Особливості біоелектричної активності дерев різних видів в умовах дії магнітного поля Землі
Анотація
Наведено результати досліджень, проведених вперше в Україні (лісорослинний район – Українське Розточчя) щодо зв’язку між динамікою біоелектричних потенціалів (БЕП) дерев та зміною магнітного поля Землі (МПЗ). Встановлено тісний зв’язок між цими параметрами. Оскільки біоелектричні потенціали характеризують інтенсивність перебігу фізіолого-біологічних процесів рослин, а МПЗ є індикатором процесів як у космічному просторі, так і всередині Землі, зроблено спробу пояснити механізми впливу сонячної та геомагнітної активності на стан деревних рослин.
Реакцію процесів життєдіяльності дерев різних видів на зміни показників БЕП досліджували за показниками коефіцієнтів кореляції Пірсона між добовою динамікою складових геомагнітного поля Землі і біоелектричних потенціалів. Коефіцієнти кореляції змінювались в межах (r = 0,4-0,9), що демонструє тісну або дуже тісну кореляцію.
Сонячна та геомагнітна активність безпосередньо впливає на перебіг біологічних процесів у рослинних організмах. У світловий період доби в асиміляційно-дисиміляційному балансі рослин переважають процеси асиміляції, які зумовлені фотосинтетичною активністю. В цей період максимальний вплив на БЕП має хвильове (інфрачервоне та ультрафіолетове) випромінювання Сонця, (струми в іоносфері Землі). За відсутності світла у метаболізмі рослин домінують окисно-відновні процеси. В цей період максимальний вплив на БЕП має корпускулярне випромінювання Сонця та струми, індуковані всередині Землі. Оскільки окисно-відновні процеси мають електричну природу, то струми, що індукуються в деревині внаслідок змін МПЗ, мають прямий вплив на метаболізм рослин.
Впливаючи на проходження окисно-відновних реакцій на фітопроцеси у рослин, геомагнітна та сонячна активність модулює їхнє протікання. Періодичний характер змін сонячної та геомагнітної активності відкриває можливості для прогнозування росту, захворюваності та плодоношення рослин.
Посилання
Blatt, M. R. (2024). A charged existence: a century of transmembrane ion transport in plants. Plant Physiology, 195(1), 79–110. https://doi.org/10.1093/plphys/kiad630
Erdmann, W., Kmita, H., Kosicki, J. Z., & Kaczmarek, Ł. (2021). How the geomagnetic field influences life on earthan integrated approach to geomagnetobiology. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 51(3), 231–257. https://link.springer.com/article/10.1007/s11084-021-09612-5
Fabricant, A. M., Put, P., & Barskiy, D. A. (2024). Proton relaxometry of tree leaves at hypogeomagnetic fields. Frontiers in Plant Science, 15, 1352282. https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1352282
Fotelli, M. N., Rennenberg, H., & Gessler, A. (2010). Global climate change and tree nutrition: influence of water availability on nutrient uptake and physiology. Tree Physiology, 30(9), 1221–1234. https://doi.org/10.1093/treephys/tpq064
Fromm, J, & Lautner, S. (2007). Electrical signals and their physiological significance in plants. Plant, Cell & Environment; 30, 249–257. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2006.01614.x
Fromm, J., Hajirezaei, M. & Wilke, I. (1995). The biochemical response of electrical signaling in the reproductive-system of Hibiscus plants. Plant Physiology, 109, 375–384. https://doi.org/10.1104/pp.109.2.375
Gallé, A., Lautner, S., Flexas, J., Ribas-Carbo, M., Hanson, D., Roesgen, J., & Fromm, J. (2013). Photosynthetic responses of soybean (Glycine max L.) to heat-induced electrical signalling are predominantly governed by modifications of mesophyll conductance for CO2. Plant, Cell & Environment, 36, 542–552. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2012.02594.x
Galushka, V. P., Zaika, V. K., & Krynytskyy, H. T. (1999). Electrophysiological parameters of half-sibs progenies of Scots pine with different durations of resin tapping. Scientific Bulletin of the National Agrarian University. 17, 133–138 [Галушка, В. П., Заїка, В. К., Криницький, Г. Т. (1999). Електрофізіологічні параметри півсібсових потомств сосни звичайної різної тривалості підсочки. Науковий вісник НАУ, 17, 133–138] (in Ukrainian)
Grams, T. E. E., Lautner, S., Felle, H. H., Matyssek, R. & Fromm, J. (2009). Heat-induced electrical signals affect cytoplasmic and apoplastic pH as well as photosynthesis during propagation through the maize leaf. Plant, Cell & Environment, 32, 319–326. https://doi.org/ 10.1111/j.1365-3040.2008.01922.x
Hart, D. A. (2024). The influence of magnetic fields, including the planetary magnetic field, on complex life forms: How do biological systems function in this field and in electromagnetic fields? Biophysica, 4(1), 1–21. https://doi.org/10.3390/biophysica4010001
Hossain, M. S., Caparros, P. G., & Mühling, K. H. (2024). Mineral nutrition and plant stress tolerance. Frontiers in Plant Science, 15. 1461651. https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1352282
Ilík, P., Hlaváčková, V., Krchňák, P., & Nauš, J. (2010). A low-noise multi-channel device for the monitoring of systemic electrical signal propagation in plants. Biologia Plantarum, 54, 185–190. https://doi.org/10.1007/s10535-010-0032-0
Kalenyuk, Yu. S., & Zaika, V. K. (2019). Bioelectric potentials of oak and lime in stands of fresh hornbeam-oak forests in Western Podillia. Scientific Bulletin of the Ukrainian National Forestry University, 29(1), 49–53. https://doi.org/10.15421/40290110 [Каленюк, Ю. С., Заїка, В. К. (2019). Біоелектричні потенціали дуба і липи в деревостанах свіжої грабової діброви Західного Поділля. Науковий вісник НЛТУ України, 29(1), 49–53] (in Ukrainian).
