Вода – самое распространенное вещество на планете Земля, около 71 % поверхности земного шара покрыто водой. Она является важнейшим веществом для всех живых существ на Земле. Её основная роль в возникновении и поддержании жизни на Земле, в глобальном кругообороте веществ и энергии, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. В среднем в организме растений и животных содержится более 50 % воды. С каждым годом проблема нехватки водных ресурсов становится все острее. Для успешного применения в хозяйственной деятельности нужно изменять её физико-химические свойства, применять различные способы модификации и очистки. Мембранные методы и технологии успешно решают эту задачу. В статьe [1] описан метод коррекции и регулирования рН воды с помощью биполярного электродиализа для нужд теплоэнергетики. Работа [2] посвящена исследованию технологии безреагентной электромембранной декарбонизации природной воды. Также с помощью электромембранной технологии возможно провести коррекцию окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) водных растворов.

Биологическая обратная связь с модификациями окислительно-восстановительного потенциала воды описана в работе [3]. Нами описаны исследования влияния воды с высоким отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом на аквакультуру. Биологическая обратная связь, оказываемая водой на физиологию живых систем, совершенно недостаточно изучена. Тонкое регулирование и незаметные изменения физиологических процессов, происходящих в водных растворах, подвергавшихся различным физико-химическим воздействиям требуют проведения комплексного изучения.

Нашим коллективом были проведены исследования влияния воды с высоким отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) на молодь африканского клариевого сома (Clarias gariepinus). Установлено, что снижение ОВП воды от +150..250 мВ до -600.. -500 мВ с помощью электромембранного генератора без изменения солевого состава при незначительном изменении pH с экспозицией 30 и 60 мин раз в сутки положительно сказывается на основных рыбоводно-биологических показателях выращивания молоди африканского клариевого сома. Для модификации ОВП водных растворов использовали электромембранную установку с ионообменной биполярной мембраной.

В настоящее время ведутся исследования на молоди осетровых пород рыб – стерляди (Acipenser ruthenus) и молоди австралийского красноклещевого рака (Cherax quadricarinatus). Предварительный анализ результатов влияния воды с высоким отрицательным ОВП на биологические процессы в исследуемых организмах показал значительные положительные эффекты процесса стимулирования роста и продуктивности аквакультуры. Дальнейшие исследования имеют большой потенциал для создания новых технологий подращивания аквакультуры в установках замкнутого водоснабжения (УЗВ).

Таким образом, наблюдаемое увеличение продуктивности выращивания аквакультуры является результатом воздействия воды с высоким отрицательным ОВП на стимулирование биологических процессов в организме, однако механизм действия данного эффекта влияния требует более детального и тщательного изучения. Возможно, резкое изменение ОВП среды обитания аквакультуры приводит к возникновению стресса, что оказывает выраженное влияние на динамику биохимических, клеточных, тканевых и системных регуляторных процессов. Кроме того, попадание молекулярного водорода в организм приводит к изменению в экспрессии генов в системных органах, что также может отражаться на физиологических показателях.



Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания: проект Минобрнауки РФ FZEN-2023-0006 23/20T.



[1] D. Davydov, E. Nosova, S. Loza, A. Achoh, A. Korzhov, M. Sharafan, S. Melnikov, Use of the microheterogeneous model to assess the applicability of ion-exchange membranes in the process of generating electricity from a concentration gradient Membranes. Vol. 11, № 6, 2021.

[2] V.I. Zabolotsky, A.N. Korzhov, A.Y. But, S.S. Melnikov, Reagent-free electromembrane process for decarbonization of natural water, Membranes and Membrane Technologies, Vol. 1, P. 341-346, 2019.

[3] D.V. Shumeiko, S.A. Loza, A.N. Korzhov, V.K. Romashov, A.A. Elkina, V.V. Malyshko, A.V. Moiseev, Stimulation of the growth of juvenile north african catfish clarias gariepinus by modification of the water oxidation–reduction potential, Biology Bulletin, Vol. 49, P. 192-202, 2022.

Water is the most common substance on the planet Earth, about 71% of the globe's surface is covered with water. It is the most important substance for all living beings on Earth. Its main role is in the origin and maintenance of life on Earth, in the global circulation of substances and energy, in the chemical structure of living organisms, in the formation of climate and weather. On average, the body of plants and animals contains more than 50% water. Every year the problem of shortage of water resources becomes more acute. For successful application in economic activity, it is necessary to change its physico-chemical properties, apply various methods of modification and purification. Membrane methods and technologies successfully solve this problem. The article [1] describes a method for correcting and regulating the pH of water using bipolar electrodialysis for the needs of thermal power engineering. The work [2] is devoted to the study of the technology of reagentless electromembrane decarbonization of natural water. Also, with the help of electromembrane technology, it is possible to correct the redox potential (ORP) of aqueous solutions.

Biofeedback with modifications of the redox potential of water is described in [3]. We have described studies of the influence of water with a high negative redox potential on aquaculture. The biological feedback provided by water on the physiology of living systems is completely insufficiently studied. Fine regulation and imperceptible changes in physiological processes occurring in aqueous solutions subjected to various physico-chemical influences require a comprehensive study.

Our team conducted studies of the effect of water with a high negative redox potential (ORP) on the young of the African Clarias catfish (Clarias gariepinus). It was found that the decrease in the ORP of water from +150..250 mV to -600 .. -500 mV with the help of an electromembrane generator without changing the salt composition with a slight change in pH with an exposure of 30 and 60 minutes once a day has a positive effect on the main fish-breeding and biological indicators of growing young African clary catfish. To modify the ORP of aqueous solutions, an electromembrane installation with an ion-exchange bipolar membrane was used.

Currently, studies are being conducted on juvenile sturgeon breeds of sterlet fish (Acipenser ruthenus) and juvenile Australian red–tick crayfish (Cherax quadricarinatus). A preliminary analysis of the results of the influence of water with a high negative ORP on biological processes in the studied organisms showed significant positive effects of the process of stimulating the growth and productivity of aquaculture. Further research has great potential for the creation of new technologies for growing aquaculture in closed water supply installations.

Thus, the observed increase in the productivity of aquaculture cultivation is the result of the influence of water with a high negative ORP on the stimulation of biological processes in the body, however, the mechanism of action of this effect of influence requires more detailed and careful study. It is possible that a sharp change in the ORP of the aquaculture habitat leads to stress, which has a pronounced effect on the dynamics of biochemical, cellular, tissue and systemic regulatory processes. In addition, the ingestion of molecular hydrogen into the body leads to a change in gene expression in systemic organs, which can also affect physiological indicators.



The work was carried out with the financial support: project of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation FZEN-2023-0006 23/ 20T.



[1] D. Davydov, E. Nosova, S. Loza, A. Achoh, A. Korzhov, M. Sharafan, S. Melnikov, Use of the microheterogeneous model to assess the applicability of ion-exchange membranes in the process of generating electricity from a concentration gradient Membranes. Vol. 11, № 6, 2021.

[2] V.I. Zabolotsky, A.N. Korzhov, A.Y. But, S.S. Melnikov, Reagent-free electromembrane process for decarbonization of natural water, Membranes and Membrane Technologies, Vol. 1, P. 341-346, 2019.

[3] D.V. Shumeiko, S.A. Loza, A.N. Korzhov, V.K. Romashov, A.A. Elkina, V.V. Malyshko, A.V. Moiseev, Stimulation of the growth of juvenile north african catfish clarias gariepinus by modification of the water oxidation–reduction potential, Biology Bulletin, Vol. 49, P. 192-202, 2022.