Влияние тяжелых металлов на рост и развитие растений

Обновлено: 28.09.2024

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Щелкова Ю. А.

Целью данной работы явилось изучение влияния тяжелых металлов на рост расте- ний, а также микрофлору почвы. Установлено, что при избытке в почве меди, кобальта и никеля в большей степени у высших растений угнетается рост зеленой массы, а в случае цинка и – корневой системы. Исследован состав микрофлоры почвы, содержащий различ- ные концентрации тяжелых металлов. Установлено, что во всех случаях наблюдается по- давление бактериальной микрофлоры на 50 -90%. Подавление грибной микрофлоры не пре- вышает 30 – 40%. Установлено, что наибольшим ингибирующим действием на высшие рас- тения и микроорганизмы обладает никель.

Текст научной работы на тему «Исследование влияния тяжелых металлов на рост растений и микрофлору почвы»

О Л 0 X U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 11 (127)

ограничится потерей красоты и плохим настроением: могут развиться очень серьёзные заболевания, а продолжительность жизни - существенно сократиться.

Дефицит кальция приводит к рахиту, задержке роста у детей и подростков, сколиозу, искривлению костей, аллергии, нарушению свёртываемости крови, хрупкости капилляров, образованию камней в почках. Люди, страдающие хронической нехваткой кальция, плохо переносят умственные и физические нагрузки, становятся восприимчивы к инфекциям; у них непроизвольно сокращаются мышцы, возникают судороги, кровоточат дёсны и разрушаются зубы.

Табл. 4. Содержание кальция в молоке

Наименование торговой марки молока Содержание кальция по результатам анализа, г/л Среднее значение г/л

«В имм-Б илл ь-Данн» 1,5 1,2

«Русское молоко» 0,80 1,2

Останкинский молочный комбинат 2,7 1,2

Из приведенных данных видно, что все исследуемые образцы молока содержат достаточное количество кальция. Поэтому молоко следует рекомендовать, прежде всего, детям и людям пожилого возраста. Выводы.

1. Проведен анализ литературных данных о химическом составе молока, а также деятельности наиболее важных компаний - производителей молока.

2. Определено содержание белков, жиров и углеводов в молоках компаний «Вимм-Билль-Данн», «Русское молоко» и «Останкинский молочный комбинат».

3. Установлено, что содержание углеводов и кальция в образцах молока близко к норме, тогда как содержание жиров и белка заметно варьирует.

4. На основе полученных данных даны рекомендации по предпочтительному употреблению той или иной марки молока.

УДК: 632. 152:546 Ю.А. Щелкова

Государственное образовательное учреждение лицей № 1560, Москва, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА РОСТ РАСТЕНИЙ И МИКРОФЛОРУ ПОЧВЫ

The purpose of the given work was studying of influence of heavy metals on growth of plants, and also soil microflora. It has been established that at abundance in soil copper, cobalt and nickel in a greater degree at the higher plants growth of green weight, and in case of zinc and nikel

O ñ 6 I tt в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. №11 (127)

- root system was oppressed. The structure of microflora of the soil, containing various concentrations of heavy metals was investigated. It is established that in all cases suppression of bacterial microflora on 50-90 % was observed. Suppression of mushroom microflora doesn't exceed 30 - 40 %. It is established that the greatest inhibitory effect on the higher plants and microorganisms nikel possesses.

Целью данной работы явилось изучение влияния тяжелых металлов на рост растений, а также микрофлору почвы. Установлено, что при избытке в почве меди, кобальта и никеля в большей степени у высших растений угнетается рост зеленой массы, а в случае цинка и - корневой системы. Исследован состав микрофлоры почвы, содержащий различные концентрации тяжелых металлов. Установлено, что во всех случаях наблюдается подавление бактериальной микрофлоры на 50 -90%. Подавление грибной микрофлоры не превышает 30 - 40%. Установлено, что наибольшим ингибирующим действием на высшие растения и микроорганизмы обладает никель.

В современных условиях охрана почв от загрязнений является важной задачей, так как любые вредные соединения, находящиеся в почве, рано или поздно попадают в организм человека.

По оценкам исследователей, в биосферу поступает ежегодно около 20 -30 млрд. т. твёрдых отходов, из них 50 - 60 % органических соединений, а в виде кислотных агентов - около 1 млрд. т.

При этом происходят следующие процессы:

- вымывание загрязнений в открытые водоёмы и грунтовые воды,

- попадание загрязнений по пищевым цепям в организм человека;

- многие соединения имеют способность аккумулироваться в тканях, и, прежде всего, в костях.

