Воздействие электрическим током на растения, как способ повышения урожайности

By

  • Share
  • Share URL
  • menu
  • <
  • >
  • 1Short Project Description 
  • 2Summary 
  • 3About MeAbout Our Team 
  • 4Question / Proposal 
  • 5Research 
  • 6Method / Testing and Redesign 
  • 7Results 
  • 8Conclusion / Report 
  • 9Bibliography, References and Acknowledgements 

Мой проект посвящён улучшению урожайности сельскохозяйственных культур. Плохая урожайность является причиной многих социальных проблем: увеличивается уровень безработицы, рост инфляции, а в некоторых странах плохая урожайность является причиной голода. 
На сегодняшний день для сохранения урожайности фермеры используют различные удобрения, многие из которых токсичные и могут причинить серьёзный вред здоровью человека. 

Сейчас очень важно найти новый и безопасный способ для улучшения урожайности. Если не решить эту проблему, то это может привести ко многим, ещё более печальным последствиям. 
В своём проекте я построю теорию, сформулирую гипотезу, проведу эксперимент и представлю технологию, с помощью которой можно улучшить урожайность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мой проект посвящён улучшению урожайности сельскохозяйственных культур. В настоящее время, в мире существует много проблем связанных с плохой урожайностью. На сегодняшний день мы уже не можем получить хороший урожай фруктов и овощей. На это влияют многие факторы, такие как: плохая экология, плохие погодные условия, насекомые-вредители. Сейчас для улучшения урожайности используются различные удобрения и ядохимикаты (нитраты, нитриты и пестициды), которые обладают высокой токсичностью. Полученный урожай может навредить здоровью человека. Я считаю, что можно улучшить урожайность не используя токсичные удобрения, и для этого предлагаю воздействовать на растения слабым электрическим током. Стимуляция электрическим током давно используется в медицине, я считаю, что использование стимуляции в сельском хозяйстве так же хорошо сможет зарекомендовать себя.
Гипотеза: Я считаю, что если воздействовать на растения слабым электрическим током, то можно ускорить рост растений и сделать их более качественными, тем самым улучшить урожайность. 

Для того чтобы проверить мою гипотезу необходимо провести эксперимент и узнать улучшится ли рост и качество растений под воздействием электрического тока. Также я провёл исследование и узнал, как электрический ток влияет на растения, это дало мне больше информации о том, как нужно воздействовать на растения.

Я думаю, что моя идея на сегодняшний день очень актуальна и перспективна, мой проект будет хорошим началом для решения многих проблем в сельском хозяйстве.
В результате моего эксперимента я смог подтвердить свою гипотезу. Результаты не соответствовали прогнозам, но, не смотря на это, итог был положительным, и полностью подтвердили гипотезу.

К сожалению, в своём проекте я не смог проверить ещё многие вопросы, но останавливаться я не буду, ближайшее время я буду заниматься усовершенствованием своего проекта.

 

 

Меня зовут Женя. Я живу на востоке Беларуси в городе Могилёве. Я оптимистичный, целеустремлённый, люблю мечтать, путешествовать, познавать что-то новое. Я стараюсь не упускать возможности проявить себя, принимаю участие в различных олимпиадах, спортивных соревнованиях. Большего всего я интересуюсь биологией и медициной, я люблю наблюдать за животными и растениями, смотреть в микроскоп за различными микроорганизмами.

Моё увлечение наукой началось 3 года назад, тогда мне выпала возможность посетить научную лабораторию BASF в Германии. Когда я впервые надел халат и вошёл в лабораторию, то почувствовал, что мне это нравится, мне было интересно проводить различные опыты и эксперименты. В тот день всё изменилось, я решил всерьёз заниматься наукой, стал читать книги и различные научные статьи. С того момента я многого добился: принял участие во многих конкурсах и олимпиадах мои знания об окружающем мире увеличились во много раз, поменялся мой взгляд на мир. Мир для меня стал более интересным, ярким, всё вокруг стало взаимосвязанным и приобрело смысл. Возможно, это мне и нравится в науке, она открывает новый интересный мир, который я не видел раньше.

Сейчас я учусь в школе, в этом году буду поступать в лицей на факультет химии и биологии. В будущем я хочу работать врачом. Уже с самого детства мне нравилась медицина, я считаю, что это благородная профессия. Я уже делаю первые шаги к своей мечте, надеюсь, что у меня всё получится.

