Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологические аспекты действия низкочастотного электромагнитного поля на биологические объекты растительного происхождения

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Экологические аспекты действия низкочастотного электромагнитного поля на биологические объекты растительного происхождения"

На правах рукописи

КУЛИКОВА НАТАЛЬЯ НИКОЛАЕВНА

Экологические аспекты действия низкочастотного электромагнитного поля на биологические объекты растительного происхождения

03.00.16. — Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 2006

Работа выполнена на кафедре радиофизики и радиоэкологии Кубанского государственного университета

Научный руководитель

доктор биологических наук Барышев Михаил Геннадьевич

Официальные оппоненты

доктор биологических наук Гукасов Вадим Михайлович

кандидат биологических наук Туровецкий Валерий Борисович

Ведущая организация

Всероссийский научно-исследовательский институт биологической защиты растений (ВНИИБЗР), г. Краснодар.

Защита состоится^^октября 2006 года в часов ^¿Злшгут на заседании диссертационного совета Д.212.203.17 при Российском университете дружбы народов по адресу: г. Москва, Подольское шоссе 8/5, Экологический факультет, ауд. 302.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке в Научной библиотеке РУДН по адресу: 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6.

Автореферат разослан «О^-л СЬ&Ъ 2006 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.203.17, доктор медицинских наук, профессор

А.Я. Чижов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Жизнь живых организмов, как растений, так и животных протекает под постоянным влиянием на них окружающей среды, осуществляемым посредством экологических факторов. Они оказывают на организмы специфическое воздействие, определяемое их характером. Во все периоды своей эволюции биосфера изменялась под воздействием различных экологических факторов, вырабатывая способность к саморегуляции и нейтрализации негативных процессов. Однако, по мере развития человеческого общества, планетарная экосистема, адаптированная к воздействию природных факторов, начала испытывать действие антропогенных факторов, подавляющее большинство которых носит целенаправленный характер. На Земле практически не найти экосистем, которые бы не испытывали антропогенного влияния. Вносимые человеком существенные изменения в характер геофизических факторов, как правило, резко повышают интенсивность их воздействия. Одним из таких факторов является электромагнитное поле.

Несмотря на то, что в течение всего эволюционного периода развитие жизни на нашей планете протекало под воздействием магнитного поля Земли, в связи с бурным развитием промышленности, науки и техники встает вопрос о возможных последствиях вторжения «достижений» современной цивилизации в нормальное развитие экосистем. Это связано в первую очередь с развитием радиосвязи, телевидения, радионавигации, радиолокации. В настоящее время перед человечеством возникла проблема «электромагнитного загрязнения» среды, которое возникает в результате деятельности человека.

Биологические системы помимо естественного геомагнитного поля испытывают на себе постоянное воздействие электромагнитного поля техногенного происхождения. В настоящее время уже доказанным является тот факт, что электромагнитные излучения таких диапазонов, как инфракрасное, ультрафиолетовое и рентгеновское, оказывают весьма существенное влияние на процессы жизнедеятельности. Однако, резистентность биосистем ограничена рядом физиологических факторов. При этом у каждой биосистемы существуют зоны оптимума и пессимума. Исходя из теоретических предпосылок, ученые долгое время считали невозможным какое-либо воздействие на биологические системы электромагнитного поля (ЭМП) от крайне низкочастотного до высокочастотного диапазона в виду их малой интенсивности. Однако за последние десятилетия ситуация существенно изменилась и многие исследования свидетельствуют о высокой чувствительности биологических систем к ЭМП слабой интенсивности. Предложен ряд моделей, объясняющих возможные механизмы воздействия электромагнитного поля такого типа на биологические объекты. К этим моделям относятся: модель циклотронного резонанса, параметрического резонанса, ядер-, ного магнитного резонанса и т.д [Леднев В.В., 1996; Темурьянц H.A., Шехоткин A.B., Камыница И.Б., 1998; Сташков А-М., Горохов И. Е., 1998; Музалевская

Н.И., Урицкий В.М., 1997; Агулова Л.П., 1995; Бинги В.Н., 1997; Оганесян О.В., 1985^ Арцрцуни Г.Г., 1985; Владимирский Б.М., 1996; Барьппев М.Г., 2002]. Однако, несмотря на обширный материал, накопленный в данной области, алгоритмов четкой и однозначной оценки действия ЭМП техногенного происхождения не существует. Помимо того, что электромагнитное поле оказывает положительное влияние на состояние биологических систем, существует много исследований, доказывающих отрицательное воздействие электромагнитного поля техногенного происхождения на живые организмы, выражающееся чаще всего в замедлении естественного развития организмов, развитием раковых заболеваний [Шевель Д.В., 2002]. Соответственно, перед исследователем встает вопрос о защите окружающей среды от последствий негативного влияния электромагнитного поля. В связи с э'щм, в настоящее время активно разрабатываются различные методики защиты биологических систем от воздействия электромагнитного поля техногенного происхождения.

Большой интерес представляет не только исследование взаимодействия электромагнитного поля с биологическими системами в целом, но и с их отдельными элементами. К последним можно отнести клетки, липиды, белки, а также их водные растворы. В водной среде функционирует большинство биологически активных веществ. Взаимодействие воды с мономерами во многом определяет конфигурацию макромолекулы, а, следовательно, и ее возможное поведение при взаимодействии с какими-либо факторами, одним из которых является электромагнитное поле. Это делает воду одним из важнейших объектов исследований. Природа воды еще до конца не ясна, но она, прежде всего, растворитель, в среде которого протекают все элементарные акты жизнедеятельности. Магнитную обработку водных систем широко используют в сельском хозяйстве (предпосевная обработка семян, птицеводство, животноводство), медицине и других областях [Классен В.И. 1982]. Но результаты этого воздействия противоречивы, так как зависят от многих факторов, определение которых может позволить более стабильно повысить урожайность сельскохозяйственных культур и создать предпосылки для уменьшения использования удобрений.

Таким образом, наиболее актуальными вопросами в рассматриваемой области являются: выявление основных закономерностей влияния электромагнитного поля техногенного происхождения на биологические системы растительного происхождения, возможность наиболее быстрых и полных алгоритмов оценки последствий данных взаимодействий, а также разработка надежных средств защиты от негативного влияния ЭМП на экосистемы.

Цель и задачи исследования. Целью работы является экспериментальное определение закономерностей воздействия электромагнитного поля крайне низких частот (КНЧ) (от 3 до 30 Гц) на биологические системы растительного происхождения и определение возможности ослабления негативного воздействия ЭМП техногенного происхождения.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

— изучить действие антропогенного физического фактора (ЭМП КНЧ) на биосистемы растительного происхождения на примере семян сои и подсолнечника;

— оценить роль влияния электромагнитного фактора (ЭМП КНЧ) на физико-химические свойства экстракционных растворов, полученных из семян подсолнечника и сои с целью определения компонентов, чувствительных к действию ЭМП;

— исследовать изменение свойств биосистем растительного происхождения и их экстракционных растворов от индекса частотной модуляции частотно-модулированного ЭМП.

— выявить закономерности воздействия техногенного ЭМП на биосистемы и физико-химические показатели их экстракционных растворов.

— разработать методику быстрой оценки воздействия ЭМП техногенного происхождения на растительные системы.

«

Научная новизна работы. На примерах обработки семян сои и подсолнечника, и экстракционных растворов показано наличие влияния электромагнитного поля крайне низких частот на биологические системы. В результате проведенных исследований подтверждено, что чувствительными компонентами среды к воздействию ЭМП являются белковые молекулы. Установлено, что электромагнитное поле, генерируемое двигателями электротехнических приборов, оказывает негативное воздействие на системы растительного происхождения. Экспериментально установлено и теоретически обосновано, что увеличение индекса частотной модуляции Мчм > 6 частотно-модулированного ЭМП приводит к уменьшению всхожести и энергии прорастания семян сельскохозяйственных культур.

Научно-практическая значимость работы. Электромагнитное поле крайне низкочастотного диапазона возможно применять в сельском хозяйстве для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур. Приведены методы и алгоритмы оценки последствий воздействия электромагнитного поля, генерируемого электрическими двигателями, на биологические системы. Предложен способ ослабления негативного воздействия электромагнитного поля техногенного происхождения на растительные биосистемы.

Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах:

— Всероссийские научные конференции студентов-физиков и молодых ученых, ВНКСФ-7 (С.-Петербург, 2001), ВНКСФ-8 (Екатеринбург, 2002), ВНКСФ-9 (Красноярск, 2003), ВНКСФ-10 (Москва, 2004).

- Международная экологическая конференция "Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ".

