Влияние электрического поля на посевные качества семян и урожайность

Для нормальной организации земледелия на научной основе важное значение имеют регулярные сведения о температурных колебаниях воздуха и почвы, предсказание возможных заморозков и др. в сельской местности , где отсутствуют специальные метеорологические лаборатории, большую помощь можем оказать мы, то есть наши ученические исследования. Я считаю, что тема над которой работаю, является актуальной. Наш район является рискованным для агротехнических работ. Климат в районе у нас чрезвычайно непостоянный, с большими отклонениями в ту или иную сторону, с почти постоянной засухой в первый период вегетации зерновых культур и относительно достаточными осадками во второй период, а осенью иногда с ранними заморозками. Поэтому необходимо иметь такие сорта растений, которые быстро вызревают в нашем районе.

ИСТОРИЯ И ТЕОРИЯ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ

ИЗЛУЧЕНИЯ НА РАСТЕНИЯ.

Одной из интересных и перспективных направлений исследований является биофизика. Биофизика- наука изучающая действие физических факторов на живые организмы. В данной работе мы исследовали влияние физических условий на растения. Селекция- наука о вырабатывании новых сортов растений и их гибридов, отрасль сельского хозяйства занимающаяся выведением новых сортов и пород с нужными для человека свойствами. Это одно из самых ранних достижений человека. Понятие “культурное растение” сегодня кажется нам само собой разумеющимся. Многие культурные растения- результат постепенного и бессознательного улучшения их человеком в течении многих сотен и даже тысяч лет. Дошедшие до нас сведения указывают, что уже в древности людям были известны некоторые селекционные приемы. Так, в Египте и Месопотамии за несколько веков до нашей эры применяли искусственное опыление финиковой пальмы. В Индии, Китае, Египте и Римской империи несколько тысячелетий назад были известны простейшие приемы селекции растений В сочинениях Колумеллы, Варрона, Вергилия, Теофраста, живших за две тысячи лет до наших дней, можно найти указание, как надо вести селекцию. Современная селекция как наука опирается на огромный теоретический и экспериментальный багаж, накопленный в предыдущие десятилетия.

Теоретической основой селекции является генетика- наука о наследственности и изменчивости организмов. Основные методы применяемые в селекции- отбор, гибридизация полиплоидия и метагенез Отбор составляет сущность селекционной работы и ведется по комплексу признаков. Гибридизация дает возможность искусственно создавать исходный материал, объединять в одном организме признаки родительских форм, и исправлять отдельные недостатки сорта. Ученые- генетики разработали эффективные методы, позволяющие использовать число хромосом в ядрах клеток и получать растения – полипоиды. Большие возможности перед селекционерами в связи с разработкой методов искусственного индуцирования мутации, то есть изменений , вызывающих возникновение у организмов новых признаков и свойств. Искусственный мутагенез- один из самых перспективных методов селекции. Мутации (наследственные признаки) могут быть вызваны различными видами излучений и химическими веществами (колхицины), вследствие чего получаются формы с полезными изменениями сразу нескольких свойств. Мутации поставляют селекционеру ценное “первичное сырье” в виде нового генетического материала. Хотя методы генетики и являются для селекции основными, они не единственные. На это обстоятельства неоднократно указывал в своих работах академик Н. И Вавилов. Он подчеркивал, что особенностью селекции как науки, является комплексный подход к растению, с привлечением разных методов исследования. Стабильность генетических структур не является абсолютной. Под влиянием определенных физических и химических факторов они способны изменяться. В противном случае не было бы развития , не было бы эволюции. Первую удачную попытку индуцирования мутаций осуществляли на грибах академик Г. А. Надсон и его ученик Г. С. Филиппов в Ленинграде. В 1925 году они впервые показали, что с помощью излучения можно во много раз увеличить мутационную изменчивость. Американский генетик Л. Стадлер успешно индуцировал в 1928 году при помощи рентгеновских лучей мутации у кукурузы и ячменя, Т. Гудсид и А. Олсон у табака. Так, немецкий генетик Г. Штуббе путем повторного облучения мелкоплодного дикого вида томата смородинолистного, прародителя культурного томата, и применения отбора получил в 1967 году крупноплодные мутанты, повторив за короткий срок процесс, длившийся в природе сотни лет. Среди ученных, которые одним из первых использовали излучения в качестве метода получения исходного материала в селекции зерновых культур были советские исследователи А. А Сапегин и Л. Н. Делоне. Они поставили свой первые опыты в 1928-1930 г. г. в Одессе и в Харькове Оба ученных пришли к выводу, что искусственные мутанты могут быть хорошим исходным материалом в селекции. В настоящее время метод искусственного получения полезных мутаций становится все более важным в селекции растений.