Для меня победа в конкурсе это не самое важное, но благодаря победе у меня появится стимул для дальнейших исследований и обучения. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С каждым годом в мире снижается качество и количество урожая. С целью повышения урожайности фермеры вносят в грунт большое количество нитратов и нитритов, которые делают фрукты и овощи вредными для человека. 
Я хочу решить эту проблему недорогим и безопасным способом, не используя токсичные удобрения.
Для улучшения урожайности я предлагаю воздействовать электрическим током на семена для ускорения прорастания, формирование побегов и корневой системы, а также на растения для поддержания жизнедеятельности и быстрого роста.

Вопрос: Можно ли с помощью воздействия электрического тока на семена и растения улучшить урожайность тем самым ограничить использование токсичных удобрений.

Гипотеза: Если воздействовать на семена и растения слабым электрическим током, то сроки прорастания семян уменьшится, ускорится рост растений и урожайность улучшится.

Я считаю, что под воздействием электрического тока в растениях ускорятся биохимические реакции и обмен веществ. Благодаря быстрому обмену веществ ускорится рост и улучшится качество растений.

Для проверки своей гипотезы я проведу 2 эксперимента. В первом эксперименте мне понадобятся семена фасоли. На некоторые семена я буду воздействовать электрическим током, остальные будут находиться в обычных условиях. В течение нескольких дней я буду наблюдать за семенами, и записывать данные об их состояние. В конце эксперимента я посмотрю, какие семена проросли первыми, таким образом, я смогу проверить, увеличилась ли скорость прорастания семян под воздействием электрического тока.
Во втором эксперименте я буду использовать фасоль, кресс-салат и редис. Я подведу ток к грунту, в котором будут расти растения. Также для сравнения результатов мне понадобятся образцы, на которые не будет воздействовать электрический ток. В качестве подтверждения гипотезы в конце эксперимента я посмотрю, какие растения росли быстрее и являются более качественными.  

  

В 1984 году в журнале «Цветоводство» была опубликована статья об использовании электрического тока для стимуляции корнеобразования у черенков роз. Черенки роз посадили в грунт и дважды в день воздействовали слабым электрическим током. В результате эксперимента выяснилось, что электростимуляция сократила срок выращивания черенков в 1.7 раза.
Этот опыт стал доказательством, что электрический ток благоприятно влияет на растения. Несмотря на то, что многие учёные отмечали положительное влияние электрического тока на растения, но механизм действия до сих пор до конца не известен, а это очень важно. Потому что, зная, что происходит в растении в момент воздействия электрическим током, можно лучше понять, как нужно воздействовать на растение, чтобы добиться нужного результата.

Учёные доказали что из-за изменения разности потенциалов клеточной мембраны может изменяться транспорт ионов. Используя эту идею, я решил предложить свою теорию: я считаю, что с помощью электрического тока можно увеличить разность потенциалов клеточной мембраны, а также увеличить проводимость плазмодесмы тем самым ускорить транспорт ионов. Я думаю, что под воздействием электрического тока, ускорится симпластный транспорт ассимилянтов через межклеточные контакты (плазмодесмы), а также ионный транспорт через клеточную мембрану благодаря открытию дополнительных ионных каналов. Вследствие чего ускорится обмен веществ в растении, начнётся быстрое поступление ионов натрия, калия, кальция, хлора  (Ca++, K+ , Na+ ,  Cl) и других заряженных молекул. Благодаря быстрому обмену веществ, растение будет расти быстрее и урожай улучшится.

Элементы кальций, натрий, калий, и хлор очень важны в жизни растений. Кальций участвует в углеводном и белковом обмене растений, образовании и росте хлоропластов. Поддерживая структуру клеточных мембран плодов и овощей, кальций предотвращает преждевременное старение и как следствие – улучшаются возможности по хранению и транспортировке плодов. Калий — основное составляющее, повышающее урожайность, качество и устойчивость растений. Положительно влияет на устойчивость растений к засухе, низким температурам (это будет весьма важно в засушливых годах и в холодном климате), вредителям и грибковым заболеваниям, позволяет растениям экономичнее и продуктивнее использовать воду, усиливает транспорт веществ в растении и развитие корневой системы. Весьма важным является то, что калий усиливает синтез витамина C, плоды приобретают яркую окраску и приятный аромат могут дольше храниться и становятся более полезными. Натрий также поддерживает водный баланс клетки. Хлор активизирует ферменты, осуществляющие реакции фотолиза при фотосинтезе. Но нужно учитывать, что хлор большинству растениям необходим в небольшом количестве.