- IV международная научно-практическая конференция "Современная техника и технологии в медицине, биологии и экологии - СТМБ 2005", (Новочеркасск, 2005).

- Семинар физико-технического факультета Кубанского государственного университета, кафедра радиофизики и радиоэкологии. (Краснодар, 2006).

Основные положения, выносимые на защиту:

- Результаты воздействия ЭМП крайне низких частот на всхожесть и энергию прорастания семян подсолнечника и сои, а также на физико-химические параметры их экстракционных растворов;

- Результаты влияния изменения индекса частотной модуляции частотно-модулированного ЭМП на всхожесть и энергию прорастания семян подсолнечника и сои, а также на физико-химические свойства экстракционных растворов семян;

- Результаты исследования воздействия ЭМП техногенного происхождения на всхожесть и энергию прорастания семян подсолнечника и сои, а также на физико-химические параметры их экстракционных растворов;

- Обоснование метода защиты семян подсолнечника и сои от действия ЭМП техногенного происхождения.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация, включая список литературы, изложена на 145 страницах и содержит введение, обзор литературы, описание материала и методов исследования, изложение собственных результатов, выводы, практические рекомендации, список литературы. Содержит 2 таблицы, 73 рисунка. Библиография включает 89 отечественных и 20 зарубежных источников.

Объекты и методы исследования. Для достижения поставленных задач были проведены экспериментальные исследования на семенах сои сорта «Вила-на-Элита» и семенах подсолнечника сорта «Лакомка». Исследовалось воздействие электромагнитного поля на многокомпонентные системы - экстракционные растворы семян подсолнечника и сои, а также рассматривалось взаимодействие электромагнитного поля и водных растворов аминокислот, так как последние являются основными компонентами белковых молекул.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, изложена основная цель, поставлены задачи, и описана структура диссертации, сформулиро-

ваны основные положения, вьшосимые на защиту.

В первой главе проведен анализ современного состояния исследования проблемы действия антропогенных факторов на биологические системы. Сделан аналитический обзор патентно-информационной литературы по существующим механизмам воздействия электромагнитного поля на биологические объекты и водные растворы, проблемам математического описания данных механизмов. Создаваемые человеком поля крайне низкой частоты значительно превышают по уровню естественные. Исследования на клеточном уровне свидетельствуют о возможном влиянии ЭМП КНЧ на активность компонентов, регулирующих пролиферацию клеток. Некоторые из эффектов были хорошо определены в результате исследования экспрессии генов.

Процесс развития экосистем является упорядоченным и закономерным, и происходит в результате изменения параметров окружающей физической среды. В течение своей эволюции вся биота экосферы живет под воздействием магнитного поля Земли, и за это время организмы приспособились к географическим особенностям, уровню и колебаниям магнитного поля цдтриродных электромагнитных воздействий. Согласно исследованиям проводимым такими авторами как Фомичева В.М., Данилов В.И. [1992], живые организмы уже не могут корректно и рационально осуществлять процессы жизнедеятельности вне геомагнитного поля. Однако, в век научно-технического прогресса появилось огромное количество источников искусственных электромагнитных полей, мощность которых в десятки и сотни раз превосходит по величине мощности полей естественного происхождения. Электромагнитное загрязнение среды возникает в результате изменения ее электромагнитных свойств, которые, в свою очередь, могут приводить к серьезным нарушениям тонких клеточных структур. Но современную жизнь трудно представить без таких достижений человеческой цивилизации как радиосвязь, телевидение, сотовые телефоны, бытовая техника, радиолокация, радионавигация.

В этой главе также показана актуальность исследований в данной области. На основе обобщения информации, изложенной в имеющихся литературных источниках, установлена необходимость научных исследований в направлении изучения воздействий ЭМП КНЧ на биологические системы, а также поиск возможностей ослабления негативного влияния ЭМП техногенного происхождения на биологические объекты.

Рассмотрение совокупности представленных в обзоре данных о результатах исследований воздействия электромагнитного поля на биологические системы и практических приложениях полученных результатов позволило сформулировать основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе определены объекты исследований, описаны методики и аппаратура для экспериментального исследования воздействия ЭМП КНЧ на семена сои и подсолнечника, а также на их экстракционные растворы. Приведены схемы установок и методика проведения эксперимента для определения ме-

ханизма детектирования частотно-модулированного ЭМП биологическими системами растительного происхождения. А также описаны статистические методы обработки экспериментальных данных.

Выбор в качестве объектов исследования семян подсолнечника и сои обусловлен регионом проведения исследований, так как в Краснодарском крае данные культуры являются наиболее культивируемыми и возникает вопрос о возможных методах повышения их урожайности при одновременном уменьшении финансовых затрат и вредных выбросов в окружающую среду.

В этой главе также описана методика определения спектральных характеристик техногенных генераторов ЭМП и методов расчета напряженности поля, приведено описание методик по определению изменения физико-химических параметров экстракционных растворов семян.

Определение всхожести и энергии прорастания семян подсолнечника и сои проводили согласно ГОСТ 12038-84. Обработка производилась при воздействии ЭМП КНЧ в течении времени 1=20 минут, при величине напряженности магнитного поля Н=100 А/м. Частоты ЭМП, при которых проводилась обработка семян, были выбраны в соответствии с экспресс-методикой по определению резонансных частот биологических объектов.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований воздействия ЭМП КНЧ на биологические системы растительного происхождения. Определены возможности ослабления негативного воздействия ЭМП техногенного происхождения на семена сои и подсолнечника, а также приведено описание разработанной методики оценки последствий воздействия электромагнитного поля, генерируемого электроприборами на биологические системы.

Результаты обработки семян подсолнечника сорта Лакомка представлены на рис. 1-2.

Из ранее проведенных исследований по воздействию ЭМП КНЧ на биосистемы было установлено, что для семян подсолнечника существуют как зоны оптимума, так и зоны пессимума по напряженности поля. Нами проводились исследования при Н= 100А/м, лежащий в зоне оптимума. Анализ полученной зависимости показывает, что наибольшее увеличение всхожести семян подсолнечника от частоты магнитного поля наблюдается при воздействии на семена ЭМП с частотой ^22 Гц, при этом опытное значение превосходит контроль на 33%, максимальная ошибка не превышала Д=6%, вычисленная при надежности Р=0,95.

В опытных образцах, обработанных ЭМП с частотой £=22 Гц не наблюдалось появление плесневых грибков, тогда как в остальных образцах присутствовала микрофлора.

V, % 100 ■ 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

± Г

т -Т- -С

-Г 1 1 л I

-(1 — - £ 1

— 1

J —

- _ - _

-

0 7 8 13 15 21 22 23 27 28 30 Нг

■ - семена сои; □ - семена подсолнечника; Рисунок 1 - Зависимость всхожести семян подсолнечника сорта Лакомка и семян сои сорта «Вилана-Элита» от частоты ЭМП КНЧ, 1=20 минут, Н=ГОО А/м

Наибольшее развитие плесени наблюдалось при воздействии на семена подсолнечника ЭМП с частотой 1=30 Гц, с теми же параметрами времени и напряженности поля. Также воздействие ЭМП с частотой £=30 Гц приводит и к уменьшению всхожести по сравнению с контрольным значением на 14%, Д=5,4% при надежности Р=0,95. Наряду с исследованием всхожести оценивалась энергия прорастания семян (см. рисунок 2).

Е, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

0 7 8 13 15 21 22 23 27 28 30 Г. Иг

■ - семена сои; □ - семена подсолнечника; Рисунок 2 - Зависимость энергии прорастания семян подсолнечника сорта Лакомка и семян сои сорта «Вилана-Элита» от частоты ЭМП КНЧ, 1=20 минут, Н=100 А/м

Результаты исследований показывают, что максимальная энергия прорастания семян и максимум всхожести наблюдается при действии на них ЭМП одной и той же частотой £=22 Гц. В этом случае энергия прорастания опытных образцов превысила контроль на 7%. При воздействии поля с частотами £=27 Гц и ^=30 Гц энергия прорастания семян ниже контроля на 1% и 3% соответственно. Таким образом, экспериментально определено, что наиболее подходящий режим воздействия ЭМП КНЧ на семена подсолнечника сорта Лакомка является £=22 Гц, при напряженности магнитного поля Н=100 А/м, время воздействия составляет 1=20 минут. При данных условиях наблюдается максимальная по сравнению с контролем всхожесть и энергия прорастания семян и отсутствие патогенной микрофлоры.

Наряду с исследованием воздействия ЭМП КНЧ на семена подсолнечника изучалось воздействие поля на семена сои сорта «Вилана-Эпита». Результаты исследований всхожести и энергии прорастания семян сои сорта «Вилана-Элита» также представлены на рисунках 1 и 2.

