Научно-исследовательская работа по теме "Влияние солей тяжелых металлов на рост растения"

БОУ г.Омска «Средняя общеобразовательная школа № 78»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«Влияние солей тяжелых металлов на рост растений»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Авторы:

Шкарлет Юлия

обучающиеся  7Б класса

БОУ г.Омска  «СОШ № 78»

 

                                                           Руководители:

Чуйкова Елена Николаевна,

учитель биологии

БОУ г.Омска «СОШ № 78»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Омск – 2023

 

Оглавление

Введение …………………………………………………………………..3

Глава I………………………..…………………………………………….5

1.1 Растения в условиях загрязнения окружающей среды………….….5

1.2 Влияние различных химических веществ на живые организмы…..7

Глава II. Методика проведения эксперимента………………………….12

2.1 Результаты исследования………………………………………….....12

Заключение……………………………………………………………...…18

Список литературы………………………………………………………..19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

    Жизнедеятельность любого растения начинается с развития и роста его из семени при определенных условиях внешней среды. Основные условия для прорастания семени – тепло, свет, воздух, вода, питание. Все эти факторы одинаково необходимы для роста и развития растения и имеют огромное значение в жизни растений. Изменяя условия жизни, можно направленно изменять свойства и признаки растений. Но не все условия оказывают положительное влияние на растения. Урбанизация в настоящее время ведет не только к вырубке лесов для строительства городов, но и к развитию транспортных путей, по которым через леса и поля проезжают тысячи автомобилей.  Лесной массив поддается воздействию многих факторов. Происходит техногенное загрязнение из выхлопных газов автомобилей, при авариях и поломках. На поверхность почвы оседают аэрозоли, пары, пыль, сажа, растворимые  вещества, принесенные с дождем, снегом. Такими загрязнителями являются соли тяжёлых металлов, к которым относятся более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева.

 Одним из наиболее опасных видов химического загрязнения природной среды является загрязнение солями тяжелых металлами, к числу которых относятся железо, цинк, никель, свинец, медь и хром.

Тяжелые металлы занимают одно из первых мест по токсичности среди загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах. Тяжелые металлы не подвержены биодеградации и, постепенно накапливаясь в различных компонентах экосистемы, участвуют в биоциклах.

Перед тем, как попасть в организм человека тяжелые металлы проходят через ряд «инстанций». Элементы, попадая в воду рек, почву, попадают в растения, а при употреблении в пищу растительной продукции они удерживаются в органах человека и животных.

Однако люди не всегда осознают, насколько опасными могут быть овощи, выращенные на загрязненных территориях. Мне показалась интересной идея на эксперименте рассмотреть влияние солей тяжелых металлов на рост и развитие растений. На основании этого я выдвинула гипотезу исследования: соли тяжелых металлов могут негативно влиять на рост и развитие растений.

 Цель работы: изучить влияние  солей тяжелых металлов  на рост и развитие растений.

Задачи:

1.      Изучить имеющуюся литературу по данному вопросу;

2.     Познакомиться с доступными методиками для исследования влияния    химических веществ на рост и развитие растений.

3.     Сделать вывод о влиянии химических веществ на основании собственных исследований (на примере лука репчатого и гороха посевного).

4.      Разработать рекомендации по улучшению условий для выращивания культурных растений.

Объект исследования: лук репчатый, горох посевной.

 Предмет исследования:  влияние солей тяжелых металлов на рост растений.

Актуальность: В связи с широким распространением в биосфере тяжелых металлов в результате естественных природных процессов и антропогенной деятельности актуальны знания о влиянии тяжелых металлов на рост и развитие растений.

Практическая значимость: использовать рекомендации по улучшению условий для выращивания культурных растений.

Методы, используемые для работы:

·        лабораторный опыт,

·        наблюдение,

·        сравнение,

·        анализ

Глава I.

1.1. Растения в условиях химического загрязнения окружающей среды

Растения играют важную роль в нашей жизни, участвуя в пищевых экологических цепочках, являясь производителями кислорода воздуха, выполняя средозащитные функции. Поэтому особенно важно знать, как реагируют растения на химическое загрязнение среды.

Роль растений в формировании экосистем особо важна при химическом загрязнении окружающей среды. Повышенное содержание в почве и воздухе химических веществ приводит к гибели растений, снижению фитомассы, прироста, продуктивности, формированию аномальных биоморф, сокращению сроков вегетации, изменениям количественного состава химических элементов растений, изменению видового состава, сокращению числа видов и др.

При повышенном содержании металлов и тяжелых металлов в почве и воздушном пространстве растения начинаю аккумулировать их в вегетативных и генеративных органах. Растения разных видов по-разному реагируют на увеличения токсических веществ. Однако с  увеличением токсической нагрузки видовые различия в накоплении химических элементов в тканях большинства видов растений закономерно уменьшаются. [1, стр.260]  

         В условиях токсического действия загрязнителей в растительных организмах протекают приспособительные реакции.

