Влияние ионов свинца (+2), меди (+2) и водорода (+) на рост и развитие растений

Исследовательская работа на тему  «Влияние  ионов   Pb2+ , Cu2+ и Н+  на рост и развитие растений».

Работу выполнила ученица 10  класса  МОУ лицей № 9  Маликова Патина.

Среди различных программ, направленных на улучшение экологической ситуации в России, особое место занимает мониторинг окружающей среды, призванный, в частности, следить за изменением в экосистемах концентрации тяжелых металлов. Без оценки уровней загрязнения почв, растительности и воды тяжелыми металлами невозможно получить общую картину техногенной нагрузки этих веществ на окружающую среду. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами вызывает тревогу, потому, что оно многопланово снижает продуктивность  растений , ухудшается качество среды обитания человека, включая качество продукции  и  продуктов питания. 

Поэтому цель моей работы – определить влияние ионов Pb2+, Cu2+ и Н+ на рост  и развитие растений.

Мною были поставлены следующие задачи:

1. Выяснить биогенную роль меди, свинца и их соединений, степень их токсичности.
2. Определить  влияние кислотных дождей на живую природу.
3. Установить источники попадания исследуемых элементов в окружающую среду.
4. Экспериментальным путем определить степень влияния данных ионов на рост и развитие растений.

Объект исследования: ионы Pb2+, Cu2+ и Н+.

Предмет исследования:  проростки пшеницы и фасоли.

Решая поставленные задачи, я изучила  литературу о составе живого вещества и  влиянии отдельных макро- и микроэлементов на живую природу.

По своему содержанию в живом веществе химические элементы можно разделить на макро- и микроэлементы. К макроэлементам относятся 4 элемента: С, О, Н, N. На их долю приходится 96 % массы живого организма. К микроэлементам относят Са, Р, К, S (3% массы живого вещества) и I, Cl, Fe, Na, Mo, Сu, Со, Zn (1 % массы).    Содержание макроэлементов в организме достаточно постоянно, но сравнительно большие отклонения от нормы совместимы с жизнедеятельностью организма. Напротив, уже незначительные отклонения содержания микроэлементов от нормы вызывают тяжелые заболевания.

Термин «тяжелые металлы», характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время широкое распространение.  К тяжелым относятся металлы с удельным весом больше 4,5 г / см 3. Среди них есть металлы, жизненно необходимые (цинк, железо, марганец, медь) и токсичные (кадмий, ртуть, свинец, никель, хром). Из них ртуть, свинец и кадмий наиболее токсичны. Тяжелые металлы попадают в почву вместе со сточными водами, газообразными отходами промышленных предприятий и выхлопами автомобиля.

Из литературных источников мне стало известно, что при медной интоксикации изменяется окраска листьев до красной и буро-коричневой, что свидетельствует о разрушении хлорофилла. Кроме того, при избытке ионов меди и свинца, происходит угнетение роста, задержка развития растений.

Не менее значимо наличие ионов водорода.

Дождевая вода, которая образуется при конденсации водяного пара, должна иметь нейтральную реакцию, т.е. рН = 7 (рН - показатель, характеризующий кислотность). Растворяя диоксид углерода, она чуть подкисляется (рН = 5,6-5,7), а, вобрав кислоты, образующиеся из диоксидов серы и азота, дождь становится «кислым». При избытке данных ионов снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов. Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. По мере снижения рН воды происходит процесс заболачивания водоемов.

Источники поступления тяжелых металлов и ионов водорода  в окружающую среду условно можно разделить на две группы – природные и техногенные. Из природных наибольшее значение имеют выветривание горных пород и минералов, эрозии, вулканическая деятельность. Главный природный источник микроэлементов – магматические и осадочные породы.

К техногенным источникам поступления тяжелых металлов относят:

• промышленные выбросы;
• отходы металлообрабатывающей промышленности;
• добыча и переработка полезных ископаемых;
• продукты сгорания топлива;
• выхлопные газы автотранспорта;
• коммунально-бытовые отходы;
• средства химизации сельского хозяйства.

Наиболее токсичными среди них считаются свинец,  кадмий, ртуть, медь. Во всех международных документах, посвященных проблемам биосферы и окружающей среды, эти металла неизменно называются особо опасными загрязнителями. Несмотря на то, что они нужны растениям лишь в очень малых концентрациях, эти металлы активно поглощаются растениями. Их опасность усугубляется тем, что они сохраняют свои токсические свойства в течение продолжительного времени и обладают кумулятивным действием. В связи с этим, изучение реакции растений на присутствие повышенных концентраций тяжелых металлов в окружающей среде вызывает большой научный и практический интерес.

Исследование проводилось по следующим направлениям:

- влияние ионов свинца, меди и водорода на всхожесть семян пшеницы и фасоли;

- влияние ионов свинца, меди и водорода на развитие корневой системы пшеницы и фасоли;

- влияние ионов свинца, меди и водорода на развитие  стеблей пшеницы и фасоли.

