Фiтоiндикацiя стану навколишнього природного середовища з використанням електрофiзiологiчних методiв
The questions of the variety of the biological potentials of plants, their origin, properties, and methods of measurement are considered. The dynamics of the electrophysiological data of wheat plants Myronivska-65 under the acidening of soils is investigated, and the correlation between the researc...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4095 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Фiтоiндикацiя стану навколишнього природного середовища з використанням електрофiзiологiчних методiв / I.А. Чемерис // Доп. НАН України. — 2008. — № 2. — С. 186-191. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-4095 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-40952009-12-11T17:29:40Z Фiтоiндикацiя стану навколишнього природного середовища з використанням електрофiзiологiчних методiв Чемерис, I.А. Екологія The questions of the variety of the biological potentials of plants, their origin, properties, and methods of measurement are considered. The dynamics of the electrophysiological data of wheat plants Myronivska-65 under the acidening of soils is investigated, and the correlation between the researched characteristics is determined. The calculated regression equation enables one to predict the expected levels of voltage and resistance for the determined data of soil acidity. The conclusions are made on the reliability of electrophysiological data and the possibility to use the method in the practice of ecology biomonitoring. 2008 Article Фiтоiндикацiя стану навколишнього природного середовища з використанням електрофiзiологiчних методiв / I.А. Чемерис // Доп. НАН України. — 2008. — № 2. — С. 186-191. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4095 504.064:581.5 uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Екологія Екологія |
| spellingShingle |
Екологія Екологія Чемерис, I.А. Фiтоiндикацiя стану навколишнього природного середовища з використанням електрофiзiологiчних методiв |
| description |
The questions of the variety of the biological potentials of plants, their origin, properties, and methods of measurement are considered. The dynamics of the electrophysiological data of wheat
plants Myronivska-65 under the acidening of soils is investigated, and the correlation between the researched characteristics is determined. The calculated regression equation enables one to
predict the expected levels of voltage and resistance for the determined data of soil acidity. The
conclusions are made on the reliability of electrophysiological data and the possibility to use the
method in the practice of ecology biomonitoring. |
| format |
Article |
| author |
Чемерис, I.А. |
| author_facet |
Чемерис, I.А. |
| author_sort |
Чемерис, I.А. |
| title |
Фiтоiндикацiя стану навколишнього природного середовища з використанням електрофiзiологiчних методiв |
| title_short |
Фiтоiндикацiя стану навколишнього природного середовища з використанням електрофiзiологiчних методiв |
| title_full |
Фiтоiндикацiя стану навколишнього природного середовища з використанням електрофiзiологiчних методiв |
| title_fullStr |
Фiтоiндикацiя стану навколишнього природного середовища з використанням електрофiзiологiчних методiв |
| title_full_unstemmed |
Фiтоiндикацiя стану навколишнього природного середовища з використанням електрофiзiологiчних методiв |
| title_sort |
фiтоiндикацiя стану навколишнього природного середовища з використанням електрофiзiологiчних методiв |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Екологія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4095 |
| citation_txt |
Фiтоiндикацiя стану навколишнього природного середовища з використанням електрофiзiологiчних методiв / I.А. Чемерис // Доп. НАН України. — 2008. — № 2. — С. 186-191. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT čemerisia fitoindikaciâstanunavkolišnʹogoprirodnogoseredoviŝazvikoristannâmelektrofiziologičnihmetodiv |
| first_indexed |
2025-07-02T07:19:53Z |
| last_indexed |
2025-07-02T07:19:53Z |
| _version_ |
1836518782060724224 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
2 • 2008
ЕКОЛОГIЯ
УДК 504.064:581.5
© 2008
I.А. Чемерис
Фiтоiндикацiя стану навколишнього природного
середовища з використанням електрофiзiологiчних
методiв
(Представлено членом-кореспондентом НАН України А.П. Травлєєвим)
The questions of the variety of the biological potentials of plants, their origin, properties, and
methods of measurement are considered. The dynamics of the electrophysiological data of wheat
plants Myronivska-65 under the acidening of soils is investigated, and the correlation between
the researched characteristics is determined. The calculated regression equation enables one to
predict the expected levels of voltage and resistance for the determined data of soil acidity. The
conclusions are made on the reliability of electrophysiological data and the possibility to use the
method in the practice of ecology biomonitoring.