В условиях промышленного загрязнения воздуха древесным листопадным видам присуще сокращение срока жизни листьев и ускорение цикла сезонного развития [6, стр.56] Растения в большинстве случаев снижают продуктивность. У древесных растений это может выражаться в снижении прироста [4, стр.241]), уменьшении пыльцы, ухудшении ее свойств, а также в снижении плодоношения и качества семян [5, стр.120]. Тормозятся ростовые процессы, значительно изменяется развитие растений: сдвигается цветение, сокращается вегетационный период, происходит преждевременный листопад.

Под влиянием токсических газов листовая пластинка в большей или меньшей степени обезвоживается. Оводненность листьев растений, произрастающих в условиях высокой загрязненности воздуха, обычно на 10-15% ниже по сравнению с растениями, находящимися в чистой атмосфере.

В условиях загрязнения атмосферы промышленными выбросами толерантность растений обеспечивают наряду с другими те особенности строения всех тканей листа, которые препятствуют проникновению и распространению в них газов, а именно ксероморфизм, проявляющийся в утолщении эпидермиса, усилении его кутикулой и восковым налетом, опушением, а также в плотном расположении внутренних тканей листа, ведущим к сокращению вентилируемости.

Негативное влияние тяжелых металлов на растительный покров можно рассматривать как в плане их фитотоксичности, так и в плане миграции этих элементов на более высокие трофические уровни экосистем.

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Влияние различных химических веществ на живые организмы

Тяжелые металлы - биологически активные металлы. Тяжелые металлы относятся к загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах. Термин "тяжелые металлы", характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в настоящее время значительное распространение. Пристальное внимание тяжелым металлам в окружающей среде стало уделяться, когда выяснилось, что они могут вызывать тяжелые заболевания. [10]

 К тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn,Hg, Pb, Bi и др. В соответствии с классификацией Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3: Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.
Концентрация всех необходимых для жизни элементов в живом организме находится под строгим контролем комплекса физиологических процессов, называемого гомеостазом. Процесс поступления и выведения токсичных элементов также в определенной степени контролируется организмом, при этом буферная емкость защитных систем организма ограничена.

Одним из наиболее опасных видов химического загрязнения природной среды является загрязнение тяжелыми металлами, к числу которых относятся железо, цинк, никель, свинец, медь и хром.

Никель является одним из распространенных компонентов, постоянно присутствующих в природных водах. Присутствие никеля в воде обусловлено составом слоев, через которые проходит природная вода. В воды никель может попадать из почв, а также в результате разложения растительных и животных организмов, присутствующих в водоемах. В сине-зеленых водорослях обнаружено повышенное по сравнению с другими типами водорослей содержание никеля. Соединения никеля выносятся в водоемы со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. В речных незагрязненных, слабозагрязненных водах концентрация никеля колеблется обычно от 0,8 до 10 мкг/л, в загрязненных она составляет несколько десятков микрограммов в литре. Типичные симптомы повреждающего токсического действия никеля: хлороз, появление желтого окрашивания с последующим некрозом, остановка роста корней и появления молодых побегов или ростков, деформация частей растения, необычная пятнистость, в некоторых случаях – гибель всего растения.

Источником железа является пища и питьевая вода. Из желудочно-кишечного тракта всасывается до 20% поступившего железа. Организм взрослого человека содержит в среднем 4-5 г железа, из которых около 70% находится в составе гемоглобина, 5-10% в составе миоглобина, 20-25% в виде резервного железа и не более 5.1% в плазме крови. Некоторое количество железа находится во внутриклеточном составе различных органических соединений. Около 1% его входит в состав ряда дыхательных ферментов клеток и тканей. Железо является необходимым для жизнедеятельности элементом. Избыток железа в питании растений – такое же отрицательное явление, как и его недостаток. Чрезмерное содержание железа в почве усиливает негативное воздействие почвенной кислотности на растения. В дальнейшем ткани отмирают, листья опадают, побеги оголяются и гибнут. [2, стр.25]

Токсическое действие на растение оказывает и избыточное содержание в почве марганца. Вредное влияние этого элемента усиливается на кислых (песчаных, супесчаных, торфяных), а также уплотненных или избыточно увлажненных почвах, содержащих мало подвижных соединений фосфора, кальция. Недостаток этих элемента усиливает поступление марганца в растение и его вредное воздействие на ткани. На картофеле это проявляется в виде коричневой пятнистости на стеблях и черешках листьев, стебли и черешки становятся водянистыми, ломкими. Ботва преждевременно засыхает. Параллельно с вредным влиянием марганца на растении могут проявляться также и признаки голодания от недостатка молибдена и магния, поступление которых в растение в этом случае резко ослабевает.[3,стр.63]

