Влияние тяжелых металлов на прорастание семян

«Тяжелые металлы» (Fe, Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg) относятся к микроэлементам. То есть химическим элементам, присутствующим в организмах в низких концентрациях (тысячные доли процента и ниже). Но накопление тяжелых металлов может привести к сильному изменению состояния любого организма. Например, к снижению скорости роста, увяданию надземной части растения, повреждению его корневой системы или к изменению водного баланса и т д. У животных возникают заболевания различных систем органов: дыхательной, пищеварительной, эндокринной и нервной систем.

Причиной накопления большого количества «тяжелых металлов» в растениях является загрязнение почвы и атмосферного воздуха. Соли тяжелых металлов частично переходят в растворимую форму и поступают в корневую систему растений.

Соли тяжелых металлов обладают неодинаковыми свойствами: различной растворимостью, подвижностью соединений в почве и доступностью для растений. Поступление соединений тяжелых металлов в корни растений связано с минеральным питанием растений. Чем глубже в почву проникают  корни растений, тем меньше в них  накапливаются тяжелые металлы. А чем ниже температура прорастания семян растений, тем активнее эти растения накапливают тяжелые металлы. Ионы тяжелых металлов не подвержены биохимическому разложению и могут образовывать летучие газообразные и высокотоксичные металлоорганические соединения. [4]

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.

Для того, чтобы определить как «тяжелые металлы» влияют на растения, я провела эксперимент: Прорастания бобовых семян в растворах солей тяжелых металлов меди, железа и свинца (Cu, Fe, Pb). Их влияние на организмы наиболее изучено и представляет интерес для исследования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.1. Железо.

Железо – элемент 4 периода VIII Б группы Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, относится к микроэлементам. Железо в растениях — важнейшая составная часть различных ферментов, необходимо для образования хлорофилла, а также влияет на синтез белков.

Большинство почв содержит достаточно доступного для растений железа. Но чем выше значение pH почвы, тем больше железа превращается в малорастворимые соединения. Первые признаки недостатка железа появляются на молодых листьях, происходит обесцвечивание листьев растений, т.е. они становятся бесцветными. А зеленая окраска жизненно необходима для растений, и при пожелтении листьев они ослабляются, перестают расти и по частям отмирают, так как без железа не образуется хлорофилл. Зеленую окраску растения приобретают при одном смачивании раствором соли железа. Увеличение количества железа порождает солнечный ожог листьев и проявляется в виде крошечных коричневых пятен. Железо принимает участие в окислительных процессах, потому что входит в состав некоторых окислительных ферментов. У животных и человека Fe содержится во многих ферментах и белках. [5]

Таким образом, железо является незаменимым металлом, необходимым для жизнедеятельности растительного организма и обладает способностью накапливаться в растениях.

 

 

 

 

 

 

 

2.1.2. Медь.

Медь – элемент 4 периода IБ группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, содержание которого в земной коре составляет 4,7·10^-3 % по массе. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала и витаминов. Медь вносят в почву в виде минерального удобрения, которое содержит сульфат меди (медный купорос CuSO₄*5H₂O). В малых же дозах медь необходима всему живому. В растениях медь содержится в количестве 1 мг. на 1 кг. сырого вещества. Из пищевых растительных продуктов богаты медью картофель, помидоры и свекла. Много меди содержится в зародышевой части пшеничного зерна.

Медные удобрения благотворно влияют на развитие растений, они повышают урожай зерновых культур, подсолнечника, гороха, фасоли, картофеля. Клубни картофеля можно перед посадкой смачивать в слабом растворе сульфата меди. Содержащиеся в почве в микродозах медные соединения необходимы для произрастания растений. При недостаточном содержании меди в почве растения развиваются плохо. Снижается содержание хлорофилла. Зеленые части растения бледнеют, молодые листья растений желтеют, они теряют упругость, а в жаркую погоду наступает увядание и свертывание листьев; и в результате отмирают. Задерживается образование стеблей, семян и плодов. Плоды у растений становятся мелкими с бурыми пятнами и бородавками, развивается кустистость и пустозерность. Сильно чувствительны к недостатку меди пшеница, ячмень, овес, просо и конопля.

В больших дозах медь токсична, особенно для низших организмов: грибов и бактерий. На протяжении более 200 лет садоводы всего мира применяют для борьбы с грибными и бактериальными болезнями растений бордоскую медь, которая содержит основную сернокислую медь CuSO₄·3Cu(OH)_2. В отличие от медного купороса бордоская жидкость имеет нейтральную реакцию и не вызывает ожогов у растений. [6]

Избыток меди для высших растений выражается в замедлении роста  и появлению бурых пятен на нижних старых листьях. Таким образом, медь является жизненно важным микроэлементом.

 

2.1.3. Свинец.

Свинец – элемент 6 периода IV А группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, его содержание в земной коре составляет 1,6-10³%. Известно около 80 минералов, содержащих свинец.  
 Свинец и его соединения, особенно органические, очень токсичны и ядовиты. Они влияют на синтез белка, нарушает образования гемоглобина, а также энергетический баланс клетки (дыхание).

