О) Изобретение относитс к физичес ким методам исследовани , может быть использовано как дл научных, так и дл практических целей в био логии агрономии и сельскохоз йст венном производстве и позвол ет изу чать изменение хи2уического состава и ход биохимических и физиологических процессов в растительных объектах в процессе их развити или хранени без нарушени целостности растенийf определить степень созревани Тех или иных сельскохоз йственных культур. Известны способы определени био химических изменений и физиологического состо ни растительных объектов ij . В этих способах на биологический объект осуществл етс физическое воздействие ультразвука, тепла, дав лени ,, электрического напр жени (тока , ионизирующего облучени или магнитного пол . Кроме магнитного пол все перечисленные виды воздействи вл ютс внешними возбудител ГФ биологических организмов и в р де случаев сильное воздействие некоторых из них может приводит к необратимым процессам -в биологичёскик ткан х (например, к разрушению к,йЗг-очнык: стенок-мембран, или даже к рй.зрыву .молекул рных св зей под де;й твием ионизирующего излучени ) .;Срсл.13 TorOf эти методы не могут рас акаогриватьс как идеальные,, так как измерени провод тс не в естествен ных услови к существовани и развити биологических объектов, а при воэбужцша ем воздействии внешних факторов„ Более coBepmeHHbiivM вл ютс способы , в которых используетс воздей ствие на животные -или растительные организг ы посто нного магнитного пол , так как до сих пор не имеетс надежно подтвержденных фактов замет ного вли ни магнитного пол на био логические организмы В магнитных способах измер етс магнитна восприимчивость веществ, например ферментов. В статических способах измерени , например при помощи магнитных весов Гюи или прибора Ренкина исследуемое биологичес кое вещество помещаетс в магнитное поле, причем дл повышени чувствительности измерени провод тс с вы сокими концентраци ми вещества (нап ример, высокие концентраьщи фермента в белковом растворе) . Более чувствительными магнитными способами вл ютс резонансные способы ЯКР и ЭПР в сильных магнитных пол х 2 . Однако в этих способах измерени биологическое вещество помещают в датчик, ( pesQHairop) , расположенный между полюсами магнитами, а они также мало пригодны дл изучени биологических объектов, в процессе их развити в естественных услови х. Из немагнитных способов изучени развити растительных объектов известен способ, основанный на определении биохимических изменений и физиологического состо ни исследуемого объекта, в котором измер етс электрический импеданс З . В способе электрического импеданса измер ют удельное сопротивление биологического объекта, из которого выдел ют импеданс клетки цитоплазмы, протоплаз1 5ы и межклеточного раствора , а свойство стенок клетки характеризуют емкостью единицы поверхности . Однако во врем измерени на образец оказывают воздействие электромагнитныг-1 полем. Поскольку большинство растительных объектов имеют низкую электропроводность (высокое удельное сопротивление), то в процессе измерени к ним прикладываетс большой электрический потенциал, что может приводить не только к изменению естественного ионного состава протоплазмы и окружающей клетку биологической жидкости, а следовательно и к нарушению нормального хода биохимических процессов, но и к разрыву клеточных мембран, Измер емые импедансы биологичес-ких систем не позвол ют установить в детал х все различи между клетками различных типов (растительными и животными, йцеклетками и т.п.), их значени дл разных клеток перекрываютс Значение импедансов биологических систем не всегда позвол ют изучить ход релаксационных процессов (например , низкочастотных)и они мало пригодны дл изучени молекул рного состава биологических сред. Целью изобретени вл етс повышение достоверности результатов измерений и уменьшение вли ни процесса измерений на естественные услови развити растительного объекта . 1 Указанна цель достигаетс тем, что согласно способу в растительном объекте возбуждают дерный магнитный резонанс в магнитном поле Земли, и по парг1метрам наблюдаемого сигнала , преимущественно по временам релаксации и/или амплитуде сигнала, суд т о биохимических изменени х и физиологическом состо нии объекта. Способ ЯМР-анализа химического состава веществ в магнитном поле Земли использует сигналы свободной прецессии дер исследуемых объектов после предварительного намагничивани образца значительно более сильным , чем земно е, пол ризующим магнитным полем tTj, . Это поле н ориентируют перпендикул рно магнитному полю . Тогда магнитные моменты и; используемого дра вещества, например, протоны окажутс сориентированными суммацным эффе1 тивным магнитным .полем. При этом вектор дерной намагнич нност и единицы объема вещества М ориентиро ван вдоль направлени пол Нэф , т.