Содержание меди в земной коре составляет 4,7·10-3% по массе. Встречается в составе более 170 минералов, среди которых наиболее известны медный колчедан, или халькопирит .[8, стр. 36]

Недостаток меди приводит к пожелтению молодых листьев растений, они теряют упругость, а в жаркую погоду увядают; задерживается образование стеблей, семян и плодов. Медное голодание усиливается при обилии в почве азота, а также железа Fe (II), которое служит физиологическим антагонистом меди.[3, стр. 64]

В то же время в больших дозах медь токсична, особенно для грибов и бактерий. На протяжении более 200 лет садоводы всего мира применяют для борьбы с грибными и бактериальными болезнями растений бордоскую медь, которая содержит в себе основную сернокислую медь CuSO4·3Cu(OH)2. В отличие от медного купороса бордоская жидкость имеет нейтральную реакцию и не вызывает ожогов у растений. Избыток меди для высших растений выражается в замедлении роста и появлению бурых пятен на нижних старых листьях.

Для человека высокая концентрация меди ведет к разрушению печени. Определить избыток меди в организме можно по желтым и зеленым кольцам на радужной оболочке глаз.

Цинк относится к числу элементов средней распространённости (8,3·10-3% от общей массы земной коры) В природе встречается в виде цинковой обманки ZnS, и некоторых других минералов.[8, стр. 38]

 Растения, развивающиеся в условиях недостаточности цинка, бедны хлорофиллом; напротив, листья, богатые хлорофиллом, содержат максимальные количества цинка. [3, стр. 75]

Под влиянием цинка происходит увеличение содержания витамина С, каротина, углеводов и белков в ряде видов растений, цинк усиливает рост корневой системы и положительно сказывается на морозоустойчивости, а также жаро-, засухо - и солеустойчивости растений. Болезни недостаточности цинка распространены преимущественно среди плодовых деревьев; могут заболевать также хвойные растения и кукуруза.

Некоторые растения особенно отзывчивы на цинковые удобрения. При использовании минеральных удобрений, содержащих 20 кг сернокислого цинка на 1 га, наблюдается больший урожай зерна кукурузы, чем от применения любой удобрительной смеси без цинка. При этом кукуруза, больная «побелением верхушки», полностью выздоравливает - исчезает хлороз, появляются нормальные зеленые листья.

Избыток цинка ведет к язве желудка и ослаблению иммунной системе человека. В растениях избыток цинка приводит к недостатку меди.

Свинец –  его содержание в земной коре составляет 1,6-103%. Известно около 80 минералов, содержащих свинец.

Роль свинца в жизнедеятельности организмов изучена недостаточно. Известно, что он необходим для организмов в небольших количествах. Дефицит свинца понижает скорость роста животных, нарушает обмен железа, изменяет действие некоторых ферментов и концентрацию отдельных веществ в печени, связанных со статусом железа.

Свинец и его соединения, особенно органические, весьма токсичны. Соединения свинца влияют на синтез белка, (нарушает синтез гемоглобина) энергетический баланс клетки (дыхание) и ее генетический аппарат (вызывает мутации). Установлено, что свинец – один из элементов, присутствие которых в продуктах питания влияет на развитие кариеса.

Свинец снижает урожайность растений, подавляет процесс фотосинтеза, препятствует поступлению некоторых микроэлементов в организм. Внешние признаки: появление тёмно-зелёных листьев, скручивание старых листьев, чахлая листва.[2, стр.247]

Существуют многочисленные доказательства постепенного накопления свинца в растениях, тканях животных и человека в результате повседневного загрязнения окружающей среды свинцом. С пищей, водой, атмосферным воздухом человек ежесуточно поглощает до 100 мкг свинца. (Безопасным для человека считают суточное поступление 0,2 – 2 мг свинца.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава II. Методика проведения эксперимента

2.1 Результаты исследования

Целью экспериментальной части исследования является обработка данных о влиянии солей тяжёлых металлов кобальта,  меди, цинка, никеля, марганца на рост и развитие растений, а так же сравнение информации из используемой литературы с итоговыми результатами эксперимента. Влияние солей кобальта,  меди, цинка, никеля, марганца изучено недостаточно, что представляет особый интерес для исследования.

Для проведения исследования были выбраны: быстрорастущее съедобное растение класса Однодольных, семейства Лилейных – Лук репчатый и представитель класса Двудольных, семейства Бобовых – Горох посевной.

                        

Эти растения были выбраны в связи с их нетребовательностью к различным видам почв, а так же в связи с их живучестью. Лук и горох быстро растут и являются биоиндикаторами, что делает их самым удачным объектом для проведения опытов в короткие сроки.В качестве особо токсичных веществ нами были выбраны соли цинка, марганца, кобальта, никеля и перманганат калия, т. к. они накапливаются в растениях и не выводятся в результате обмена веществ.

