Действие амплитудно-модулированного электромагнитно- го поля ультравысокочастотного диапазона на семена сельскохозяйственных культур

ВОЗДЕЙСТВИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

ДЕЙСТВИЕ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ УЛЬТРАВЫСОКО-ЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА НА СЕМЕНА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

М.Г.Барышев, А.А.Касьяненко

Экологический факультет, Российский университет дружбы народов, Подольское шоссе, 8/5, 113093, Москва, Россия

Приведены результаты исследования влияния на всхожесть семян подсолнечника высокочастотных амплитудно-модулированных электромагнитных полей. Установлено, что семена, обработанные амшштудно-модулированным высокочастотным электромагнитным полем с несущими частотами в диапазоне 400-1000 МГц и модулирующей частотой 18,0 Гц, обладали всхожестью больше контроля на 12-40%.

В большинстве имеющихся в настоящее время работ, посвященных исследованию воздействия электромагнитного поля (ЭМП) на биосистемы, изменение параметров функционирования этих систем связывают с тепловыми эффектами [1]. Считается твердо установленным, что взаимодействие биополимеров, растворов биологических макромолекул с электромагнитными полями имеет релаксационный характер вплоть до частот ЭМП крайне высокочастотного диапазона (3-300 ГГц) [2}.

Резонансное возбуждение колебаний в белках возможно на гипервысоких частотах (300-3000 ГГц) [3]. Для ДНК самая низкочастотная мода колебаний лежит в области сверхвысокочастотного диапазона (СВЧ) (3-30 ГГц) [4].

Таким образом, от диапазона длинных волн до диапазона СВЧ в биологических системах не должно наблюдаться резонансное взаимодействие с ЭМП. До настоящего времени исследовались, как правило, не модулированные ЭМП.

Вместе с тем на сегодняшний день у большинства исследователей не вызывает сомнения специфическое действие на различные биосистемы ЭМП крайне низкочастотного диапазона (3-30 Гц) [5]. Поэтому представляют интерес исследования воздействия модулированных электромагнитных полей, у которых в качестве несущих выбраны частоты, лежащие в диапазоне, еще не вызывающем резонансных явлений (до СВЧ), а в качестве модулирующих выбраны крайне низкие частоты.

Методика проведения эксперимента. Семена подсолнечника обрабатывались амплитудно-модулированным (АМ) ЭМП ультравысокочастотного диапазона. Для этого они помещались в заземленную металлическую камеру, в которой располагался полуволновой вибратор на расстоянии 30 см от емкости с семенами. На полуволновой вибратор, служивший в качестве излучателя ЭМП, поступали электрические колебания ультравысокочастотного диапазона с генератора Г4-37А. В качестве генератора модулирующей частоты служил ГЗ-118. Обработанные семена помещались в чашки Петри и по стандартной методике исследовалась всхожесть (V) семян.

Результаты и их обсуждение. Исследования, проведенные с семенами подсолнечника, показали высокую эффективность воздействия амплитудно-модулированного ЭМП ультравысокочастотного диапазона при уровне мощности, излучаемой антенной, Р - 10 3 Вт на процесс изменения всхожести семян. Семена, обработанные немодулированным ЭМП в течение 90 мин. с частотами, лежащими в диапазоне 400-1000 МГц, обладали всхожестью ниже контроля на 10-30% (рис. 1). Семена, обработанные амплитудно-модулиро-ванным ЭМП в течение 90 мин. при уровне мопщости, поступающей на излучатель, Р = 10‘3 Вт с несущими частотами Он), лежащими в том же диапазоне 400-1000 Мгц, и модулирующей частотой /м. = 18,0 Гц обладали всхожестью больше контроля на 12-40% (рис. 2).

60 « 40 ^ 20

і»

11 -20

< -40 -60

300 400 500 600 700 800 900 1000

МГц :НП'ЖгЮ-

Рис. 1. Зависимость изменения всхожести семян от частоты / ЭМП при плотности потока мощности падающего излучения Р= 10'3 Вт/см2 и времени воздействия ? = 90 мин.

300. 4Q0 500 600 700 800 900 1000 i ¿/МГц

Рис. 1 ¿Зависимость изменения всхожести семян 6г несущей частоты/, амплитудно-модулированного ЭМП при модулирующей частоте /м,— 18,0. Гц, глубине модуляции т = 70%, плотности потока мощности падающего излучения Р — 10_3 Вт/см2 и времени воздействия t = 90 мин.

В ходе исследования было замечено, что изменение модулирующей частоты на несколько Гц приводит к уменьшению всхожести относительно контроля на 10-30%, что аналогично обработке немодулированным ЭМП. Таким образом эффект возрастания всхожести при обр;абоТке амплитудно-модули-рованным ЭМП связан с позитивным воздействием модулирующей частоты Ум = 18,0 Гц на семена подсолнечника; :Л

На рис. 3 представлена зависимость, отображающая изменение всхожести от изменения глубины модуляции т* при обработке семян подсолнечника амплитудно-модулированным ЭМП в течение 90 мин. с несущей частотой /и - 400 МГц, модулирующей частотой /м = 18,0 Гц и : уровне падающей мощности Р = 10'3 Вт. При глубине модуляции т = 50% достигается оптимальное соотношение между максимальной и минимальной амплитудой амплитудно-модулированного ЭМП, при которой всхожесть максимальна.