Среди важнейших загрязнений окружающей среды тяжелые металлы и их соединения образуют значительную группу токсикантов.

Наибольший интерес представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используют в производственной деятельности человека и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

Таким образом, целью данной работы было изучение влияния концентрации тяжелых металлов на рост растений и микрофлору почвы.

Табл 1. Влияние концентраций тяжелых металлов в почве на прорастаемость семян овса

Концентрация соли тяжелого металла, мг/г Прорастаемость, %

Сульфат меди Сульфат цинка Сульфат кобальта Сульфат никеля

0 100 100 100 100

од 100 80 100 100

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи: 1) изучить влияние концентрации меди, кобальта, никеля и цинка в почве

О № & X V в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 11 (127)

на прорастаемость семян растений;

2) изучить влияние концентрации вышеперечисленных тяжелых металлов на развитие отдельных органов растений (корта и стебля);

3) изучить влияние тяжелых металлов на микрофлору почвы.

Табл 2. Влияние концентрации сульфата цинка в почве на развитие корня и стебля проростков овса.

Концентрация сульфата цинка, мг/г Длина стебля, см Длина корня, см

Табл 3. Влияние концентрации сульфата меди в почве на развитие корня и стебля проростков овса.

Концентрация сульфата меди, мг/г Длина стебля, см Длина корня, см

Табл. 4. Влияние концентрации сульфата кобальта в почве на развитие корня и стебля проростков овса

Концентрация сульфата кобальта, мг/г Длина стебля, см Длина корня, см

Табл. 5. Влияние концентрации сульфата никеля в почве на развитие корня и стебля проростков овса.

Концентрация сульфата никеля, мг/г Длина стебля, см Длина корня, см

На первом этапе исследований было изучено влияние концентраций различных тяжелых металлов на прорастаемость семян овса. Эксперименты

X U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 11 (127)

проводили в диапазоне концентраций сульфатов никеля, кобальта, цинка и меди 0,1-0,4 мг/г почвы. Результаты исследований представлены в табл. 1.

Из представленных данных видно, что начиная с концентрации 0,3 мг/г почвы, прорастаемость семян овса заметно снижается. Следует заметить, что наибольшее угнетающее влияние на семена оказывают цинк и никель. В этих случаях прорастаемость снижается до 30 - 60%. На следующем этапе исследований было изучено, как влияют тяжелые металлы на развитие отдельных органов растений - корня и стебля.

Полученные данные представлены в табл. 2-5. Анализ полученных результатов показывает, что при увеличении концентрации всех исследованных тяжелых металлов в почве, прежде всего, страдает корневая система растений. Видно, что длина корта с увеличением концентрации тяжелых металлов снижается в 3 - 20 раз. Наибольшее ингибирующее действие на развитие корневой системы оказывают никель и цинк.

1. Изучено влияние концентрации ионов меди, кобальта, никеля и цинка на рост растений. Установлено, что наибольшее угнетающее влияние на семена оказывают цинк и никель. Прорастаемость снижается до 30 - 60% по сравнению с контролем при концентрации солей тяжелых металлов выше 0,3 мг/г почвы.

2. При увеличении концентрации всех исследованных тяжелых металлов в почве, прежде всего, страдает корневая система растений. Длина корта с увеличением концентрации тяжелых металлов снижается в 3 - 20 раз. Наибольшее ингибирующее действие на развитие корневой системы оказывают никель и цинк.

3. Установлено, что во всех случаях наблюдается подавление бактериальной микрофлоры на 50 - 90%. Установлено, что наибольшим ингибирующим действием на высшие растения и микроорганизмы обладают цинк и никель.

М.К. Кошелева, А.А. Щеголев, А.П. Кереметина, А.А. Бедняшин, Н.П. Борушко

Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности Московского государственного университета технологий и управления им. В.К. Разумовского, Москва, Россия

ГОУ СОШ № 1145 имени Фритьофа Нансена, Москва, Россия

Process of chemical clearing (cooking) of the cotton fibre used by manufacture of medical hygroscopic cotton wool, is considered not only as process of a saponification and emulsionation

Проектно-исследовательская работа на тему"Влияние ионов тяжелых металлов на рост растений"

Планетарный, или глобальный, масштаб вносимых человеком изменений в природные условия на Земле, предсказанный ещё в начале 20 века В.И. Вернадским, уже стал реальностью. « Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой». Хозяйственная деятельность человека губительна для природы. Существенно сократилась площадь зелёного покрова планеты; подкисляются почва и вода; отходы промышленности и сельского хозяйства загрязняют природную среду; катастрофически уменьшаются численность и видовое разнообразие живых организмов. Современное общество- это общество потребления, и его возможности близки к исчерпанию.