е практически перпендикул рно Нзем а его длина определ етс дерной восприимчивостью- X вещества и модулем эффективного пол , М X.Hg. Если затем поле Н неадиабатически быстро выключить, то вектор устанавливаетсд к своему стационарному состо нию М.., при котором К ох О, MO О, Ног HO . В процессе установлени вектор К прецессирует вокруг надравлени магнитного пол Земли с част той WQ / где Tf - гиромагнитное отношение резонирующих дер а его длина уменьшаетс . Изменение модул вектора М определ етс экс поненциальньт- характером изменени его продольной М, и поперечной М - . , . --, --, где М (о) - значение Mj. в начальный момент времени после вык лючени пол ризующего по л Hf,; Т - врем спин-решеточной ( или продольной релакса ции; Т - врем спин-спиновой (или поперечной)релаксации. Сигналы ЯМР наблюдаютс за счет измене ни поперечных компонент век тора М. Если исследуемые вещества наход тс внутри индуктивной катуш ки L, , ось которой ориентирована перпендикул рно полю Н , то в пр цессе уС1 ановлени прецессирующего вектора М, к стационарному состо нию его компонента Mj индуцируетс в катушке L ЭДС-сигнал свободной прецессии (ССП). Частота этого сиг равна частоте прецессии векто М в магнитном поле Земли (ц о а амплитуда уменьшаетс по экспоне циальному закону в соответствии с формулой (З), т.е. затухание сигна ла определ етс посто нной времени Т - временем спин-спиновой релаксации . Таким образом, непосредственно по ССП можно определ ть Т. В чистых жидкост х врем релаксации Т и Т приблизительно равны-. Экспериментально показано, что Т - Т и в случае релаксации протонов в водных растворах большинства парамаг- нитных ионов. Поэтому Т также как и Т, можно определ ть в первом приближении по затуханию ССП. В случае необходимости Т;, определ ют по ССП более точно использу , например, импульсную методику. Из теории дерного магнитного резонанса известно, что врем спинрешеточной релаксации Т определ етс интенсивностью вращательного и трансл ционного движени молекул, наличием в исследуемом веществе парамагнитных частиц (ионов , квадрупольным взаимодействием, анизотропией электронного экранировани и некоторыми другими факторами. Из этого следует, что по Т, можно изучать структуру чистых жидкостей и растворов , исследовать межмолекул рные взаимодействи , процессы комплексообразовани , полимеризации, диссоциации , получать некоторые термодинамические характеристики молекул рных и ионных равновесий и т.п. Все эти и другие подобные задачи успешно решаютс главным образом методом ЯМР в сильных магнитных пол х . Однако ставить подобные задачи в случае изучени биохимических растворов в растительных объектах без нарушени их целостности при использовании метода ЯМР в сильном поле крайне затруднительно, а в большинстве случаев и просто невоз .можно (растительные объекты необходимо было бы помещать в небольшие датчики ЯМР с рабочим объемом исследуемого вещества пор дка 0,5 куб. см, располагаемые в тесные зазорах магнитов). Значительно большие возможности открываютс при использовании способа ЯМР в земном поле, так как при этом рабочий объем исследуемого образца составл ет 100 - 1000 см, а при использовании дл пол ризации образца магнитных полей во внешней области катушек датчика достигает и еще больших значений пор дка нес .колько литров. Применение ЯМР-анализа в магнитном поле Земли дл определени биохимических изменений и физиологического состо ни растительных объектов стало возможным благодар обнаруженной зависимости скорости затухани ССП и/или времен релаксации Т и от сроков созревани некоторых растительных объектов (стеблейO) The invention relates to physical research methods, can be used both for scientific and practical purposes in the biology of agronomy and agricultural production and allows to study the change in the chemical composition and the course of biochemical and physiological processes in plant objects in the process. their development or storage without disturbing the integrity of the plant; determine the degree of ripening of one or other agricultural crops. Methods are known for determining bio-chemical changes and the physiological state of plant objects ij. In these methods, a biological object is physically exposed to ultrasound, heat, pressure, electrical voltage (current, ionizing radiation, or magnetic field. Besides the magnetic field, all these types of effects are external causative agents of the HF biological organisms and in some cases are strong the effect of some of them may lead to irreversible processes in biological tissues (for example, to the destruction of the membrane walls, or even to the destruction of molecular bonds under de ionization); radiation).; Tor.13, these methods cannot be adapted as ideal, because measurements are