J o u r n a l o f R e s e a r c h i n B i o l o g y T h e e f f e c t o f M R E T a c t i v a t e d w a t e r o n p l a n t s K e y w o r d s : V i s c o s i t y , d i e l e c t r i c p e r m i t t i v i t y , g e r m i n a t i o n ; p l a n t , r o o t s y s t e m , M R E T W a t e r . A B S T R A C T : T h i s p a r t i c u l a r a r t i c l e r e l a t e s t o t h e s t u d y o f t h e e f f e c t o f M R E T A c t i v a t e d w a t e r o n g r o w t h a n d d e v e l o p m e n t o f h i g h e r p l a n t s . I t p r o v i d e s s o m e e v i d e n c e t h a t M R E T A c t i v a t e d w a t e r w i t h t h e m o d i f i e d p h y s i c a l a n d e l e c t r o d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s m a y e n h a n c e s p e c i f i c m o l e c u l a r m e c h a n i s m s i n l i v i n g c e l l s o f b o t a n i c a l o r i g i n . I n p a r t i c u l a r , t h e d i s c o v e r e d c h a n g e ( a r e d u c t i o n ) o f t h e v i s c o s i t y o f a c t i v a t e d w a t e r s h o u l d i n f l u e n c e e s s e n t i a l l y t h e m o v e m e n t o f c e l l u l a r j u i c e i n t h e v e s s e l s o f x y l e m a n d p h l o e m . C h a n g e o f t h e c o n d u c t i v i t y a n d t h e d i e l e c t r i c p e r m i t t i v i t y s h o u l d r e n d e r a s t r o n g i n f l u e n c e o n t h e m o v e m e n t a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f i o n s i n w a t e r . T h e l i v i n g c e l l s o f b o t a n i c a l o r i g i n h a v e r a t h e r c o m p l e x s t r u c t u r e , c o n s i s t i n g o f t h e f o l d i n g m e m b r a n e s , t h e s p e c i a l i z e d c o n n e c t i o n s , a n d o r g a n e l l e s . T h e l o c a l i z a t i o n o f i o n s i s p a r t i c u l a r l y i m p o r t a n t , s i n c e e a c h o f t h e c o m p l e x s t r u c t u r e s m u s t b e e x p e c t e d t o h a v e a s p e c i f i c r o l e i n t h e e l e c t r i c a l f u n c t i o n o f t h e c e l l s a n d a s a r e s u l t i t m a y a f f e c t p l a n t s g e r m i n a t i o n a n d d e v e l o p m e n t . T o v e r i f y t h e v a l i d i t y o f t h e p r o p o s e d h y p o t h e s i s t h e s t u d y o n h i g h e r p l a n t s w a s c o n d u c t e d a t t h e I n s t i t u t e o f C e l l u l a r B i o l o g y a n d G e n e E n g i n e e r i n g o f t h e N a t i o n a l A c a d e m y o f S c i e n c e s o f U k r a i n e . 3 6 2 - 3 6 9 | J R B | 2 0 1 2 | V o l 2 | N o 4 T h i s a r t i c l e i s g o v e r n e d b y t h e C r e a t i v e C o m m o n s A t t r i b u t i o n L i c e n s e ( h t t p : / / c r e a t i v e c o m m o n s . o r g / l i c e n s e s / b y / 2 . 0 ) , w h i c h g i v e s p e r m i s s i o n f o r u n r e s t r i c t e d u s e , n o n - c o m m e r c i a l , d i s t r i b u t i o n a n d r e p r o d u c t i o n i n a l l m e d i u m , p r o v i d e d t h e o r i g i n a l w o r k i s p r o p e r l y c i t e d . w w w . j r e s e a r c h b i o l o g y . c o m A u t h o r s : I g o r S m i r n o v . I n s t i t u t i o n : G l o b a l Q u a n t e c h , I n c . , E n c i n i t a s , C a l i f o r n i a , U S A . C o r r e s p o n d i n g a u t h o r : I g o r S m i r n o v . E m a i l : i g o r @ g q u s a . c o m F a x N o : ( 7 6 0 ) 6 5 2 - 5 1 7 3 . W e b A d d r e s s : h t t p : / / j r e s e a r c h b i o l o g y . c o m / d o c u m e n t s / R A 0 2 3 2 . p d f . D a t e s : R e c e i v e d : 1 3 A p r 2 0 1 2 A c c e p t e d : 1 4 M a y 