При воздействии ЭМП КНЧ на семена соевых бобов наибольший эффект был достигнут при использовании частот £=13 Гц и £=15 Гц, при этом опытные образцы превосходят контроль на 14% и 24% соответственно, при этом ошибка не превышала Д=5,7%. При действии на семена ЭМП с частотой £=23 Гц и £=27 Гц всхожесть опытных образцов больше контрольных на 8%. Уменьшение всхожести и появление патогенной микрофлоры при действии ЭМП с этими частотами не наблюдается. Таким образом, необходимо оценить дополнительные параметры, которые позволят определить наиболее подходящую частоту ЭМП, приводящую к максимальному эффекту. Таким параметром выступает энергия прорастания.

При рассмотрении зависимости энергии прорастания от частоты ЭМП, воздействовавшего на семена сои видно, что воздействие ЭМП с частотой £=15 Гц позволяет получить максимальное значение исследуемого параметра, равное 96%, что на 8% превышает контрольное значение, тогда как при воздействии с частотой £=13 Гц разница между контрольными и опытными образцами составляет всего 1%, что не превышает величины доверительного интервала при надежности Р=0,95. При воздействии ЭМП с остальными частотами энергия прорастания также не на много отличатся от контрольного значения. Оптимальный режим воздействия ЭМП КНЧ на семена сои сорта «Вилана - Элита» может осуществляться при следующих параметрах: частота £=15 Гц, время воздействия 1=20 минут, при напряженности магнитного поля Н=100 А/м.

Результаты полевых опытов, проведенных в 2003 г. показали, что воздействие на семена подсолнечника сорта «Лакомка» ЭМП с частотой £=22 Гц приводит к увеличению урожайности на 12,5 %, а также увеличиваются структурные элементы урожая такие, как масса 1000 г зерен на 15,2 г, вес зерна с одной корзинки на 13,3 г. при этом диаметр корзинки существенно не изменяется.

Исследования воздействия ЭМП КНЧ на всхожесть и энергию прораста-. ния семян подсолнечника и сои показали, что при воздействии ЭМП, по напряженности соответствукяцее зоне оптимума, с частотами, оказывающими наибольшее положительное воздействие на параметры прорастания семян, наблюдалось отсутствие патогенной микрофлоры, которая образуется на продуктах утечки семян, а при воздействии ЭМП с частотами, приводящими к ухудшению посевных качеств семян, количество семян, пораженных грибком, резко увеличивается по сравнению с контролем.

В ходе исследования влияния антропогенного физического фактора на систему «микрофлора — семя» изучалась зависимость выживаемости бактерий и грибов, находящихся на поверхности семян, от времени воздействия и напряженности ЭМП. Смыв С семян производился дистиллированной водой с последующим приготовлением рабочих разведений для высева в чашки Петри на мя-сопегггонном агаре. Полученные образцы подвергали действию ЭМП с частотами соответствующими наибольшей и наименьшей всхожести и энергии прорастания семян подсолнечника сорта «Лакомка» и сои сорта «Вилана-Элита». Результаты исследований показали, что воздействие ЭМП на бактерии, находящиеся в смыве с семян, носит периодический характер. При воздействии ЭМП с частотами, соответствующими увеличению всхожести и энергии прорастания приводит к уменьшению выживаемости микроорганизмов по сравнению с контрольным значением. В зависимости от частоты ЭМП отличается чувствительность микроорганизмов к действию поля на различных стадиях роста.

В связи с широким распространением источников техногенного ЭМП, целесообразно изучение воздействия электромагнитного поля, создаваемого различными техническими устройствами, на биологические системы, с целью определения закономерностей данных воздействий.

Было исследовано воздействие электромагнитного поля, генерируемого двигателями электротехнических приборов (двигатель ИЭ-121 Э и двигатель МЛ-32 Б) на семена подсолнечника сорта «Лакомка» и семена сои сорта «Вилана-Элита».

В ходе предварительных исследований был определен спектр электромагнитного сигнала, получаемого от источников электромагнитного поля с помощью специально разработанной установки. Затем проводилось исследование действия электромагнитного поля заданной спектральной характеристики в зависимости от времени воздействия, на всхожесть и энергию прорастания семян подсолнечника и сои. В результате было установлено, что при увеличении времени воздействия ЭМП на семена, их всхожесть уменьшается относительно контроля, что свидетельствует об угнетающем влиянии поля, генерируемого двигателями электробытовых приборов на рассматриваемые биологические системы (см. рисунок 3).

■ - .семена соевых бобов; : семена подсолнечника; Рисунок 3 • Всхожесть семян подсолнечника сорта «Лакомка» и соевых бобов сорта «Виллана-Элитя» в зависимости от времени воздействия электромагнитного поля, создаваемого двигателем ИЭ-121 Э

В опытных партиях наблюдалось отсутствие патогенной микрофлоры, которая обычно развивается на продуктах утечки старых семян, в то время как в контрольной партии наблюдалось присутствие плесневых грибков.

Проростки семян, обработанных электромагнитным излучением двигателя ИЭ-121 Э, были короче, но толще, чем проростки семян, обработанных электромагнитным излучением двигателя МЛ-32 Б. Воздействие ЭМП, генерируемого двигателем ИЭ-121 Э, на семена сельскохозяйственных культур стимулирует прорастание семян, но ухудшает, качество проростков, тогда как ЭМП, генерируемое двигателем МЛ-32 Б, влияет на качество проростков, улучшая их, но не стимулирует быстрое "прорастание. Это связано с тем, что амплитуда спектральных составляющих, лежащих в КНЧ диапазоне, электромагнитного излучения двигателя ИЭ-121 Э больше по напряженности, чем амплитуда спектральных составляющих излучения двигателя МЛ-32,Б.

Установлено, что слабое электромагнитное поле, создаваемое двигателями электробытовых приборов, оказывает негативное воздействие на исследуемые биологические объекты. Результат этого воздействия зависит от спектральных характеристик электромагнитного поля. Проводимые нами исследования по воздействию ЭМП КНЧ на растительные системы показали, что при воздействии на семена ЭМП с определенными частотами и напряженностью можно добиться увеличения всхожести семян в среднем на 24-33%. Таким образом, было решено исследовать возможность ослабления негативного воздействия ЭМП техногенного происхождения на семена путем введения в спектр электромагнитных колебаний, создаваемых двигателем, частот ЭМП, оказывающих положительное воздействие на исследуемые объекты. В результате проведенных ' экспериментов бьшо установлено, что изменения исследуемых параметров при

воздействии ЭМП техногенного происхождения, в спектре которого присутствуют частоты монохроматического магнитного поля, аналогичны изменению этих параметров от частоты ЭМП, при действии только монохроматического ЭМП. Однако, отличия исследуемых параметров от контрольных значений в присутствии техногенного ЭМП меньше, чем в случае его отсутствия, в среднем на 10-15%, при надежности Р=0,95. Таким образом^ введение в спектр техногенного ЭМП дополнительной составляющей, которая оказывает положительное воздействие на исследуемые параметры, позволило компенсировать негативное влияние ЭМП, генерируемого двигателями. Таким образом, введением в спектр дополнительных составляющих можно увеличить резистентность биосистем к абиотическому фактору. Однако, возникает вопрос - как можно быстро провести анализ системы с целью определения воздействие ЭМП техногенного происхождения на семена. В ходе диссертационного исследования был проведен ряд экспериментов по воздействию техногенного ЭМП на экстракционные растворы семян подсолнечника и сои, результаты которых позволили разработать методику быстрой оценки действия ЭМП техногенного происхождения на растительные объекты. Данная экспресс-методика состоит из следующих этапов:

- приготовление экстракционного раствора из семян. Временные затраты на этом этапе составляют 30-35 минут.

- Измерение контрольных значений физико-химических параметров растворов, таких как рН и электропроводность ае- 5-7 минут; вязкость - 15 - 20 минут.

- Минимальное время, затрачиваемое на определение спектра ЭМП техногенного происхождения - 30 минут.

- Опытные образцы в количестве не менее 5 шт. помещаются в установку для воздействия ЭМП техногенного происхождения - 20 минут.

- Измерение значений физико-химических параметров опытных растворов - 25-30 минут.

- Анализ полученных результатов с учетом погрешности - 25-30 минут. Таким образом, максимальные временные затраты на исследование воздействия ЭМП техногенного происхождения на растительные системы составляют около 2 часов 30 минут, тогда как исследования всхожести и энергии прорастания семян могут длиться несколько недель. Данная методика позволяет спрогнозировать результат воздействия ЭМП техногенного происхождения. Разработанная экспресс-методика позволяет быстро оценить характер воздействия ЭМП техногенного происхождения на растительные объекты, посредством измерения физико-химических параметров их экстракционных растворов.