not carried out in natural conditions to the existence and development of biological objects, but under the influence of external factors "More coBepmeHHbiivM methods are which use effects on animals or plant organisms of a constant magnetic field, since there is still no reliably confirmed evidence of a noticeable influence of a magnetic field on biological organisms. Magnetic methods measure magnetic effects in magnetic methods. susceptibility of substances, such as enzymes. In static measurement methods, for example, using a Hui magnetic balance or a Rankin instrument, the biological substance under study is placed in a magnetic field, and, to increase the sensitivity, measurements are carried out with high concentrations of the substance (for example, high concentration of the enzyme in the protein solution). More sensitive magnetic methods are the NQR and EPR resonance methods in strong magnetic fields x 2. However, in these methods of measurement, biological matter is placed in the sensor, (pesQHairop), located between the poles of magnets, and they are also of little use for studying biological objects in the process of their development under natural conditions. A method based on the determination of biochemical changes and the physiological state of the object under study, in which the electrical impedance is measured, is known from non-magnetic methods for studying the development of plant objects. In the electrical impedance method, the resistivity of a biological object is measured, from which the cell impedance of the cytoplasm, protoplasm and the extracellular solution is isolated, and the property of the cell walls is characterized by the capacity of a unit of surface. However, during measurement, the sample is affected by an electromagnetic-1 field. Since most plant objects have low electrical conductivity (high resistivity), a large electrical potential is applied to them in the measurement process, which can lead not only to a change in the natural ionic composition of the protoplasm and the biological fluid surrounding the cell, and consequently also to disruption of the normal biochemical processes , but also to the rupture of cell membranes. The measured impedances of biological systems do not allow to establish in details all the differences between cells of different types (plant and animal, egg cells, etc.), their values for different cells overlap. The value of the impedances of biological systems does not always allow to study the course of relaxation processes (for example, low-frequency) and they are not suitable for studying the molecular composition of biological media. The aim of the invention is to increase the reliability of measurement results and reduce the impact of the measurement process on the natural conditions of the development of a plant object. 1 This goal is achieved by the fact that, according to the method in a plant object, nuclear magnetic resonance is excited in the magnetic field of the Earth, and the parameters of the observed signal, mainly by relaxation times and / or signal amplitude, judge the biochemical changes and the physiological state of the object. The method of NMR analysis of the chemical composition of substances in the Earth’s magnetic field uses the signals of free precession of the nuclei of the objects under investigation after preliminary magnetization of the sample is much stronger than the earth, polarizing the magnetic field tTj,. This field is oriented perpendicular to the magnetic field. Then the magnetic moments and; the core of matter used, for example, protons will be oriented by a total effective magnetic field. At the same time, the nuclear magnetization vector and the unit volume of the substance M are oriented along the field Nef, i.e., almost perpendicular to the Earth and its length is determined by the nuclear susceptibility - X of the substance and the modulus of the effective field, М X.Hg. If then the field H is non-adiabatically quickly turned off, then the vector is set to its stationary state M ..., at which K oo O, MO O, Nog HO. In the process of establishing, the vector K precesses around the alignment of the earth's magnetic field with a portion of that WQ / where Tf is the gyromagnetic ratio of the resonating nuclei and its length decreases. The change in the modulus of the vector M is determined by the exponential character of the change in its longitudinal M, and transverse M -. , -, -, where M (o) is the value of Mj. at the initial moment of time after switching off the polarizer for l Hf ,; T is the time of spin-lattice (or longitudinal relaxation; T is the time of spin-spin (or transverse) relaxation. NMR signals are observed due to a change in the