

1этап. Посадка семян

Семена высевались 2-х культур: гороха (по 15 штук семян в каждой группе), салата (по 30 штук семян в каждой группе) в 6 абсолютно одинаковых контейнерах (3 группы по 2 культуры). В контейнеры помещалось одинаковое количество земли. Семена в каждом контейнере располагались одинаково (по одной схеме). Контейнеры были выставлены на подоконник и при каждом поливе (т. е. каждые 2-3 дня) менялись друг с другом местами по часовой стрелке для обеспечения равноценности в освещении и обогреве.

2 этап. Процесс полива

Полив каждой культуры осуществлялся каждые 2-3 дня положительно, отрицательно, нейтрально заряженной водой. Для полива каждого контейнера бралась предварительно отстоявшаяся водопроводная вода комнатной температуры. Полив каждой культуры производился водой объёмом 60 мл. Во все 3 бутылочки для полива были помещены одинаковые кусочки фольги. В 2 бутылочках фольга соединялась проводниками с кондукторами электрофорной машины, так что вода во время полива полностью покрывала эти пластины. Во время полива стойки кондукторов электрофорной машины были расположены вертикально. Полив производился с 80 по 100 оборот ручки электрофорной машины.

3 этап. Сбор данных

Перед каждым поливом определялось количество проросших семян в каждом контейнере, а, начиная с 07. 03, производилось измерение «средней» длины проростков гороха каждой группы.

Примечание: измерение «средней» длины побегов производилось так: измерялась высота каждого побега в контейнере, затем высоты складывались и делились на количество измеряемых побегов (т. е. по правилу нахождения среднего арифметического чисел).

Этапы экспериментальной работы по изучению влияния воздействия магнитного поля на прорастание семян культурных растений

1этап. Посадка семян

Посадка семян 3-х культур: гороха (по 15 штук в каждый контейнер), фасоли (по 7 штук в каждый контейнер), петрушки (по 100 штук в каждый контейнер) в 9 абсолютно одинаковых пластиковых контейнера (3 группы*3 культуры). Все 3 группы 3-х различных культур во время эксперимента находились в абсолютно одинаковых условиях: при одинаковой температуре и освещении .

2 этап. Процесс полива

Каждая культура была разделена на 3 группы:

1) семена, полив которых осуществлялся обычной, не подвергавшейся воздействию магнитного поля водой;

2) семена, полив осуществлялся омагниченной водой;

3) семена, находящиеся под постоянным воздействие магнитного поля, но полив этих семян осуществлялся обычной, не подвергавшейся воздействию магнитного поля водой. Полив семян каждой из 3-х групп осуществлялся каждые 3 дня .

3 этап. Сбор данных

Результаты фиксировались ежедневно в одно и то же время – 20:00 .

Результаты по 3 группам гороха оказались следующими: в период с 8 февраля по 4 марта 2009 года семена гороха, поливавшиеся отрицательно заряженной водой, дали наибольшее количество проросших семян – 8 ростков; горох, поливавшийся положительно заряженной водой на втором месте – 6 ростков; горох из контрольной группы показал наихудшие результаты – 5 ростков .

Результаты по 3 группам салата оказались следующие: в период с 8 февраля по 20 февраля 2009 года семена салата, поливавшиеся отрицательно заряженной водой, дали наибольшее количество проросших семян – 28 ростков; горох, поливавшийся положительно заряженной водой на втором месте – 25 ростков; горох из контрольной группы показал наихудшие результаты – 23 ростка.

В ходе дальнейшего наблюдения за 3 группами гороха результаты оказались следующие: в период с 7 марта по 22 марта 2009 года «средняя» длина проростков гороха, поливавшиеся отрицательно заряженной водой, оказалась наибольшей – 45. 1 см, что на 15. 5 см больше, чем в контрольной группе (29. 6 см); «средняя» длина проростков гороха, поливавшийся положительно заряженной водой– 35. 4 см, что на 5. 8 см больше, чем в контрольной группе

Таким образом, проведенное исследование и полученные результаты полностью подтверждают выдвинутую гипотезу. Проведенные эксперименты подтвердили, что воздействие электростатически заряженной воды, омагниченной воды, магнитного поля положительно повлияло на скорость и степень прорастания семян культурных растений. Исследование предполагало две группы экспериментов:

1. Воздействие электростатического поля через заряженную при помощи электрофорной машины воду на скорость и степень прорастания семян культурных растений.