Krynytskyy, H. T. (1993). Morphophysiological foundations of woody plant breeding. Аbstract of doctoral dissertation, National Agrarian University, Kyiv, Ukraine. Retrieved from [Криницький, Г. Т. (1993). Морфофізіологічні основи селекції деревних рослин: автореф. дис. … д-ра біолог. наук: 06.03.01 та 03.00.12. Київ, Національний аграрний університет] (in Ukrainian)
Krynytskyy, H. T., & Zaika, V. K. (2004a). Electrophysiological response of Scots pine cultures to high levels of chronic radiation exposure. Scientific Bulletin of the Ukrainian State Forestry University: Collection of Scientific Papers, 14(5), 8–14 https://nv.nltu.edu.ua/Archive/2004/14_5/3.pdf [Криницький, Г. Т., Заїка, В. К. (2004а). Електрофізіологічна реакція культур сосни звичайної на високі рівні хронічного радіаційного опромінення. Науковий вісник Українського державного лісотехнічного університету: збірник наукових праць, 14(5), 8–14] (in Ukrainian).
Krynytskyy, H. T., & Zaika, V. K. (2004b). Bioelectrical activity of Scots pine in radiation-contaminated areas. Scientific Works: Scientific and Methodological Journal. Ecology, 39(26), 79–82. [Криницький, Г. Т., Заїка, В. К. (2004б). Біоелектрична активність сосни звичайної на радіаційно забруднених територіях. Наукові праці: Науково-методичний журнал. Екологія, 39(26), 79–82] (in Ukrainian)
Krynytskyy, H. T., & Zaika, V. K. (1995). The influence of the formation characteristics of young half-sibs plantations of Scots pine on the bioelectrical activity of trees. Scientific Bulletin of the Ukrainian State Forestry University: Collection of Scientific Papers, 4, 153–160. [Криницький, Г. Т., Заїка, В. К. (1995). Вплив особливостей формування молодих півсібсових насаджень сосни звичайної на біоелектричну активність дерев. Науковий вісник Українського державного лісотехнічного університету: збірник наукових праць, 4, 153–160] (in Ukrainian)
Lautner, S, Erhard, T, Matyssek, R, & Fromm, J. (2005) Characteristics of electrical signals in poplar and responses in photosynthesis. Plant Physiology, 198, 2200–2209. https://doi.org/10.1104/pp.105.064196
Rybak, Yu. L. (2012а). Electrophysiological parameters of Scots pine trees infested with pine twisting rust in the Western Polissia region. Scientific Bulletin of the Ukrainian National Forestry University, 22(12), 42–48. https://nv.nltu.edu.ua/Archive/2012/22_12/42_Ryb.pdf [Рибак, Ю. Л. (2012а). Електрофізіологічні показники уражених сосновим вертуном дерев сосни звичайної в умовах Західного Полісся. Науковий вісник НЛТУ України, 22(12), 42–48] (in Ukrainian)
Rybak, Yu. L. (2012b). Electrophysiological indicators of Scots pine trees infested by root rot in the conditions of Western Polissia. Scientific Bulletin of the Lesia Ukrainka Volyn National University. Series: Biological Sciences, 19(244), 8–11. [Рибак, Ю. Л. (2012б). Електрофізіологічні показники дерев сосни звичайної, уражених кореневою губкою, в умовах Західного Полісся. Науковий вісник Волинського національного університету імені Лесі Українки. Серія: Біологічні науки, 19(244), 8–11] (in Ukrainian)
Rybak, Yu. L., & Zaika, V. K. (2013). Changes in the electrophysiological activity of Scots pine trees affected by common schütte disease. Scientific Bulletin of the Ukrainian National Forestry University, 23(2), 90–96. https://nv.nltu.edu.ua/Archive/2013/23_2/90_Ryb.pdf [Рибак, Ю. Л., Заїка, В. К. (2013). Зміна електрофізіологічної активності у дерев сосни звичайної, уражених шютте звичайним. Науковий вісник НЛТУ України, 23(2), 90–96] (in Ukrainian)
