Rośliny w polu elektrycznym !

Tropizmy to sposób reakcji organizmów na bodźce środowiskowe. Jednym z nich jest elektrotropizm, czyli sposób reakcji na obecność i natężenie pola elektrycznego.

Wszyscy jesteśmy poddani działaniu naturalnego pola elektrycznego, którego wartość wynosi średnio około 130 V/m na całej Ziemi w czasie dobrej pogody. Jednak obecność różnych obiektów może modyfikować pole elektryczne Ziemi. Linie pola elektrycznego są zakłócane także przez rośliny. Największe skupienie tych linii znajduje się na czubku rośliny. Linie koncentrują się na zakończeniach czubków wzrostu. Na ziemię roślina rzuca swego rodzaju elektryczny cień. Pod nią pole elektryczne jest słabsze niż na otwartej przestrzeni. Czy dlatego lubimy leżeć w cieniu drzew, nie zdając sobie sprawy, że leżymy nie tylko w cieniu „świetlnym”, ale także jesteśmy poddani działaniu mniejszego pola elektrycznego? A może w ogóle uciekamy na „świeże powietrze”, aby znaleźć się w naturalnym polu Ziemi, które ekranują nasze nowoczesne domy?
Prof. Stanisław Gorgolewski związał swoje życie zawodowe z pod toruńskim ośrodkiem radioastronomicznym w Piwnicach. Zajmował się szkoleniem zespołu kadr i instrumentacją oraz konstrukcją radioteleskopów, które umożliwiają obserwację nieba.

Ekran Faradaya

Obok budynku, gdzie pracował, rósł żywopłot z morwy. - Około 20 lat chodziłem obok tych roślin, a nie zauważyłem, że morwy, wbrew naturalnym tendencjom, rosły tylko w stronę północną, a nie południową, czyli do słońca. Nie zwracał uwagi na dziwne zachowanie roślin do czasu, gdy przeszedł na emeryturę. Zaczęto wówczas wycinać żywopłot. Zastanowiło go, skąd bierze się ta anomalia. Okazało się, że z jednej strony, od południa właśnie, rośliny „ograniczała” mało widoczna wśród liści siatka metalowa. - Była przezroczysta dla światła w 89 procentach - mówi prof. Gorgolewski. - Gałęzie i liście powinny swobodnie przerastać przez siatkę, a tego nie robiły. Doszedł do wniosku, że siatka wpływała na wzrost krzewów nie tyle swoją fizyczną obecnością, ile ekranowaniem elektrycznego pola atmosfery. Było ono ekranem Faradaya dla roślin. Ta obserwacja skoncentrowała zainteresowanie radio astronoma na wpływie pola elektrycznego na rośliny. Ponad dziesięć lat bada to zjawisko, nie tylko obserwując naturę, ale eksperymentując z różnymi gatunkami roślin, które uprawia, poddając je działaniu pola elektrycznego.
Rośliny reagują na szereg bodźców środowiskowych. Rosnąc, muszą na przykład przezwyciężyć siłę grawitacji. Mówimy wtedy o zjawisku grawitropizmu, czyli podążaniu rośliny za oddziaływaniem pola grawitacyjnego. Wpływ światła na rośliny nazywamy fototropizmem, a podatność na oddziaływanie różnych substancji - chemotropizmem. Tigmotropizm to wpływ czynników mechanicznych, na przykład obecności podpór w pobliżu rośliny. Hydrotropizm to podążanie za wilgocią (dodatni) lub jej unikanie (ujemny). Tropizmy to sposób reakcji organizmów na bodźce środowiskowe. Jednym z nich jest elektrotropizm, czyli sposób reakcji na obecność i natężenie pola elektrycznego (tzn. wektora E mierzonego w woltach na metr V/m). Intensywność i kierunek wzrostu wielu roślin elektrotropowych zależą bowiem od wielkości i kierunku linii pola elektrycznego. Nie wszystkie rośliny reagują na pole elektryczne jednakowo. Te, które charakteryzują się elektrotropizmem, podążają w kierunku dodatnich ładunków tworzących pole elektryczne. Około połowa wszystkich roślin nie reaguje w ogóle lub minimalnie na pole elektryczne rzędu 130 V/m (głównie trawy).