 Ниже представлена модель плазмодесмы и клеточной мембраны в обычном состоянии и под воздействием электрического тока.

   

( 1- клеточная стенка, 2 - плазмодесма, 3 - десмотубула.)

 

 

Я считаю, что под воздействием электрического тока увеличится разность потенциалов клеточной мембраны, то есть заряд внешней стороны мембраны станет более электроотрицателен по отношению к внутренней стороне. Из-за этого за счёт диффузии по электрическому градиенту зарядов, по ионным каналам в клетку будет проходить больше ионов.
Я решил проверить, изменится ли разность потенциалов растения под воздействием электрического тока. Я измерил разность потенциалов растения в обычном состоянии и под воздействием электрического тока. Для измерения разности потенциалов я ввёл электроды в стебель растения (фасоли) и подключил их к мультиметру. 
Данные опыта: Разность потенциалов под воздействием электрического тока изменяется на 1.2мВ.

 

 

 

  • В первом эксперименте я использовал 16 семян фасоли. В течение нескольких дней на 12 семян я воздействовал электрическим током разной силы, остальные 4 использовались как контрольные образцы для сравнения результатов. Я использовал 3 режима стимуляции - 130 мА, 680 мА и 1150 мА; 2.7 В. На каждый режимы использовал по 4 семени.


  

  • Воздействие электрического тока является независимой переменной. Управляющие переменные: освещенность, температура, количество воды. Зависимой переменной в первом эксперименте является скорость прорастания семян. 
  • Для того чтобы обеспечить чистоту эксперимента все образцы находились в одинаковых условиях, полив водой проводился в одинаковых количествах и единовременно.
  • Наблюдения за образцами в дневное время проводилось каждые 2 часа, так можно было точно узнать, какие образцы проросли первыми. Также для чистоты эксперимента я подключил вольтметр и амперметр к проводам, для отслеживания режима электростимуляции. Я максимально изолировал экспериментальные образцы от обычных.
  • ​Первый эксперимент проводился дома в прохладном месте, при температуре 19°C = 66.2°F. В качестве преобразователя электроэнергии я использовал блоки питания. Режимы электростимуляции были следующие: 130 мА , 680 мА и 1150 мА; 2.7 В. воздействие проводилось 5 раз в день по 5 минут через равные промежутки времени. В качестве проводника тока к семенам, я использовались медные провода. Семена находились в пластмассовых контейнерах. Для индикации работы устройства использовались светодиоды. Для эксперимента мне понадобились: амперметр, вольтметр, термометр, скотч, ножницы, ватные диски, а также шприц и мерная пипетка (для равномерного полива семян). 

 

  • Второй эксперимент проводился дома на подоконнике, а позже на балконе при температуре 23°C = 73.4°F . Во втором эксперименте я использовал, заранее прорастив семена фасоли, редиса и кресс-салата (проращивание семян происходило без воздействия электрического тока). В качестве преобразователя электроэнергии я использовал блок питания. Режим воздействия: 30 мА; 200-700 мВ (напряжение зависело от влажности почвы), воздействие длилось 70 минут в день. Растения находились в пластмассовом контейнере с размерами 25x25x12 состоящий из трёх отсеков, с отверстиями на дне (на случай если в грунте будет много воды). Также в этом эксперименте мне понадобился грунт, скотч, ножницы, светодиод (для индикации работы блока питания), амперметр и вольтметр, термометр, медные провода, также я нашёл применение медицинской инфузионной системе «капельницы», она оказалась удобным приспособлением для полива растений.
    Независимая переменная - воздействие электрическим током. Освещенность, температура, количество воды, состав почвы - это управляющие переменные. Зависимые переменные - длина и скорость роста растений, количество плодов, листьев и цветков. 
  • Полив растений производился вечером. Днём листья опрыскивались водой для того чтобы предотвратить повреждение листьев солнечными лучами. Для чистоты эксперимента необходимо было сажать семена одинакового размера и формы.
  • В качестве мер безопасности я вёл постоянное наблюдение за работающими приборами, а также максимально исключил короткое замыкание и попадание воды в электрические приборы.

