Физические методы обработки семян

Физические факторы воздействия, такие, как, обработка звуком, током, магнитными и электромагнитными полями, способны существенно влиять на активность биологических объектов. Физические способы активации растений и семян в большинстве своем доступны, а их применение оправдано с экологической точки зрения.

Действие звука в широком диапазоне частот на семена многократно описано в литературе. Наиболее изучено воздействие ультразвука (УЗ), основные исследованные диапазоны которого составляют 21−66 кГц (УЗ низкой интенсивности) и 0,5−10 МГц (УЗ высокой интенсивности). Предпосевная обработка семян УЗ низкой интенсивности вызывает усиление воспроизводительных функций клеток, т. е. ускоренное развитие растения, сокращая сроки всхожести, увеличивая ее процент и скорость прорастания корней и побегов, уменьшая зависимость растений от погодных условий и их заболеваемость. УЗ низкой интенсивности не нарушает целостности объекта, например клетки, а влияет только на скорость физиологических процессов, в частности биохимических реакций, лежащих в их основе. В то же время интенсивный УЗ может приводить к изменению морфологии различных органов растений, изменению их электрофизических и других параметров. Под действием УЗ внутри клеток происходят самые разнообразные процессы, клеточное содержимое обычно перемешивается, органеллы меняют свое положение, разрушаются внутриклеточные мембраны, в результате УЗ-обработка клеток может вызвать как подавление, так и стимуляцию процессов их жизнедеятельности[16, 21].

В настоящее время хорошо описаны эффекты действия электромагнитных и магнитных полей (постоянных, переменных, комбинированных) на биологические системы растительного происхождения. Характер эффекта, его величина зависят от мощности и частоты приложенного поля. Электромагнитные и магнитные поля высокой (106−107 Гц) и очень высокой (107−108 Гц) частоты, а также ультравысокочастотные (108−109 Гц), сверхвысокочастотные (109−1010Гц) и крайне высокочастотные (1010−1011 Гц), не являясь ионизирующим излучением и не вызывая необратимых химических изменений в живой системе, могут возбуждать когерентные колебательные и вращательные режимы и вызывать биологические эффекты, для реализации которых требуются энергии ниже уровня ионизационных потенциалов: нагревание ткани, диэлектрофорез, деполяризация ячеистых мембран, ускорение диффузионных процессов в клетке, процессы преобразования, передачи, кодирования и хранения информации о живых системах и др. Многие клетки и их мембраны могут напрямую использовать энергию внешних электромагнитных полей, превращая ее в энергию молекулярных и клеточных процессов. Здесь прослеживается прямая аналогия с действием света, о чем свидетельствует активация фотосинтетических процессов в клетке и растении в целом после пропускании электротока[11, 22].

Физическая природа действия электромагнитных полей на биологические объекты в настоящее время недостаточно изучена. Существует классификация, позволяющая условно разделить воздействие электромагнитных полей по характеру изменений, вызываемых в биологическом объекте. В первую очередь, это энергетическое воздействие, сопровождающееся ростом температуры и локального давления, а также появлением механических изменений в структуре биологической ткани. В следующую очередь — функциональное воздействие, при котором энергия поля не приводит к заметному нагреву, но влияет на энзиматическую активность, конформационную динамику белков, возникновение в биологических структурах электрических или магнитоиндуцированных сил и вращающих моментов, инициирующих внутриклеточные процессы. Завершающий уровень воздействия — информационный, когда внешний поток энергии электромагнитного поля может вызвать изменение процессов жизнедеятельности. В этом случае действие поля накладывается на эндогенные ритмы растительных объектов, что, в зависимости от условий и характера информационного воздействия, может привести как к стимуляции их роста, так и к его угнетению[24].

Исследованиями последних лет доказано, что облучение в малых дозах вызывает многочисленные структурные перестройки в клетках, сохраняющиеся длительное время после облучения и приводящие к изменению функциональной активности клеток. Предлагаемое объяснение природы нелинейной бимодальной зависимости эффекта от дозы излучения основывается на представлениях о существующем разрыве между дозами, вызывающими повреждения в биологических объектах и инициирующими системами их восстановления. В связи с тем обстоятельством, пока системы восстановления не работают с полной интенсивностью, биоэффект нарастает с увеличением дозы излучения, затем по мере усиления процессов восстановления или сохраняется на том же уровне, или уменьшается вплоть до элиминирования. Все приведенные данные говорят о том, что реакция организма на воздействие малых доз излучения есть функция дозы, мощности облучения и времени, прошедшего с начала облучения[24, 25].

В ходе исследований установлена стимуляция всхожести и энергии прорастания семян Monarda fistulosa L. Режимом 3 на начальных этапах онтогенеза и ростовых процессов Режимом 1. Влияния ЭМИ на накопление основных фотосинтетических пигментов в листьях растений Hyssopus officinalis L. было установлено, что обработка семян иссопа Режимом 1 привела к существенному увеличению уровня хлорофилла а, b и каротиноидов по сравнению с контролем Из этого следует, что низкоинтенсивное электромагнитное излучение по воздействию на различные лекарственные культуры СВЧ-диапазона является видоспецифичным. В связи с этим под каждую культуру необходимо индивидуально подбирать режим воздействия[41].