Методика  проведения эксперимента.

1. Приготовили растворы для исследования:

1) Взяли 5 емкостей объемом 1 литр.

2) В каждую из них поместили:

- 243 мг NH4NO3,

- 23 мг MgSO4 · 7Н2О,

- 160 мг КСl,

- 25 мг FеС13 · 6Н20,

- 172 мг СаНРО4,

- 344 мг CaSO4 · 2H2O

Данный набор солей соответствует полной питательной смеси Прянишникова — ППСП.

3) Во 2-ю и 4-ю емкости добавили по 10 мг сульфата меди (II).

4) В 3-ю и 5-ю емкости — по 8 мг ацетата свинца (П).

5) В емкости налили отстоянную водопроводную воду, содержащую микроэлементы, доведя объемы растворов до 1 л.

6) Растворы, находящиеся в 4-й и 5-й банках, подкислили.

2. Подготовили материала для исследования.

1) Замочили по 25 семян пшеницы и фасоли в каждом из приготовленных растворов.

2) Прорастили пшеницу и фасоль до ювенального состояния проростков.

3 Проведение эксперимента.

1) Поместили проростки в исследуемые растворы.

1 - ППСП   (контроль);

2 - ППСП + избыток ионов меди;

3 - ППСП + избыток ионов свинца;

4 - подкисленная ППСП + избыток ионов меди;

5 - подкисленная ППСП + избыток ионов свинца.

2) Провели фенологические наблюдения и измерения длины корней и надземной части растений (через каждые четверо суток).

3) Результаты зафиксировали и проанализировали.

4) Сделали выводы по проведенному исследованию.

1-ый эксперимент имел цель определить характер воздействия ионов Pb2+ ,Cu2+  и Н+  на всхожесть семян пшеницы и фасоли.

Получены следующие результаты:

                                                                                                       Таблица 1

2-ой эксперимент был направлен на выявление влияния ионов Pb2+ , Cu2+ и Н+  на развитие корневой системы пшеницы и фасоли.

Получены следующие результаты:

А) влияния ионов Pb2+ , Cu2+ и Н+  на развитие корневой системы пшеницы

         Таблица 2

           Таблица 3

Б) влияния ионов Pb2+ , Cu2+ и Н+  на развитие корневой системы фасоли

Таблица 4

3-ий эксперимент позволил выявить влияния ионов Pb2+ , Cu2+ и Н+  на развитие  стеблей пшеницы и фасоли.

Получены  результаты:

А) Влияние ионов Pb2+ , Cu2+ и Н+  на развитие стеблей пшеницы. 

      Таблица 5

Б) Влияние ионов Pb2+ , Cu2+ и Н+  на развитие стеблей фасоли

       Таблица 6

По результатам выполненной работы мною сделаны следующие выводы

• Семена пшеницы и фасоли обладают разной  металло- и кислотоустойчивостью.
• Семена пшеницы обладают высокой металло- и кислотоустойчивостью,  благодаря которой они способны сохранять почти 100%-ную всхожесть при наличии в корнеобитаемой среде ионов свинца, меди и водорода.
• Семена фасоли имеют низкую металло- и кислотоустойчивость, их всхожесть составила  40-70%, в зависимости от вида присутствующих ионов.

• Растения, выращенные в полной питательной смеси, развиваются нормально.
• Увеличение концентрации ионов свинца и меди в корнеобитаемой среде приводит к торможению роста растений, которое прослеживается по всем основным ростовым показателям.
• Растения,   выращенные   в   подкисленных растворах содержащих избыток ионов тяжелых металлов (меди и свинца), сильно отстают в развитии, а некоторые из них гибнут. У растений значительно тормозится рост надземной части, происходит задержка образования боковых корней, не образуются корневые волоски.

Литература

1. Вредные химические вещества - Неорганические соединения 1-4 групп / Под общей редакцией В.А.Филова.- Л.:Химия,1988.

2. Вредные вещества в промышленности. В 3 т. Т.3.— Неорганические и элементорганические соединения /Под ред. Н.В.Лазарева и И.Д. Гадаскиной.- Л.: Химия, 1977. с. 444-457, 524-530.

3. Добрынина Н.А. Биологическая роль некоторых химических элементов // Химия в школе. -1991. -  № 2. - с. 6-14

4.  Муравьева СИ и др. Справочник по контролю вредных веществ.- М.: Химия, 1988.

5.  Назарейко В.И., Лучинина Н.В. Школьный химический эксперимент в экологическом образовании // Химия в школе. - 1993. - № 6. - с. 49

6. Израэль Ю.А., Ровинский Ф.Я. Берегите биосферу. - М.: Педагогика, 1987.