1.сульфат кобальта СоSO₄                                2. сульфат цинк ZnSO₄

                                              

      3.Сульфат никеля     NiSO₄                             4.Перманганат калия KMnO₄                                                                                                                                                                                                                                              

                      

    5. Сернокислый марганец MnSO₄   

                             

Выращивание растений производилось в ноябре - декабре 2023 года. Для эксперимента были использованы луковицы и пророщенные предварительно растения гороха одинакового размера.

Всего было взято по  6 растений каждого вида. 5 пробных образцов поливались водой, содержащей тяжелые металлы, и 1 контрольное растение, которое  поливалось отстоявшейся водопроводной водой.

Для приготовления растворов солей тяжелых металлов были взяты химических веществ объемом 1 мерная чайная ложка и растворены в  200 мл отстоянной водопроводной воде.

В процессе эксперимента производилось регулярное наблюдение и фотосъёмка растений.

22.11.2023 была произведена посадка 6 луковиц растений в воду для дальнейшего проращивания. Предварительно пророщенные для исследования семена  гороха были помещены в химические стаканы с солями тяжелых металлов.

 

Контрольное фотографирование делали один раз в неделю, т.е. 29.11.2023. наблюдали появление проростков гороха в контрольной пробе и в пробе с перманганатом калия. Появление зеленых листьев у лука наблюдали в контрольной пробе, в пробе с перманганатом калия и сульфатом марганца. В остальных пробах никаких изменений не наблюдалось.

Результаты следующего контрольного фотографирования 06.12.2023.

Наблюдали ветвление побега и образование корневой системы у гороха в контрольной пробе и в пробе с перманганатом калия. Рост зеленых листьев и корней у лука наблюдали в контрольной пробе, в пробе с перманганатом калия и сульфатом марганца. В остальных пробах никаких изменений не наблюдалось.

Следующее контрольное  фотографирование состоялось 13.12.2023.

Наблюдали ветвление побега и образование корневой системы у гороха в контрольной пробе и в пробе с перманганатом калия. Рост зеленых листьев и корней у лука наблюдали в контрольной пробе, в пробе с перманганатом калия и сульфатом марганца. В остальных пробах никаких изменений не наблюдалось.

 

 

 

 

 

Последнее  контрольное  фотографирование состоялось 20.12.2023.

Все также рост, ветвление побега и образование корневой системы у гороха в контрольной пробе и в пробе с перманганатом калия. Рост зеленых листьев и корней у лука наблюдали в контрольной пробе, в пробе с перманганатом калия и сульфатом марганца. В остальных пробах никаких изменений не наблюдалось.

Итак, в ходе исследования я установила, что в контрольной пробе и в пробах с добавлением перманганата калия и сульфата марганца корневая система и побеговая часть развивались как у лука, так и у гороха. В остальных пробах с солями тяжелых металлов никаких изменений не произошло.

 

 

 

 

 

 

Заключение

В результате этого эксперимента было установлено, что некоторые химические вещества могут накапливаться в клетках растений и негативно влиять на их рост и развитие, таким образом, выдвинутая гипотеза подтвердилась. Таким образом, на основании  изученной литературы, я выяснила, что «тяжелые металлы», не имея ни вкуса, ни запаха, ни цвета, очень легко могут загрязнять окружающую среду и оказывать вред живому организму.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1.     Безель В.С., Жуйкова Т.В. Химическое загрязнение среды: вынос химических элементов надземной фитомассой травянистой растительности // Экология. – 2007. – № 4. – С. 259-267.

2.     Добролюбский О.К. Микроэлементы и жизнь. – М., 1956.

3.     Дробков А.А. Микроэлементы и естественные радиоактивные элементы в жизни растений и животных, - Научно-популярная серия, М.: АН СССР, 1958.

4.     Илькун Г.М. Загрязнители атмосферы и растения. – Киев: Наукова думка, 1978. – 248 с.

5.     Кулагин Ю.З. Древесные растения и промышленная среда. – М.: Наука, 1974. – 126 с.

6.     Солярникова З.Н. Древесно-кустарниковые растения в условиях шинного производства // Интродукция и экспериментальная экология растений: Сб. статей. – Днепропетровск: Наука, 1985. – С. 55-62.

7.     Филов В.А.   Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп. - М.: Химия, 1988.

8.     Шапиро Я. С.  Биологическая химия,  М.- Издательский центр Вентана-Граф, 2010.

9.     Школьник М.Я., Макарова Н.А. Микроэлементы в сельском хозяйстве. – М., 1957.

10.  Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и ее охрана. М.:»Просвещение», 1985.

 

 

Скачано с www.znanio.ru