Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Слабый электрический ток как фактор стимуляции роста и устойчивости сельскохозяйственных растений

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Слабый электрический ток как фактор стимуляции роста и устойчивости сельскохозяйственных растений"

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ МОЛДОВА Институт физиологии растений

На правах рукописи

МУСТАФАЕВ Танырверди Гияс Оглы

УДК 58.037:581.14+581.151

СЛАБЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК КАК ФАКТОР СТИМУЛЯЦИИ РОСТА И УСТОЙЧИВОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

РАСТЕНИЙ

03.00.12 — физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Кишинев — 1991

Работа выполнена в лаборатории физиологической генетики Института генетики АН РМ.

Научные руководители:

доктор биологических наук, академик АН Азерб. Д. А. Алиев;

кандидат биологических наук С. Н. Маслоброд

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, чл-кор. АН РМ Г. В. Шишкану,

кандидат биологических наук Э. И, Клейман

Ведущая организация:

Государственный университет Республики Молдова

Защита диссертации состоится «с^Ь •» 991 г. в /Да-

сов на заседании Специализированного совета Д 012.06.01 при Институте физиологии растений АН Республики Молдова. Адрес: 277018, Кишинев, ул. Лесная, 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии растений АН РМ.

Автореферат разослан « Л» ¡( ^¿ ку/и) 1991г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

Е. В. Клевцова

ОБЩАЯ Х/1РАКТЕРЛСШКЛ РАБОТЫ

Актуальность шдц. Проблема повышения адаптивного потенци-■. ала сельскохозяйственных растений, т.е. успецного сочетания их высокой потенциальной продуктивности и экологической устойчивости, является основной проблемой растениеводства. Ео решение требует комплексного подхода, включающего изучение рас гения как целостной саморегулирующейся системы, состоящей из большого числа взашодействующих и взанмоскоорщшировашшх систем, В основе этой координации лежит наличие у растений свойства полярности его отдельных органов и тканей (Полевой, 1989), причем характер распределения метаболических градиентов вдоль целых частой и органon растений коррелирует с характером распределения градиентов их биоэлектрических потенциалов (liuccî*-elli , Joffe » 1976; z'oko et al. , 1989; Miller , Goro , 1989). liaii известно, биоэлектрические процессы являются важнейшим звеном регуляции хшзнедеятельностн растителышх организмов, обуславливающим характер протекания большинства физиологических процессов (Опритов, 1977; Brscoley et р1., 1934). Следовательно, модифицируя на'пшние электрические характерно тшси или биоэлектрическую полярность растителышх организмов мшено управлять протекающими в растениях физиологическими процессами.

Элективными средствами регуляции физиологического состояния растении и повышения их адаптивного потенциала являются биофизические факторы-, в частности, слабые электрические токи. Воздействие слабым электрическим током, сопоставимым ло своей величине с токами, протекающими через растения в естественных условиях за счет существования системы разделения электрических зарядов п метках, оказывает благоприятное влияние на показатели роста и продуктивности в стрессовых условиях (холод, засуха, недостаток света) (Foison , bierv« , 1983; Каменская и др., 1988). Электрическое воздействие является эффективным инструментом стимуляции процессов роста и регенерации (itothore et «l. » 1388; Медведев, 1990)»способствует усилению репарационное процессов в повреждениях тканях (Дерюгина, 1988). По мнению ряда исследователей ( Lund , 1947; Каменская и др., 1988), механизм явления заключается в воо- . 'становлении с немощью вношного тока'натюзной биоэлектрической полярности растений, сниженной из-за неблагоприятных условий средн.

Вместе с теа, эффект влияния тока на адаптивный потенциал, растительных организмов носит сложный характер и зависит от множества факторов (Медведев, 1990), вследствие чего подученные результаты носят зачастую противоречивый характер. В литературе на нашли отражение конкретные рекомендации по выбору оптимальных параметров воздействий, не изучены их временные характеристики и оитогеяетичоокиа аспекты. Отсутствуют сведения о закономерностях действия тока на интактаые растения в оптимальных условиях ореад и возможностях его использования для стимуляции процессов роста и продуктивности.

Поль ц задачи исследования. Целью работы являлась: разработка аффективных приемов тестирования оптимальных режимов элоктро-воздействия; иэучоши регуляторных аспектов действия электрического тока на растения и разработка технологических оонов повышения адаптивного потенциала сельскохозяйственных растений а оптимальных и неблагоприятных условиях среды о использованием слабых влектричеоких токов.

В задачи работы входило:

.1. Разработать метод экспресс-тестирования оптимальных режимов электровоздействия.

2. Выявить оптимальные стимуяядиошше режимы.

3. Изучать временные и онтогенетические аспекты регулятор-ного действия тока на растения.

