Влияние тяжелых металлов на прорастание семян

 

 

 

Влияние тяжелых  металлов на прорастание семян

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание.

Введение………………………………………………………………..…….…3

Теоретическая часть…………………………………………………...……….5

  1. Семена растений…………………………………………………………....5

    1.1. Внешнее и внутреннее строение. …………………….…….………...5

      1.2. Условия прорастания семян. . ………………………………………...8

2. Макро- и микроэлементы………………………………………………....10

      2.1. Влияние «тяжелых металлов» на рост и развитие растений………11

         2.1.1. Железо…………..………………………………………….…..…13

         2.1.2. Медь………………………………………………………….........14

         2.1.3. Свинец…………………………………………………………….15

     2.2. Влияние тяжелых металлов на организм человека…………..….…16

 3. Практическая часть……………………...………………………………...17

      3.1. Прорастание семян в растворах солей тяжелых металлов…..…… 17

      3.2. Правила техники безопасности…………………………………..… 17

      3.3. Приготовление растворов солей……………………………….....…18

      3.4. Результаты эксперимента……………………………….………..….19

Заключение……………………………………………………………..……..21

Литература…………………………………………………………………….22

Приложение…………………………………………………………..……….24

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

В последние два десятилетия  во всем мире обострились проблемы, связанные с состоянием экологии. Заводы, которые строятся почти в каждом городе, – это работа для людей, но они загрязняют окружающую среду. Используя природные богатства, человечество возвращает природе огромное количество отходов. Около крупных городов и промышленных предприятий скапливаются горы мусора, превращая окрестности в свалки и техногенные пустыни. Таким образом, получая необходимые продукты, товары, энергию, сам человек производит сотни тысяч тонн отходов и вредных веществ, которые попадают в атмосферу, водоёмы, почву, т.е. хозяйственная деятельность людей губительна для окружающей природы. «Человечество, взятое в целом – писал Вернадский – становится мощной геологической силой». [8]

Сегодня в нашем мире процветает автомобильное машиностроение. Раньше машина была роскошью, а теперь она есть у каждого человека. А ведь мы не задумываемся, как выхлопные газы, которые содержат «тяжелые металлы» загрязняют наш город, наш дом, и оказывают вредное воздействие на живые организмы. Поэтому, экологическая проблема сегодня одна из важнейших. Ситуация в некоторых районах очень острая. Загрязнение воды, почвы, воздуха стало причиной многих болезней людей. Многие отходы бытовой и промышленной деятельности человека содержат тяжелые металлы. Поэтому, своей работе я попыталась изучить влияние ионов «тяжелых металлов» на растения, чтобы лучше понимать роль металлов в жизнедеятельности организмов и последствия загрязнения биосферы.

Цель работы: Определить практическим путем, как влияют соли тяжелых металлов на развитие и рост растений, приобрести навыки экспериментальной работы и освоить метод исследования.

Гипотеза: «Тяжелые металлы» губительно действуют на жизнедеятельность живых организмов.

 

Задачи:

1. Изучить научную литературу об условиях роста и развития растений.
2. Экспериментально определить влияние тяжелых металлов на растения.
3. Научиться готовить растворы солей с определенной концентрацией.
4. Сравнить и проанализировать полученные результаты опыта.

Объект исследования: Бобовые семена двудольных растений.

Предмет исследования: Прорастание бобовых семян в растворах разных солей металлов.

Методы: изучение литературы, эксперимент, сравнительный анализ, наблюдение, фиксирование результатов в виде таблиц, фотографий.

Актуальность  исследования.

Крупными очагами интенсивного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами являются мегаполисы и  промышленные центры, что является актуально для нашего региона.  В нашем городе имеются два  больших завода металлургического  производства: Нижнесергинский метизно-металлургический завод (НСММЗ) – черная металлургия, и Среднеуральский медеплавильный завод (СУМЗ) – цветная металлургия. Растет автомобильный парк жителей нашего города. Поэтому, в воздухе присутствуют случайные вещества в виде тяжелых металлов. Особенно, вредному воздействию солей тяжелых металлов подвержены растения.  Растения легко накапливают различные вещества,  следовательно, по их состоянию можно судить об экологической обстановке. Следовательно, растения являются биоиндикаторами, т. е. многие изменения, происходящие с ними,  имеют специфические проявления, поэтому, идеально походят для исследовательской работы. Таким образом, в данной работе я выясняю, как растворы солей «тяжелых металлов» влияют на рост и развитие растений.

 

 

Теоретическая  часть.

1. Семена растений.

1.1. Внешнее и внутреннее строение семени.