В настоящее время известно, что существует класс химических реакций, на скорость которых магнитное поле может действовать’заметным образом

* т = [(Цпах - Um¡п) / (Umax + Цшп)И00%, где UmdX и U^n — максимальная и минимальная амплитуда амплитудно-модулированного сигнала, поступающего на антенну, соответственно.

[5]. Это реакции проходящие через стадию взаимодействия пары парамагнитных частиц. Такая пара может находиться в разных электронных спиновых состояниях, которые определяют каналы реакции. В силу закона сохранения спина продукт реакции может образовываться лишь по некоторым каналам («спиновой запрет»). Взаимодействие же внешнего магнитного поля со спинами реагентов может привести к открытию новых или перераспределению старых каналов реакций. В результате в случае малого времени жизни пары по сравнению со временем ее спин-решеточной релаксации действие поля может изменить значение скорости прямой и обратной реакции [6].

Полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о наличии в обрабатываемых семенах нелинейной резонансной системы, взаимодействующей с ЭМП и являющейся ответственной за исследуемый этап развития семян. Как известно из радиотехники, из амплитудно-модулированных колебаний модулирующую частоту возможно выделить (т.е. продетекгировать) только с помощью нелинейной системы. В свою очередь, простейшая модель приемника амплитудно-модулированных колебаний состоит из контура, настроенного на несущую частоту, сигнал с которого поступает на нелинейную систему и затем на контур, настроенный в резонанс с модулирующей частотой для ее выделения. В случае отсутствия резонансного контура, настроенного на несущую частоту, система будет детектировать весь спектр амплитудно-модулированных колебаний, но выделяться будут только колебания, частота которых равна или кратна резонансной (18,0 Гц), что, по всей видимости, и происходит в рассматриваемом случае. Система, в которой резонанс обусловлен магнито-спиновыми эффектами, должна обладать высокой добротностью и соответственно узким диапазоном частоты, в котором наблюдается эффект, что подтверждается нашими исследованиями (изменение частоты на 0,2 Гц критично для наблюдения эффекта).

Обработка семян ЭМП, промодулированным частотой 18,0 Гц, приводит к резонансному взаимодействию электронных оболочек атома (обладающего парамагнитными свойствами), совершающих синхронные колебания с колебаниями ядра. Амплитуда колебаний электронных оболочек атома должна зависеть от количества энергии, вносимой в систему внешним амплитудно-модулированным ЭМП, то есть от глубины модуляции амплитудно-модули-рованного ЭМП.

Таким образом, полученные зависимости укладываются в рамки современных представлений о взаимодействии биосистем со слабым ЭМП.

Установленные закономерности влияния модулированных ЭМП на семена подсолнечника требуют нового подхода к оценкам существующих санитар-

т, %

Рис. 3. Зависимость изменения всхожести семян от глубины модуляции т воздействующего амплшудно-модулированного ЭМП с несущей частотой = 400 Мгц и модулирующей частотой /м = 18,0 Гц при плотности потока мощности падающего излучения Р= 10'3 Вт/см2 и времени воздействия ? = 90 мин.

ных норм, т.к. в настоящее время стандартами Ш регламентируются модулирующие частоты. 1 -

ЛИТЕРАТУРА

1. Ковешникова И.В., Антипенко Е.Н. Генетические эффекты микроволн в биологических системах различных уровней организации // Успехи современной биологии. - 1988. - Т. 105. - Вып. 3. - С. 363-373.

2. Гапеева А.Б., Якушкина B.C., Чемерис Н.К., Фесенко Е.Е. Электромагнитное излучение крайне высоких частот низкой интенсивности активирует или ингибирует респираторный взрыв нейтрофилов в зависимости от частоты модуляции // Биофизика. — 1997. — Т. 42. — Вып. 5. ^7 С. 1125-1133.

3. Гарибов Р.Э., Островский A.B. Изменяет ли микроволновое излучение динамиче-

ское поведение биологических макромолекул // Успехи современной биологии. - 1990. - Т. 110. - Вып. 2(5). f С. 306-320. ,

4. Потапченко Н.Г., Савлук О.С. Антимикробное действие электромагнитных излучений и обеззараживание воды // Химия и технология воды. — 1990. — Т. 12. — №10. - С. 939-951.

5. Пирузян Л.А., Кузнецов А.Н. Действие постоянных и низкочастотных магнитных полей на биологические системы // Известия АН СССР. Сер. биологическая. — 1983. - №6. - С. 805-819.

6. Кузнецов А.Н., Ванаг В.К. Механизм действия магнитных полей на биологические системы // Известия АН СССР. Сер. биологическая. 1987. — №6. — С. 814-825.

THE INFLUENCE OF AMPLITUDE-MODULATED ELECTROMAGNETIC FIELD OF HIGH-FREQUENCY GAMUT ON THE SEEDS OF AGRICULTURAL PLANTS

M.G.Baryshev, A.A.Kasianenko

Ecological Faculty, Peoples ’ Friendship Russian University,

Podolskoye shosse, 8/5, 113093, Moscow, Russia

The results of study of amplitude-modulated electromagnetic fields influence on the sunflower seeds sprouting are presented. It was shown that the treatment of the sunflower seeds by amplitude-modulated high-frequency electromagnetic field with carrier frequencies in gamut 400-1000 MHz and modulating frequency 18 Hz increased their sprouting on 12-40%.