4. Изучить влияние электрического тока на роот п продукционный процесс у растений в оптимальных условиях средн.

5. Выявить возможность использования электрического воздействия как фактора повышения неспецифической устойчивости растений к действию неблагоприятных факторов.

6. Разработать технологические приемы повышения адаптивного потенциала сельскохозяйственных культур о использованием слабых электрических токов.

Научная новизна. Впервые для тестирования а оптимизации параметров электрического воздействия на растении были использова-ни параметры быстрых динамических реакций, регистрируемых с помощью комплекса фотометрической аппаратуры.

Изучено действие слабого электрического тока на рост и раз штие растений в опиыалышх условия!; среды и выявлено его отшу лирущее влияние на ряд физиологических процэооов: рост, ир< пук -

тивность, поглощение микро- и макроэлементов, содержание аминокислот, регенерационную способность корней.

Исследованы временные и онтогенетические аспекты регулятор-ного действия электрического тока и установлена их связь с фотопериодическими процессами у растений.

Показано, что слабый электрический ток является фактором, повышающим иеспещфмескую устойчивость растений к действии повышенных температур и хлоридному засолению, обеспечивая большую доступность воды и элементов минерального питания в стрессовых условиях.

Практическая значимость. Результаты работы позволяют предложить эффективный, экологически чистый и технологичный способ повышения адаптивного потенциала сельскохозяйственных культур, выращиваемых в условиях защищенного грунта или на личных приусадебных участках. Ожидаемая эффективность для растений томатов в случае использования предлагаемой технологии в теплицах составляет 100000 руб./га в год.

Апробация работы. Основные результаты работы неоднократно докладывались на научных семинарах лаборатории физиологической генетики Института генетики АН КЛ, лаборатории генерального питания Института физиологии растений АН ЕЛ, на заседаниях Ученого совета Института генетики, а также на научной конференции молодых ученых по изучению, охране и рациональному использованию природных ресурсов (Уфа, 1989), республиканском симпозиуме "Физиоло-го-биохимическая роль микроэлементов в управлении адаптивными реакциями и продуктивностью растений" (Кишинев, 1989), на Всесоюзной конференции "Онтогенетика высших растений" (Кишинев,1989) и Всесоюзном совещании по автоматизации научных исследований в области растениеводства (Ленинград, 1990).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, 5 работ находится в печати.

Структура и объел работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов и списка литературы. Материал изложен на 154 страницах машинописного текста, оодержит II риоунков и 20 таблиц. Список литературы содертаиг 253 источника, из них 109 иностранных.

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ

Методика и объекты исследований. При выборе объектов исследований принимались во внимание следующие соображения. Во-первых, используемые объекты должны были быть удобными и технологичными в методическом плана при отработке приемов тестирования оптимальных воздействий с использованием фитометричеокой аппаратуры. В атоы плане удобными оказались растения кукурузы, фасоли и сои.

Во-вторых, отработка технологических приемов повышения адаптивного потенциала сельскохозяйственных культур требовала использования объемов, применяемых при выращивании в условиях защищенного грунта, т.о. являющихся потенциальными "кандидатами" для электростимуляцш. К таким объектам в первую очередь следовало отнести томаты и огурцы.

В-третьих, представляло интерес использование "живых" контактов в опытах о усиковыми растениями, где электродом могла служить шпалориая проволока (виноград, огурцы), И наконец, в ряде одучаев целесообразным било использование некоторых модельных объектов - картофеля, традесканции и некоторых других. При этом следует отметить, что практически все упомянутые выше объекты использовались ранее в работах но электростимуяяцки (Медведев,1980; Нал еЪ в1. , 1981; Сум1п®к1 , ВагшиЬа , 1988} Дерюгина, 1988; Каменская и др., 1990), Это обстоятельство позволяло впоследот-вии осуществлять сопоставление полученных экспериментальных результатов.

Опыты проводили в 1988-1991 гг. на вегетационной площадке, в теплицах и на Ейотроке Института генетики АН Республики Молдова. В вегетационных опытах использовали оосудц о почвой емкоо-тью 40 или 12 кг (смесь почва:пэаок-торф в соотношении 3:1:1). На Биотроне растеши выращивали в оптимальных условиях в установках искусственного климата ШК-1250. Опыты в теплице проводили в зимне-весенний период. В полевых условиях изучали влияние электрического тока на рост и развитие раотений винограда и картофеля. В зависимости от целой опыта использовали варианты о'различным уровнем минерального писания, влажности почвы или фоновой температуры.