Фiтоiндикацiйнi методи дослiдження навколишнього природного середовища набувають ве-
ликого значення у практицi екологiчного бiомонiторингу. Найпростiшими є дослiдження на
органiзмовому (консорцiйному) рiвнi. Перспективи розвитку такого напряму дослiджень,
як електрофiтоiндикацiя змiн стану довкiлля пiд впливом антропогенних забруднювачiв,
спрямованi на вивчення бiоелектричної активностi з метою ведення селекцiйного процесу
деревостану в лiсiвництвi [1–5]. На сьогоднi залишаються не вирiшеними питання можли-
востi застосування електрофiзiологiчних методiв при дiагностицi стану рослин в умовах
аеротехногенного навантаження на екосистеми.
Основи електрофiзiологiї, яка вивчає електричнi прояви життєдiяльностi клiтин, тка-
нин, органiв для з’ясування їх природи i можливого фiзiологiчного значення, а також ви-
користання точних показникiв функцiонування [1], були закладенi Л. Гальванi у 1791 р. На
Українi дослiдженнями бiоелектричної активностi рослин з 1970 рокiв займається Г.Т. Кри-
ницький [2–4]. Й.В. Гриб вивчав напругу в зонi впливу вищих водних рослин у непроточних
водоймах [6]. Бiологiчно активнi точки (БАТ) рослин описано В. В. Жуковим [7]. З до-
слiдницькою метою можна вимiрювати рiзницю потенцiалiв як на поверхнi органу, так i
в серединi [8]. Але, виходячи з того що електричну активнiсть рослин визначають з метою
монiторингу, доцiльнiше, на нашу думку, проводити вимiри на поверхнi рослин.
186 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №2
Рис. 1. Розподiл БАТ (◦) на листках клену (а), горiха (б ), тополi (в) та берези (г), за В. В. Жуковим [7]
Електрограма — часова залежнiсть змiни у часi рiзницi потенцiалiв ∆ϕ(t). Тому вва-
жаємо, що електрограму деревних рослин можна називати ЕДГ (електродендрограма). Вi-
домо, що бiоелектрична активнiсть рослин свiдчить про рiзноманiтнi фiзiологiчнi процеси,
якi вiдбуваються у тканинах, бiоелектричнi потенцiали є надiйними, точними й унiверсаль-
ними показниками життєвостi органiзмiв [5, 9–12].
Бiопотенцiали, якi утворюють живi органiзми, подiляються на потенцiали спокою, якi
ранiше називали потенцiалами пошкодження (демаркацiйними), та реактивнi потенцiали,
якi включають потенцiали дiї й градуальнi.
Потенцiали градiєнта основного обмiну, або метаболiчнi потенцiали, генеру-
ються в процесi основного обмiну, тобто у станi спокою; зумовлюють перехiд вiд одного
рiвня метаболiчної активностi до iншого; виникають мiж дiлянками клiтин з рiзним рiвнем
обмiну речовин, електронегативною є дiлянка з бiльш iнтенсивним обмiном. Потенцiали
дуже повiльно змiнюються. Прикладом таких потенцiалiв є їх рiзниця мiж освiтленою та
неосвiтленою частинами листка [10, 11].
Таким чином, бiопотенцiали виникають не тiльки за рахунок поляризацiї та деполяри-
зацiї мембран, а й за рахунок складних бiохiмiчних процесiв у складових клiтини; реалiзу-
ються на клiтиннiй мембранi у виглядi сумарної електрорушiйної сили; пiдсумком електро-
рушiйних сил є потенцiали тканин, органiв, органiзмiв [13, 14].
Методики вимiрювання бiологiчних потенцiалiв. Вiдомi методи реєстрацiї бiо-
електричних потенцiалiв пов’язанi з нанесенням ран до рiвня камбiю або фелодерми рос-
лини; точками для дослiдження є коренева шийка та вершина приросту дерева. Прилади,
якими вимiрюються бiопотенцiали, повиннi мати високий вхiдний опiр (не менше 100 мОм).