В настоящее время огромное распространение получили различные типы устройств, использующие модулированные колебания, причем используются совершенно различные виды, модуляции несущего сигнала: амплитудная (АМ),

частотная (ЧМ) и т.д. Однако, наиболее помехо-защиденными являются ЧМ сигналы, поэтомуони используются в технике все чаще.

Спектр ЧМ колебания относительно частоты несущей представляет собой сплошной симметричный спектр колебаний. Амплитуда этих колебаний постепенно убывает как в сторону уменьшения частоты несущей, так и в сторону ее увеличения. Данное свойство ЧМ спектра, при использовании фильтра, позволяет получать спектры близкие к спектрам генерируемым различным электротехническим оборудованием и приборами, поэтому его можно использовать для моделирования реакции биосистемы на тот - или иной источник загрязнения электромагнитного фона.

Исследовалось воздействие ЧМ ЭМП на всхожесть и энергию прорастания семян подсолнечника й сои. Воздействие осуществлялось ЧМ ЭМП с частотой несущей £„ = 300 Гц, модулирующей частотой, при воздействии которой наблюдали максимальную всхожесть и энергию прорастания семян, напряженностью порядка Н=100А/м, в течение 20 минут. Результаты всхожести семян от индекса частотной модуляции ЧМ ЭМП представлены на рисунке 4 (максимальная . ошибка Д=5,2%), из которых следует, что увеличение индекса частотной модуляции приводит к уменьшению всхожести, начиная сГМчм = б. Это связано с тем, что в этом случае ширина спектра очень сильно возрастает, при одновременном убывании амплитуды составляющих. Биологические системы являются чувствительными к модулированному электромагнитному полю, всхожесть зависит от соотношения амплитуд частот модулированных сигналов.

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

0 1 23456789 ЮМ,.

А т —

т!" £

■

■

1 < - -

■ - семена сои; □ • семена подсолнечника; Рисунок 4 - Зависимость всхожести семш подсолнечника сорта «Лакомка» и сои сорта «Вилана-Элита» от индекса частотной модуляции М,„

При воздействии на семена ЧМ ЭМП в спектре которого преобладают негативные составляющие, воздействующие на семена, всхожесть семян уменьшается. В случае преобладания в спектре колебаний, которые оказывают на систему положительное воздействие, наблюдается увеличение всхожести семян. Таким образом, оценивая спектральную плотность отдельных составляющих спектра можно заранее качественно спрогнозировать результат воздействия на биологическую систему.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований воздействия ЭМП КНЧ на изменения физико-химических свойств экстракционных растворов семян подсолнечника и сои.

Переход семян от состояния покоя к прорастанию связан с определенной последовательностью, происходящих в них процессов, на которые можно воздействовать электромагнитным полем. Под действием ЭМП происходят изменения физических и химических свойств молекул покровных тканей, вследствие чего в недрах гидрофобной оболочки образуются гидрофильные каналы, обеспечивающие доступ воды к внутренним тканям семян, вызывая переход белков из связанного состояния в свободное. В свою очередь переход белков в свободное состояние вызывает изменение некоторых физико-химических показателей среды, в частности изменение ее электропроводности и значения рН. Таким образом, можно сделать вывод, что ЭМП КНЧ оказывает воздействие на состояние белков внутри клетки, что в свою очередь приводит к изменению физико-химических показателей внутренней среды и приводит к ускорению или замедлению прорастания семян. Для проверки данного вывода было решено рассмотреть воздействие ЭМП КНЧ на экстракционные растворы. Так как в качестве объектов исследований нами рассматривались семена подсолнечника и сои, то на данном этапе было решено исследовать экстракционные растворы семян подсолнечника и сои. В качестве параметров наблюдений были выбраны такие физико-химические показатели раствора как вязкость, электропроводность и значение рН. Полученные результаты приведены на рисунках 5-7.

Установлено, что вязкость экстракционного раствора семян подсолнечника изменяется в соответствии с частотой ЭМП. При воздействии на раствор ЭМП с частотой 22 Гц вязкость становится максимальной и превышает контроль в 0,5 раза, тогда как при частоте МП 30 Гц отличие вязкости от контрольного значения не превышает границ доверительного интервала (при надежности Р=0,95).

■ - экстракционный раствор семян сои; □ - экстракционный раствор семян подсолнечника; Рисунок 5 - Зависимость изменения вязкости экстракционного раствора семян подсолнечника и сои от частоты ЭМП КНЧ

Рассматриваемые изменения вязкости в данном случае имеют схожий характер с зависимостью всхожести семян подсолнечника от частоты магнитного поля, т.е. максимальная вязкость экстракционного раствора наблюдается при действии на него ЭМП с той же частотой, воздействие с которой на семена приводит к максимальной всхожести. Также проводилось исследование изменения рН и электропроводности для экстракционных растворов семян подсолнечника и сои (см. рисунки 6 и 7).

ав, См'1 3,5-10"* — 3-10"4 —

2,5-10"® 2-Ю41 1,5-1 О* МОГ* 0,5-10«.. 0 с . ||]_ ! _ 7 8 13 15 21 22 23 27 .28 30 1 Нг

■ - экстракционный раствор семян сои; □ - экстракционный раствор семян подсолнечника; Рисунок б - Зависимость электропроводности экстракционного раствора семян подсолнечника и сои от изменения частоты ЭМП КНЧ

рН

) ^ М и А О Л ч ! 1—1—1—1—1—1—1—1—1 £ л Нг

1 ■ £ 1 —

1

1

1

1

к

0 7 8 13 15 21 22 23 27 28 30

■ - экстракционный раствор семян сои; □ - экстракционный раствор семян подсолнечника; Рисунок 7 - Зависимость значения рН экстракционного раствора семян подсолнечника и сои от изменения частоты ЭМП КНЧ

Для экстракционного раствора семян подсолнечника максимум вязкости соответствует минимальным значениям рН и электропроводности, а минимум вязкости соответствуют максимальным рН и электропроводности.

Так как исследуемый раствор семян является многокомпонентной системой, возникает вопрос, какими компонентами определяются рассмотренные изменения вязкости. Наиболее вероятно, что изменения данной характеристики обусловлены белками, содержащимися в растворах в значительных количествах.

Для проверки этого предположения проводились опыты с экстракционным раствором сои. Для этого раствора при воздействии ЭМП КНЧ с частотой 15 Гц — достигается максимальное увеличение вязкости, при этом опытные данные превышают контрольные в 3 раза.

Наибольшее изменение вязкости опыта по сравнению с контролем наблюдается в экстракционном растворе семян сои, в котором концентрация белка уреазы не менее 70%. Одновременно с измерением вязкости проводились измерения значения рН и электропроводности. При этом, были получены зависимости аналогичные для экстракционного раствора семян подсолнечника, то есть максимальное значение вязкости белкового раствора соответствует его минимальным значениям рН и электропроводности, и наоборот - минимальной вязкости соответствуют максимальные рН и электропроводности.

Изменения вязкости, электропроводности и рН исследуемых экстракционных растворов коррелируют Друг с другом, то есть наблюдается зависимость исследуемых параметров от частоты ЭМП. Наибольшие изменения исследуемых параметров по сравнению с контролем и при воздействии ЭМП наблюдаются в

экстракционном растворе семян сои. Они существенно больше, чем изменение аналогичных величин в экстракционном растворе семян подсолнечника. То есть, наиболее вероятно, что вязкость этих растворов изменяется из-за наличия в них белков.

Исходя из анализа полученных результатов, изменение физико-химических свойств экстракционных растворов семян подсолнечника и сои может быть объяснено за счет изменения растворимости белков в воде под воздействием ЭМП КНЧ. То есть, полученные результаты подтверждают предположения о том, что всхожесть и энергия прорастания семян связаны с изменениями белковых состояний в водной фазе.

В результате проделанной работы нами был апробирован метод изменения резистентности биосистем путем добавления в спектр положительных составляющих частот ЭМП, что дает предпосылки для разработки метода, позволяющего увеличить пределы толерантности биосистем, таким образом, можно заключить следующее: ЭМП КНЧ оказывает существенное действие на процессы, протекающие в биосистемах и действию этого абиотического фактора уделялось мало внимания.

Выводы

1. В результате проделанной работы экспериментально получены и обоснованы режимы воздействия ЭМП крайне низких частот на семена подсолнечника сорта «Лакомка» и семена соевых бобов сорта «Вилана-Элита». При этом, основным фактором, влияющим на всхожесть и энергию прорастания семян является частотная характеристика ЭМП.