Работы, связанные о тестированием ц оптимизацией режимов влактричаского воздействия на растопил, проводились в основном

в условиях Биотрона с использованием автоматизированной систе- -мн научных исследований АСШ Биотрон. Динамическая ийфорлация

0 процессах, происходящих в растешмх при заданных режимах воздействия, регистрировалась с помощью первичных фитомотрическнх преобразователей, входящих в комплект фотометрических систем типа ИСР (разработка КБ "Биоприбор" ДАМ-АН РМ). Регистрируемыми параметрами при этом являлись биоэлектрический потенциал, интенсивность водного потока через стебель и черешок, относительное изменение диаметра осевых органов, разность температур лист -воздух, скорость роста, о также параметры среды (темгоратура воздуха, влажность почвы, интегральная облученность). Обработка информации на магнитных нооигёлях с использованном тлеющихся пакетов прикладных программ давала возможность оценить эффективность электровоздействия и оптимизировать его амплитудные и временные характерно тиши

Работа по изучению технологических основ повышения адаптивного потенциала сельхозкультур проводилась, как правило, в теплицах или на вегетационной площадке. Регим элоктростимуляции при этом бнл значительно более длительны:.! (от I недоли до 1,5 месяцев). Временные и амплитудные параметры воздействия определялись заранее в соответствии с результатами исследовании на Еиотроне. 3 качестве критерия оцешш использовали, как правило, биохимические (поступление элементов минерального питания, содержание пигментов л свободных аминокислот), морфоанатомическпв и продукционные показатели. 3 ряде опытов изучалось влишше слабого электрического тока на устойчивость раотоний к действию неблагоприятных факторов - кари, засухи, засоления.

В экспериментах-использовали два типа источншсов тока:

1 - генератор постоянного тока с возможностью плавной рогули-ровки в дпапазоно от О до 50 шсА; 2 - устройство для подачи ритмического электрического воздействия (о томи до ги.шлитуцгими характеристиками) с вош.гогноотыо дискретной регулировки периода воздействия. Периоды используемых воздействий при 'атом составляли 1,2,4,10,20,30 и 50 мш. Скватлость импульсов равнялась 6.

Б обоих случаях конструкция прибора' допускала возможность инверсии полярности воздействия. Одна из модификаций прибора ("Стпмул~ЛБ" конструкции ¡ДП игл.С.Лазо) позволяла синхронизировать эле1стровоздействле с фотопориодом.

Статистическая обработка результатов осуществлялась с пило-цьв программы однофакторного дисперсионного анализа на ЗШ Cwi-4.

Динамика ямзиологическик характеристик при ступенчатом воздействии слабым электрическим током и тестирование оптимальных режимов одектровоздейсгвия. Как свидетельствует анализ данных литературы,' эффект воздействия слабого электрического тока на растения, связанный с восстановлением исходной биоэлектрической полярности, носит слоаный характер и зависит от множества факторов: места подачи стимулирующего воздействия и его полярности,

величины пропускаемого тока, длительности воздействия, возраста растений у, др. (Black-et al. , 1971; Hart et. si,

[qSfitHlS81; Poison , Merve , 1983; Медведев, ^ I99öi Каменская и др., 1988;

Allane с et al. , 1909). При этом для .чвo^^lapЯpoDSдаeв-"пw^чвlIВД стойких токовых эффектов ных проростков кукурузы требуется подача тока на растения в

процускаийо^тока sÄf т0чеша »«^ьного времени (Старцева ДО- диаметр стебля; CP - и др., 1977; Китлаев, 1982), Отсюда

следует закономерный вывод о нецелесообразности эмпирического подбора оптимальных режимов электростшцулящш.

С целью оперативного и ¡аффективного тестирования режимов воздействия иами была изучена дикашка быстрых реакций растений с использованием комплекса фитоыотрической аппаратуры. Обнаружено, что в ответ на электрическое воздействие у растений наблюдается отчетливо выраженный переходный характер всех изученных морфологических, физиологических и других характориотик -диаметра стебля, скорости роста, биоэлектрического цотепцнаяа листа, разности температур лист-воздух, шгсопоиь ности водного потока через стебель (рис. I). В основе наблюдаема явлений лежат, по всей видимости, ионоороцпт-

скорость роста; BÍI - иптен--„ сивиость водного потока; РТ - разность температур лист-воздух

Юмин.

Рис. 2„ Динамика ростовых процессов 15-дневных проростков кукурузы гибрида П-397Я при пропускании тока силой 1+ 45 мкД в осевом направлении ("-" на апикальном конце)

венное влияние тока на электрошизиологическио характеристики клеток устьичного кошлекса. В дальнейшем, происходит саморегуляция устьичной апертуры по принципу обратной связи (Половой, 1989), приводящая к возникновению серии затухающих колебаний (датчик ВП) и установлению оптимального физиологического режима, адаптированного к новым условиям.