Найкращi результати дає застосування неполяризувальних електродiв — хлоросрiбних, ка-
ломельних. Вимiрювати бiопотенцiали необхiдно у сухi сонячнi днi (перiод 12–13 та 17–
18 год) зi схiдного або захiдного боку дерева [3, 15]. Але В.В. Жуков довiв, що реєстрацiя
бiопотенцiалiв на поверхнi листкiв можлива без пошкодження тканин рослини [7]. У попере-
днiх дослiдженнях використовували листя широколистяних дерев. На поверхнi листкiв було
виявлено локальнi дiлянки пiдвищеної електропровiдностi, якi названо бiологiчно активни-
ми точками (рис. 1).
Матерiали та методи дослiдження. Експериментально доведено можливостi засто-
сування в методицi електрофiзiологiчних дослiджень вольтметра В7–38 з високим вхiдним
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №2 187
Рис. 2. Динамiка змiни кислотностi грунту в експериментi з пшеницею:
1 — контроль; 2 — 0,01 М H2SO4; 3 — 0,05 М H2SO4; 4 — 0,1 М H2SO4; 5 — 0,15 М H2SO4; 6 — 0,2 М
H2SO4; 7 — 0,25 М H2SO4; 8 — 0,3 М H2SO4
опором при вимiрюваннi бiоелектричної активностi рослин. Прилад є чутливим, має достат-
ньо широкi можливостi для вимiрювання напруги та опору. В процесi дослiджень ми ви-
користовували хлоросрiбний електрод, закрiплений на листку за допомогою штатива [2–4],
з’ясували також можливостi застосування електрофiзiологiчних методiв у дiагностицi стану
рослин в умовах аеротехногенного навантаження.
Вiдомо, що одним з наслiдкiв антропогенного забруднення атмосфери кислими газами
є пiдвищення кислотностi грунтiв. Тому нами був поставлений лабораторний експеримент
з метою вивчення розбiжностi мiж показниками бiоелектричних потенцiалiв рослин, якi
ростуть на грунтах, з рiзною кислотнiстю. За об’єкт дослiдження було вибрано пшеницю
(сорт Миронiвська-65) як важливу сiльськогосподарську рослину. Це озима м’яка пшениця.
Сортова чистота рослини 98%, схожiсть 96%, енергiя проростання 94%. Зони вирощування
даного сорту — лiсостеп та полiсся. Сорт середньостиглий, посухостiйкий, має середню
стiйкiсть при заморозках та середньостiйкий до хвороб.
При досягненнi насiнням, яке пророщується, довжини колеоптилiв 10 мм, проростки бу-
ло роздiлено на фракцiї за довжиною та висаджено рослини однакових фракцiй на субстрат.
В якостi субстрату використовували грунт, який мав рiзне значення pH. Рiзну кислотнiсть
грунтiв досягли шляхом додавання у грунт розчинiв сiрчаної кислоти рiзної концентрацiї:
0,01 М; 0,05 М; 0,1 М; 0,15 М; 0,2 М; 0,25 М; 0,3 М. Таким чином, ми отримали сiм варiантiв
дослiду, в кожному з яких грунт мав рiзну кислотнiсть. Експеримент тривав чотирнад-
цять дiб. Протягом всього експерименту дослiджували динамiку змiни кислотностi грунту
(у воднiй витяжцi) (рис. 2), через кожну добу вимiрювали напругу та опiр рослини, вивчали
динамiку росту рослин. На чотирнадцяту добу було визначено довжину та масу наземної
та пiдземної частин рослини.
Результати та їх обговорення. Кислотнiсть грунту протягом експерименту поступо-
во збiльшувалася, причому iнтенсивнiше цей процес проходив у варiантах з бiльш високими
концентрацiями кислот (див. рис. 2). У контрольному варiантi кислотнiсть грунту не змiни-
лася (рис. 2, 1 ), а у варiантi, де використовували 0,3 М H2SO4, водневий показник грунту
зменшився вiд 7,4 (початок експерименту) до 3,8 (остання доба експерименту).