2. Подтверждено, что чувствительными компонентами среды к воздействию ЭМП являются белковые молекулы, которые под воздействием ЭМП изменяют свои физические свойства, что влечет за собой изменение физико-химических показателей среды, вызывая ускорение прорастания семян.

3. Установлено, что частотно-модулированное ЭМП оказывает на растительные системы воздействие, аналогичное воздействию немодулиро-ванного ЭМП крайне низких частот. Увеличение индекса частотной модуляции Мчм > 6 приводит к уменьшению всхожести и энергии прорастания семян сельскохозяйственных культур.

4. Экспериментально установлено, что ЭМП техногенного происхождения оказывает негативное воздействие на всхожесть и энергию прорастания семян соевых бобов сорта «Вилана-Элита» и подсолнечника сорта «Лакомка».

5. На основе экспериментальных данных разработана экспресс-методика оценки воздействия ЭМП техногенного происхождения на растительные системы.

6. Экспериментально разработан и обоснован метод защиты семян подсолнечника сорта «Лакомка» и соевых бобов сорта «Вилана-Элита» от действия ЭМП техногенного происхождения.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Барышев М.Г., Куликова H.H., Сидоров И.В. Электромагнитные поля и окружающая среда // Экология и промышленность России, №5, 2002. С. 42-45.

2. Васильев Н.С., Евдокимова О.В., Барышев М.Г., Куликова H.H. Воздействие электромагнитного поля на водные растворы микроорганизмов // Экологический вестник научных центров Черноморского экологического сотрудничества, №3, 2005. с. 48-51.

3. Барышев М.Г., Ильченко Г.П., Куликова H.H. Исследование действия амплшудно-модулированного магнитного поля на физико-химические свойства водных растворов аминокислот // Новые технологии будущее пищевой промышленности/ Сб. науч. тр. КНИИХП. Краснодар, 2002. с. 56-58.

4. Куликова H.H. Влияние амплитудно-модулированного электромагнитного поля на всхожесть семян сельскохозяйственных культур // Тез. VII Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, ВНКСФ-7, Санкт-Петербург, апрель 2001.

5. EyfiAS<ft47H.H. Влияние электромагнитного поля на всхожесть семян сельскохозяйственных культур // Матер. VI международной экологической студенческой конференции "Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ", 2001. С. 175-176.

6. Куликова H.H. Исследование содержания ионов Са2+ в диффузионных растворах семян подсолнечника при воздействии электромагнитного поля // Тез. VIH Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, ВНКСФ-8, Екатеринбург, апрель 2002. С. 593-594.

7. Куликова H.H. Воздействие электромагнитного^ поля на биологические системы растительного происхождения // Тез. VIII Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, ВНКСФ-8, Екатеринбург, апрель 2002. С. 670-671.

8. Куликова H.H. О новом методе нахождения резонансных частот биологических объектов, обладающих полупроводниковыми свойствами // Тез. IX Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, ВНКСФ-9, Красноярск, март - апрель 2003. С. 578-579.

9. Куликова H.H. Воздействие магнитного поля на водные системы // Тез. X Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, ВНКСФ-10, Москва, апрель 2004. С. 475-476.

Ю. Куликова H.H., Барышев М.Г. О возможностях использования ЭМП КНЧ в деревообрабатывающей промышленности // Материалы Меж. дународной научно-практической конференции «Современная техника и технологии в медицине, биологии и экологии - СТМБ 2005», Новочеркасск, 2005. С. 47-49.

11. Барышев М.Г., Евдокимова О.В., Куликова H.H. Исследования влияния магнитного поля на физико-химические свойства водных систем // Материалы восьмой Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы математики и естествознания». Нижний Новгород, 2004. С. 51-53.

Подписано в печать 27.06.2006 Формат 60x88 1/16. Объем 1.5 пл. Тираж ЮОэкз. Заказ № 522 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. 102

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Куликова, Наталья Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОБЛЕМЫ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ.

1.1. Роль электромагнитного поля в совокупности действия абиотических факторов на системы растительного и животного происхождения.

1.2. Действие электромагнитного поля крайне низких частот на системы растительного происхождения.

1.3. Механизмы действия электромагнитного поля на биологические системы.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ.

2.1. Методика исследования воздействия электромагнитного поля на всхожесть семян сельскохозяйственных культур.

2.2. Методики приготовления экстракционных растворов семян подсолнечника и сои, растворов аминокислот.

2.3. Методика определения резонансных частот исследуемых систем.

2.4. Методика определения вязкости, электропроводности и значения рН исследуемых растворов.

2.5. Методика исследования воздействия электромагнитного поля техногенного происхождения на всхожесть семян сельскохозяйственных культур и физико-химические параметры экстракционных растворов.

3. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НИЗКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ.

3.1. Влияние электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона на всхожесть семян подсолнечника и сои.

3.2. Воздействие частотно-модулированного электромагнитного поля на семена сельскохозяйственных культур.

3.3. Возможные механизмы действия модулированного электромагнитного поля на биологические системы.

3.4. Воздействие электромагнитного поля техногенного происхождения на семена сельскохозяйственных культур.

3.5. Исследование влияния антропогенного физического фактора на систему «микрофлора - семя».

3.5.1. Влияние электромагнитного поля на санитарно-показательные микроорганизмы воды.

4. ОЦЕНКА РОЛИ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ФАКТОРА НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭКСТРАКЦИОННЫХ РАСТВОРОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ БИООБЪЕКТОВ.

4.1. Воздействие электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона на физико-химические свойства экстракционных растворов семян подсолнечника и сои.

4.2. Воздействие электромагнитного поля техногенного происхождения на экстракционные растворы семян сельскохозяйственных культур.

4.3. Действие антропогенных факторов на биологические системы растительного происхождения.

ВЫВОДЫ К ДИССЕРТАЦИИ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Экологические аспекты действия низкочастотного электромагнитного поля на биологические объекты растительного происхождения"

Актуальность исследования. Жизнь живых организмов, как растений, так и животных протекает под постоянным влиянием на них окружающей среды, осуществляемым посредством экологических факторов. Они оказывают на организмы специфическое воздействие, определяемое их характером. Во все периоды своей эволюции биосфера изменялась под воздействием различных экологических факторов, вырабатывая способность к саморегуляции и нейтрализации негативных процессов. Однако, по мере развития человеческого общества, планетарная экосистема, адаптированная к воздействию природных факторов, начала испытывать действие антропогенных факторов, подавляющее большинство которых носит целенаправленный характер. На Земле практически не найти экосистем, которые бы не испытывали антропогенного влияния. Вносимые человеком существенные изменения в характер, геофизических факторов, как правило, резко повышают интенсивность их воздействия. Одним из таких факторов является электромагнитное поле.

Несмотря на то, что в течение всего эволюционного периода развитие жизни на нашей планете протекало под воздействием магнитного поля Земли, в связи с бурным развитием промышленности, науки и технике встает вопрос о возможных последствиях вторжения "достижений" современной цивилизации в нормальное развитие экосистем. Это связано, в первую очередь, с развитием радиосвязи, телевидения, радионавигации, радиолокации. В настоящее время перед человечеством возникла проблема «электромагнитного загрязнения» среды, которое возникает в результате деятельности человека.

Биологические системы помимо естественного геомагнитного поля испытывают на себе постоянное воздействие полей техногенного происхождения. В настоящее время уже доказанным является тот факт, что электромагнитные излучения инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского диапазона оказывают весьма существенное влияние на процессы жизнедеятельности. Однако, исходя из теоретических предпосылок, ученые долгое время считали невозможным какое-либо воздействие на биологические системы электромагнитного поля (ЭМП) от крайне низкочастотного до высокочастотного диапазона в виду их малой интенсивности. Однако за последние десятилетия ситуация существенно изменилась и многие исследования свидетельствуют о высокой чувствительности биологических систем ЭМП слабой интенсивности, а также предложен ряд моделей, объясняющих возможные механизмы воздействия электромагнитных полей такого типа на биологические объекты. К этим моделям относятся: модель циклотронного резонанса, параметрического резонанса, ядерного магнитного резонанса и т.д [Леднев В.В., 1996; Темурьянц Н.А., Шехоткин А.В., Камыница И.Б., 1998; Сташков A.M., Горохов И. Е., 1998; Музалевская Н.И., Урицкий В.М., 1997; Агулова Л.П., 1995; Бинги В.Н., 1997; Оганесян О.В., 1985; Арцрцуни Г.Г., 1985; Владимирский Б.М., 1996; Барышев М.Г., 2002]. Однако, несмотря на обширный материал, накопленный в данной области, алгоритмов четкой и однозначной оценки действия ЭМП техногенного происхождения не существует. Помимо того, что электромагнитное поле оказывает положительное влияние на состояние биологических систем, существует много исследований, доказывающих отрицательное воздействие электромагнитного поля техногенного происхождения на живые организмы, выражающееся чаще всего замедлением естественного развития организмов, развитием раковых заболеваний [Шевель Д.В., 2002]. Соответственно, перед исследователем встает вопрос о защите окружающей среды от последствий негативного влияния электромагнитного поля. В связи с этим, в настоящее время активно разрабатываются различные методики защиты биологических систем от техногенных воздействий электромагнитного поля.