Наиболее приемлемыми для целей быстрого тестирования оптимальных режимов воздействия являются датчики биоэлектрических потенциалов (БЭП) и роста. Однако, учитывая то обстоятельство, что пропускавши через растительную ткань электрический ток оказывает непосредственное воздействие на измерительную аппаратуру в случае регистрации биоэлектрических характеристик, в большинстве случаев ш использовали характеристики ростовых процессов (рис. 2). Показанное на рисунке 2 быстрое изменение высоты растений в первые минуты после подачи тока отражает тургоршй эффект и не является объективной характеристикой изменения физиологического состояния растения, поэтому в качестве элективного критерия выбора оптимальных режимов воздействий мы использовали величину установившегося значения параметров роста после окончания переходного процесса. Для приведенного на рис. 2 гибрида кукурузы П-3978 СВ наиболее эффективным било воздействий тока силой I мкА (скорость роста около 7 шс'Л/ч). С увеличением силы тока скорость роста уменьшается. Дальнейшие исследования показали, что величина оптимального электровоздействия является в общем случае видоспецифичной и зависит от конкретных особенностей физиологического состояния растений, но, как правило, не превышает 8-10 мкА. Поэтому дальнейшие исследования мы проводили внутри этого диапазона.

Оптимизация временных родшов. В результате миллионов лет эволгащга в связи с необходимостью приспособления к ритмически изменяющимся условиям среды у растений возник внутренний механизм отсчета времени - так называемые биологические часы (Пит-тендрих, 1984). Наиболее распространенной функцией циркадианной (околосуточной) организации является фотопериодическоо измерение времени (Huhne et «1. , 1984; Одуичнова-Дунаева, 1983). Нами била предпринята попытка экспериментального изучения связи эффективности влияния электрического тока па растения с присущей им

эндогенной ритмичностью, и в частности, с его фотоперподичес-кой реакцией.

Результаты экспериментов показали, что наиболее эффективным оказывается режшл электростимуляции во время световой фазы суточного ритма (таблица I). Аналогичный вывод был сделан наш

Таблица I

Сравнительная эффективность действия тока I мкА на скорость роста растений кукурузы на свету и в темноте

Параметр ! В а р и а н т

! контроль !стимуляция ¡на свету ¡СТИМУЛЯЦИЯ !в темноте

Скорость роста растений, мм/сутки 22,2+0,3 23,2+0,14 20,8^2,3

Скорость роста!Лист I листа в длину,!Лист 2 мл/сутки ¡Лист 3 ¡14,0+0,5 ¡13,2+2,7 !26,7±1,8 21,0(1,8 19,1+2,0 2517+2^7 10,4+2,6 8,9+2,3 24,9+3,0

Скорость роста листъев!0,06+0,02 в ширину, мм/сутки I 0,065+0,03 0,056^0,02

и в результате полевых испытаний сравнительной эффективности режимов электростимуляции в условиях различных фотопериоцов на растениях картофеля. Так, если вариант с постоянным электрическим воздействием давал общую прибавку урожая 31/5 но сравнению с контролем, то вариант с фотопериоцической подачей тока - 46$. Эта разница достигалась за счет увеличения числа образуемых клубней (соответственно 11,8 и 14,3 на одном растении).

В то самое время использованиа ритмических режимов элект ростиадуляции-внутри минутных диапазонов периодов судя по результатам наших исследований, нецелесообразно. Нами были исследованы ритмические режимы в диапазоне периодов от I до 30 мин (скважность импульсов равнялась 6) и их влияние на процессы роста и укоренения у ряда растений (кукурузы, традесканция, томаты, хло-рофитум (сЫогор11у*;ш11 сошобшв мвг. 1юг1'. )). В боль-

шинстве из исследованных вариантов с использованием электростимуляции характерно уоиление ростовых процессов по сравнению с

контрольными растениями (в 1,4-1,5 раза увеличивалась площадь ассимиляционной поверхности, в 1,2-1,37 раз сирой вес). В то же самое время решп.ш с ритмической подачей тока достоверно но отличались от постоянной электростимуллщш, а по ряду параметров даже несколько уступали. Аналогичные вывода были сделаны и по результатам изучения регенерационной активности корней. По-видимому, процессы, лежащие в основе механизма электростщдуляцли, имеют постоянные времени по меньшей мере на порядок больше. Поэтому в дальнейшем целесообразно провести подобные исследование в часовых диапазонах периодов электровоздойствия.

При использовании тока в качестве фактора повышешш адаптивного потешдаала растений следует учитывать онтогенетические аспекты развития организмов. Увеличение градиентов БЭП в осевом направлении между верхушкой и основанием эффективно только на вегетативном этс'шо развития (таблица 2). Усиление внешним током апикального доминирования на фазе плодоношения снижает урожай.