Elektryczna stymulacja

Prof. Gorgolewski zbudował początkowo dwie klatki do uprawy roślin (sześciany o boku 0,5 m). Można w nich generować pola elektryczne 130 V/m. Siatka „podłogi” ma biegun ujemny, a „sufitu” dodatni i stanowi pole odniesienia takie, jak w przyrodzie. Pole 1,6 kV/m w kolejnych eksperymentach skierowane było w trzech różnych kierunkach: „+” u góry, a „-” na dole (+/-) i odwrotnie (-/+) oraz horyzontalne -|+. Uprawiał w pojemnikach między innymi sałatę i kukurydzę. O ile ta pierwsza - dwuliścienna - jest rośliną, która wykazuje wyraźny elektrotropizm, czyli zależność tempa i kierunku wzrostu od natężenia i kierunku pola elektrycznego, o tyle kukurydza - jako trawa, roślina jednoliścienna - nie wykazuje elektrotropizmu, pole elektryczne nie wpływa na jej wzrost. Zdaniem prof. Gorgolewskiego pole elektryczne działa na niektóre rośliny jak hormon wzrostu. Sałata najbujniej rozwijała się w polu horyzontalnym -|+ 1,6 kV/m. Oczywiście morwa także wykazywała elektrotropizm w naturalnym polu Ziemi o natężeniu 130 V/m, ale tylko w kierunku północnym, bo nie była ekranowana tak, jak z kierunku południowego przez uziemioną metalową siatkę płotu.
Swoje badania uczony prowadzi głównie za własne pieniądze, traktując je jako rodzaj bardzo interesującego, ale i ważnego hobby. - To nawet coś więcej niż hobby. Jestem na emeryturze i mogę robić, co chcę - mówi z radością. Wyniki obserwacji i przemyśleń na temat wpływu pola elektrycznego na wzrost roślin przedstawiał i publikował na sympozjach COSPAR i URSI. Uważa, że należy zwrócić uwagę na pole elektryczne w pojazdach i stacjach kosmicznych - powinno się przywrócić tam naturalne pole elektryczne. Prof. Gorgolewski sądzi, że choć w uprawie roślin bierze się pod uwagę wiele czynników, nikt nie doceniał dotąd znaczenia pola elektrycznego. Modyfikujemy wzrost roślin podając im nawozy (wykorzystujemy w ten sposób chemotropizm), podlewamy je (wykorzystujemy hydrotropizm), doświetlamy (fototropizm) i ogrzewamy (termotropizm) odpowiednio rośliny w hodowli szklarniowej, by lepiej rosły. - Nikt chyba nie próbował wykorzystać w celu poprawy wydajności uprawy roślin elektrotropizmu - mówi prof. Gorgolewski. - Moje eksperymenty pokazują, że w przypadku roślin elektrotropowych można zastosować pole elektryczne w celu poprawy wzrostu roślin niezależnie od modyfikacji genetycznych czy intensywniejszego nawożenia.
Ostatnio profesor zajął się badaniem wpływu pola elektrycznego na przebieg fotosyntezy i uzyskał kilka ważnych wyników. Trudno powiedzieć, czy zjawisko elektrotropizmu uda się kiedyś powszechnie wykorzystać w hodowli roślin na Ziemi. Wykorzystanie elektrotropizmu pewnych roślin umożliwiłoby ich uprawę podczas długotrwałych lotów kosmicznych na orbicie czy ewentualnie na Marsa. Stworzenie sztucznego pola elektrycznego przywróciłoby bowiem roślinom wyczucie kierunku i tym samym umożliwiło normalny rozwój.


WPŁYW POLA MAGNETYCZNEGO NA KIEŁKOWANIE I
POCZĄTKOWY WZROST ROŚLIN UPRAWNYCH

Streszczenie

Niniejszy artykuł przedstawia pracę przeglądową dotyczącą wpływu pola
magnetycznego na kiełkowanie i początkowy wzrost roślin uprawnych. Zagadnieniem pola
magnetycznego zainteresowano się już w czasach starożytnych, gdzie wykorzystane zostało do
zbudowania kompasów w starożytnych Chinach. W czasach nowożytnych kontynuacja nauki o polu magnetycznym przybrała charakter praktyczny, a badacze doszukują się wyjaśnienia
mechanizmów wpływu pola magnetycznego na rośliny oraz ich stymulujących właściwości. Z
doniesień literatury krajowej i zagranicznej wynika, że pole magnetyczne zmieniając przebieg
niektórych procesów fizjologicznych i biochemicznych w nasionach oddziałuje na kiełkowanie i późniejszy rozwój roślin. W konsekwencji obserwuje się wysoką równomierność wschodów i szybkie tworzenie łanu, co zwiększa konkurencyjność roślin uprawnych w odniesieniu do chwastów, ułatwia wykonywanie zabiegów pielęgnacyjnych, a także zapewnia wyrównany plon. Może mieć to duże znaczenie praktyczne dla wymogów nowoczesnego i proekologicznego rolnictwa, które zmusza do poszukiwania bezpiecznych dla środowiska i człowieka sposobów wpływających na poprawę wydajności produkcji oraz jakości uzyskiwanego plonu.