Большой интерес представляет не только исследование взаимодействия электромагнитного поля с биологическими системами в целом, но и с их отдельными элементами. К последним можно отнести клетки, липиды, белки, а также их водные растворы. В водной среде функционирует большинство биологически активных веществ. Взаимодействие воды с мономерами во многом определяет конфигурацию макромолекулы, а, следовательно, и ее возможное поведение при воздействии с какими-либо факторами, одним из которых является электромагнитное поле. Это делает воду одним из важнейших объектов исследований. Природа воды еще до конца не ясна, но она - прежде всего растворитель, в среде которого протекают все элементарные акты жизнедеятельности. Магнитную обработку водных систем широко используют сельском хозяйстве (предпосевная обработка семян, птицеводство, животноводство), медицине и других областях [Классен В.И. 1982]. Но результаты этого воздействия зависят от многих факторов, определение которых может позволить повысить урожайность сельскохозяйственных культур и создать предпосылки для уменьшения использования удобрений.

Таким образом, наиболее актуальными вопросами в рассматриваемой области являются: выявление основных закономерностей взаимодействия электромагнитного поля техногенного происхождения с биологическими системами и окружающей средой, возможность наиболее быстрых и полных алгоритмов оценки последствий данных взаимодействий, а также разработка на-' дежных средств защиты от негативного влияния ЭМП на экосистемы.

Цель и задачи исследования. Целью работы является экспериментальное определение закономерностей воздействия электромагнитного поля крайне низких частот (КНЧ) (от 3 до 30 Гц) на биологические системы растительного происхождения и определение возможности ослабления негативного воздействия ЭМП техногенного происхождения.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- изучить действие антропогенного физического фактора (ЭМП КНЧ) на биосистемы растительного происхождения на примере семян сои и подсолнечника;

- оценить роль влияния электромагнитного фактора (ЭМП КНЧ) на физико-химические свойства экстракционных растворов, полученных из семян подсолнечника и сои с целью определения компонентов, чувствительных к действию ЭМП;

- исследовать изменение свойств биосистем растительного происхождения и их экстракционных растворов от индекса частотной модуляции ЧМ ЭМП.

- выявить воздействие техногенного ЭМП на биосистемы и физико-химические показатели их экстракционных растворов.

- разработать методику быстрой оценки воздействия ЭМП техногенного происхождения на растительные системы.

Научная новизна работы. На примерах обработки семян сои и подсолнечника, и экстракционных растворов показано наличие влияния электромагнитного поля крайне низких частот на биологические системы. В результате проведенных исследований подтверждено, что чувствительными компонентами среды к воздействию ЭМП являются белковые молекулы. Установлено, что электромагнитное поле, генерируемое двигателями электротехнических приборов, оказывает негативное воздействие на системы растительного происхождения. Экспериментально установлено и теоретически обосновано, что увеличение индекса частотной модуляции Мчм > 6 частотно-модулированного ЭМП приводит к уменьшению всхожести и энергии прорастания семян сельскохозяйственных культур.

Научно-практическая значимость работы. Электромагнитное поле; крайне низкочастотного диапазона возможно применять в сельском хозяйстве для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур. Приведены методы и алгоритмы оценки последствий воздействия электромагнитного поля, генерируемого электрическими двигателями, на биологические системы. Предложен способ ослабления негативного воздействия электромагнитного поля техногенного происхождения на растительные биосистемы.

Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах:

- Всероссийские научные конференции студентов-физиков и молодых ученых, ВНКСФ-7 (С.-Петербург, 2001), ВНКСФ-8 (Екатеринбург, 2002), ВНКСФ-9 (Красноярск, 2003), ВНКСФ-10 (Москва, 2004).

- Международная экологическая конференция "Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ".

- IV международная научно-практическая конференция "Современная техника и технологии в медицине, биологии и экологии - СТМБ 2005", (Новочеркасск, 2005).

- Семинар Физико-технического факультета Кубанского государственного университета, кафедра радиофизики и радиоэкологии. (Краснодар, 2006).

Основные положения, выносимые на защиту:

- Результаты воздействия ЭМП КНЧ на всхожесть и энергию прорастания семян подсолнечника и сои, а также на физико-химические параметры их экстракционных растворов;

- Результаты влияния изменения индекса частотной модуляции частотно-модулированного ЭМП на всхожесть и энергию прорастания семян подсолнечника и сои, а также на физико-химические свойства экстракционных растворов семян;

- Результаты исследования воздействия ЭМП техногенного происхождения на всхожесть и энергию прорастания семян подсолнечника и сои, а также на физико-химические параметры их экстракционных растворов;

- Обоснование метода защиты семян подсолнечника и сои от действия ЭМП техногенного происхождения.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация, включая список литературы, изложена на 145 страницах и содержит введение, обзор литературы, описание материала и методов исследования, изложение собственных результатов, заключение, выводы, практические рекомендации, список литературы. Содержит 2 таблицы, 73 рисунка. Библиография включает 89 отечественных и 20 зарубежных источников.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Куликова, Наталья Николаевна

ВЫВОДЫ К ДИССЕРТАЦИИ

1. В результате проделанной работы экспериментально получены и обоснованы режимы воздействия ЭМП КНЧ диапазона на семена подсолнечника сорта «Лакомка» и семена соевых бобов сорта «Ви-лана-Элита». При этом, установлено, что основным фактором, влияющим на всхожесть и энергию прорастания семян является частотная характеристика ЭМП.

2. Подтверждено, что чувствительными к воздействию ЭМП компонентами биологической среды являются белковые молекулы, которые под воздействием ЭМП изменяют свои физические свойства, что влечет за собой изменение физико-химических показателей внутренней среды, вызывая ускорение прорастания семян.

3. Установлено, что ЧМ ЭМП оказывает на растительные системы воздействие, аналогичное воздействию немодулированного ЭМП КНЧ. Увеличение индекса частотной модуляции Мчм > 6 приводит к уменьшению всхожести и энергии прорастания семян сельскохозяйственных культур.

4. Экспериментально установлено и теоретически обосновано, что ЭМП техногенного происхождения оказывает негативное воздействие на всхожесть и энергию прорастания семян соевых бобов сорта «Вилана-Элита» и подсолнечника сорта «Лакомка».

5. На основе экспериментальных данных разработана экспресс-методика оценки воздействия ЭМП техногенного происхождения на растительные системы.

6. Экспериментально разработан и обоснован метод защиты семян подсолнечника сорта «Лакомка» и соевых бобов сорта «Вилана-Элита» от действия ЭМП техногенного происхождения.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Куликова, Наталья Николаевна, Москва

1. Аксенов С.И., Булычев А.А., Грунина Т.Ю., Туровецкий В.Б. О механизмах воздействия низкочастотного магнитного поля на начальные стадии прорастания семян пшеницы // Биофизика Т.41. вып.4. 1996. С.919-924.

2. Алавердян Ж.Р., Акопян Л.Г., Чарян Л.М„ Айрапетян С.Н. Влияние магнитных полей на фазы роста и кислотообразующую способность мо-лочно-кислых бактерий. // Микробиология. 1996. Т 65, №2. с 241 244.

3. Александров В.Я. Реактивность клеток и белки. Л.: Наука, 1985. - 127 с.

4. Аскоченская Н.А. Водный режим семян// Физиология семян. М.: Наука, 1982.- 132 с.

5. Баркан В.Ф., Жданов В.К. Радиоприемные устройства. М.: Гос. изд. оборонной промышленности. 1956.-495 с.

6. Барнс Ф.С. Влияние электромагнитных полей на скорость химической реакции // Биофизика. 1996. Т.41. Вып. 4. С.790-797.

7. Барышев М.Г. Влияние электромагнитного поля на биологические системы растительного происхождения. Краснодар: Кубанский гос. ун-т., 2002.-297 с.

8. Барышев М.Г., Рубцов Г.П., Яманов И.Д., Жужа М. А. Молекулярная физика методическое пособие Часть 1. Краснодар. Край бибколлектор. С.4-10.