Таблица 2

Влияние слабого электрического тока на параметры продукционного процесса растений томатов (линия Надежда) на разных этапах развития растений

Параметр !„ „ - Ра? и й н. у ,и .. ___

¡контроль .'стимуляция ¡стимуляция на

! ¡только на ¡вегетативном и

! 'вегетативном '.генеративном

! ¡этапе ¡этапах

Количество плодов на 16,2+0,68 21,6+1,7 22,1+7,3 растении, шт

Вес одного плода, г 69,1±15,4 94,8±6,5 41,7117,0

Общий урожай с растеши, г 1113+70,4 2047+136 927+19У

Очевидно, в период закладки генехитывных органов роль апикального доминирования значительно снижается и основным доминирующим центром становится развивающийся плод (Курсалов, 1976). Если при этом продолжать поддерживать значительный градиент БЭП между верхушкой ;г основанием за счет пропускания электрического тока от верхушки к основанию, начнется искусственное усиление

апикального доминирования на этапе генеративного развития. Ь результате значительная часть ассимилятов из листьев постулат не в плоди, а используется на дальнейшее увеличение вегетативной массы (различия медсду вариантами в 1,4-1,5 раза).

Физдолого-биохш.шческие аспекты влияния слабого электрического тока на растения. Результаты наших исследований показывают, что наряду, с увеличением скорости роста слабый электрический ток, соответствующий нативной электрической полярнооти растений ("-" на верхушке, "+" у основания), значительно усиливает поступление в растения элементов минерального питания (табл. 3).

Таблица 3

Содержаний цикро- и макроэлементов в органах и зерне растений кукурузы при элоктрооиъ.1уляцпи на этане репродуктивного развития (на 100 г сухого вещества)

Элемент ¡Вариант !_Объект ___

! ¡листья до )стебель~до~ "*[ зерно

! ¡початка ¡початка !

lia (ыг) Контроль 13,2*0,84 13,7±0,43 12,0*0,59

Ток 8,2+0,55 8,5+0,03 4,6*0,34

Са (мг) Контроль 0,93+0,12 0,75+0,11 0,05*0,01

Ток 1,80+0,05 0,71+0,01 1,27+0,16

£ (мг) Контроль 0,35+0,02 0,44*0,01 - 0,35+0,02

Ток 2,55+0,03 2,55+0,08 1,29*0,36

¥ (мг) Контроль 0,05*0,005 0,07*0,005 0,05*0,001

Ток 0,11+0,005 0,17*0,005 0,30*0,002

(ыг) Контроль 0,14*0,017 0,13*0,01 0,14*0,01

Ток ч 0,28+0,032 0,26*0,01 0,30+0,02

Си (мг) Контроль 0,41+0,02 0,55+0,02 0,26+0,01

Ток I,19*0,04 1,40*0,03 4,80*0,21

Un (мг) Контроль 2,65*0,24 3,43*0,59 0,74+0,06

Ток 14,2+0,41 13,2*0,32 II,8*0,56

te (мг) Контроль 11,9*0,48 14,1*0,39 3,28*0,24

Ток 25,8*0,57 27,5*0,08 28,6*2,15

Sr (мг) Контроль 4,25*0,35 4,50*0,04 4,86*0,27

Ток 2,68*0,12 2,70*0,14 0,33*0,22

Наряду со значительным (в 2-7 раз) увеличением содержания в органах калия, кальция, фосфора, магния, марганца, меди и железа характерно резкое снижение содержания в растениях натрия и стронция. В зерне эти различия превышают контроль на порядок ("-" электрод располагается непосредственно на початке, т.е. совпадал с аттрагирующим центром растения). Вариант с инверсной полярности, как правило, уменьшал содержание большинства элементов. Шунтирование растений давало промежуточный эффект.

Эксперименты свидетельствуют также о значительном увеличении количества накапливаемых во всех частях растений (виноград, сорт Молдова) нитратов, обуславливающего в результате их восстановления в листьях резкое возрастание содержания свободных аминокислот (таблица 4).

Таблица 4

Содержание свободных аминокислот в листьях

винограда, сорт Молдова, мг/ЮО I1

Наименование ! В а р пакт

!контроль ! ток ! ток -1- Мо

Циотеиновая к-та [4,700 10,905 7, 501

Аспарагин 3,142 17,394 7, 105

Треонин 0,745 2,751 0, 720

Серин 0,583 4,539 0. 909

Глуташш 14,595 45,343 £3, 490

Пролин о леди 2,308 -

Алшшн 2,675 6,523 I. 549

Валин 0,656 4,771 I, 189

<Х -ашшомасляннан 1,075 1,264 о, 491

к-та

Лизин 0,27(3 2,093 -

ЛейцшиИзолейцин следы 5,990 0, 458

Феншгалпшш следы 2,617 0, 481

Аргшшн - 0,900 -

•Общая cyj.ii.5a оиоооц-

ных аминокислот 4Т, 98 126,46 36, 592

Добавление молибдена, участвующего, как известно, в нродеосе восстановления нитратов, резко снижало содержание аминокислот в листьях. Очевидно, процесс восстановления нитратов происходил в присутствии Мо на всем пути их передвижения в листья, что й снижало общее количество поступающих в них нитратов, идущего впоследствии на синтез аминокислот.