Многие растения начинают свою жизнь с семени. Попав в благоприятные условия, семя прорастает, и через некоторое время у него появляются облиственные побеги, а позже цветки, плоды и семена; вырастает новое растение, очень похожее на материнское. Одни растения (мак, огурец, тыква и т.д.) образуют много семян, поэтому их семя считают органом размножения. В других плодах может быть мало семян или одно. Например: вишня, абрикос – 1 семя. Лимон, мандарин, фасоль, бобы – развивается несколько семян (5-10 шт.)

По форме семена различных  растений бывают округлые и продолговатые;  поверхность их гладкая, покрыта  волосками с зацепками; окраска  белого, красного, черного, зеленого цвета. Снаружи у семян имеется плотный  покров – кожура. Главная функция семенной кожуры – защита семени от повреждения, высыхания, проникновения болезнетворных организмов и от преждевременного прорастания. Кожура может выполнять и другие функции, связанные с распространением семян. У одних растений семенная кожура плотная, но тонкая, у других она деревянистая, толстая и очень твердая (у сливы, винограда). На кожуре есть рубчик – след от места прикрепления семени к плоду. Рядом с рубчиком находится маленькое отверстие – семявход, или микропиле. Через семявход семя дышит, через него внутрь проникают капли воды, после чего семя набухает и прорастает. Кожуру трудно снять с сухого семени. Но когда оно наберет через семявход воду и набухает, кожура лопнет, ее легко снять, и тогда обнаружится внутреннее строение семени.

Внутри семени под кожурой  находится зародыш нового растения. У растений (фасоль, яблоня) зародыш крупный и его можно увидеть, если снять кожуру с семени. У других (перец, лук) зародыш очень мал, лежит в семени, окруженный эндоспермом (греч. эндон – внутри, сперма – семя).

Эндосперма – это особые клетки, в которых содержатся много запасных питательных веществ. В таких семенах кожура окружает не зародыш, а эндосперм, внутри которого находится зародыш растения. Эндосперм представлен крупными клетками, целиком заполненными питательными, целиком заполненными питательными веществами в виде крахмала, белков и различных масел. Все эти вещества служат зародышу первым источником питания при прорастании семени. Зародыш нового растения в семени имеет две хорошо различимые части: зародышевый побег и зародышевый корень. Зародышевый побег представлен зародышевым стебельком, семядольными листьями и зародышевой верхушечкой почечкой с образовательной тканью. Фасоль, тыква, яблоня, огурец и многие другие растения в зародыше имеют две семядоли. Пшеница, кукуруза, тюльпан и другие имеют только одну семядолю.

Растения, имеющие семя с  одной семядолей, называются однодольными, а с двумя – двудольными. В  семени фасоли, гороха и тыквы зародыш  очень крупный. Его семядоли заполняют  всё семя. Обе семядоли толстые, мясистые, содержат много запасных питательных  веществ. Поэтому, в таких семенах нет эндосперма: все питательные вещества находятся в зародышевом побеге, в его семядолях. У зародыша сформирован и корешок. Но, таких растений с крупными семядолями в природе не очень много. Многие растения в семенах имеют малорасчлененный зародыш – с еле заметными семядольками, с очень маленьким стебельком и корешком. Такой слаборазвитый зародыш окружен со всех сторон эндоспермом. Например: томаты, перец, виноград .

Семена однодольных и  двудольных растений, получив через  микропиле воду, набухают и прорастают. Через семявход, маленькое отверстие, или через разрыв кожуры из семени выходит сначала зародышевый корень. Он быстро растет вниз, опережая рост других органов зародыша, и закрепляет молодое растеньице в почве. Затем начинает расти вверх зародышевый побег. (Приложение 1)

Стеблевая часть зародышевого побега удлиняется и выносит вверх семядоли и верхушечную почку. Из нее затем развивается надземный побег с настоящими зелеными листьями. Проявившееся при прорастании семени молодое растеньице называют проростком.

Итак, таким образом, многие растения расселяются по Земле и размножаются семенами. Семена могут различаться по форме, окраске, размерам, весу, но все семена имеют сходное строение. [2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Условия прорастания семян.

Семена обладают способностью к прорастанию. Попав в благоприятные  условия, семена прорастают и дают жизнь  новому растению. Прорастание – это переход семян из состояния покоя к росту зародыша и развитию из него проростка. Прорастание семян обычно начинается с момента проникновения воды через микропиле в семя.

Необходимые  условия для прорастания семян.