Многие отходы бытовой и промышленной деятельности человека содержат тяжелые металлы. Это не может не влиять на живые организмы. В своей работе мы попытались изучить влияние ионов тяжелых металлов на растения, чтобы лучше понимать роль металлов в жизнедеятельности организмов и последствия загрязнения биосферы.

Актуальность исследования. В последние десятилетия во всем мире усиливается загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. В силу этого возрастание их содержания в почве, атмосфере и воде становится серьезной экологической проблемой. Тяжелые металлы надолго входят в круговорот органического вещества, усиливают естественные геохимические аномалии и создают новые – техногенные. В отличие от многих органических загрязняющих веществ тяжелые металлы невозможно удалить из окружающей среды путем естественной химической или биологической трансформации, так как они не деградируют и устойчивы в среде. Опасность возрастания содержания тяжелых металлов в поч- ве и атмосфере связана также с их активным поглощением и накоплением в растениях, что не только негативно отражается на жизнедеятельности самих растений, но и представляет серьезную угрозу здоровью человека и животных. В связи с этим в настоящее время проблеме устойчивости и адаптации растений к действию тяжелых металлов уделяют большое внимание во всем мире. Круг вопросов, посвященных этой проблеме, весьма широк. В частности, активно исследуются поглощение, транспорт и аккумуляция тяжелых металлов в тканях и органах растений, влияние токсичных ионов на основные физиологические процессы (рост, развитие, фотосинтез, водный обмен и минеральное питание), а также механизмы металлоустойчивости, действующие на разных уровнях организации. В связи с постоянно возрастающим интересом к исследованиям в этой области экологической физиологии растений, возникла необходимость разработки методов, которые позволили бы в полной мере оценить действие ме- таллов на физиологические процессы растений, а также выявить механизмы устойчивости, позволяющие им произрастать на почвах с высоким содержанием тяжелых металлов. В частности, в последнее время ученые уделяют особое внимание изучению способности некоторых видов растений к сверхнакоплению тяжелых металлов и возможности их использования для очистки загрязненных почв (фиторемедиации). Предпринимаются серьезные попытки создания устойчивых к избытку тяжелых металлов растений с использованием биотехнологических подходов, включая генную инженерию

Цель: определить влияние тяжелых металлов на жизненные процессы в живых организмах.

Провести экспериментальные опыты по нахождению солей тяжелых металлов в окружающей среде.

1. Изучить теоретический материал об основных тяжелых металлах, выявить степень их опасности, пути поступления в организм человека и последствия воздействия данных металлов на живые и организмы.

2. Проанализировать весь собранный теоретический материал о тяжелых металлах, их свойствах, применении, способах поступления в организм человека, последствиях их воздействия.

3. Предложить пути решения проблемы загрязнения тяжелыми металлами для улучшения экологической обстановки.

4. Научиться готовить растворы солей с определенной концентрацией.
5. выявить влияние ионов тяжелых металлов на растения, в частности на примере хлорофитума

6. Сравнить и проанализировать полученные результаты опыта.

Проблема : Опасность возрастания содержания ионов тяжелых металлов в почве и в атмосфере связана также с их активным поглощением и накоплением в растениях, что не только негативно отражается на жизнедеятельности самих растений, но и представляет серьезную угрозу здоровью человека и животных

Гипотеза: Ионы тяжелых металлов губительно действуют на растения.

Объект исследования: Прорастание хлорофитума в растворах разных солей тяжелых металлов.

1.Сбор информации из различных источников

2. Лабораторный опыт

3. Морфометрические методы исследования основаны на визуальной оценке состояния отдельных растений и целых популяций по высоте побега, размерам листа, степени повреждения листовой поверхности, продуктивности растений, которые используются чаще всего в полевых экспериментах

3.Анализ информации и сведений, полученных в результате опытов

4. Сравнительный анализ, наблюдение, фиксирование результатов в виде таблиц, фотографий.

2.Теоретическая часть

Макро- и микроэлементы. По содержанию в живом веществе металлы делят на 3 категории:

- макроэлементы, концентрация которых превышает 10 -3 % (К, Na, Ca, Mg, Fe);

- микроэлементы, доля которых составляет от 10 -3 до 10 -6 % (Mn,Zn,Cu,Sr, Bi, Ba, Co, Al, V,Cr и др.);

- ультромикроэлементы, содержание которых не превышает 10 -6 % (Hg, Au, Pb,Po,Ag и др.).