2 0 1 2 P u b l i s h e d : 0 1 J u n 2 0 1 2 A r t i c l e C i t a t i o n : I g o r S m i r n o v . T h e e f f e c t o f M R E T a c t i v a t e d w a t e r o n p l a n t s . J o u r n a l o f R e s e a r c h i n B i o l o g y ( 2 0 1 2 ) 2 ( 4 ) : 3 6 2 - 3 6 9 J o u r n a l o f R e s e a r c h i n B i o l o g y O r i g i n a l R e s e a r c h A n I n t e r n a t i o n a l S c i e n t i f i c R e s e a r c h J o u r n a l J o u r n a l o f R e s e a r c h i n B i o l o g y A n I n t e r n a t i o n a l S c i e n t i f i c R e s e a r c h J o u r n a l

I N T R O D U C T I O N : W a t e r m a k e s u p a b o u t 9 0 % o f a l l t h e c o n t e n t s o f p l a n t c e l l s . A l o n g s i d e m a c r o - a n d m i c r o e l e m e n t s , i t i s a n e c e s s a r y p a r t o f a n y s o i l m i x t u r e f o r t h e c u l t i v a t i o n o f p l a n t s u n d e r n a t u r a l c o n d i t i o n s , a s w e l l a s t h e c u l t u r a l m e d i u m f o r t h e c u l t i v a t i o n o f p l a n t s u n d e r s t e r i l e c o n d i t i o n s . I n t h e v e s s e l s o f x y l e m a n d p h l o e m a n d i n t h e l a c t i c i f e r s o f h i g h e r p l a n t s , t h e r e i s a k i n d o f v e g e t a t i v e j u i c e , w h i c h i s a n a l o g o u s i n f u n c t i o n t o b l o o d p l a s m a o f h i g h e r a n i m a l s a n d e v e n h u m a n . T h e c o m p o s i t i o n o f t h i s j u i c e i n c l u d e s a b i g c o m p l e x o f o r g a n i c s u b s t a n c e s a n d i n o r g a n i c e l e m e n t s . T h e c o m p o s i t i o n a n d c o n c e n t r a t i o n o f t h e s e s u b s t a n c e s a n d e l e m e n t s d i f f e r s t r o n g l y n o t o n l y i n d i f f e r e n t p l a n t s , b u t a l s o i n d i f f e r e n t p a r t s o f t h e s a m e p l a n t . T h e m a i n c h a r a c t e r i s t i c t h a t u n i t e s a l l k i n d s o f c e l l u l a r j u i c e i s t h e l a r g e c o n t e n t o f w a t e r w h i c h r e a c h e s 9 8 % i n r e l a t i v e c o n c e n t r a t i o n . W i t h t h e l a c k o f w a t e r , a l l g r o w i n g p r o c e s s e s a r e v i o l a t e d , w h i c h c a n c a u s e t h e d e a t h o f p l a n t s . W e m a y s a y w i t h o u t e x a g g e r a t i o n t h a t w a t e r i s t h e m a i n c o m p o n e n t o f a n y p l a n t , a n d i t s p r e s e n c e i s t h e m a i n c o n d i t i o n f o r t h e p l a n t ’ s e x i s t e n c e a s a l i v i n g b e i n g . T h i s i m p l i e s a t o n c e t h a t w a t e r i s t h e m a i n e l e m e n t o f a b i o l o g i c a l s y s t e m , w h o s e i n f l u e n c e a l l o w s o n e t o r e a l i z e t h e s t r o n g e s t i n f l u e n c e o n t h i s s y s t e m . T h u s , t h e i n t r o d u c t i o n o f w a t e r w i t h a n y 3 p a r t i c u l a r c h a r a c t e r i s t i c s i n t o s o i l ( i r r i g a t i o n ) o r i n t o a c u l t u r a l m e d i u m w i l l d e f i n i t e l y i n f l u e n c e t h e b a s i c g r o w i n g p a r a m e t e r s o f p l a n t s . S u c h w a t e r c a n r e n d e r a p o s i t i v e o r n e g a t i v e i n f l u e n c e o n a l l d e v e l o p m e n t a l p h a s e s o f a p l a n t , i n c l u d i n g t h e p e c u l i a r i t i e s o f t h e g e r m i n a t i o n o f s e e d s ( s p e e d o f g e r m i n a t i o n , p e r c e n t a g e o f g e r m i n a t i n g c a p a c i t y ) , t h e g r o w t h o f t h e o v e r g r o u n d p a r t o f a p l a n t e . g . a s p r o u t ( t h e g r o w t h o f i t s h e i g h t a n d w e i g h t ) , a n d t h e g r o w t h o f a r o o t s y s t e m . I t c a n a l s o i n f l u e n c e t h e s i z e o f l e a v e s ( t h e a r e a o f a l e a v e s u r f a c e ) , a n d c a n c a u s e t h e a p p e a r a n c e o f a t y p i c a l ( b y t h e i r f o r m , s i z e , a n d c o l o r ) l e a v e s . T h e s t u d i e s o f t h e i n f l u e n c e o f M R E T a c t i v a t e d w a t e r o n p l a n t s w e r e c a r r i e d o u t u n d e r t h e s u p e r v i s i o n o f N . A . M a t v e e v a , P h . D . a t t h e I n s t i t u t e o f C e l l u l a r B i o l o g y a n d G e n e E n g i n e e r i n g o f t h e N a t i o n a l A c a d e m y o f S c i e n c e s o f U k r a i n e . I n a d d i t i o n t o t h e r e s u l t s o f s t u d y i n g t h e i n f l u e n c e o f M R E T a c t i v a t e d w a t e r o n t h e g r o w t h o f p l a n t s u n d e r n a t u r a l c o n d i t i o n s , w e a l s o d i s c u s s h e r e i t s i n f l u e n c e o n t h e g r o w t h o f s t e r i l e c u l t u r e s u n d e r c o n d i t i o n s o f a s p e c i a l c u l t u r a l m e d i u m . T h e u s a g e o f s t e r i l e c u l t u r e s f o r t h e s t u d y o f t h e i n f l u e n c e o f M R E T a c t i v a t e d w a t e r i s c a u s e d b y c e r t a i n c i r c u m s t a n c e s , a m o n g w h i c h t h e m o s t i m p o r t a n t i s t h e i n c r e a s e o f r e l i a b i l i t y a n d a u t h e n t i c i t y o f t h e o b t a i n e d r e s u l t s . T h e p o i n t i s t h a t a s t e r i l e c u l t u r e d o e s n o t p r a c t i c a l l y c o n t a i n a n y b a c t e r i a . T h e r e f o r e , t h e i n f l u e n c e o f e x t r a n e o u s f a c t o r s ( f o r e x a m p l e , i n f e c t i o n o r c o n t a m i n a t i o n ) i s p r a c t i c a l l y e x c l u d e d . T h i s c i r c u m s t a n c e a l l o w s u s t o j u d g e t h e d i r e c t e f f e c t r e n d e r e d b y t h e a d d i t i o n a l f a c t o r s c o n n e c t e d , i n p a r t i c u l a r , t h e u s a g e o f a c t i v a t e d w a t e r . T h e r e s u l t s o f s t u d i e s o f t h e p h y s i c o - m o l e c u l a r p r o p e r t i e s o f M R E T a c t i v a t e d w a t e r s t a t e d b e l o w a l l o w u s t o p r e d i c t t h e i n f l u e n c e o f w a t e r a c t i v a t i o n o n t h e d e v e l o p m e n t o f p l a n t s . I n p a r t i c u l a r , t h e d i s c o v e r e d c h a n g e ( a r e d u c t i o n ) o f t h e v i s c o s i t y o f a c t i v a t e d w a t e r s h o u l d i n f l u e n c e e s s e n t i a l l y t h e m o v e m e n t o f c e l l u l a r j u i c e i n t h e v e s s e l s o f x y l e m a n d p h l o e m . C h a n g e o f t h e c o n d u c t i v i t y a n d t h e d i e l e c t r i c p e r m i t t i v i t y s h o u l d r e n d e r a s t r o n g i n f l u e n c e o n t h e m o v e m e n t a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f i o n s i n w a t e r ( S m i r n o v , 2 0 0 7 , 2 0 0 8 ) . T h u s , i n v e s t i g a t i n g s o m e k e y p a r a m e t e r s , w h i c h c h a r a c t e r i z e t h e g r o w t h o f p l a n t s , a l l o w s u s t o m a k e c e r t a i n c o n c l u s i o n s a b o u t t h e i n f l u e n c e o f s o m e p a r t i c u l a r p r o p e r t i e s o f M R E T a c t i v a t e d w a t e r o n p l a n t s a n d , e v e n t u a l l y , t o f i n d t h e o p t i m u m w a y s o f u s i n g s u c h w a t e r . M E T H O D A N D M A T E R I A L S : T h e d i f f e r e n t k i n d s o f p l a n t s w e r e u s e d i n t h e e x p e r i m e n t s t o i n v e s t i g a t e e f f e c t s o f M R E T a c t i v a t e d S m i r n o v , 2 0 1 2 3 6 3 J o u r n a l o f R e s e a r c h i n B i o l o g y ( 2 0 1 2 ) 2 ( 4 ) : 3 6 2 - 3 6 9