188 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №2
Рис. 3. Змiна опору тканин рослин пшеницi сорту Миронiвська-65 у дослiдах з сiрчаною кислотою:
1 — значення опору на другу добу експерименту; 2 — значення опору на чотирнадцяту добу експерименту
Рис. 4. Змiна напруги тканин рослин пшеницi сорту Миронiвська-65 у дослiдах з сiрчаною кислотою:
1 — значення напруги на другу добу експерименту; 2 — значення напруги на чотирнадцяту добу експери-
менту
Паралельно з дослiдженням змiни pH грунту проводили вимiрювання напруги та опору
тканин рослин. Помiтне збiльшення опору рослин на другу та останню добу експерименту зi
збiльшенням концентрацiї кислот при закисленнi грунтiв iлюструє рис. 3. Вже на другу до-
бу експерименту середнє значення опору у контрольному варiантi дорiвнювало 1395 кОм,
а у варiантi з 0,3 М розчином H2SO4 — 1890 кОм. У ходi експерименту величина опору
у дослiдних варiантах зростала, оскiльки поступово зменшувалася кислотнiсть грунту. На-
приклад, у варiантi з 0,01 М розчином H2SO4 — вiд 1402 до 1517 кОм, у варiантi з 0,15 М
розчином H2SO4 — вiд 1536 до 1689 кОм, у варiантi з 0,3 М розчином H2SO4 — вiд 1890
до 1966 кОм.
Значення напруги рослин на другу та останню добу експерименту iлюструє рис. 4. Слiд
зазначити, що вже на другу добу експерименту помiтна рiзниця в показниках напруги: якщо
у контрольних варiантах середнє значення напруги дорiвнювало 88 мВ, то у варiантi, де
використовували 0,3 М розчин H2SO4, — 52 мВ. Особлива велика рiзниця спостерiгалася на
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №2 189
чотирнадцяту добу експерименту: у контролi — 83 мВ (pH грунту 7,4), а у варiантi з 0,3 М
розчином H2SO4 (pH грунту 3,8) — 35 мВ. Таким чином, закислення грунтiв спонукає
зменшення величини бiоелектричних потенцiалiв рослини, оскiльки пригнiчуються життєвi
функцiї рослини.
Таким чином, iз зростанням кислотностi грунту зростає опiр тканин рослини. Це можна
пояснити тим, що зi збiльшенням забруднення грунту у клiтинному соку рослини зростає
концентрацiя iонiв (у даному випадку iонiв водню та сульфат-iонiв), посилюються мiжiоннi
зв’язки, зменшується активнiсть iонiв, що утруднює протiкання струму, тобто збiльшується
опiр тканин.
При дослiдженнi кореляцiї (r) мiж показниками кислотностi грунту та значеннями на-
пруги (U) й опору (ρ) тканин рослин пшеницi вiдзначено високу силу зв’язку мiж змiнними:
U : r = 0,98, tФ = 13,85;
ρ : r = −0,99, tФ = 19,80 при t0,05 = 2,26, n = 10.
Для визначення залежностi мiж електрофiзiологiчними показниками (кореляцiйний
зв’язок) та pH (кислотнiсть грунту) склали такi рiвняння регресiї:
y1 = 14,10x − 23,31,
y2 = 2599,50 − 187,98x,
де x — факторна ознака (кислотнiсть грунту); y — результативна ознака, де y1 — напруга,
мВ; y2 — опiр, кОм.
Для y1 теоретичнi значення такi: 81,24, 68,34, 61,29, 57,06, 50,01, 44,37, 37,32, 30,27;
практичнi — 83,00, 71,00, 62,00, 55,00, 43,00, 42,00, 39,00, 35,00.
Для y2 теоретичнi значення такi: 1208,45, 1337,63, 1471,62, 1528,01, 1622,00, 1697,2,
1791,19, 1885,18; практичнi — 1334,00, 1517,00, 1575,00, 1597,00, 1689,00, 1768,00, 1891,00,
1953,00.
Одночасно з вищевказаними вимiрюваннями проводилось дослiдження динамiки росту
рослин. В останнiй день експерименту були визначенi довжина та маса стебла та кореня.
Як i очiкувалося, з пiдвищенням кислотностi грунту спостерiгалось пригнiчення розвитку
рослин: якщо в контрольному варiантi середня довжина та маса стебла становили вiдповiд-
но 25,12 см й 0,132 г, то у варiантi з 0,3 М розчином H2SO4 — 16,84 см й 0,10 г (усередненi
данi). Також у дослiдних рослин зi збiльшенням водневого показника грунту розвивалися
хлорози та некрози, процеси в’янення.
Таким чином, електрофiзiологiчнi показники є унiверсальними, надiйними та точними.