WSTĘP

Pole magnetyczne jako swoisty fenomen towarzyszy naszej planecie od
niepamiętnych czasów. Pierwsze wzmianki o wykorzystaniu zjawiska magnetyzmu
pochodzą już ze starożytności. Kompasy, które wykorzystane były w nawigacji
pojawiły się w Azji (Chinach) na przełomie I wieku p.n.e a I wiekiem n.e. Bardziej
sprecyzowany opis zjawisk magnetyzmu zawdzięczamy jednak badaniom nad prądem
elektrycznym, które ujawniły bliski związek pola magnetycznego z elektrycznym i
możliwość wzajemnej indukcji obu pól.
W połowie XVI i początku XVII wieku istotny przełom w badaniu magnetyzmu zawdzięczamy Williamowi Gilbertowi [1600], który
na podstawie własnych eksperymentów prowadzonych przez kilkadziesiąt lat opisał je
w dziele „O Magnesach i ciałach magnetycznych (De Magnete)”.Autor w swym dziele
przedstawił planetę Ziemię jako kulę, która jest sama w sobie namagnesowana i dlatego
uważał, że igła kompasu wskazuje na północ (poprzednio ludzkość wierzyła, że to
gwiazda polarna lub wielka magnetyczna wyspa na biegunie północnym są
odpowiedzialne za przyciąganie igły kompasu).
Prace nad magnetyzmem rozwijały się następnie w XIX w. za sprawą odkryć
Christiana Oersteda, Michaela Faradaya, Andre-Marie Amprere’a, jednocześnie wzrasta
zainteresowanie badaczy nad oddziaływaniem magnetyzmu na różne substancje
[Hammond 1999]. Pierwsza wzmianka, która ukazuje wpływ pola magnetycznego na
organizmy żywe (w tym przypadku na roślinę) przypada na II połowę XIX wieku, a
autorem był J. Renke. Badacz w swoich eksperymentach nie stwierdził jednak żadnego
wpływu pola magnetycznego na kiełkowanie nasion i wzrost roślin [Reinke 1876].
Następnie pod koniec XIX wieku Tolomei wydał pracę, w której opisał wpływ pola
magnetycznego na wzrost roślin [Tolomei 1893]. Był również pierwszym naukowcem,
który stwierdził, iż rośliny charakteryzuje magnetotropizm [Pietruszewski 1999,
Galland i Pazur 2005], czyli kierunkowy wzrost systemu korzeniowego w polu
magnetycznym. Wykazano na przykład [Murphy 1942, Pittman 1965, Mc Kenzie i
Pittman 1980], że w przypadku zbóż, kukurydzy i fasoli uzyskano wzrost plonów
podczas siewu w kierunku południowym pola geomagnetycznego. Odkryto, że system
korzeniowy w zależności od typu symetrii nasion zwraca się ku południowemu lub
północnemu biegunowi magnetycznemu. Poprzez odpowiednie ułożenie zarodków
nasion można więc uzyskać większy procent wykiełkowanych nasion, lepsze
ukorzenienie i rozwój roślin. W starszych pracach związanych z magnetotropizmem
koncentrowano się na wpływie ułożenia zarodków zarówno zgodnie, jak i przeciwnie
do zewnętrznego pola magnetycznego [Audus 1960, Dubrov 1970, Chanhan i Agrowal
1977]. Obecnie doszukuje się stymulującego wpływu oddziaływania pola
magnetycznego ma wzrost i rozwój roślin.
W Polsce badania dotyczące wykorzystania pola magnetycznego do stymulacji
nasion podjęto już w latach osiemdziesiątych. W badaniach używano między innymi
stałych i zmiennych pól magnetycznych.