Главный критерий, по которому отличают макро- от микро- элементов – потребность в элементе (выражается в мг/кг или в мг/сутки). Ежедневная потребность в макроэлементах 100 мг/сутки, а в микроэлементах – 5-10 мг/сутки. Макро- и микроэлементы имеют и другие различительные способности. Так, содержание макроэлементов в организме находится на постоянном уровне, и даже случайные существенные отклонения от этого уровня не вызывают серьезных осложнений для организма. Недостаток или избыток микроэлементов (даже незначительный) приводит к заболеваниям.

А) Тяжелые металлы и их влияние на растения.

Тяжелые металлы – это группа химических элементов с относительной атомной массой более 40. Появление в литературе термина «тяжелые металлы» было связано с проявлением токсичности некоторых металлов и опасности их для живых организмов. Однако в группу «тяжелых» вошли и некоторые микроэлементы, жизненная необходимость и широкий спектр биологического действия которых неопровержимо доказаны.

Тяжелые металлы(Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg) относятся к микроэлементам. То есть химическим элементам, присутствующим в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Изучение минерального питания растительных организмов включает в себя знакомство и с микроэлементами.

В настоящее время твердо установлена связь между микроэлементами и витаминами. Показано, что марганец необходим для образования в ряде растений витамина С (аскорбиновой кислоты), предохраняющего человека и, некоторых животных от заболевания цингой. Есть данные, показывающие, что введением марганца можно вызвать образование аскорбиновой кислоты в организме тех видов животных, которые обычно неспособны к выработке этого витамина. Марганец, по-видимому, нужен и для действия витамина D (антирахитного) и B1 (антиневритного). Намечается связь между микроэлементом цинком и витамином В1. Однако наиболее интересно открытие антианемического витамина B12, недостаток которого в организме приводит к тяжелым формам анемии (злокачественному малокровию). Оказалось, что этот витамин — соединение микроэлемента кобальта и сложной органической группы.

Растительная пища является основным источником поступления ТМ в организм человека и животных. С ней поступает от 40 до 80 % ТМ, и только 20-40 % - с воздухом и водой. Поэтому от уровня накопления металлов в растениях, используемых в пищу, в значительной степени зависит здоровье населения.

Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление ТМ растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах. В своей жизнедеятельности растения контактируют только с доступными формами ТМ, количество которых, в свою очередь, тесно связано с буферностью почв. Однако способность почв связывать и инактивировать ТМ имеет свои пределы, и когда они уже не справляются с поступающим потоком металлов, важное значение приобретает наличие у самих растений физиолого-биохимических механизмов, препятствующих их поступлению.

Механизмы устойчивости растений к избытку ТМ могут проявляться по разным направлениям: одни виды способны накапливать высокие концентрации ТМ, но проявлять к ним устойчивость; другие стремятся снизить их поступление путем максимального использования своих барьерных функций. Для большинства растений первым барьерным уровнем являются корни, где задерживается наибольшее количество ТМ, следующий – стебли и листья, и, наконец, последний – органы и части растений, отвечающие за воспроизводительные функции (чаще всего семена и плоды, а также корне- и клубнеплоды и др.)

Б) Кобальт в растениях

Содержание кобальта в почвах определяет количество этого элемента в составе растений данной местности, а от этого зависит поступление кобальта в организм травоядных животных.

Кобальт применяют в сельском хозяйстве как микроудобрения – удобрения, содержащие микроэлементы (В, Cu, Mn, Zn, Со и др.), т. е. вещества, потребляемые растениями в небольших количествах. Известкование почв снижает усвояемость растениями кобальта. Так же влияет избыток марганца и железа в почвах; наоборот, фосфор усиливает поступление кобальта в растен ия. ( недостаток кобальта в растении)

Применение кобальтовых солей (сернокислого кобальта) в качестве удобрений, как оказалось, способствует ускорению созревания ячменя, повышает урожай семян красного клевера, увеличивает содержание жира в семенах льна. Под влиянием кобальта повышается урожайность сахарной свеклы.

Внесение 300 г сернокислого кобальта на 1 га значительно повышает урожай винограда: вес ягод увеличивается на 35%, сахаристость — на 14%, кислотность снижается на 10%.