Говоря о механизмах наблюдаемых явлений, наряду с традиционными компонентами электрофореза и электроосмоса следует, по-видимому, выделить специфичность влияния пропускаемого через растительные ткани тока на процессы активного транспорта через ионные насосы, являющиеся, как известно, потенциалозависишш (Твердислов и др., 1987). Этим может быть объяснена отмечаемая в опытах специфика поглощения ионов (избирательность, приводящая к выведению из клеток и йг*).

Показатели роста и" продуктивности. Большинство проводимых до настоящего времени исследований по влиянию электрического тока на рост и продуктивность растений относились в основном к растениям, выращиваемым в неблагоприятных условиях среды (гипо-гравитация, засуха, недостаточная освещенность, низкие положительные температуры) (Гордеев, 1982; Каменская и др., 1988). В своих опытах мы изучили влияние электрического тока на рост и продуктивность растений в оптимальных условиях. При этом установлено, что и в этих условиях использование электрического воздействия благоприятно сказываются на физиологическом состоянии растений (таблица 5).

Наиболее эффективным являлся вариант с прямой электрической полярностью ("-" на верхушке). Здесь отмечалось значительное (на 13-20$) превышение растений опытного варианта по отношению к контролю по длине стебля до початка, диаметру стебля у основания и диаметру у початка. Еще более значительна эта разница по количественным характеристикам самих плодов (по диаметру початка - на 23$; по весу обкладки - на 22$; по весу кочерыжки - на 45$). Наконец, что особенно важно с практической точки зрения, опытные растения превышали контроль по итоговым параметрам: урожаю зерна (на 17$) и весу 1000 зерен (на 12$). Вариант с инверсной полярностью ("+" на початке) снижал большинство исследованных характеристик не только в сравнении с "минус"-вариантом, но и по отношению к контролю.

Таблица 5

Количественные признаки растений кукурузы (гибрид Л-3978) при различных вариантах электрообработки.

Параметр

В

!контр.I

й р р а.р

шунт !

минус

! плюс

Длина стебля до початка,ом 169 179 191 170

Длина стебля после почат- 61 64 66 67

ка, см

Длина початка, см 23 21 23

Диаметр стебля у основа- 16,1 18,5 19,7 18,8

ния, мм

Диаметр стебля у початка, 13,9 15,4 15,8 15,6

мм

Диаметр стебля у верхушки, мм 4,76 5,50 5,87 6,25

Диаметр початка, мм 16,08 18,5 19,7 18,8

Сырой вес листьев до по- 13,1 13,2 15,0 13,5

чатка, г

Сырой вес листьев после 8,1 13,0 14,0 12,2

початка, г

Вес стебля до початка, г 15,3 17,7 19,0 16,1

Вес стебля после початка, г 8,8 7Д 9,1 8,2

Вес обкладки, г 13,0 - 13,7 16,0 13,2

Вес кочерыжки, г 3,0 3,7 4,5 3,1

Урожай зерна, г 127 129 149 107

Вес 1000 зерен, г 304 309 340 297

Другая серия экспериментов была проведена в теплице на растениях томатов (линия Нацекда). Стимуляцию осуществляли начиная с 25-дневного возраста в течь-ние 14 дней (ток 1=1 мкА). Вариант "минус" (нативная электрическая полярность) давал значительную прибавку урожая (183^) в сравнении с контролем (таблица 6). Эта прибавка достигалась как за счет увеличения числа плодов на растении (на 33$), так и за счет большого веса одного плода (на 37$). Вариант "плюс" уступал как "минусовому" варианту, так и контролю.

Таблица 6

Влияние обработки 25-дневных саженцев томатов слабым электрическим током на рост саженцев и урожай

а р а м е т р ¡Контроль ! Опыт __

! )"-" ЬйрхуиШа, !"-" ócrio±3áílHó,

! !"+" основание !"+" верхушка

Высота проростка, см 3,5+1,3 7,4+0,7 4,6+1,8

Количество плодов на I растении, шт 16,2+0,68 21,6+1,73 12,4+0,56

Вес плода, г 69,1+15,4 94,8+6,5 61,8+12,5 .

Вес плодов на I растении, г 1119+70,4 2047+136,5 766 +33,3 .