 

      

 

 

 

 

 

 

 

Проведя два эксперимента, я получил следующие результаты:


Более подробную информацию о диаграммах можно получить здесь Результаты

 

Первый эксперимент

Таблица прорастания семян

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диаграмма прорастания семян фасоли

Результаты первого эксперимент очень отличались от прогноза. Я считал, что семена будут прорастать в один день, но этого не произошло, количество проросших семян в разные дни отличалось. Также я заметил, что семена, находившиеся в обычных условиях, прорастали в ночное время, а семена, на которые воздействовал электрический ток, прорастали днём.

 

 

 

Второй эксперимент

Таблица качества редиса

 

 

 

 

 

Таблица качества кресс-салата 

 

 

 

 

Таблица качества фасоли

 

 

 

 

Таблица роста фасоли

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Образцы редиса

  

 

Образцы кресс-салата

Образцы фасоли

                                       

Экспериментальная фасоль                                                                                                  Обычная фасоль

 

Ниже представлены диаграммы качества редиса, фасоли и кресс-салата. Качество растений зависит от количества и размеров листьев, развитие побега и корневой системы. Доминирующий образец принимается за 100%, остальные сравниваются по качеству с доминирующим образцом.



Диаграмма качества редиса

 

Диаграмма качества кресс-салата

 

Диаграмма качества фасоли

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

Для подтверждения гипотезы нужно было доказать, что под воздействием слабого электрического тока увеличивается скорость прорастания семян, скорость роста и качество растений. В результате двух экспериментов было хорошо заметно, что электрический ток положительно влияет на скорость прорастания семян, качество и скорость роста растений. Семена, на которые воздействовал электрический ток, проросли первыми, а растения росли быстрее и были более качественными. Таким образом, моя гипотеза подтверждена.  
В первом эксперименте видно, что образец №3 оказался неудачным. Я считаю, что на это повлиял сильный электрический ток (1150 мА). 
К сожалению, во втором эксперименте я не смог получить плоды редиса, возможно на это повлиял маленький размер контейнеров, где росли растения. Но я смог сравнить имеющиеся образцы. Я подсчитал количество листьев, сравнил длину побега и корневую систему. У экспериментальных образцов редиса длина побега и количество листьев было больше, а корневая система развита лучше, чем у обычных. Также я не успел закончить эксперимент с фасолью. Но, я сравнил образцы на момент закрытия эксперимента и смог получить результаты, которые так же подтвердили мою гипотезу.

Точность полученных данных было достаточно, чтобы подтвердить гипотезу. Но если бы у меня был доступ к более точному оборудованию, то данных было бы больше, что могло бы помочь усовершенствовать мой эксперимент.

Проводя эксперименты, я использовал блоки питания, подключённые к электрической сети (розетки), при использовании на больших территориях (полях), для экономии электроэнергии можно использовать альтернативные источники энергии (солнечные батареи и ветрогенераторы). Также во время эксперимента я заметил, что под воздействием электрического тока, растения обладали большим электростатическим напряжением. Это будет большим плюсом, так как электрический ток будет отпугивать насекомых-вредителей, что поможет защитить урожай и ограничить использование пестицидов. 

Мои результаты могут иметь очень большое значение в развитии сельского хозяйства. Я думаю, что фермеры смогут по достоинству оценить мою технологию, так как она не дорогая и эффективная. Я надеюсь, что данная технология сможет прийти на замену токсичным удобрениям и помочь решить многие социальные проблемы. Если ограничить использование нитратов, нитритов и пестицидов, то это сможет защитить людей от опасных заболеваний и фрукты и овощи станут по-настоящему полезными.

Безусловно, нужно дальше работать в этом направлении. Сейчас очень актуальна проблема, связанная с плохим урожаем и требуется хорошая разработка для решения этой проблемы. Я буду продолжать работать в этом направление, это не только интересно для меня, но и будет полезно для людей.

По завершению эксперимента у меня появились некоторые вопросы. В эксперименте я воздействовал электрическим током на корневую систему растений, помещая электроды в грунт, и у меня возник вопрос, будет ли более эффективно воздействовать на растение, подключая один электрод к стеблю растения, а другой электрод, помещая в грунт, или поместить оба электрода в лист или стебель.
Для того чтобы усовершенствовать мой проект нужно попробовать использовать все возможные методы. Этим я буду заниматься в ближайшее время.