АНАЛИЗ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Работа является комплексной, проводилась в течении ряда лет. В первый год мы работали в группе “Метеоролог”, созданного на базе 8-го класса. В этот период мы определяли температуру почвы на разных глубинах. Строили графики изменения температуры почвы за сутки, декаду, месяц, год . Предсказывали возможность возникновения заморозков, используя самодельный психрометр и эмпирическую таблицу, составленную специально для этой цели , анализ полученных результатов показал наиболее благоприятные сроки для посева зерновых культур. Во второй год исследований наша группа , уже “Агролог” определяла абсолютный рост и скорость роста зерновых культур при использовании искусственного мутагенеза. В начале мы составили план наших действий- проект исследования рассчитанный на два года . Первый год включал в себя с 1-8 этап, и изучение литературы и статистических данных по работе. Второй год с 8-10-й этап. Для проведения исследования мы взяли пшеницу сорта “Лютэсценс-95”, так как данный сорт высевается в нашем районе. Границы посадки зерновых культур в Закаменском районе идут с с. Цакир до с. Харацай. Более подробно рассмотрим 5 этап- обработка семян электрическим полем, с помощью электрофорной машины. Полюса электрофорной машины соединяют с алюминиевыми дисками раздвижного конденсатора, которые устанавливают горизонтально на расстоянии 10 см. На нижний диск конденсатора насыпают зерна пшеницы. В течении 20 минут диски электрофорной машины приводят в равномерное вращение так, чтобы между пластинами конденсатора не проскакивали искры.

На 10 этапе мы провели анализ и обработку полученных результатов. По данным дневниковых наблюдений мы построили график всхода, кущения, выхода в трубку контрольного и исследуемого образца . Рост и развитие зерновых культур происходит по фазам. У большинства злаков такие фазы: всходы- появление первых зеленых листьев, кущение- появление первых боковых побегов и вторичных узловых корней, выход в трубку.

Вычислили среднюю массу одного зерна и массу 100 зерен и среднее число зерен в одном колосе . Из полученных данных можно сделать следующий вывод- обработка семян электрическим полем приводит к повышению урожайности и ускорению сроков всхода, кущения,и выхода в трубку зерновых культур. Дальнейшие исследования мы построили таким образом, чтобы ответить на вопрос: что произойдет, если облучать зерна электрическим полем различное время?

Весной 2006 года зерна пшеницы мы обработали однородным электростатическим полем напряженностью 500В/ м. Что же происходит с зерном в этом поле? Прорастание семян и развитие растений в электрическом поле приводит к иным результатам , чем обычно, Происходит это в основном благодаря перераспределению в организме растений под влиянием внешнего электрического поля собственных электрических зарядов. Индийский исследователь Босс ввел понятие в биофизику “токи покоя” и “токи действия”. “Токи покоя” имеются у любого живого организма, а “токи действия” возникают благодаря воздействию внешнего раздражителя ( в нашем случае – это электростатическое поле). В зависимости от того, преобладает ли движение свободных зарядов, или происходит поляризация, вещества делят на два класса- проводники и диэлектрики. Зерно в нашем случае является диэлектриком. Выясним, что происходит в диэлектрике, когда он попадает в электрическое поле. Как известно, в диэлектрике отсутствуют свободные носители зарядов. Все электрические заряды диэлектрика входят в состав его молекул и могут смещаться лишь на очень малое расстояние: в пределах молекулы или атома. Поскольку диэлектрик уменьшает силу взаимодействия зарядов, то есть ослабляет электрическое поле, то можно заключить, что смещение зарядов внутри молекул диэлектрика действительно происходит. Выясним механизм этого явления. Сначала представим себе атом, диаметр ядра которого имеет размер порядка 10 -15 м. Тогда его электронное облако будет иметь радиус порядка 10 -10 м. Из сравнения размеров ядра и электронного облака видно, что ядро атома вполне можно принять за точку, которая находится в центре облака, если этот атом попадет в электрическое поле с напряженностью Е, то облако сместиться против направления Е на некоторое расстояние l относительно ядра.