transverse components of vector M. If the test substances are inside the inductive coil L, which is oriented perpendicular to the H field, in the process of setting the precessing vector M to a stationary state, its component Mj is induced in the L coil by a free precession EMF signal. The frequency of this sig is equal to the precession frequency of the vector M in the Earth’s magnetic field ( c about a amp there is reduced according to the exponential law in accordance with the formula (3), i.e. the attenuation of the signal is determined by the constant time T, the spin-spin relaxation time. Thus, T can be determined directly from the SCF. T and T are approximately equal to relaxation. It is experimentally shown that T is also T in the case of proton relaxation in aqueous solutions of most paramagnetic ions. Therefore, T as well as T can be determined in the first approximation by the attenuation of SSPs. If necessary, T ;, is determined by the ERP more accurately using, for example, a pulsed technique. It is known from the theory of nuclear magnetic resonance that the spin-lattice relaxation time T is determined by the intensity of the rotational and translational motion of molecules, the presence of paramagnetic particles (ions, quadrupole interaction, anisotropy of electronic screening and some other factors). From this it follows that it is possible to study the structure of pure liquids and solutions, to study intermolecular interactions, processes of complex formation, polymerization, dissociation, to obtain some thermodynamic characteristics of molecular and ionic equilibria, etc. All these and other similar problems are successfully solved mainly by NMR in strong magnetic fields. However, to set similar problems when studying biochemical solutions in plant objects without compromising their integrity using the method NMR in a strong field is extremely difficult, and in most cases simply impossible (plant objects would need to be placed in small NMR sensors with a working volume of the test substance p p of about 0.5 cc. cm, placed in tight gaps magnets). Significantly great opportunities are opened when using the NMR method in the earth's field, since the working volume of the sample under study is 100-1000 cm, and when using magnetic fields for polarization of the sample in the outer region of the sensor coils, it reaches even larger values. how many liters. The use of NMR analysis in the Earth’s magnetic field to determine biochemical changes and the physiological state of plant objects was made possible due to the detected dependence of the FAD attenuation rate and / or relaxation times T and on the maturity of certain plant objects (stalks
сахарного ..тростника, арбузов, дынь и др. . Предварительные измерени показывают, что времена релаксации Т;| и Tj определены по ССП, по мере созревани сахарногоотростника измен ютс от 0,95 с до 0,41 с Предлагаемый способ имеет преимущество перед существующим, так как он позвол ет проводить анализ дистанционно , бесконтактно без нарушени физиологической целостности растительных объектов. Кроме того, в процессе изменени на растительные объекты не оказываетс никакого внешнего воздействи . Правда, следует заметить, что дл наблюдени sugar .. cane, watermelons, melons and others. Preliminary measurements show that the relaxation times T; | and Tj are determined by BSC, as sugarcane ripens varies from 0.95 s to 0.41 s. The proposed method has an advantage over the existing one, as it allows for analysis remotely, without contact, without disturbing the physiological integrity of the plant objects. In addition, in the process of changing plant objects there is no external influence. True, it should be noted that to observe
ССП исследуемый объект кратковременно намагничивают пол ризуквдим полем. (Нп 100 Э, врем намагничивани Т - 1 - 3 с), однако это поле выключаетс перед по влением сигнала ССП и, следовательно, во врем измерени отсутствует.The ERPs of the object under investigation are briefly magnetized by a polarized field. (Hp 100 Oe, T - 1 - 3 s magnetization time), however, this field is turned off before the appearance of the SSP signal and, therefore, is absent during the measurement.
Перечисленные достоинства способа позвол ют проводить с его помощью определение биохимических изменений и филиологического состо ни растительных объектов в процессе их естественного развити на плантаци х, бахчах и т.п. или контролировать указанные параметры в период хранени .The listed advantages of the method make it possible to determine biochemical changes and the filiological state of plant objects in the process of their natural development on plantations, melons, etc. or monitor the specified parameters during storage.