2. Воздействие постоянного магнитного поля и омагниченной воды на скорость и степень прорастания семян культурных растений.

После получения и описания результатов по первой группе экспериментов можно сделать следующие выводы:

1. Воздействие отрицательно заряженной воды в большей степени повышает скорость и степень прорастания семян культурных растений по сравнению с контрольной группой.

2. Воздействие положительно заряженной воды также в большей степени, по сравнению с контрольной группой, влияет на скорость и степень прорастания семян культурных растений.

3. При сравнении двух экспериментальных групп растений: с влиянием положительно и с влиянием отрицательно заряженной воды выяснилось, что вода, заряженная отрицательно, дает больший положительный эффект по отношению ко всем семенам выбранных культурных растений.

Результаты по 3 группам гороха оказались следующие: в период с 5 февраля по 11 марта горох, на дно контейнера, в который он был посажен, лежал магнит, дал наибольшее количество проросших семян – 13 штук; горох, поливавшийся омагниченной водой на втором месте –11 штук; горох из контрольной группы показал наименьший результат – 8 штук.

Во время измерения длины проростков семян гороха были выявлены следующие результаты: наибольшей длины пророста семян достиг горох, на дне контейнера, в который он был посажен, лежал магнит – 17,25 см. Второй результат дал горох, который поливался омагниченной водой – 13,15 см. Наименьший результат дал горох контрольной группы – 10,2 см .

Результаты по 3 группам фасоли оказались следующие: в период с 5февраля по 13 марта фасоль, на дне контейнера, в который она была посажена, лежал магнит, дала наибольшее количество проросших семян – 5 штук; фасоль, поливавшаяся омагниченной водой на втором месте –4 штуки; фасоль из контрольной группы показала наименьший результат – 3 штуки .

Во время измерения длины проростков семян фасоли были выявлены следующие результаты: наибольшей длины пророста семян достигла фасоль, на дне контейнера, в который она была посажена, лежал магнит –25 см. Второй результат дала фасоль, которая поливалась омагниченной водой – 13,3 см. Наименьший результат дала фасоль контрольной группы – 12,5 см .

Результаты по 3 группам петрушки оказались следующие: в период с 05февраля по 13 марта петрушка, на дне контейнера, в который она была посажена, лежал магнит, дала наибольшее количество проросших семян –80 штук; петрушка, поливавшаяся омагниченной водой на втором месте –40 штук; петрушка из контрольной группы показала наименьший результат – 30штук

Во время измерения длины проростков семян фасоли были выявлены следующие результаты: наибольшей длины пророста семян достигла петрушка, на дне контейнера, в который она была посажена, лежал магнит –7 см. Петрушка, поливавшаяся омагниченной водой и петрушка контрольной группы на последний день эксперимента дали одинаковый результат, но в процессе роста и развития этих растений, интенсивней развивалась петрушка, поливавшаяся омагниченной водой .

Таким образом, проведенное исследование и полученные результаты полностью подтверждают выдвинутую гипотезу. Проведенные эксперименты подтвердили, что воздействие электростатически заряженной воды, омагниченной воды, магнитного поля положительно повлияло на скорость и степень прорастания семян культурных растений.

После получения и описания результатов по второй группе экспериментов можно сделать следующие выводы:

1. Проведенное исследование позволяет сделать вывод о том, что большую скорость и степень прорастания имели семена экспериментальной группы: находившиеся под постоянным воздействием магнитного поля и полив которых осуществлялся предварительно омагниченной водой.

2. Наибольшую скорость и степень прорастания имели семена экспериментальной группы, находившиеся под постоянным воздействием магнитного поля.

3. Постоянное магнитное поле и омагниченная вода значительно ускорили рост бобовых растений.

Проведенное исследование позволяет вынести некоторые практические рекомендации:

1. Магнитное поле и магнитная воронка могут быть использованы в практике сельского, фермерского и приусадебного хозяйств для увеличения скорости и степени прорастания семян культурных растений.

2. Электростатически заряженная вода может быть использована в практике сельского, фермерского и приусадебного хозяйств для увеличения скорости и степени прорастания семян культурных растений.

3. Комплексное использование магнитного и электростатического полей позволит существенно увеличить скорость и степень прорастания семян культурных растений, однако это требует более детального изучения и экспериментальной проверки.