Г) Медь в растениях

Общее содержание меди в почвах составляет около 0,002%, причем на долю растворимой части приходится около 1% этого количества. Медь способствует синтезу в растениях железосодержащих ферментов, в частности пероксидазы. Болезни недостаточности меди у растений:

- экзантема, или суховершинность плодовых деревьев. Поражает цитрусовые, а также яблони, груши, сливы и маслины. У цитрусовых листья достигают больших размеров, молодые побеги изгибаются, на них развиваются вздутия, затем трещины. Пораженные побеги теряют листья и высыхают. Крона деревьев приобретает кустовидную форму. Плоды мелкие с бурыми пятнами и бородавками. Листья имеют сначала ярко-зеленый цвет, а в дальнейшем появляется пятнистость и хлороз.У яблонь заболевание проявляется в отмирании верхушек побегов — наступает увядание и свертывание листьев. Края листьев становятся как бы обожженными. У персиков наступает гибель побегов, ухудшается цветение и завязывание плодов; на листьях появляются крупные хлоротичные пятна.

- «болезнь обработки» травянистых растений проявляется в подсыхании кончиков листьев, задержке в формировании репродуктивных органов, пустозернистости колоса. При этом заболевании растения кустятся и, не переходя к стеблеванию, погибают.

Поражаются «болезнью обработки» главным образом овес, ячмень, пшеница, свекла, бобовые, лук; меньше— рожь, гречиха, клевер. «Болезнь обработки» встречается преимущественно на болотистых почвах и торфяниках; это заболевание называется также «болезнью освоения», так как она поражает овес, ячмень, яровую и озимую пшеницы и другие злаки, а также лен, коноплю, махорку и другие культуры на мелиорированных почвах.

«Болезнь обработки» не возникает, если в почву вносят сернокислую медь в количестве 25 кг на 1 га, что ведет к нарастанию содержания меди в растениях (пшенице, ржи, овсе и других злаках).

Применение медных удобрений не только сказывается на повышении урожайности, но и на качестве сельскохозяйственных продуктов. Так, количество белка в зерне нарастает, сахаристость сахарной свеклы увеличивается, так же как процент выхода каучука у кок-сагыза, содержание витамина С и каротина в плодах и овощах, улучшаются технологические качества волокна конопли. Под влиянием медных удобрений повышается устойчивость озимой пшеницы к полеганию.

Д) Цинк в растениях

Среднее содержание цинка в почвах составляет 0,005%. Он необходим для образования дыхательных ферментов. Цинк связан с превращением содержащих сульфгидрильную группу соединений, функция которых состоит в регулировании уровня окислительно-восстановительного потенциала в клетках.

Недостаток цинка ведет к значительному уменьшению в растениях ростового гормона — ауксина. Болезни недостаточности цинка распространены преимущественно среди плодовых деревьев; могут заболевать также хвойные растения и кукуруза. Главнейшие из этих болезней недостаточности следующие:

- мелколистность, или розеточная болезнь, листопадных деревьев. Поражает яблони, груши, сливу, персики, абрикос, миндаль, виноград , вишню. На заболевшем растении весной образуются укороченные побеги с розеткой мелких скрученных листьев. На листве —явления хлороза. Плоды мелкие и деформированные, часто вообще не появляются. Через 1—2 года побеги отмирают.

Заболевание излечивается непосредственно введением в стволы больных деревьев сернокислого цинка в кристаллическом виде, внесением в почву соединений пинка, опрыскиванием растений раствором цинковых солги.

- пятнистость листьев цитрусовых, «крапчатость». Между жилками листьев появляются желтые участки, поэтому листья приобретают пятнистый вид. Зеленая окраска сохраняется лишь у основания листьев, остальная часть становится белой. Листья и корневая система перестают расти, и растения погибают.

- бронзовость листьев тунговых. Листья приобретают бронзовую окраску, отдельные участки отмирают. Появляющиеся взамен погибающих новые листья деформированы. Больные деревья мало устойчивы против морозов.

- розеточная болезнь сосны. Хвоя на концах побегов приобретает бронзовую окраску.

- побеление верхушки кукурузы. Между жилками листа появляются светло-желтые полосы, развиваются некротические пятна и отверстия. Новонарастающие листья имеют бледно-желтый цвет.

Цинковые удобрения с успехом используются для повышения урожайности ряда культур: сахарной свеклы, озимой пшеницы, овса, льна, клевера, подсолнечника, кукурузы, хлопчатника, цитрусовых, других плодовых, древесных и декоративных растений.

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.

Химические элементы, которые, входят в состав организмов растений, животных и человека, принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной биологической ролью. Мощное воздействие микроэлементов на физиологические процессы и организме объясняется тем, что они вступают в теснейшую связь с биологически активными органическими веществами — гормонами, витаминами. Изучена также их связь со многими белками и ферментами Помимо общего благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы — например, фотосинтез у растений.