w a t e r . T h e s e s y s t e m s c a n b e r e p r e s e n t e d b y t w o h i e r a r c h i c a l l e v e l s : • h i g h e r p l a n t s g r o w n i n a n u t r i t i o u s m e d i u m ; • h i g h e r p l a n t s g r o w n i n a s o i l ; T h e i n f l u e n c e o f M R E T a c t i v a t e d w a t e r ( a c t i v a t e d f o r 3 0 m i n u t e s a n d 6 0 m i n u t e s r e s p e c t i v e l y ) o n t h e g r o w t h o f p l a n t s i n s o i l a n d u n d e r c o n d i t i o n s o f a s t e r i l e c u l t u r a l m e d i u m w a s i n v e s t i g a t e d i n t h e s e e x p e r i m e n t s . W a t e r w a s a c t i v a t e d d i r e c t l y b e f o r e i t s u s a g e o r i t w a s k e p t a f t e r t h e a c t i v a t i o n i n a c o o l e r a t a t e m p e r a t u r e o f 4 ° C n o l o n g e r t h a n o n e d a y . C o n t r o l p l a n t s w e r e i r r i g a t e d w i t h s i m i l a r , n o n - a c t i v a t e d w a t e r . T o p r e p a r e s t e r i l e c u l t u r e , a s t e r i l e c o n c e n t r a t e o f t h e m e d i u m w a s p r e p a r e d b e f o r e h a n d , w h i c h w a s t h e n d i l u t e d w i t h d i s t i l l e d w a t e r a n d w h i c h w a s l a t e r a c t i v a t e d . I n o r d e r t o s t u d y t h e i n f l u e n c e o f a c t i v a t e d w a t e r o n h i g h e r p l a n t s , s t e r i l e h i g h e r p l a n t s s u c h a s S o l a n u m t u b e r o s u m o f g r a d e “ L u g o v s k o i ” a n d S o l a n u m r i c k i i c a p a b l e o f g r o w t h i n s t e r i l e c u l t u r a l m e d i a ( i n s t e r i l e t e s t t u b e s ) w e r e u s e d a s t h e o b j e c t o f s t u d y . T h e M u r a s h i g e – S k o o g s t a n d a r d s t e r i l e c u l t u r a l m e d i u m ( M u r a s h i g e a n d S k o o g , 1 9 6 2 ) w a s p r e p a r e d f o r t h e g r o w t h o f p l a n t s . F o r t h e p r e p a r a t i o n o f a n a g a r - b a s e d m e d i u m , w e t o o k o n e p a r t o f o r d i n a r y d i s t i l l e d w a t e r a n d f o u r p a r t s o f t h e c o r r e s p o n d i n g M R E T a c t i v a t e d w a t e r . F i r s t l y , a c o n c e n t r a t e d s o l u t i o n o f t h e c u l t u r a l m e d i u m d i s s o l v e d i n a s m a l l a m o u n t o f o r d i n a r y d i s t i l l e d w a t e r w a s p r e p a r e d . A f t e r s t e r i l i z a t i o n a n d c o o l i n g , t h i s s o l u t i o n w a s d i l u t e d w i t h t h e c o r r e s p o n d i n g f r a c t i o n o f a c t i v a t e d w a t e r i n t h e r a t i o o f 1 : 4 . I n s u c h a w a y , t h e c u l t u r a l m e d i u m w a s e n r i c h e d w i t h a s p e c i f i c f r a c t i o n o f a c t i v a t e d w a t e r b y 8 0 % . F o r t h e u s e o f t h e l i q u i d c u l t u r a l m e d i u m , i t w a s a c t i v a t e d f o r 0 . 