1. Вода. Вода необходима для поддержания жизнедеятельности растения. Воду растения получают из почвы или из влажного воздуха. Проникнув в семя, вода вызывает его набухание. Семя при этом несколько увеличивается в объеме. Все запасные питательные вещества, находящиеся в эндосперме и семядолях, набухают и переходят в растворимое состояние. Они разжижаются и становятся доступными к использованию живым зародышем. Из-за недостаточного снабжения растения водой задерживается рост побегов и кратковременно стимулирует с последующим торможением рост корней, и от избытка в почве воды растение может задохнуться и погибнуть. [2,3]
2. Запасные питательные вещества семени. Они обеспечивают  первоначальное питание зародыша, его способность к увеличению размеров и числа их клеток и прорастание в окружающую среду. Сокращение запасных питательных веществ в семени задерживает развитие зародыша растения. Без поглощения питательных веществ, запасенных в семени, зародыш растения не способен развиться и прорасти.
3. Кислород воздуха. Растения нуждаются в кислороде, т. к. с помощью «дыхания» для роста поставляется энергия  и углекислый газ, который в процессе фотосинтеза, превращается в органические вещества. Таким образом, зародыш растущего растеньица, поглощая питательные вещества, энергично осуществляет в своих клетках обмен веществ. Недостаток кислорода в воздухе, или его отсутствие, вызывает гибель зародыша. Кислород – важное условие прорастание семян и развития проростка. [2,3]
4. Тепло. Температура окружающей среды оказывает влияние на рост и развитие растения, которые могут  произрастать в разных климатических зонах, а значит и в разных температурных пределах. Температура влияет на дыхание растения и количество поглощаемой им влаги. При низких температурах рост и активность растений замедляются, наступает период покоя. Высокие температуры  воздуха, или очень низкие, могут навредить растению. Различают три основные температурные точки: минимальная температура, при которой начинается рост растения; оптимальная – наиболее благоприятная для роста; и максимальная, при которой, прекращается усваивание питательных веществ и растение может погибнуть. Растения, семена которых при прорастании требуют высокой температуры, называют теплолюбивые, а прорастающие при низких температурах – холодостойкие. [2,3]
5. Свет. Это один из важнейших факторов, влияющих на развитие растений, т. к. он необходим для синтеза органических веществ в процессе фотосинтеза. Благодаря свету растение получает тепло и энергию, свет стимулирует активность, ускоряет созревание плодов и определяет длительность цветения. Хлорофилл, содержащийся в растении, получая достаточное количество света, преобразовывает неорганические вещества в органические. Но, сильное освещение может и навредить некоторым видам растений, рассаде или молодым саженцам, поэтому некоторые из них следует искусственно притенять, используя   подручные материалы.

Определяя сроки посева семян, следует учитывать особенности  прорастания растений и погодные условия. Холодостойкие растения высаживают рано, теплолюбивые – только в хорошо прогретую почву. При посеве учитывают глубину заделки семян в почву, которая зависит от размеров самих семян. Чем крупнее семя, тем глубже его заделывают в почву. Таким образом, чтобы вырастить растения и получить хороший урожай, необходимо создать все условия для прорастания семян. Это вода, кислород, температура, свет, запасные питательные вещества в семени.

2. Макро- и микроэлементы.

В составе веществ, образующих клетки всех живых организмов, обнаружено более 70 элементов. Эти элементы делятся на две группы: макроэлементы и микроэлементы

- Макроэлементы содержатся в клетках в больших количествах. Это углерод (С), кислород (О), азот (N) и водород (H). В сумме они составляют почти 98% всего содержимого клетки. Кроме этих элементов к макроэлементам относятся магний (Mg), калий (K), кальций (Ca),                  натрий (Na), фосфор (P), сера (S), хлор (Cl).

- Микроэлементы, к ним относятся такие элементы Периодической системы Д.И. Менделеева: железо (Fe), цинк (Zn), марганец (Mn), бор (B), медь (Cu), иод (I), кобальт (Co), бром (Br), фтор (F), алюминий (Al).  

   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. 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) вызывает нарушение жизнедеятельности живого организма (растений, животных, человека), что приводит к различным заболеваниям. [1]

 

 

 

 

 

 

 

2.1. Влияние «тяжелых металлов» на рост и развитие растений.

«Тяжелые металлы» – биологически активные металлы. Они относятся к загрязняющим веществам. Это группа химических элементов с относительной атомной массой более 40. Появление понятия «тяжелые металлы» связано с проявлением токсичности некоторых металлов и опасности их для живых организмов. В настоящее время этот термин получил широкое распространение. В группу «тяжелых металлов» входят некоторые микроэлементы, которые жизненно необходимы и имеют большой спектр биологического действия на всё живое. Присутствие тяжелых металлов в окружающей среде приводит к различным заболеваниям.

К «тяжелым металлам» относят более 40 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева: ванадий (V), хром (Cr), марганец (Mn),             железо (Fe), кобальт (Co), никель (Ni), медь (Cu), цинк (Zn), сурьма (Sb), молибден (Mo), кадмий (Cd), олово (Sn), ртуть (Hg), свинец (Pb), висмут (Bi) и др. По классификации Н. Реймерса, «тяжелыми» считают металлы с плотностью более 8 г/см³.