Електричнi прояви життєдiяльностi рослин свiдчать про їх фiзiологiчний стан, який мо-
же змiнюватися пiд впливом антропогенного навантаження, тому реєструючи цi прояви
(напругу та опiр тканини), можна проводити фiтомонiторинг стану навколишнього середо-
вища. При збiльшеннi забруднення навколишнього природного середовища життєвi проце-
си рослин змiнюються, що виражається у зменшеннi напруги та збiльшеннi опору тканин.
Вольтметр В7–38 реагує на бiоелектричну активнiсть рослин i може бути використаний
для вимiрювання напруги та опору тканин рослин. Iндикацiя за iнтенсивнiстю енергети-
чної активностi рослин є iнновацiйною методикою фiтомонiторингу i потребує розвитку
подальших дослiджень у польових умовах. Необхiдна розробка методiв, якi не пошкоджу-
ють рослину, не потребують складного обладнання i є надiйними та унiверсальними.
190 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №2
Автор висловлює щиру подяку д-ру бiол. наук, пров. спiвробiтнику Iн-ту гiдробiологiї НАН
України, проф. кафедри водних бiоресурсiв Нац. ун-ту водного господарства та природокористу-
вання Й.В. Грибу за консультацiї та цiннi поради.
1. Квятковський Г. Лiс – джерело життєвої енергiї // Екологiчна географiя: iсторiя, теорiя, методи i
практика: Матерiали. II Мiжнар. конф., 15–17 сiч. 2004 p., Тернопiль. – Тернопiль, 2004. – С. 151–152.
2. Криницкий Г. Т. Исследование связи метаболических электропотенциалов с жизненностью подроста
древесных растений: Автореф. дис. . . . канд. с.-х. наук / Львов. лесотех. ин-т. – Львов, 1976. – 36 с.
3. Криницький Г. Т. Морфофiзiологiчнi основи селекцiї деревних рослин: Автореф. дис. . . . д-ра бiол.
наук / Україн. держ. аграр. ун-т. – Київ, 1993. – 46 с.
4. Криницький Г.Т. Про методику використання електрофiзiологiчних показникiв для визначення жит-
тєздатностi деревних рослин // Лiсове господарство, лiсова, паперова i деревообробна промисло-
вiсть. – Львiв: Свiт, 1992. – Вип. 23. – С. 3–10.
5. Рутковский И.В. Электрофизиологические методы в селекции древесных растений // Лесная гене-
тика, селекция и физиология древесных растений: (Материалы Междунар. симп.), Москва, 19–21 апр.
1989. – Москва: Б. и., 1989. – С. 163–165.
6. Гриб Й.В., Клименко М.О., Сондак В. В. Вiдновна гiдроекологiя порушених рiчкових та озерних
систем (гiдрохiмiя, гiдробiологiя, гiдрологiя, управлiння): Навчальний посiбник. Т. 1. – Рiвне: Волин.
обереги, 1999. – 348 с.
7. Жуков В.В. БАТ как энергетическая структура растения // К основам физического взаимодействия:
Материалы V Междунар. науч.-практ. конф., 20–23 апр. 2005 г., Днепропетровск. – Днепропетровск:
Б. и., 2005. – С. 122–127.
8. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Пасечник В.И. Биофизика. – Москва: ВЛАДОС, 1999. – 288 с.
9. Буреш Я., Патрань М., Захар И. Электрофизиологические методы исследования. – Москва: Изд-во
иностр. лит., 1962. – 456 с.
10. Изаков В.Я., Рыбин И.А. Биоэлектрические явления у животных и растений: Основы электробио-
логии. Ч. 1. – Свердловск: Б. и., 1973. – 178 с.
11. Коган А.Б. Электрофизиология. – Москва: Высш. шк., 1969. – 368 с.
12. Электрическая система регуляции процессов жизнедеятельности / Под. ред. Г.Н. Зацепиной. – Моск-
ва: Изд-во Моск. ун-та, 1992. – 186 с.
13. Костюк П.Г., Гродзинский Д.М., Зима В.Л. Биофизика. – Киев: Выща шк., 1988. – 504 с.
14. Опритов В.А., Пятыгин С.С., Ретивин В. Г. Биоэлектрогенез у высших растений. – Москва: Наука,
1991. – 214 с.
15. Коловский Р.А. Биоэлектрические потенциалы древесных растений. – Новосибирск: Наука, 1980. –
176 с.
Надiйшло до редакцiї 08.05.2007Черкаський державний технологiчний унiверситет
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №2 191
|