Поскольку ядро в несколько тысяч раз массивнее электрона, а последний движется в атоме с очень большой скоростью( порядка 106 м/с), ядро реагирует только на среднюю силу притяжения к электронам в атоме. Поэтому можно считать, что весь отрицательный заряд облака сосредоточен в его центре, а весь атом, находящийся в электрическом поле, можно уподобить системе двух равных по величине и противоположных по знаку зарядов q= Ze которые расположены на расстоянии l. Такую систему называют диполем. Следовательно, когда атом попадает во внешнее электрическое поле то он превращается в электрический диполь, который создает свое электрическое поле, ослабляющее внешнее поле в диэлектрике. Такой диэлектрик называется поляризованным. Поляризация протекает по- разному в зависимости от вида химической связи в веществе диэлектрика.

Облучение зерен пшеницы электрическим полем проводили различное время – 20 минут и 40 минут. Для посадки было выделено три земельных участка: два экспериментальных и один контрольный. Данная работа как и вторая проводилась поэтапно. На девятом этапе анализ и обработка включала в себя следующее: сравнение массы 100 зерен, сравнение физических параметров зерна - длина и ширина зерна, длина стебля и длина колоса.

На основе изученной научной литературы, можно сделать предварительный вывод- различные виды излучений влияют на всхожесть и урожайность растений. Вначале и в середине двадцатого века были получены многие сорта овощных и зерновых культур методом искусственного мутагенеза. Физические условия для растений имеют важное значения. Многие селекционеры- генетики использовали в качестве излучения- рентгеновские лучи , также инфракрасные и ультрафиолетовые. Каждое из этих лучей влияло на всхожесть, качества зерна. Были выведены многие районированные сорта. Путем внешнего воздействия можно добиться быстрого результата в селекции растений. Ведь на этот процесс природа затратила бы многие десятки и даже сотни лет.

По проведенной работе я могу сделать следующие итоги:

1) Для сельскохозяйственного производства важное значение имеет знание температуры при которых растения гибнут от заморозков. Предсказать заморозки- значит защитить растения от гибели. Прогнозы погоды которые передают по радио обычно это данные для целой области, республики, края. Для нас же важно знать состояние погоды на территории города и пригорода. Сев зерновых культур необходимо начинать при стабильных показаниях температуры, при достаточном прогреве почвы. Наша группа на первом этапе своих исследований провела измерения температуры почвы на различных глубинах и пришла к следующему выводу: в нашем районе самыми оптимальными сроками посева является последняя декада мая, когда температура почвы на глубине 15 см достигает –5 С.

2) На втором этапе используя метод искусственного мутагенеза я изучила как влияет электростатическое поле на семена зерновых культур. Все экспериментальные образцы дали лучшие результаты по сравнению с контрольными. Исходя из дневниковых наблюдений я могу сказать, что сроки всхожести, кущения и выхода в трубку облученной пшеницы занимают меньшее время. Также мне было интересно, какие будут результаты при разном времени облучения, например облучать зерна пшеницы 40 минут. После обработки и анализа экспериментальных и контрольных образцов можно сделать предварительный вывод – увеличение времени облучения электростатическим полем действуют угнетающе, так как качество полученного урожая ниже при 40 минутах. Я считаю, что данная работа не закончена, так как получены только первые результаты. Необходимо в течении ряда лет апробировать эту экспериментальную часть.

Дальнейшие исследования по данному вопросу можно продолжить по следующим направлениям:

1)Как влияет электрическое поле на саженцы и сеянцы плодовых кустарников?

2) Как зависит урожайность от величины напряженности?

3)Что произойдет, если облучаемые семена поместить в воду?( семена облучаем в водной среде).