Е) Влияние тяжелых металлов на организм человека.

Тяжелые металлы широко используются в производстве, вследствие чего в огромных количествах накапливаются в окружающей среде и легко попадают в организм человека как с продуктами питания и водой, так и при вдыхании воздуха.

Когда содержание тяжелых металлов в организме превышает предельно-допустимые концентрации, начинается их отрицательное воздействие на человека. Помимо прямых последствий в виде отравления, возникают и косвенные – ионы тяжелых металлов засоряют каналы почек и печени, чем снижают способность этих органов к фильтрации. Вследствие этого в организме накапливаются токсины и продукты жизнедеятельности клеток, что приводит к общему ухудшению здоровья человека.

Вся опасность воздействия тяжелых металлов заключается в том, что они остаются в организме человека навсегда. Вывести их можно лишь употребляя белки, содержащиеся в молоке и белых грибах, а также пектин, который можно найти в мармеладе и фруктово-ягодном желе. Очень важным является то, что бы все продукты были получены в экологически чистых районах и не содержали вредных веществ.

3. Практическая часть

Применяли вначале морфометрические методы исследования, они основаны на визуальной оценке состояния отдельных растений и целых популяций по высоте побега, размерам листа, степени повреждения листовой поверхности, продуктивности растений, которые используются чаще всего в полевых экспериментах. В вегетационных и лабораторных опытах одним из самых распространенных методов оценки металлоустойчивости растений является метод «корневого теста», предложенный Д. Уилкинсом (Wilkins, 1978). В его основе лежит сравнение прироста корня у опытных (выращенных в присутствии тяжелых металлов) и контрольных растений за определенный промежуток времени. Предметом исследования взяли растение хлорофитум.

Хлорофитум. Семейство лилейных. Родина - Южная Америка. Хлорофитум является одним из наиболее распространенных комнатных растений. Это не удивительно: он быстро растет, у него красивые изогнутые листья, а весной и летом на тонких стеблях появляются сначала мелкие белые цветы, а потом крошечные розетки листьев. Их можно отделить и укоренить. Еще одна причина популярности хлорофитума - его выносливость. Хлорофитум относится к светолюбивым растениям

2. Питательная смесь (Полная питательная смесь Прянишникова - ППСП) Pb 2+ + Cu 2+ + Zh 2+ + Mg 2+

В состав полной питательной смеси Прянишникова входят (на 1 л воды) соли: 0,334 г NH₄NO₃, 0,166 г KNO₃, 0,70 г Ca₃(PO₄,)₂, 0,25 г Fe₂(SO₄)₃, 0,614 г KCl, 0,50 г MgSO₄∙7H₂O, 0,50 г CaSO₄∙2H₂O.

3. Питательная смесь с добавлением ионов меди Сu 2+

4. Питательная смесь с добавлением ионов Pb 2+

5. Питательная смесь с добавлением ионов Zh 2+

6. Питательная смесь с добавлением ионов меди С d 2+

7. Питательная смесь с добавлением ионов различных тяжелых металлов, подкисленная раствором соляной кислоты.

Через 3 недели сфотографировали результаты, измерили длину корешка и определили цвет листьев.

Влияние тяжёлых металлов на рост растений( социальный проект)

Урбанизация неизбежно ведет к полиметаллическому загрязнению природных сред в крупных промышленных городах. Загрязнение – это привнесение в природную среду новых, чужих ей химических соединений, нарушающих нормальное течение физиологических процессов живущих в среде организмов. Существуют различные классификации загрязнения среды: по свойствам загрязнителей (физические, химические, биологические и т.д.); по состоянию загрязняющего вещества (газ, жидкость, твердые отходы и т.д.); по стойкости загрязнения в естественной среде (разрушаемые и не разлагаемые); по качеству или виду среды, где распространяется загрязнение (атмосфера, гидросфера, литосфера и т.д.)

Одним из видов загрязнения является загрязнение почвы тяжелыми металлами. Известно, что тяжелые металлы сравнительно быстро накапливаются в почве и крайне медленно из нее выводятся: период полу-удаления цинка из почв – до 500 лет, кадмия – до 1100 лет, меди – до 1500 лет, свинца – до нескольких тысяч лет (Алексеев.,1987). Именно автотранспорт является основным источником загрязнения почв тяжелыми металлами, что негативно влияет на экологическое состояние в целом. Поэтому требуют особого внимания и экологической оценки изучения влияния АЗС на накопление и распределение тяжелых металлов в почве.