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

В результате повседневного  загрязнения окружающей среды свинцом происходит постепенное накопление свинца в растениях, тканях животных и человека. С пищей, водой, атмосферным воздухом человек ежесуточно поглощает до 100 мкг свинца. Безопасным для человека считают суточное поступление 0,2 – 2 мг свинца. Мягкая вода растворяет свинец и происходит отравление воды, которая действует на живой мир. Также, соединения свинца в организм человека проникают в виде аэрозолей через органы дыхания. [7]

Таким образом, свинец является канцерогенным металлом. 

 

 

 

 

 

 

2.2. Влияние тяжелых металлов на организм человека.

  Тяжелые металлы широко используются в промышленном производстве, в результате в больших 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, а это приводит к общему ухудшению здоровья человека. Например: высокая концентрация меди ведет к разрушению печени. Определить избыток меди в организме можно по желтым и зеленым кольцам на радужной оболочке глаз. Установлено учеными, что свинец – один из элементов, присутствие которых в продуктах питания влияет на развитие кариеса. [4]

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.

3.1. Прорастание семян в растворах солей тяжелых металлов.

Цель: Определить, как тяжелые металлы влияют на растения.

Для исследования взяли бобовые семена, взвесили – определили массу сухих веществ и поместили в растворы солей тяжелых металлов железа, меди и свинца: сульфат железа (II) – FeSO4, сульфат меди (II) – CuSO4, ацетат свинца (II) – Pb(CH3COO)2. Для контроля несколько бобов поместили в воду, чтобы сравнить, как происходит прорастание семян в разных условиях в течение двух недель. Затем сравнили и сопоставили результаты до и после эксперимента. Результаты эксперимента занесли в таблицы и построили диаграммы.

 

3.2. Правила техники безопасности.

• С  химическим оборудованием необходимо обращаться осторожно!
• Пользоваться чистой и пригодной для работы посудой.

 

 

а – Запрещается пробовать вещества на вкус.

б – Запрещается брать вещества руками.

в – Запрещается оставлять на рабочем месте неубранными рассыпанные 
или разлитые реактивы.

г – Запрещается оставлять после работы открытыми склянки с жидкостями 
и банки с сухими веществами.

д – работу с реактивами проводить только над рабочим столом

 

 

3.3. Приготовление растворов солей.

Цель: Научиться готовить растворы с определенной концентрацией.

Оборудование: Технические весы с разновесами, химический стакан, мерный цилиндр и мерная колба, ложечка для сыпучих веществ, стеклянная палочка, склянки для приготовленных растворов.

Реактивы: Соли: FeSO₄*7H₂O , CuSO₄*5H₂O , Pb(CH₃COO)₂*3H₂O, твердые кристаллические вещества, вода.

Чтобы приготовить растворы, использовала следующие операции: взвешивание, отмеривание определенного объема жидкости, растворение. Во время эксперимента соблюдала правила техники безопасности при работе с реактивами и химической посудой. Для  растворов приготовила склянки с этикетками, на которых указана формула иона металла в данном растворе соли.

Методика приготовления  раствора.

1. Рассчитать навеску соли для приготовления раствора с молярной концентрацией: C=0,01М.
2. Взвесить определённую навеску на технических весах, предварительно уравновесив их.
3. Добавить 50 мл. воды, растворить соль. Раствор готов.

Наши расчеты.

Для приготовления раствора, вначале рассчитала массу навески  соли, используя формулу для определения молярной концентрации раствора.

 

M(FeSO₄*7H₂O)=278 г./моль

M(CuSO₄*5H₂O)=250 г./моль;

M(Pb(CH₃COO)₂*3H₂O)=379 г./моль.

Раствор с малярной концентрацией 0,01 М.

V = 50 мл. =0,05 литра 

m=C*M*V

m=0,01*0,05*M

m(FeSO₄*7H₂O)= 5*10^-4*250=0,125 г.;

m(CuSO₄*5H₂O)=5*10^-4*278=0,139 г.;

m(Pb(CH₃COO)₂*3H₂O)=5*10^-4*379=0,1895 г.

 

3.4. Результаты эксперимента.

 

3.4.1. Изменение массы семян.

При замачивании семян  в разных растворах происходит набухание, в результате чего увеличивается их масса. (Приложение 2)

Вес бобов			Изменение массы семян
До начала эксперимента		Через 2 недели
Pb2+	2,980 грамм	6,300  грамм	+3,320 грамм
Cu2+	2,820 грамм	7,100 грамм	+4,280 грамм
Fe2+	2,730 грамм	8,750 грамм	+6,020 грамм
H2O	3,150 грамм	10,650 грамм	+7,500 грамм

 

Рисунок 1: Влияние солей «тяжелых металлов» на прорастание бобовых семян  (изменение массы семян)   Вывод: Вес бобовых семян изменяется во всех случаях, т.к. присутствовала водная среда. Но более заметны изменения в 2-3 раза, я наблюдала в воде и в растворе железе. 3.4.2. Изменение размера семени.

При замачивании семян  в разных растворах происходит набухание, в результате чего увеличивается их размер в объёме. (Приложение 2)

Размеры семян бобов
До начала эксперимента (средний размер)		Через 2 недели (средний размер)	Изменения размера  семян
Fe2+	0,6 см	2 см	+1,4 см
H2O	0,6 см	2 см	+1,4 см
Cu2+	0,5 см	1,4 см	+0,9 см
Pb2+	0,4 см	1 см	+0,6 см

 

Рисунок 2: Влияние солей «тяжелых металлов» на прорастание бобовых семян (изменение размера семян)