 

 

  • В первую очередь я хочу поблагодарить своих родителей за поддержку и помощь в моём проекте. Я бы не смог обойтись без помощи своих учителей Цеханович Елене Кимовне и Галановой Наталье Валерьевне я всегда мог задать им интересующий меня вопрос. Также я хочу выразить благодарность финалистке Google Science Fair 2012 Милене Клименко, я всегда мог получить от неё помощь и информацию о подаче проекта. 
  • Все опыты и эксперименты я проводил дома. Я использовал различное оборудование, и материалы которое приобретал в магазинах либо использовал уже имеющиеся дома. Также я использовал школьное оборудование, которое мне было предоставлен Бадылевич Еленой Николаевной.
  • В своей работе я не мог обойтись без использования различных информационных источников. Мне пришлось прочесть много статей и просмотреть большое количество сайтов. ​Ниже приведены все информационные источники, которые я использовал в своём проекте.

 

Сайты

Академик http://dic.academic.ru/.
Большая Научная Библиотека DJVU http://enc.sci-lib.com.
Википедия - свободная энциклопедия http://ru.wikipedia.org.
Все о растениях http://www.vseorasteniyah.ru.
Интерактивно-новостной портал "WWW.PROGOROD43.RU" http://progorod43.ru.
Интересные факты - Интересные факты из истории http://1interesnoe.info.
Интернет портал "Газета садовод" http://gazetasadovod.ru
Сайт "Класс!ная физика" http://class-fizika.narod.ru
Учебник по ботанике http://www.botanik-learn.ru.
Электрик Инфо http://electrik.info.
Электронная библиотека Белорусского государственного университета  http://www.elib.bsu.by.
Научная электронная библиотека диссертаций и авторефератов disserCat http://www.dissercat.com
Национальный Агропортал http://articles.agronationale.ru.
Science Buddies http://www.sciencebuddies.org

 

Литература

Великанов Г. А., Пономарева А. А., Белова Л.П., Леванов В.Ю. Контакты мембраны эндоплазматического ретикумула с плазмалеммой в растительных клетках // Цитология. - 2010.
Гордеев А.М., Шешнев В.Б. Электричество в жизни растений // Наука. Человек и окружающая среда - 1991. 
Дитченко Т. И., Кудряшов А. П., Юрин В.М. Модификация активности протонного насоса плазмалеммы растительной клетки под действием производных 1,2,4 - Триазола // Биофизика и биохимия растений. - 2002.
Китлаев Г.Б., Диас С., Вера-Рамос Т.Ю., Долгих Ю.И., Бутенко Р.Г. Стимуляция слабым электрическим током регенерации растений в культуре тканей кукурузы // Биотехнология. - 2001
Кудряшов А.П., Кудряшова В.А., Цап Т.В. Поляризация плазмалеммы растительных клеток и регуляция процессов ионного транспорта // Биофизика и биохимия растений. - 2006.
Минина Е. А. Свойства 4/1-подобных белков растений - возможных факторов внутри- и межклеточного транспорта // Молекулярная биология - 2007.
Мрачковская А.Н. Влияние слабого электрического тока на посевные качества семян и урожайности яровой пшеницы // Растениеводство. - 2009. 
Ларцев В.В. Способ электростимуляции жизнедеятельности растений // Растениеводство. - 2002. 
Пушкина Н. В., Любецкий Н.В., Карпович В. А., Родионова В. Н. Модифицированный метод предпосевной микроволновой обработки семян. - 2012
Серова В. В. Влияние салициловой кислоты на симпластный транспорт вируса табачной мозаики // Физиология и биохимия растений. - 2006.
Сибгатуллин Т.А. Гидродинамические параметры растительных тканей // Биофизика - 2010.
Хульзер Д., Цемпель Г., Ройс Б., Зур Д., Шаровская Ю.Ю., Муравьева О. В., Дунина-Барковская А. Я., Марголис Л.Б. Арахидоновая кислота обратимо блокирует высокопроницаемые межклеточные контакты // Биологические Мембраны - 1994.
Karl J. O., Alison G. R. Plasmodesmata. A Not So Open-andShut Case // Plant Physiology. -  January 2001 vol. 125 no.1 123-126. 

 

 

В конце я бы хотел добавить.
Я занимался этим проектом на протяжении четырёх месяцев. Напечатал более 3000 слов, изучил большое количество информации, приобрёл и сделал много оборудования. Сейчас, когда я отправляю этот проект на конкурс, я чувствую что сделал что-то хорошее и полезное. Мне было очень приятно и интересно наблюдать, как на моих глазах из маленького семени появляется большое и красивое растение, которое может дать ещё много таких семян, и это может продолжаться бесконечно...

Back to Dashboard