С.И. Зиенко1, М.В. Беляков2

1 Филиал ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Смоленск, Россия)

2 ФГБНУ Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Семена растений являются «живыми организмами», находящимися в состоянии покоя. Покровная ткань семян растений проявляет свойство твердого тела.

Цель работы – выявление и исследование особенностей оптически-активных центров свечения люминесценции в покровной ткани семян растений.

Результаты. Люминесцентные свойства покровной ткани семян могут быть маркером нарушения целостности биомембран в результате перекисного окисления фосфолипидов с последующей утечкой электролитов из приповерхностной ткани семян. Измерение люминесцентных характеристик проводили с помощью спектрофлуориметра «Флюорат-02-Панорама». Пшеница имеет наиболее простую структуру импульсной характеристики. Внутренний квантовый выход люминесценции покровной ткани семян растений по величине превышает единицу (от ~ 1,7 до ~ 4,0), что связано с образованием двухуровневой квантовой системы с инверсной населенностью. Вначале формируется верхний энергетический уровень, а затем, с задержкой (~1 мкс), определяемой временем диэлектрической релаксации ткани, нижний энергетический уровень, соответствующий равновесному термодинамическому состоянию. Данное явление сильно зависит от температуры поверхности, что можно объяснить структурными изменениями материала поверхности. Для объяснения условий возникновения динамического объемного отрицательного заряда в покровной ткани семени рассмотрены свойства ее импульсной характеристики в частотной области. Потери энергии люминесценции, связанные с электрон-фононным взаимодействием, проявляются, в основном, в области нижних частот. Пшеница, ячмень и кукуруза имеют равные значения частоты релаксации (0,42 МГц). На этой частоте наблюдается значительное усиления света люминесценции.

Практическая значимость. Показано, что покровная ткань семян растений обладает свойством сегнетоэлектрика, что придает ей высокие адгезионные свойства. На подобные свойства поверхности указывает также низкая частота релаксации.

Зиенко С.И., Беляков М.В. Особенности люминесценции поверхностной ткани биообъектов растительного происхождения // Биомедицинская радиоэлектроника. 2022. T. 25. № 6. С. 84-94. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202206-10

1. Зиенко С.И., Беляков М.В., Малышкин В.В. Исследование спектров люминесценции покровной ткани семян растений // Прикладная физика. 2018. № 3. С. 43–48.
2. Беляков М.В. Фотолюминесцентный контроль спелости семян зерновых в процессе созревания // Инженерные технологии и системы. 2019. № 2. С. 306–319.
3. Bashilov A., Belyakov M. The study of luminescence spectra of seeds of crop species for diagnostic quality / Handbook of research on energy-saving technologies for environmentally-friendly agricultural development. USA: IGI Global. 2020. P. 454–479.
4. Rigler R., Widengren J. Fluorescence-based monitoring of electronic state and ion exchange kinetics with FCS and related techniques: from T-jump measurements to fluorescence fluctuations // European Biophysics Journal. 2018. № 47. P. 479–492.
5. Trachman R., Ferré-D'Amaré A. Tracking RNA with light: Selection, structure, and design of fluorescence turn-on RNA aptamers // Quarterly Reviews of Biophysics. 2019. № 52. P. E8.
6. Kübler D., Ingenbosch K.N., Bergmann A., Weidmann M., Hoffman-Jacobsen K. Fluorescence spectroscopic analysis of the structure and dynamics of Bacillus subtilis lipase A governing its activity profile under alkaline conditions // European Biophysics Journal. 2015. № 44. P. 655–665.
7. Kumagai P.S., DeMarco R., Lopes J.L.S. Advantages of synchrotron radiation circular dichroism spectroscopy to study intrinsically disordered proteins // European Biophysics Journal. 2017. V. 46. P. 599–606.
8. Tivig I., Savopol T., Kovacs E., Moisescu M.G. An experimental system for real-time fluorescence recordings of cell membrane changes induced by electroporation // European Biophysics Journal. 2020. № 49. P. 105–111.
9. Беляков М.В. Методика исследования люминесцентных свойств семян растений на спектрофлуориметре «Флюорат-02-Панорама» // Научная жизнь. 2016. № 3. С. 18–26.
10. Лазоренко О.В., Черногор Л.Ф. Нелинейная радиофизика. Харьков: Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина. 2008. 200 с.
11. Днепровский В.С., Климов В.И., Мартыненко В.Д. Спектрально-временные свойства экситонной люминесценции сильно возбужденных кристаллов СdS // ФТТ. 1981. Т. 23. № 3. С. 819–825.
12. Мартинсон Л.К., Смирнов Е.В. Квантовая физика. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2004. 496 c.
13. Садыков С.А., Бородин В.З., Агаларов А.Ш. Реверсивные характеристики поляризации сегнетокерамики в быстронарастающем электрическом поле // ЖТФ. 2000. Т. 70 № 6. С. 108–112.
14. Зиенко С.И., Беляков М.В., Малышкин В.В. Новые методы и средства спектрально-люминесцентного анализа семян растений. Смоленск: Универсум, 2020. 184 с.
15. Зиенко С.И., Беляков М.В., Малышкин В.В. Особенности сверхширокополосных спектров люминесценции поверхностной ткани семян растений // Наукоемкие технологии. 2017. № 8. С. 40–49.