9. Белявская Н.А., Фомичева В.М., Говорун Р.Д., Данилов В.И. Структурно-функциональная организация меристематических клеток корней гороха, чечевицы и льна в условиях экранирования геомагнитного поля. // Биофизика. 1992. Т. 37. Вып. 4. С. 759-768.

10. Н.Бережанская Л.Ю., Бережанский В.Н., Белоплотова О.Ю. Влияние электромагнитных полей на биолюминисцентную активность бактерий.// Биофизика. 1995. Т. 40. Вып. 5. С. 974-977.

11. Бетин. Б.М. Радиопередающие устройства. М.: Госэнергоиздат 1956. С.269.

12. Бинги В.Н. Интерференция квантовых состояний ионов, связанных с белками в слабых магнитных полях. // Биофизика. 1997. Т. 42. Вып. 6. С. 1186-1191.

13. Бреслер В.М., Васильев Н.И., Казбеков Э.Н. Влияние сильных магнитных полей на активный транспорт в хориоидном сплетении. // Докл. АН. ССР. 1978. Т.242. № 2. С. 465.

14. Бреус Т. К. Влияние солнечной активности на биологические объекты. //Автореферат диссертации д. ф-м. н. Москва, 2003. 25 с.

15. Бродин И.Ф., Щербаков К.Н. Электрические способы стимуляции роста растений и техника в сельском хозяйстве. М.: 1998, №4. - 57 с.

16. Владимирский Б.М., Темурьянц Н.А. Ядерный магнитный резонанс в геомагнитном поле возможный механизм воздействия слабых электромагнитных полей на биологические и физико-химические системы. // Биофизика. 1996. Т.41. Вып.4. С.926-929.

17. Войтович Н.В., Козьмин Г.В., Ипатов А.Г. Перспективы использования физических факторов в сельском хозяйстве. М.: Россельхозакадемия, 1995.- 143 с.

18. Гак Е. 3., Комаров Г. П. О некоторых особенностях действия низкочастотных магнитных полей на биологические объекты. // Электронная обработка материалов, 1972. вып. 6, с. 71—73.

19. Гвоздарев А.Ю. Механизмы воздействия электромагнитных полей на биологические объекты с позиции модели неоднородного модифицированного физического вакуума. Новосибирск: Изд-во Ин-та математики, 1999.- 104 с.

20. Гласс Дж., Стэнли Дж. Статистические методы в сельском хозяйстве. -М.: Прогресс, 1976. С.78.

21. Головнин О.В. Радиоприемные устройства. Учебник. М.: Высш шк. 1987. С. 27.

22. Гольдман Р.Б. Математическая модель предпосевной стимуляции семян сельскохозяйственных культур. //Труды. КГАУ. Краснодар. 1999. Вып.380(408). С.54-57.

23. ГОСТ 12036-85. Семена сельскохозяйственных культур. Методы отбора проб.

24. ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Метод определения всхожести.

25. Гуриков Ю.В. Структура и термодинамические свойства воды. Структура воды в тройной точке.// "ЖСХ", 1966, т. 7, № 1. С 6.

26. Дардымов И. В., Брехман И. И., Крылов А. В. Вопросы гематологии, радиобиологии и биологического действия магнитных полей. Томск: Томский университет, 1965. С. 325-328.

27. Дорфман Я.Г. Физические явления, происходящие в живых объектах под действием постоянных магнитных полей. В кн.: Влияние магнитных полей на биологические объекты. М.: Наука, 1971. С.15.

28. Дятлов B.JI. Поляризационная модель неоднородного физического вакуума. Новосибирск: Изд-во Ин-та математики, 1998. - 184с.

29. Емец Б.Г. О физическом механизме влияния низкоинтенсивного электромагнитного излучения на биологические объекты. // Биофизика. 1999. Т.44. Вып.З. С.555-558.

30. Есипова Н.Г., Чиргадзе Ю. Н. О роли воды в структуре фибриллярных белков и полипептидов. В сб. "Состояние и роль воды в биологических объектах". М.: Наука, 1967. С 60 - 71.

31. Ивков В.Г., Беретовский Г.И. Липидный бислой биологических мембран. М.: Наука, 1982. С. 224.

32. Имянитов И.М., Чубарина Е.В. О структуре и происхождении электрического поля атмосферы. В кн. Исследования облаков, осадков и грозового электричества. М.: Изд-во АН СССР, 1961. С. 25-30.

33. Калинин Л.Г., Бошкова И.Л., Панченко Г.И., Коломийчук С.Г. Влияние низкочастотного и высокочастотного электромагнитного поля на семена. //Биофизика. 2005. Т.50. вып. 15. С.361-366.

34. Каменир Э.А., Кирилов А.К. Влияние космофизических факторов на прорастание семян пшеницы, подвергнутых воздействию поля коронного разряда.//Биофизика. 1995. Т. 40. Вып. 4. С. 765-770.

35. Кефели В.И. Природные ингибиторы роста и фитогормоны. -М.: Наука 1974.134 с.

36. Кефели В.И. Рост растений и природные регуляторы. //Физиология растений, 1978. Т.25, Вып.5. С. 34-43.

37. Китлаев Г.Б., Долгих Ю.И. Бутенко Р.Г. // 3 Съезд Всерос. Об-ва физиологов растений (24-29 июня, 1993. Санкт-Петербург): Тез. Докл. -С.126

38. Классен В.И. Омагничивание водных систем. М.: Химия,1982.296 с.

39. Колосов А.С. и др. Действие низкочастотного магнитного поля на собственный ритм изолированного предсердия лягушки. // Серия биологическая. № 6.1986. С. 947-950.

40. Кузнецов А.Н., Ванаг В.К. Механизмы действия магнитных полей на биологические системы. // Серия биологическая. № 6,1987. С. 814-827.

41. Леднев В.В. Биоэффекты слабых комбинированных, постоянных и пре-менных магнитных полей. //Биофизика. 1996. Т. 41. Вып. 1. С.224-231.

42. Магеровский В.В, Казаков А.В., Гольдман Р.Б., Барышев М.Г., Ильченко Г.П. Использование биорезонансной стимуляции семян сельскохозяйственных культур низкочастотным электромагнитным полем. // Труды. КГАУ. Краснодар. 2000. Вып.381(409). С.114-116.

43. Маленков Т.Г. Структура воды в кристаллогидратах некоторых биологически важных веществ. В сб. "Состояние и роль воды в биологических объектах". М.: Наука, 1967 г. С 41-54.

44. Михайлов А. 3. Функциональная морфология нейтрофилов крови крыс в процессе адаптации к гипокинезии. // Автореф. дис. канд. мед. наук. Симферополь, 1986. 24 с.

45. Назарова Н.М., Лившиц В.А., Анзин В.Б, Веселаго В.Г., Кузнецов А.Н. Гидролиз глобулярных белков трипсином в сильном магнитном поле. // Биофизика. 1982. Т.П. № 4. С. 720-721.

46. Новиков В.В. Инициирующее действие слабых магнитных полей на образование межмолекулярных связей в водных растворах аминокислот. // Биофизика. 1994. Т. 39, Вып. 5. С. 825-830.

47. Новиков В.В. Кооперативный эффект резонансного усиления ионного тока в водных растворах аминокислот при действии слабых электромагнитных полей. Подходы к экспериментально-теоретическому анализу. // Биофизика. 1996. Т.41, Вып. 5. С. 973-978.

48. Новиков В.В., Жадин М.Н. Комбинированное действие слабых постоянного и переменного низкочастотного магнитных полей на ионные токи в водных растворах аминокислот. // Биофизика. 1994. Т. 39. Выпг 1. С.45-49.

49. Новиков В.В., Лисицин А.С. Конденсация аминокислот в водных растворах при действии слабых электромагнитных полей. // Биофизика. 1996. Т. 41. Вып.6. С.1163-1167.

50. Новиков В.В., Лисицын А.С. Синтез олигопептидов из полярных аминокислот в водной среде при комбинированном действии слабых электрических и магнитных полей. // Биофизика. 1997. Т. 42. Вып. 5. С.1003-1007.

51. Новиков В.В., Фисенко Е.Е. Гидролиз ряда пептидов и белков в слабых комбинированных постоянном и низкочастотном переменных магнитных полях. // Биофизика. 2001. Т.46. Вып.2. С.235-241.

52. Новиков В.В., Шейман И.М., Фесенко Е.Е., Влияние слабых и сверхслабых магнитных полей на интенсивность бесполого размножения плана-рий Dugesia tigrina. // Биофизика. 2002. Т. 47. Вып. 1. С. 125-129.