Экспершенты показали также целесообразность использования слабого электрического тока как фактора ускорения процесса укоренения саженцев. Ток, в опытах с растениями традесканции (Тга-descsntia multicolor ) суммарная длина корней растений в варианте на 10 сутки с момента начала укоренения составляла 175$ по отношению к контролю, в "+" варианте - 146$. Указанные различия достигались в основном за счет образования большего числа корешков. Данный прием может найти широкое применение для стимуляции укоренешм саженцев цветочных культур или винограда.

В основе наблюдаемых эффектов лежит, по всей видимости, непосредственное влияние электрического поля на систему активного базипетального транспорта ЙУК (Медведев, 1990).

Стимулшионные эпйекты в случае действия неблагоприятных дикторов среди. Согласно нашему предположению, использование слабого электрического тока в качестве составного элемента технологии выращивания растений могло способствовать повышению осмотического потенциала растительных тканей за счет механизма электроосмоса, т.е. способствовать их большей солеустойчивости ( Мшш» , 1984).

Результаты опытов подтвердили это предположение (табл. 7).

Таблица 7

Влияние постоянного электрического тойа на поступление элементов минерального питания в 20-дневные проростки кукурузы (линия МК-01).

Элементы

В а Р II анты

! контроль

I засоление

I засолечле+ток

к

На

Си

2п

Ип

Ув

Са

Ыв

0,75^0,06 0,44+0,03 2,50±0,19 310 +24,3 ■ 6,19н0,54 1,23+0,14 14,8+1,13 125,4+9,6

0,75+0,07

о,за+о,оз

2,68+0,43 340 +32,1 1,22+0,11 2,95+0,41 14,8+0,97 27,0+1,86

0,89+0,07 0,31+0,02 3,48+0,29 13,0+1,18 2,02+0,17 4,49+0,38 9,3910,83 41,0+3,7

Содержание в растениях Са л К дано в т/100 г сухого вещества; прочих элементов - в мгУЮО г.

В то время как в условиях хлоридцого засоления Ц[ г на 5 кг почвы) у опытных растении отмечалось резкое снижение поступления большинства элементов минерального питания в листья (в 4-5 раз), использование слабого электрического тока позволяло в значительной степени устранить наблюдаемые негативные эффекты. Резко (с 310 до 13 мг/100 г сухого вещества) снижалось содержание натрия, в 1,3-1,5 раз усиливалось поступление важнейших элементов - калия, кальция, цинка, железа. В основе наблюдаемого увеличения доступности элементов минерального питания в условиях повышенного засоления, лежит, по всей видимости, механизм электрофореза и электроосмоса.

Согласно современным представлениям, реакция растений на высокотемпературный стресс тесно связана о нарушением водного режима (лучанко, 1980). Увеличение доступности воды при использовании электрического тока за счет электроосмоса может, такш

i

образом, явиться эффективным приемом повышения жароустойчивоса'и растений. Это было показано нами в опытах по динамике роста растений тритикале в условиях 3-х дневного высокотемпературного стресса (таблица 8).

Таблица' 8

Влияние электрического тока варианта на высоту проростков тритикале (сорт Лаягатли), см

Возраст проро-! Стресс I.. Варианты

стков, дни ! !опыт!контроль

9 норма 12,31+0,34 12,17+0,26

10 жара 13,60+0,30 13,05+0,30

11 жара 14,46+0,39 13,80+0,20

12 жара 16,04+0,44 14,44+0,28 15 норма 19,04+0,51 16,96+0,70 17 норма 19,57+0,44 17,71+0,10 19. норма 20,46+0,55 18,22+0,30

Очевидно, решш электровоздействия благоприятно сказывается на процессах роста растеши! в стрессовых условиях. Так, если в контроле скорость роста равнялась 0,7 см/сутки, то в случае токового воздействия 1,22 см/сутки, т.е. в 1,7 раз выше. Различия по скорости роста сохранялись и после прекращения действия стресса на этапе репарации (соответственно 0,71 и 0,63 см/сутки) . Аналогичные выводы были- сделаны и после изучения влияния слабого электрического тока на содержание макроэлементов в растениях кукурузы в условиях высокотемпературного стресса. При этом отмечено увеличение содержания в опытных растениях калия (на 14%), кальция (на 7%) и натрия (на 18$). Содержание фосфора оставалось на том же уровне.

ВЫВОДЫ

1. С помощью комплекса фитометрической аппаратуры установлена возмолсность экспресс-оценки оптимальных режимов стимуляции роста и устойчивости растений слабым электрическим током по параметрам быстрой реакции растений на слабый ток. Наиболее эффективным для целей тестирования является использование датчиков роста и биоэлектрических потенциалов.