Saletnik, B. A., Puchalska-Sarna, A., Saletnik, A., Lipa, T., Dobrzański, B. & Puchalski, C. (2024). Static magnetic fields as a factor in modification of tissue and cell structure: a review. International Agrophysics, 38(1), 43–75. https://doi.org/10.31545/intagr/176998
Scartazza, A., Vannucchi, F., Peruzzi, E., Macci, C., Scatena, M., Manzini, J., … & Paoletti, E. (2025). Nutrient interaction in the soil-plant system and tree physiological functional traits in an urban green infrastructure. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 25, 2829–2845. https://doi.org/10.1007/s42729-025-02301-6
Sumaruk, T., Stryamets, N., & Prydka, P. (2024). Influence of the Earth’s magnetic field on the biopotential of the trees of the Ukrainian Roztochya [Abstract of paper]. XXIV Gamow International Astronomical Conference: "Astronomy and Beyond: Astrophysics, Cosmology and Gravitation, Astroparticle Physics, Radio Astronomy, Astrobiology and Genetics", August 19–23. Odesa, Ukraine. https://lib.onu.edu.ua/wp-content/uploads/2024/09/24th-Gamow-Conference-2024.pdf
Taiz, L., Zeiger, E., Møller, I. M., & Murphy, A. (2015). Plant Physiology and Development. (6th ed.). Sunderland, MA: Sinauer Associates. https://sirsyedcollege.ac.in/crm/public/uploads/download_image/H8aTDrHeKuTogISO7SE1r80gjP2dmU.pdf
Volkov, A. G., & Brown, C. L. (2006). Electrochemistry of plant life. In Plant electrophysiology: theory and methods. (pp. 43–459). Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-37843-3_19
Zaika, W. K., Sumaruk, T. P. Delegan, I. I., & Prydka, P. P. (2025). The influence of the earth's magnetic field on the bioelectric activity of trees of various species of the pine genus (pinus l. 1753). Forest education and science: status, problems and development prospects. Collection of materials of the 5th International Scientific-Practical Online Conference (Part 1, 21/03/2025). Łomża – Małyn, p. 54. https://mans.edu.pl/fcp/iOEUfFzs9BjEkLTg1Y1BSe0N_YAVTHwIIOgIaTAIABCRvRQMEOjBBaHICPXNtSBk6PjIyBV4RBDYnD1cYTk8cOjYCEg/2/public/wydawnictwa/1_edukacja_i_nauka_lesna_stan_problemy_i_perspektywy_rozwoju_lomza-malyn_21032025_compressed.pdf [Zaika, W. K., Sumaruk, T. P. Delegan, I. I., Prydka, P. P. (2025). Wpływ pola magnetycznego ziemi na aktywność bioelektryczną drzew różnych gatunków z rodzaju sosna (pinus l. 1753). Edukacja i nauka leśna: stan, problemy i perspektywy rozwoju. Zbór materiałów VІІ Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Praktycznej Internetowej (Część 1, 21.03.2025). Łomża – Małyn, p. 54] (in Poland)
Zaika, V. K., Kaleniuk, Yu. S., Krynytsky, H. T., Matusiak, M. V., & Prokopchuk, V. M. (2021). The silvicultural-and-ecological role of European small-leaved lime in hornbeam-oak forests of Western Podillia. Vinnytsia: Tvory. ISBN 978-617-552-085-7 [Заїка, В. К., Каленюк, Ю. С., Криницький, Г. Т., Матусяк, М. В., Прокопчук, В. М. (2021). Лісівничо-екологічна роль липи серцелистої в грабових дібровах Західного Поділля. Вінниця: Твори. 192 с.] (in Ukrainian)
Zhao, D. J., Wang, Z. Y., Li, J., Wen, X., An, L., Huang, L., … & Wang, C. (2013). Recording extracellular signals in plants: A modeling and experimental study. Mathematical and Computer Modelling, 58(3-4), 556–563. https://doi.org/10.1016/j.mcm.2011.10.065
Zimmermann, M. R., Maischak, H., Mithöfer, A., Boland, W., & Felle, H. H. (2009). System potentials, a novel electrical long-distance apoplastic signal in plants, induced by wounding. Plant physiology, 149(3), 1593–1600. https://doi.org/10.1104/pp.108.133884