Цель работы: определить влияние тяжелых металлов на рост салата Московский парниковый.

1. Изучить теоретический материал по проблеме исследования.

2. Определить наличие и концентрацию тяжелых металлов в снеге близ заправочной станции в черте города.

3. Оценка роста растений, находящихся на расстоянии 10 и 100 метров от заправочной станции.

4. Разработать рекомендации по улучшению экологического состояния почвы.

Объект исследования: растение салата Московский парниковый.

Предмет исследования: влияние тяжелых металлов на прорастание семян и рост растения.

Гипотеза: заправочные станции приводят к загрязнению почвы тяжелыми металлами. От концентрации тяжелых металлов в почве зависит рост и развитие растений. Высокая концентрация тяжелых металлов угнетает рост растений.

Методика проведения исследования

Был осуществлен забор снега близ заправочной станции в районе проспекта академика Филатова на расстоянии от АЗС 10 метров, 100 метров. Для определения наличия и концентрации тяжелых металлов в талом снеге использовался метод атомной абсорбции. Атомно-абсорбционая спектроскопия (ААС) – метод количественного анализа, основанный на свойствах атомов поглощать свет с определенной длиной волны (резонансное поглощение). Прибор для исследования спектрометр атомно-абсорбционный «квант- z .эта» и фотометр фотоэлектрический КФК-3.

Электротермическая атомизация (ЭТА) – испарение и атомизация пробы происходит в графитовой трубке (графитовой печи), нагреваемой электрическим током до температур 1500 – 3000 °С (в зависимости от свойств определяемого элемента). Определяемые концентрации элементов в растворах 0,01 – 100 мкг/л. Методом ААС можно определить около 60 элементов. Наивысшую чувствительность в ААС имеют приборы с электротермической атомизацией, в которых, в отличие от приборов с пламенной атомизацией, атомизированная проба остается в замкнутом объеме кюветы, а не уносится газовым потоком, тем самым, большее количество атомов пробы поглощают излучение лампы и чувствительность определения возрастает на 2-3 порядка.

Далее снег растопили и начали полив семян салата Московский парниковый. Данный вид неприхотлив и имеет высокую скорость развития. Почва, в которую были посажены растения высокоплодородная, богатая органическими веществами . Различия заключались в том, что полив растений осуществлялся разной талой водой. В качестве дренажа выступал синтепон. Парниковый эффект был создан при помощи полиэтиленовой пленки. В каждый горшочек было помещено 15 семян . Условия для растений создавались одинаковые. Уход заключался главным образом в поливе, рыхлении, проветривании и освещении растений.

Результаты исследования

Результаты исследований талого снега, проведенных в лаборатории «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Ульяновской области» , показали:

1. Талая вода содержит тяжелые металлы.

2. Концентрация тяжелых металлов, находящихся в талом снеге на расстоянии 10 метров, значительно больше, чем на расстоянии 100 метров от заправочной станции.

Результаты исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1. Сравнительный анализ содержания тяжелых металлов в талом снеге на расстоянии 10 и 100 метров

Тяжелые металлы и их влияние на растения Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Узаков З.З.

Постоянный рост народонаселения и быстрое развитие производства привели в конце XX-го века ситуацию с состоянием окружающей среды во многих странах и регионах мира на грань экологического кризиса. К числу основных факторов деградации природной среды относится ее загрязнение различными поллютантами, среди которых одно из главных мест занимают тяжелые металлы . В силу сказанного становится понятной актуальность исследований, посвященных влиянию тяжелых металлов на растения. В настоящее время они активно ведутся во многих странах мира.

Текст научной работы на тему «Тяжелые металлы и их влияние на растения»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 1-2/2018 ISSN 2410-700Х

преподаватель, Каршинский государственный университет,

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РАСТЕНИЯ

Постоянный рост народонаселения и быстрое развитие производства привели в конце XX-го века ситуацию с состоянием окружающей среды во многих странах и регионах мира на грань экологического кризиса. К числу основных факторов деградации природной среды относится ее загрязнение различными поллютантами, среди которых одно из главных мест занимают тяжелые металлы. В силу сказанного становится понятной актуальность исследований, посвященных влиянию тяжелых металлов на растения. В настоящее время они активно ведутся во многих странах мира.

Тяжелые металлы, природная, техногенная, почва, экология, химические элементы, ртуть,

свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк.

