Бабанова C.Ф. , Неупокоева А.В., Малов А.Н. Динамические

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСТЕНИЯ ПРИ
ВОЗДЕСТВИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
С.Ф. Бабанова, А.В. Неупокоева, А.Н. Малов
Муниципальное общеобразовательное учреждение Лицей №1
664043, г. Иркутск, ул. Воронежская, 2
[email protected]
АННОТАЦИЯ
Исследованы динамические характеристики нескольких групп растений,
во время роста облучаемых когерентным излучением с разной длинной
волны на различных этапах развития.
1.
ВВЕДЕНИЕ
Появление источников когерентного излучения – лазеров, как в свое
время появление магнитов, источников электрического тока и радиоволн,
радиоактивных препаратов и т.п., вызвало интерес биологов и медиков как
новое средство воздействия на живые организмы. Первой обнаружила
стимулирующее воздействие лазерного излучения на биологические
объекты в конце 70-х годов ХХ века профессор Т.И. Кару [1].
Феномен лазерной биостимуляции (ЛБС) широко используется в
медицинской практике, хотя его сущность и механизмы еще далеко не
раскрыты и поняты [2]. К основным неясностям относятся, во-первых,
избирательность действия лазерного излучения только на «больные»
клетки и биосистемы, и, во-вторых, наличие практически одинакового
терапевтического эффекта для лазерного излучения с самой различной
длиной волны. В литературе описано влияние на клетки волн красного и
инфракрасного диапазона, появление доступных источников зеленого
спектрального диапазона ставит вопрос, как же именно он влияет на
развитие клеток и сильно ли его отличие от красного.
Цель работы: отработать методики облучения растений на разных этапах
их развития полупроводниковыми лазерами различных типов;
оптимизировать режимы лазерного облучения для стимуляции роста
растений.
1
В соответствии с поставленной целью на первом этапе исследования
решались следующие задачи:
1. анализ публикаций по теме;
2. выбор растения для исследования;
3. разработка схемы биологического исследования;
4. разработка схемы и режимов облучения растений;
5. разработка способов измерения эффекта биостимуляции
2. ДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА РАСТЕНИЯ (ОБЗОР)
При взаимодействии лазерного излучения инфракрасного и
видимого диапазона с биологическими клеточными структурами основное
влияние оказывают локальные неоднородности структуры, т.е. границы
клеток.
Растительные клетки заключены в сравнительно жесткую клеточную
стенку. Материал для построения этой клеточной стенки выделяет
(секретирует) сама заключенная в ней живая клетка (протопласт).
Клеточная стенка, отлагающаяся во время деления клеток растения,
называется первичной клеточной стенкой. Позже в результате утолщения
она может превратиться во вторичную клеточную стенку[3].
Вакуоль представляет собой наполненный жидкостью мембранный
мешок, стенка которого состоит из одинарной мембраны. В растительных
клетках, особенно в зрелой паренхиме и колленхиме, имеются одна
большая центральная вакуоль. Ее окружает мембрана, которая носит
название тонопласта. Жидкость, заполняющая центральную вакуоль,
называется клеточным соком. Это концентрированный раствор,
содержащий минеральные соли, сахара, органические кислоты, кислород,
диоксид углерода, пигменты и некоторые отходы жизнедеятельности или
«вторичные» продукты метаболизма.
В настоящее время считается, что растения используют свет двумя
совершенно разными способами[4] Первый из них - фотосинтез, в котором
свет служит источником энергии для синтеза молекул органических
веществ. Второй - восприятие света как источника информации, или
сигнала. От света зависит, будет или не будет прорастать семя и какой угол
образует растущий корень с вектором гравитации, а проросток - с
направлением падающих на него лучей. От света зависит скорость роста
стебля и листьев, а также время зацветания растений. Отметим, что во всех
этих случаях энергия сигнала, вызывающего ответную реакцию растения,
на много порядков меньше энергии, необходимой для ее осуществления.
2
За полвека, прошедшие с открытия способности растений
использовать свет как сигнал, было предпринято множество попыток
понять сложные физиологические процессы, идущие при участии
пигментов, в том числе фитохрома. Результаты исследований убеждают в
том, что оптические свойства самого растения влияют на его физиологию.
Теоретически предсказанное и экспериментально подтвержденное
явление повышения эффективности лазерной биостимуляции в растениях
при пространственной модуляции поля лазерного излучения позволяет
оптимизировать и ускорить селекционные исследования в области
растениеводства.
Так, Не-Ne лазеры эффективно используются в ветеринарии. В
частности, при лазерном облучении яиц бройлеров масса тела молодняка
повышается на 15-18%, а затраты на корма на 1 центнер прироста живой
массы снижаются на 10-13%.
Широкое применение лазеры нашли и в медицине при стимуляции
заживления ран и ожогов, при лечении некоторых заболеваний нервной и
сердечнососудистой систем. В лазерной хирургии отмечено не только
уменьшение кровопотерь, но и более быстрое, по сравнению с обычным
оперативным вмешательством, заживление, повышенная устойчивость к
инфекционному поражению, анальгезирующий эффект [5].
