ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ
АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ НА ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

Пенкина Екатерина Сергеевна

студент 3 курса факультета Экологии и ландшафтной архитектуры,

направления Экология и природопользование Ставропольского

государственного аграрного университета, г. Ставрополь

Е-mail:

Пашкова Елена Валентиновна

научный руководитель, канд. технических наук, доцент кафедры химии и защиты растений факультета Экологии и ландшафтной архитектуры Ставропольского государственного аграрного университета, г. Ставрополь

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.[2]

Целью наших исследований являлось изучение механизмов биологического действия ЭХА воды на 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.[1]

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

Основные процессы, происходящие при электроактивации и формирующие высокоактивные свойства ХЭА воды можно представить следующим образом (рисунке 1).

Рисунок 1 Схема формирования высокоактивных свойств ЭХА воды

Отмечено, что при ЭХА воды наблюдается изменения значений водородного показателя рН и окислительно-восстановительного потенциала ОВП, Так рН католита  возрастает от исходного 7 до 10.8ед., ОВП понижается от +300мВ до –300…-800мВ., а рН анолита понижается с 7 до 2.3 ед., ОВП увеличивается с +300 мВ до +400…+800 мВ. Эти показатели  стабильно сохраняются длительное время, при отсутствии воздействия дестабилизирующих факторов. Причем, как показали исследования, аномальные свойства ЩВ менее устойчивы при хранении, чем у КВ. В соответствии с этим рекомендуется использовать ЩВ сразу после ее получения.

На низкие значения рН анолита (2-4) в значительной степени влияет большое количество образующихся кислот (хлорноватая, хлорноватистая, соляная и др.), а также высокая концентрация ионов водорода и гидроксония Н₃О⁺, имеющая место быть в анодной полости электролизера после активации. На высокие значения рН (9-11) католита влияет большое количество образующихся гидроксидов металлов, высокая концентрация гидроксид-ионов и всевозможных гидратированных частиц состава. Н₃О₂^-, Н₅О₃^-, Н₇О₅^-, Н₉О₇^-. Все они образуются в минусовой зоне электролизера у катода. Низкие значения ОВП католита объясняются, видимо, наличием в активированных средах огромного количества свободных радикалов, отрицательных ионов, которые увеличивают общую проводимость раствора, что усиливает его свойства и придает католиту свойства катализатора.[4]

Существует два вида установок для ЭХА воды: проточного и циклического типа. Нами была сконструирована установка для электроактивирования воды 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 Юбилейная. 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.[5]

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, [3] 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.

Список литературы:

1. Бахир В.М. Химический состав и свойства электрохимически активированных растворов. М.; 1990г.
2. Брыкалов А.В., Плющ Е.В. Оценка влияния электрохимически активированной воды на ферментативную активность семян / Современные наукоемкие технологии. – 2004. - №4 - С.83
3. Лагутин В.В. Электрохимические показатели активированной воды для возделывания овощей  на орошаемых огородах // Материалы 5-й Региональной конференции молодых исследователей Волгогр. обл. / ВГСХА. – Волгоград, 2001. – с.123-125.
4. Прилуцкий В.И., Бахир В.М. Электрохимически активированная вода: аномальные свойства, механизм биологического действия/ ВНИИИ мед. Техники. –М., 1997. –232с.
5. Шипуля А.Н., Волосова Е.В., Соловьева К.Р. Исследование влияния электрохимически активированной воды на ростовые процессы / Сборник научных статей Sworld.-2014.- Т.27.- №2. – С.91-94