MECHANIZM ODDZIAŁYWANIA POLA MAGNETYCZNEGO NA NASIONA
I ROZWÓJ ROŚLIN

Dotychczas nie udało się dokładne poznać i opisać sposobu oddziaływania pola
magnetycznego na nasiona i rośliny. W większości przeprowadzonych badań wykazano
korzystny wpływ pola magnetycznego na nasiona i rozwój roślin. Ze względu na
znaczną rozbieżność uzyskiwanych rezultatów wynikającą z różnych warunków
prowadzenia badań trudno jest dokonać porównania i interpretacji uzyskanych
wyników. Wskazuje to również na zależność efektów stymulacji nasion od wielu
czynników fizycznych m.in.: dawki ekspozycyjnej, rodzaju pola magnetycznego,
konstrukcji urządzenia do stymulacji oraz czynników przyrodniczych takich jak:
gatunek i odmiana rośliny, wilgotność nasion oraz przebieg pogody w okresie
wegetacji. Tłumaczenie zjawiska stymulacji materiału roślinnego opiera się najczęściej
na hipotezach, które częściowo zostały poparte badaniami głównie z zakresu biochemii
i fizjologii. Zdaniem Aristarchova i in. [1978] pole magnetyczne wpływa na zmiany
szybkości lub mechanizmu dyfuzji jonów i orientacji biologicznych molekuł
obdarzonych podatnością magnetyczną, co może powodować zmianę przebiegu reakcji
biochemicznych na skutek działania pola magnetycznego na struktury elektronowe
molekuł. Niektórzy badacze [Liboff 1969, Neurath 1969] uważają, że pole magnetyczne
zmienia przepuszczalność błon komórkowych, przez co zwiększa się szybkość dyfuzji
jonów przez membrany komórkowe. Według Sedlaka [1988] oddziaływanie czynników
fizycznych na nasiona można tłumaczyć na podstawie teorii bioplazmy, którą stanowi
przestrzeń wypełniona fotonami i polem elektromagnetycznym. Bioplazma zapewnia
przepływ swobodnej energii dostarczanej przez pola magnetyczne i elektryczne.
Zdaniem Wadasa [1978] pole magnetyczne oddziałuje na organizmy żywe poprzez
nie skompensowane spiny elektronowe, działanie na ciekłe kryształy oraz na poruszające
się ładunki elektryczne. Według Grzesiuka i Kulki [1986] czynniki fizyczne oddziałują
wszechstronnie na nasiona roślin uprawnych, ale w największym stopniu stymulują
przebieg procesów enzymatycznych. Lebiediev i in [1975] wskazali na zwiększoną
aktywność lipazy, amylazy i katalazy w nasionach słonecznika, pszenicy, oraz soi
poddanej działaniu pola magnetycznego, z kolei Pittman [1971] wykazał zwiększoną
aktywność enzymów amylolitycznych w kiełkujących nasionach jęczmienia. Z
dotychczas przeprowadzonych badań wynika, że pole magnetyczne stymuluje
aktywność niektórych enzymów nie tylko u roślin, ale także u zwierząt [Young 1969].
Według Wojtusiaka i Majlerta [1992] duże znaczenie w oddziaływaniu pola
magnetycznego na organizmy roślinne i zwierzęce może odgrywać woda, która jest
bardzo wrażliwa na pola elektromagnetyczne o nawet niewielkiej energii. Dużą rolę
przypisuje się również własnym polom biomagnetycznym obecnym w każdym żywym
organizmie.