5 h o r 1 h a f t e r t h e s t e r i l i z a t i o n p r o c e s s d i r e c t l y i n s t e r i l e t e s t t u b e s u n d e r c o n d i t i o n s o f a s t e r i l e b o x . T o p r e s e r v e t h e s t e r i l i t y o f e x p e r i m e n t s , s p e c i a l m e a s u r e s w e r e u n d e r t a k e n . I n p a r t i c u l a r , i n t h e c a s e o f a l i q u i d c u l t u r a l m e d i u m , i t w a s a c t i v a t e d a f t e r t h e s t e r i l i z a t i o n d i r e c t l y i n s t e r i l e t e s t t u b e s . C o n t r o l a n d e x p e r i m e n t a l p l a n t s w e r e c u l t i v a t e d u n d e r i d e n t i c a l c o n d i t i o n s o f i l l u m i n a t i o n a n d a t t h e s a m e t e m p e r a t u r e . I n t e s t t u b e s w i t h t h e s t e r i l e m e d i u m , t h e p a r t s o f p l a n t s ( s h o o t s ) h a v i n g o n e b u d w e r e s o w n . P l a n t s w e r e c u l t i v a t e d i n t h e p r e s e n c e o f l i g h t a t a t e m p e r a t u r e o f 2 0 ° C w i t h t h e f o l l o w i n g l i g h t / d a r k p e r i o d w i t h i n e a c h d a y : 1 6 h o f l i g h t - 8 h o f d a r k n e s s . I n t h r e e w e e k s a f t e r t h e s o w i n g , t h e e v a l u a t e d p l a n t s w e r e t a k e n f r o m t e s t t u b e s , a n d t h e m e a s u r e m e n t o f t h e i r m a j o r p a r a m e t e r s : t h e 5 h e i g h t o f p l a n t s , w e i g h t o f t h e o v e r g r o u n d p a r t , a n d w e i g h t o f l e a v e s w a s c a r r i e d o u t , a n d t h e s u r f a c e a r e a o f l e a v e s w e r e e v a l u a t e d a s w e l l ( V y s o t s k i i e t a l . , 2 0 0 9 ) . I n a d d i t i o n , a f t e r t h e c o m p l e t i o n o f e a c h e x p e r i m e n t , t h e f o l l o w i n g c o e f f i c i e n t s o f a c t i o n o f a c t i v a t e d w a t e r w h i c h c h a r a c t e r i z e t h e a v e r a g e p a r a m e t e r s o f e v o l v e d p l a n t s w e r e d e t e r m i n e d : 1 . C o e f f i c i e n t o f i n h i b i t o r y a c t i o n o f a c t i v a t e d w a t e r o n t h e g r o w t h o f p l a n t s i n t h e s t e r i l e c u l t u r e K 1 = N 1 a : N 1 c . H e r e , N 1 a i s t h e a m o u n t o f s e g m e n t s s u r v i v e d f r o m t h e c u l t i v a t i o n i n t h e m e d i u m w i t h M R E T a c t i v a t e d w a t e r , a n d N 1 c i s t h e a m o u n t o f s e g m e n t s s u r v i v e d f r o m t h e c u l t i v a t i o n i n t h e c o n t r o l m e d i u m . 2 . C o e f f i c i e n t o f s t a l k f o r m a t i o n K 2 = N 2 a : N 2 c . H e r e , N 2 a i s t h e a m o u n t o f s e g m e n t s , o f w h i c h s p r o u t s i n t h e m e d i u m w i t h M R E T a c t i v a t e d w a t e r w e r e f o r m e d , a n d N 2 c i s t h e a m o u n t o f s e g m e n t s , o f w h i c h s p r o u t s i n t h e c o n t r o l m e d i u m w e r e f o r m e d . 3 . C o e f f i c i e n t o f t h e l e n g t h o f f o r m e d s p r o u t s K 3 = L a : L c . H e r e , L a i s t h e a v e r a g e l e n g t h o f t h e s p r o u t s f o r m e d o n o n e s e g m e n t c u l t i v a t e d w i t h a c t i v a t e d w a t e r , a n d L c i s t h e a v e r a g e l e n g t h o f a s p r o u t f o r m e d o n o n e s e g m e n t i n t h e c o n t r o l . 4 . C o e f f i c i e n t o f a c h a n g e o f t h e c o l o r i n g o f l e a v e s K 4 = N 4 a : N 4 c . H e r e , N 4 a i s t h e a m o u n t o f p l a n t s w i t h a t y p i c a l c o l o r i n g o f l e a v e s i n t h e m e d i u m w i t h M R E T a c t i v a t e d w a t e r , a n d N 4 c i s t h e a m o u n t o f p l a n t s w i t h a t y p i c a l c o l o r i n g o f l e a v e s i n t h e c o n t r o l S m i r n o v , 2 0 1 2 J o u r n a l o f R e s e a r c h i n B i o l o g y ( 2 0 1 2 ) 2 ( 4 ) : 3 6 2 - 3 6 9 3 6 4