Термин «тяжелые металлы» был впервые употреблен еще в 1817 году немецким химиком Леопольдом Гмелиным (Leopold Gmelin), который разделил известные в то время химические элементы на три группы: неметаллы, легкие металлы и тяжелые металлы (Habashi, 2009).

Однако до сих пор не существует единого понимания, что же такое «тяжелые металлы». Более того, в техническом отчете IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry - Международный союз теоретической и прикладной химии) за 2002 год отмечено, что термин «тяжелый металл» имеет неверное толкование из-за противоречивых определений. На сегодняшний день выделены лишь критерии, по которым определяется принадлежность того или иного химического элемента к данной группе. Среди них: плотность, атомный вес и атомное число. Словосочетание «тяжелые металлы» часто рассматривается с природоохранной точки зрения (Duffus, 2002), и тогда при включении элемента в эту группу учитываются не столько его физические и химические свойства, сколько биологическая активность, токсичность для живых организмов, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы [1, с. 7].

Тяжелые металлы относятся преимущественно к рассеянным химическим элементам, поэтому загрязнению ими подвергается земная поверхность, в частности, почвенный покров и гидросфера, а также атмосфера (Добровольский, 1983, 2004). В силу этого повышение их концентрации в окружающей среде вследствие естественного или антропогенного поступления может носить глобальный характер. К естественным источникам тяжелых металлов относятся горные породы (из продуктов, выветривания которых сформировался почвенный покров), вулканы, космическая пыль, эрозия почв, испарение с поверхности морей и океанов, выделение их растительностью (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Добровольский, 1992; Богдановский, 1994) [1, с. 9].

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К таким тяжелым металлам относятся свинец, ртуть,

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 1-2/2018 ISSN 2410-700Х кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьма, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

Многие тяжелые металлы относятся к микроэлементам. То есть химическим элементам, присутствующим в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже).

Значительное количество химических элементов, постоянно обнаруживаемых в организмах, оказывает определенное влияние на течение процессов обмена веществ и на ряд физиологических функций. Количественное содержание биоэлементов, входящих в состав организмов, сильно варьирует в зависимости от среды обитания, способа питания, видовой принадлежности и т. п. Помимо общего благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы — например, фотосинтез у растений. [2, с. 13]

При увеличении содержания металлов в почве снижается её общая биологическая активность, и это резко отражается на росте и развитии растений, причём разные растения реагируют на избыток металлов по-разному. Металлы распределяются по органам растений неравномерно. В наибольшей степени металлы накапливаются в листьях. Это обусловлено многими причинами, одна из которых - локальное накопление металлов в результате перехода их в малоподвижную форму. Например, в случае медной интоксикации окраска некоторых листьев у растений изменяется до красной и буро-коричневой, что свидетельствовало о разрушении хлорофилла.

Токсичность тяжелых металлов связана с их физико-химическими свойствами, со способностью к образованию прочных соединений с рядом функциональных группировок на поверхности и внутри клеток. Симптомы "отравления" растений тяжелыми металлами внешне проявляются в замедлении их роста и развития, изменении цвета и увядании листьев, уродливости и недоразвитости корневой системы.

Реакция растений на повышенные концентрации тяжёлых металлов (концентрация в почве, мг/кг):

Pb (100-500). Ингибирование дыхания и подавление процесса фотосинтеза, иногда увеличение содержания кадмия и снижение поступления цинка, кальция, фосфора, серы, снижение урожайности, ухудшение качества растениеводческой продукции. Внешние симптомы - появление темно-зеленых листьев, скручивание старых листьев, чахлая листва.

Cd (1-13). Нарушение активности ферментов, процессов транспирации и фиксации СО2, торможение фотосинтеза, ингибирование биологического восстановления NO2 до NO, затруднение поступления и метаболизма в растениях ряда элементов питания. Внешние симптомы - задержка роста, повреждение корневой системы, хлороз листьев.

Zn (140-250). Хлороз молодых листьев.

Cr (200-500).Ухудшение роста и развития растений, увядание надземной части, повреждение корневой системы, хлороз молодых листьев, резкое снижение содержания в растениях большинства незаменимых макро и микроэлементов (К, Р, Fe, Mn, Cu, B и др.).

Ni (30-100). Подавление процессов фотосинтеза и транспирации. При этом наблюдаются явления эндемического заболевания растений, например уродливые формы. 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. [2, с. 33].

Список использованной литературы:

1. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. 194 с.

2. СЛ. Давыдова, В.И. Тагасов Тяжелые металлы как супертоксиканты XXI века: Учеб. пособие. - М.: Изд-во РУДН, 2002. - 140 с.

Читайте также: