Институт аналитического приборостроения РАН
Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
В работе рассматривается взаимосвязь светопоглощательной способности листьев растений и генерируемых в прикорневой зоне биоэлектрических потенциалов. Для измерения физических параметров состояния растительного организма in vivo в процессе развития - динамики поглощения света листьями и электрических биопотенциалов в ризосфере, а также автоматического мониторинга параметров окружающей среды, создана экспериментальная установка на основе неинвазивных датчиков. С помощью разработанного многофункционального метода фитомониторинга измерены корреляция изменений температуры и влажности воздуха, увлажненности корнеобитаемой среды с электрическими свойствами корневой системы и преобразованием световой энергии в условиях искусственного освещения. Получено, что значения биоэлектрических потенциалов (БЭП) варьируют в пределах 40-120 мВ для хлорофитума в течение 1-30 дней его развития и 50-250 мВ для салата на 20-33 сутки вегетационного периода, а величины коэффициентов поглощения меняются от 0,6 до 0,8 для салата и 0,6-0,7 для хлорофитума. Рассчитанные значения эффективности световой конверсии, которая определяется как отношение генерируемой электрической энергии в прикорневой зоне к потребленной растением мощности световой энергии, составили 0,8 ppb для салата, 0,4 ppm для хлорофитума. Полученные результаты могут быть применены для совершенствования технологии получения экологически чистой зеленой энергии, базирующейся на преобразовании энергии света в электричество с помощью растительно-микробных топливных элементов.
биоэлектрический потенциал, поглощение света, неинвазивное измерение, датчики, Arduino
1. Azri Y.M., Tou I., Sadi M., Benhabyles L. Bioelectricity generation from three ornamental plants: Chlorophytum comosum, Chasmanthe floribunda and Papyrus diffusus. International Journal of Green Energy, 2018, vol. 15, no. 4. DOI:https://doi.org/10.1080/15435075.2018.1432487.
2. Tou I., Azri Y.M., Sadi M., Lounici H., Kebbouche-Gana S. Chlorophytum microbial fuel cell characterization. International Journal of Green Energy, 2019, vol. 16, no. 12. DOI:https://doi.org/10.1080/15435075.2019.1650049.
3. Ильницкий О.А., Радченко С.С., Лискер И.С., Палий И.Н., Радченко Н.С. Оптические свойства листьев растений в ближнем инфракрасном излучении в связи с их водным режимом. Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада, 2007, № 94.
4. Опритов В.А., Пятыгин С.С., Ретивин В.Г. Биоэлектрогенез у высших растений. М.: Наука, 1991, 216 с.
5. Опритов В.А. Электричество в жизни животных и растений. Соросовский образовательный журнал, 1996, no. 9.
6. Поздняков А.И., Позднякова Л.А., Позднякова А.Д. Стационарные электрические поля в почвах. М: КМК Scientific Press Ltd, 1996, 358 с.
7. Медведев С.С. Физиология растений: учебник. СПб.: БХВ-Петербург, 2012, 512 с.
8. Hasegawa Y., Hoshino R., Uchida H. Development of cultivation environment control system using plant bioelectric potential. Proceedings of NOLTA, 2015.
9. Strik D.P., Hamelers H.V.M., Snel J.F., Buisman C.J. Green electricity production with living plants and bacteria in a fuel cell. International Journal of Energy Research, 2008, vol. 32, no. 9. DOI:https://doi.org/10.1002/er.1397.
10. Chiranjeevi P., Yeruva D. K., Kumar A. K., Mohan S. V., Varjani S. Plant-Microbial Fuel Cell Technology. Microbial Electrochemical Technology. Elsevier, 2019. DOI:https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64052-9.00022-4.
11. Кулешова Т.Э., Бушлякова А.В., Галль Н.Р. Неинвазивное измерение биоэлектрических потенциалов растений. Письма в ЖТФ, 2019, т. 45, № 5. DOI:https://doi.org/10.1134/S1063785019030106.
12. Кулешова Т.Э., Черноусов И.Н., Удалова О.Р., Аникина Л.М., Хомяков Ю.В., Александров А.В., Середин И.С., Феофанов С.В., Щеглов С.А., Галль Н.Р., Панова Г.Г. Влияние спектральных особенностей световой среды на поглощение света листьями салата и его нетто-продуктивность. Биофизика, 2020, т. 65, № 1. DOI:https://doi.org/10.31857/S0006302920010147.
13. Мелещенко С.Н., Карманов В.Г. Математическая модель водного обмена растения с учетом механизма положительной обратной связи. Биофизика, 1966, т. 11, № 3.
14. Кулешова Т.Э., Шеина И.Ю., Черноусов И.Н., Удалова О.Р., Блохин Ю.И., Александров А.В., Жестков А.С., Панова Г.Г., Галль Н.Р. Комплекс неинвазивных измерений оптических свойства листьев и биопотенциалов растений для фитомониторинга. Материалы II Международной научной конференции «Тенденции развития агрофизики: от актуальных проблем земеледелия и растениеводства к технологиям будущего», посвященной памяти академика Е.И. Ермакова. СПб.: ФГБНУ АФИ, 2019.
