XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

К настоящему времени имеется значительный объем исследований, посвященный использованию электрохимически активированной (ЭХА) воды при обработке семян различных сельскохозяйственных культур, однако вопросам механизма биологического действия уделено мало внимания.

Целью наших исследований являлось изучение механизмов электроактивации на ростостимулирующую активность семян зерновых культур прорастание семян озимой пшеницы.

Электроактивация воды сопровождается электролитическим разложением воды на электродах с образованием стабильных продуктов электролиза, а также квазиустойчивых соединений представленных как свободными ионами и радикалами, так и гидратированными. Именно они придают каталитические, в том числе и биокаталитические свойства ЭХА –растворам, позволяют изменять энергетические барьеры между взаимодействующими компонентами химических и биохимических реакций.

Известно, что биологические свойства воды и уровень ее физиологической активности в значительной степени определяются концентрацией ионов водорода рН и окислительно-восстановительным потенциалом ОВП.

Отмечено, что при ЭХА воды наблюдается изменения значений водородного показателя рН и окислительно-восстановительного потенциала ОВП.

Электроактивация воды проводилась на установке циклического действия включающая электролизер с разделенными ячейками мембраной МА-40 и графитовыми электродами. Изменяя параметры обработки можно четко и целенаправленно менять многие свойства, в частности рН и ОВП Работу на установке проводили, меняя значения различных параметров, используя всевозможные их сочетания: напряжение на электродах от 30В до 70В; расстояние между электродами от 40мм до 160мм; времени обработки от 10мин. до 60мин.

После оптимизации процесса получения ЭХА воды, были проведены исследования по ее ростостимулирующей активности при обработке семян озимой пшеницы сорта Безостая 1. Для определения параметров использовали методику ГОСТа 12038-84. Как показывает анализ полученных данных, действие католита со значением рН=9.8 и ОВП= -200мВ, полученного при напряжении 30В, расстоянии между электродами 80мм, времени обработки воды 45 мин. приводит, по сравнению с контролем, к повышению энергии прорастания на 6%; увеличению длины ростков на 18%, корешков на 16%, накопление проростками биомассы на 16%, корешков на 12%.

Экспериментально установлено, что ЭХА вода обладает биологической активностью, причем биологическое действие такой воды проявляется на самом раннем этапе прорастания набухании.

Процессы, активируемые на стадии набухания, осуществляются ферментами, синтезированными в созревающем зародыше. Все они запускаются в результате достижения семенем пороговых уровней оводненности.

ЭХА вода отличается от обычной воды, более упорядоченной структурой с более развитой сеткой водородных связей.

Биологическое действие электроактивированной, другими словами, структурно – упорядоченной, воды на стадии набухания семян, связывается с поляризацией жидкости, включая объемно-зарядовую поляризацию релаксационного характера. Поляризация способствует структурированию воды, формированию ассоциатов ион - дипольного типа с упорядочением водородных связей. Таким образом, электроактивированная вода находится в неравновесном, метастабильном состоянии, отличном от состояния обычной воды. Соотношение стабильных и метастабильных молекул воды предопределяет изменение ее физико-химических свойств. Метастабильная фаза электроактивированной воды характеризуется развитой сеткой водородных связей, структурным упорядочением молекул. Именно водородные связи, присущие молекулам воды, позволяют ей проникать в капиллярно- пористые тела, в частности в семя. Наличие водородных связей изменяет капиллярные свойства воды, обусловленные силами взаимодействия между частицами жидкости и твердого тела, в данном случае стенками капилляров и пор семян. Использование электроактивированной воды для проращивания семян способствует интенсификация физического набухания. Более быстрое поглощение семенем воды обеспечивает сокращение периода достижения пороговых уровней оводненности, необходимых для запуска тех или иных процессов метаболизма, в т.ч. ферментативные. Интенсивное поглощение воды семенем приводит к активации всего ферментативного комплекса, повышая, при этом, энергию прорастания и улучшая посевные качества семян. При благоприятном температурном и воздушном режиме по продолжительности набухания семян.

Основными показателями степени активирования получаемых водных растворов является значение рН и ОВП. Для разных процессов электроактивированная вода должна иметь достаточно точное значение этих показателей, т.к. она взаимодействует с биологическими объектами.

Известно, (Лагутин В.В., 2000 г.) что ОВП растения, в норме всегда ниже нуля, т.е. имеет отрицательные значения; а ОВП стандартной питьевой воды всегда больше нуля (Rh=+100…+400мВ). Это означает, что активатор электронов во внутренней среде выше. Когда обычная вода проникает в биологическую систему, она отнимает электроны от клеток и структур. Вследствие этого организм изнашивается, затрачивая энергию на преобразование ОВП с «+» потенциала на отрицательный. Весьма важно, что ОВР католита имеет отрицательное значение, и чем выше рН тем меньше ОВП. Таким образом, низкие значения ОВП приводят к возрастанию активности окислительно-восстановительных процессов, которые позволяют питательным растворам легче и быстрее проникать внутрь растений через мембраму и содействуют более интенсивному действию ферментов, чем, если использовать обычную воду.