WPŁYW POLA MAGNETYCZNEGO NA KIEŁKOWANIE I WZROST
ROŚLIN UPRAWNYCH

Z doniesień literatury krajowej i zagranicznej wynika, że pole magnetyczne
zmieniając przebieg niektórych procesów fizjologicznych i biochemicznych w
nasionach oddziałuje także na kiełkowanie i późniejszy rozwój roślin. Zwiększona
aktywność enzymatyczna nasion stymulowanych wskazuje na większe zawansowanie
procesu kiełkowania w porównaniu z nasionami kontrolnymi. Od dynamiki kiełkowania
nasion w dużym stopniu zależy przebieg wzrostu i rozwoju roślin w późniejszych
etapach ontogenezy. Według Kornarzyńskiego i Pietruszewskiego [2011] pole
magnetyczne oddziałuje szczególnie wyraźnie na początkowy okres rozwoju roślin
strączkowych. Siewki roślin wyrosłych z nasion szybko kiełkujących są na ogół lepiej
wykształcone i charakteryzuje je większy wigor. Wyrosłe z nich rośliny są natomiast
odporniejsze na niekorzystne czynniki środowiska, szybciej rosną i lepiej plonują.
Badania Podleśnego i Pietruszewskiego [2006] wykazują, że rośliny łubinu białego
wyrosłe z nasion stymulowanych polem magnetycznym były wyższe niż w obiektach
kontrolnych i zdecydowanie wcześniej zakwitały. Traktowane polem magnetycznym
nasiona szybciej pęcznieją i rozpoczynają kiełkowanie, czego efektem są wcześniejsze i
bardziej równomierne wschody roślin [Alexander i Doijode 1995, Hirota i in. 1999,
Podleśny i in. 2004]. Badania obejmowały między innymi: zboża (z uwzględnieniem
kukurydzy i ryżu), groch, fasolę, pomidor, kapustę, sałatę, paprykę, ogórek, melon, so ję,
bawełnę, słonecznik, łubin, rzodkiewkę, orzeszki ziemne, buraka cukrowego,
ziemniaka, len, grykę, peluszkę, cebulę. Znaczącą większość prac wykazała korzystny
wpływ przedsiewnej obróbki nasion za pomocą stałego pola magnetycznego,
przejawiający się przyspieszeniem i zwiększeniem zdolności kiełkowania [Ling i in.
1992, Podleśny 2004]. W przypadku gdy nie wykazano korzystnego wpływu
omawianego czynnika stosowano bardzo krótkie, sekundowe czasy ekspozycji
stosunkowo słabych pól lub wyniki przedstawiono w sposób nieuporządkowany i nie
pozwalający na prawidłowe sformułowanie wniosków [Strenienko 1978].
Szereg prac, poza kiełkowaniem czy wschodami polowymi i plonem,
wykazywało wpływ pola magnetycznego na pewne cechy fizjologiczne kiełkujących
nasion. W nasionach poddanych magnetostymulacji następowało:
- zmiana stosunku wody mocno i luźno związanej w komórce [Amiri i Dadkhah 2006];
- zwiększenie zawartości cukrów [Rochalska 2003];
- przyrost suchej masy siewek [Phirke i Umbarkar 1998];
- wydłużenie i przyspieszenie wzrostu siewek [Apasheva i in. 2006];
- zmniejszenie pochłaniania tlenu podczas pierwszych dni kiełkowania z jednoczesnym
zwiększeniem syntezy białka i kwasów nukleinowych [Striekova i in. 1965];
- zwiększenie zawartości barwników fotosyntetycznych i liczby plastydów w
komórkach [Tugulea i in. 2000];
- u dyniowatych zwiększała się liczba kwiatów żeńskich [Rochalska 2003].
Ciekawym zjawiskiem jest działanie pola magnetycznego chroniące przed
niekorzystnymi efektami promieniowania jonizującego [Rybiński i in. 2004]. Ponadto
pole o indukcji 2,5 mT zmniejszało liczbę martwych nasion oraz nieprawidłowo
wykształconych siewek pszenicy i bobiku wyrosłych z nasion traktowanych
promieniowaniem jonizującym [Kortava 1977]. Znany jest również wpływ pola
magnetycznego o indukcji 4 mT, które chroniło kiełkujące nasiona zbóż przed
działaniem wysokich temperatur sięgających nawet 65 – 70oC, czyli w zakresie w
którym normalnie nasiona nie kiełkują w ogóle [Novickij i Tichomirova 1977].

PODSUMOWANIE

Pomimo przeprowadzenia szerokich badań mechanizmy działania pola
magnetycznego na rośliny nie są do końca wyjaśnione. Interesujący jest natomiast fakt,
iż stymulacja polem magnetycznym wpływa szczególnie dobrze na początkowe etapy
życia roślin (kiełkowanie i wzrost). W nasionach obserwuje się zwiększoną zdolność
kiełkowania. Siewki uzyskane z nasion poddanych działaniu pola magnetycznego
szybciej rosną, prawdopodobnie dzięki lepszemu wykorzystaniu materiałów
zapasowych zawartych w nasionach. Korzystny wpływ magnetostymulacji jest tym
wyraźniejszy, im gorsza jest jakość nasion. Ma to duże znaczenie praktyczne, gdyż
wysoka równomierność wschodów i szybkie tworzenie łanu zwiększa konkurencyjność
roślin uprawnych w odniesieniu do chwastów, ułatwia wykonywanie zabiegów
pielęgnacyjnych oraz zapewnia wyrównany plon.
Tematyka ta będzie z pewnością przedmiotem zainteresowań nauki, bowiem
zdaniem wielu autorytetów naukowych zagadnienia z pogranicza biologii i fizyki
wymagające działań interdyscyplinarnych będą jednymi z ważniejszych badań
prowadzonych w obecnym stuleciu, a wyjaśnienie ich mechanizmów działania będzie
dużym wyzwaniem dla nauki XXI wieku i takich dziedzin jak: biofizyka, fizjologia,
biochemia, agrotechnika, elektronika, czy agrofizyka.

Nauka i Wiedza !

Mam nadzieję, że ten artykuł pomoże spojrzeć na naszą pasję też z innej strony.

Pozdro
G.