2. Выявлены оптимальные параметры электрического воздействия на растения: величина тока порядка нескольких микроампер, но не более 8-10 мкА; длительность воздействия в зависимости от задач

опыта - от нескольких дней до нескольких недель; полярность подключения тока: "минус" на верхушке или на плоде растения, "плюс"-у основания растения. Варианты обратной полярности и шунтирования неэффективны.

3. На примере проростков и взрослых растений кукурузы, томатов, сои, пшеницы и других растений показано, что электростимуляция выражается в ускорении роста (на 30%) и окоренения растений (на 75%), в повышении неспецифичеокой устойчивости к жаре и хлоридному заоолению, в повышении продуктивности (урожая зерна кукурузы, плодов томатов и картофеля на 30-80/5).

4. Выявлено влияние фотопериода на величину эффекта стимуляции, эффект лучше выражен при подаче тока на растения в дневное время.

5. Показана зависимость эффекта стимуляции от фазы онтогене за: в период вегетативного развития "минус"-электрод должен находится на верхушке растения, в период генеративного развития -на плоде.

6. Показана перспективность использования слабого тока в качестве фактора стимуляции роста и продуктивности растений при нормальных условиях произрастания растений.

7. Обнаружено резкое (в несколько раз) увеличение под влиянием слабого тока содержания в растениях основных макроэлементов,, ответственных за рост растеши! - калия, кальция, фосфора и микроэлементов, ответственных за устойчивость - молибдена, меди, цинка, магния, железа.

8. Отмечено резкое (в несколько раз) снижение под влиянием слабого тока содержания в растешшх стронция, что представляет интерес с тощей зрения получения экологически чистой продукции.

9. На примере растений винограда показано резкое увеличение содержания свободных аминокислот в растениях, подвергнутых электрообработке.

СПИСОК РАБОТ, ОПУШЖОВАШШ; ПО №Ш ДИССЕРТАЦИИ 1. Маолоброц 0.11., Цустафаев 'Г.Г., Алекперов Использование информационно-измерительного комплекса Биотрон для контроля роота растений и управления ростом с помощью электрического тока. - Измерительная и вычислительная техника в управлении

производственными процессами в АПК: Материалы Всесоюзной конференции. Л.: А'Ш, I98U, 404 с. С.182-183.

?.. Цуотайаяв Т.Г., ■.¡аслоброц С.11. Технические средства оперативного контроля стимулирующего влияние электрического тока на адаптивный потенциал сельскохозяйственных растений. -Онтогепотика высших растений: Материалы Всесоюзной конференции. Кишинев: ПЭГ АН K.I, 17-18 октября 1989 г., с.290.

3- Цустафаов Т.Г. Влияние слабого электрического тока на динамические и биохимические паралетры с/х растений, - Молодежь и современная наука. Тезисы докладов научной конференции. 14-15 декабря 198Э г., с.4-5.

4. Балденкова С.П., Маслоброд С.Н., Ыустафаев Т.Г. Оценка линий кукурузы с различной жаростойкостью по биоэлектрической решении проростков. Известия ТСХА, JÍ 5. 1989 г. С.88-95.

5. Цусгафаев Т.Г. Оценка эффективности влияния слабых электрических токов на жизнедеятельность растительного организма с помощью системы автоматизированного сьема информации. 1У Всесоюзная конференция молодых ученых по физиологии растительной клетки. :,ашск, 15-20 апреля 1990. С.169.

6. Мустафаез Т.Г., Маслоброд С.II. Стимуляция ростовых процессов

у растении с помощью слабого электрического тока. - Актуальные проблемы физиологии растений: Шдериалы Всесоюзной конференции. Киев: ИМГ АН УССР, 1988 (в печати).

7. Маслоброд С.Н., Вёликсар С.Г., Мустафаев Т.Г. Влияние электрического тока на поступление микро- и макроэлементов в с/х растеши и регуляция их адаптивных реакций. Респ. симпозиум. Кишинев: ИФиЕР, 19-21 июня 1989 г. (в печати).

8. Шабаяа С.Н., Маслоброд С.Н., Мустафаев Т.Г. Алгоритм оптимизации роста растений в условиях искусственного ¡штата с использованием биоэлектрических характеристик и устройство для его реализации. "Автоматизация научных исследований в области растениеводства. Проблемы фитотрошш". Научно-техническое совещание. Ленинград, 16-19 октября 1990 г. (в печати).

9. Маслоброд СЛ., Мустэфаев Т.Г., Шабала С.Н. Слабый электрический ток как, экологически чистый и технологичный (фактор повышения адаптивного потенциала с/х растений. В сб.: Экологически чистое растениеводство, Ташкент, 1990 (в печати).

1и. Мустафаев Т.Т., Маслоброд СЛ., Воронцов В.А, и др. Слабый электрический ток как фактор стимуляции процессов минерального питании и роста растений. Физиология и биохимия культурных растений, 1991, й 5 (в печати).