Полученные в последнее время результаты по повышению темпа
зародышеобразования и роста при обработке растений лазерным
излучением, ставят задачу широкого внедрения лазерных источников в
растениеводстве.
3.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объект исследования – растение, из-за скорости развития был
выбран салат.
В качестве образца был взят салат
«Дольче Вита». Выбран именно этот сорт
был из-за высоких показателей всхожести и
качества
конечного
продукта.
При
нормальных условиях время его роста – 3540
дней. Образует полупрямостоячую крупную
рыхлую розетку диаметром 30-32 см и
массой 250-350 г.
Биологическая карта эксперимента:
Было взято 5 групп растений:
1.
Контрольная группа (не облучается)
3
2.
Облученная до посадки группа 1 (красный лазер)
3.
Облученная до посадки группа 2 (зеленый лазер)
4.
Облучаемая группа 1 (красный лазер)
5.
Облучаемая группа 2 (зеленый лазер)
Оборудование
Лазеры использовались зеленый с мощностью 5 мВт, и красный с
мощностью 10 мВт; длины волн 530 нм и 650 нм соответственно.
Семена облучались по три штуки в течение 5 минут.
Эксперимент проводился в закрытом помещении при температуре
около 25о С. Группы со второй по пятую были облучены так же до посадки
в течение 5 минут. Четвертая и пятая группы облучались ежедневно по 5
минут на протяжении 25 дней.
Контролировались:
1.
Время всхода семян.
2.
Появление второй пары листьев
3.
Длина листа (замеры каждые 5 дней).
На рис. 2-4 показана технология замеров высоты куста салата.
Рис. 2. Замер в контрольной группе
Рис. 3. Замер в группе, облученной
красным лазером до посадки
Рис. 4. Замер в группе, облученной зеленым лазером до и после посадки
4
4.
ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Контрольная
2
3
4
5
Взошли
2-3
2-3
2-3
2-3
2-3
(день после
(10
(10
(10
(10
(8
посадки)
растений)
растений) растений) растений) растений)
Вторая пара
7-9
7-8
7-9
6-7
6-8
листьев
(дней)
Высота
2-3
2-4
2-3
2-4
2-3
через 5 дней
(см)
Высота
2-3
2-4
2-3
5-7
3-5
через 10
дней (см)
Высота
4-7
5-7
4-6
7-9
5-7
через 15
дней (см)
Высота
8-10
8-10
7-9
11-13
7-10
через 20
дней (см)
Результаты измерений представлены на рис. 5 - 7.
Высота на 10 день
Вторая пара листьев
10
6
5
4
3
2
1
0
8
6
4
2
0
Рис. 5
Рис. 6
5
Высота на 20 день
15
10
5
0
Группа Группа Группа Группа Группа
1
2
3
4
5
Рис. 7
5.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Выявлено, что:
1) одноразовое облучение семян лазерным излучением влияет только
на первые этапы развития.
2) лазерное излучение с красной длиной волны (650 нм) положительно
влияет на развитие растений;
3) лазерное излучение с зеленой длиной волны (530 нм) почти не
влияет на рост растений.
Различное влияние лазерного излучения в зависимости от длины волны
объясняется тем, что зелёное излучение растением отражается (именно
поэтому растения выглядят зелеными) и не проникает в клетки
растения. А лазерное излучение красного диапазона проникает вглубь,
поглощаясь пигментами, содержащимися в клетках растения.
Поэтому можно сделать вывод, что облучение саженцев лазерным
излучением красного диапазона может ускорить процесс роста.
6
6.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективность этой работы состоит в сельскохозяйственной
деятельности. Если лазерное излучение благоприятно и значительно
влияет на размер и качество растения, то это можно использовать в
производстве растительных продуктов питания.
7.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мандоли Д., Бригс У. Световоды у растений.//В мире науки -1984.- №
10 - с 67-72.
2. Голуб И.Е., Малов А.Н., Сорокина Л.В., Неупокоева А.В., Галиева
О.П. Лазерные технологии в медицине: современные аспекты теории
и применение.– Иркутск: ИГМУ, 2009. – 172 с.
3. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. М.:Мир. - 1993. - Том 1. - 368
с.
4. Кару Т.И. Фотобиология низкоинтенсивной лазерной терапии./
Итоги науки и техники, серия физ. основы лазеров и пучковых
технологий / /ВИНИТИ. - 1989. - 4 - с.44-84
5. Голуб И.Е., Малов А.Н., Неупокоева А.В., Сорокина Л.В., Ковыршин
А.В. Лазерные медицинские технологии: от нано масштабов до
организма в целом. - Издание 1-ое. – Иркутск: ИГМУ. – 2007. – 148 с
6. http://ru.wikipedia.org/
7