53. Новикова Т.А., Гайдук В.И. Связь спектров поглощения с вращательным движением молекул жидкой и связанной воды. // Биофизика. 1996. Т.41. Вып.З. С.565-582.бО.Обручева Н.В. Физиология растущих клеток корня. М.: Наука, 1965. 134 с.

54. Оганесян О.В., Арцрцуни Г.Г. О возможных механизмах действия внешнего электростатического поля на электропроводность ДНК. // Биофизика. Т.ЗО. № 6. 1985. С. 955-958.

55. Павлов А.Н. Электромагнитные поля и жизнедеятельность. Учебное пособие. -М.: Изд-во МНЕПУ, 1998. С.40.

56. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. М.: высшая школа 1985.384 с.

57. Панова Э. П., Алексашкин И. В., Мартынюк В. С., Кацева Г. Н. Влияние магнитных полей на физико-химические свойства гликозидов.// Ученые записки ТНУ, 1999, вып.12. С. 54-58.

58. Пирузян JI.A. и др. Воздействие низкочастотного магнитного'поля на натриевый ток миокардиальных клеток. // Докл. АН СССР 1984. Т.274. №4. С. 1541.

59. Пирузян JI.A. и др. Действие низкочастотного магнитного поля на сократимость миокарда. //Докл. АН СССР. 1983. Т.270. С. 1486.

60. Пирузян JI.A., Кузнецов А.Н. Действие постоянных и низкочастотных магнитных полей на биологические системы. // Серия биологическая. № 6. 1983.С. 805-821.

61. Пономарев О.А. и Фесенко Е.Е. Свойства жидкой воды в электрических и магнитных полях. // Биофизика. 2000. Т.45. Вып. 3. С.389-398.

62. Пресман А. С. Электромагнитная сигнализация в живой природе (факты, гипотезы, пути исследований). М.: Советское радио, 1974. 64 с.

63. Пряшников В.А. Электроника курс лекций. Санкт-Петербург.: Корона принт. 1998. 250 с.

64. Радиотехника. Учебник. / Под общей ред. Н.Н. Малова. М.: Просвещение. 1971. С.61.

65. Сарбей О.Г. Разработка методов изучения влияния магнитных и электрических полей на жизнеспособность семян свеклы и овощных культур.//Автореф. дисс. д.ф.-м.н. Киев.: ИФ АН УССР. 1976. С. 47.

66. Состояние и роль воды в биологических объектах. М.: Наука, 1967. 155 с.

67. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники. / Под. ред. А.А. Куликовского. М.: Энергия 1977. Т.2. С.131.

68. Татмухамедов Б.А., Усманов П.Б. Нейротоксины в исследовании биологических мембран. М: Высшая школа, 1991.165 с.

69. Темурьянц Н. А. Нервные и гуморальные механизмы адаптации к действию неионизирующих излучений // Автореф. дис. канд. мед. наук. -Симферополь. 1972.47 с.

70. Темурьянц Н. А. Нервные и гуморальные механизмы адаптации к действию неионизирующих излучений. // Автореф. дис. д-ра биол;- наук. -М. 1993. 43 с.

71. Фесенко Е.Е., Попов В.И., Новиков В.В., Хуцян С.С. структурообразо-вание в воде при действии слабых магнитных полей и ксенона. Электронно-микроскопический анализ. // Биофизика. 2002. Т.47. Вып. 3. С.389-394.

72. Физиология человека. Под. ред. Шмита Р. и Тевса Г.: М.Мир. 1996. с. 35.

73. Фомичева В.М., Заславски В.А., Говорун Р.Д., Данилов В.И. Динамика синтеза РНК и белков в клетках корней меристемы гороха, чечевицы и льна. //Биофизика. 1992. Т.37. Вып.4. С. 750-758.

74. Хилл Т. Некоторые возможные биологические эффекты электрического поля на биологические объекты //Биофизика. Т.31. N5. С.780-784.

75. Цугленок Н.В., Шахматов С.Н., Цугленок Г.И. Способ обработки семян и устройство для его осуществления / Патент РФ № 2051552 А 01 С 1/10 с приоритетом от 20.03.92. Опубл 10. 1.96. Бюл. № 1. Зарегистрир. 22.04.93.

76. Четверикова А.Г., Гольдфельд М.Г. Роль воды в ранних стадиях переноса электрона в реакционных центрах фотосинтеза. // Биофизика, т. 30, вып. 6, 1985. С. 943-950.

77. Шевель Д.М. Электромагнитная безопасность. Киев: ВЕК+, Киев: НТИ, 2002.432 с.

78. Щелкунова С.А., Денчев Д.Д., Баденко JI.A., Семенов Р.И. Влияние магнитных полей на кишечную палочку Escherichia coli К-12. // Биофизика. 1970. Т. 15. Вып. 4. С. 665-669.

79. Эдци У.Р. Частотные и энергетические окна при воздействии слабых электромагнитных полей на живую ткань. // ТИИЭР. 1980. Т.68. № 1. С. 140.

80. ЭйзенбергД., Кауцман В. Структура и свойства воды. JL: Химия, 1975.280 с.

81. Ясногородский В.Г. Электромагнитотерапия. М.: Медицина, 1987. 267 с.

82. Bader R.F.W. Atoms in Molecules: A Quantum Theory. //Oxford University Press, 1990, p. 147.

83. Bernal J.D., Fowler R.H. The structure of liquids. //J. Chem. Phys., V.l, 1933, p. 515.

84. Bewley J.D., Black M. Physiology and Biochemistry of Seeds in Relation to Germination. // Development, Germination and Growth. Berlin, Heidelberg, N.Y.: Springer Verlag, VI. 1978. P. 213-218.

85. Daniel R. M., Dunn R. V., Finney L., Smith J. C. The role of dynamics in enzyme activity // Annu.Rev.Biophys.Biomol.Struc. 2003. V. 32. P. 69-92.

86. Daragan V. A., Mayo К. H. Molecular relaxation processes // J.Phys.Chem.B. 1999. V. 103. P. 6829-6834.

87. Eigen M., De Mayer L. Self-dissociation and protonic charge transport in water and ice.//Proceed. Roy. Soc. Ser. A, 1958. V. 244. № 1251. P. 95-108.

88. Eisenberg D., Coulson C.A. Nature, Lond., 1963. P. 368.

89. Hedrich H.J. Biological effects of magnetic fields.// Appl. Microbiol., 1969. №4. P. 334-339.

90. Hooper G.R. The Effect of Ultrahighfreguency Electromagnetic Energy on Adenosiue Triphosphatase Activity in Germinating Weed Seeds//. 1 .Amer. Soc. Hort. Sci., V. 103, N2.1978. P. 173-176.

91. Induction of chromosomal recombination by magnetic field exposure and its possible mechanism : Abstr. 41st Annu. Meet. Jap. Radiat. Res. Soc., Nagasaki, Dec 2-4, 1998. Koana Takao// J. Radiat. Res. 1998. - 39, № 4. -C. 315.-Англ.

92. Kores V. La influencia del campo electrica у magnetico sobre biologicas aflnidadas del semillas. // Tes Doct. 1984. -102 c.

93. Lacy-Hulbert A., Metcalfe J. C., Hesketh R. The Biological reactions on electromagnetic fields. // FASEB Jornal. 1998. V. 12. №6. P.395 420.

94. Nostran F.S., Reynolds K.I., Hedrich H.J., Appl,.Microbiol., 1967. №5. p. 561-566.

95. Nemethy G., Scheraga H. A. Description of the potential energy surface of the water dimer// J. Chem. Phys., 1962. V.36, p.3401-3411.

96. Plants as receivers of electromagnetic radiations in abiotic environment/ Baralon I., Albu Lulian, Fizicovici Simona// Ansti. Univ. lasi. Biol. 1990. P.103-108.

97. Pople J.A., Schneider W.G., Bernstein HJ. High-resolution nuclear magnetic resonance. N.Y.- Toronto- London: McGraf-Hill Book Company Inc., 1959. 592 c.

98. Stillinger F. H. Proton transfer reactions and kinetics in water.— In: Theoretical Chemistry : Advaces and Perspectives 1978 / Ed. by H. Eyring, D. Hendreson. New York: Acad. Press, 1978, vol. 3, p. 177—234.

99. Tandler С J. Libanati C.M., Sanchis C.A. The Biological Effects of electromagnetic fields // J. Cell boil. 1970. V.45, p. 355-361.

100. Tenendes R.G. Three molecular mechanism to explain some biological effects of electromagnetic fields and hypogravity // Med. Hypotheses. 1999. V. 52, № 3. P.239-245.

101. Verwey E.J.W. Theory of the Stability of Liohobic Colloids // Reel. Trav. chem. Pas-Bas Belg. 1941. V. 60. P. 887.