Исследовательская работа "Влияние химических веществ на рост и развитие растений"
Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение
« Нижнесанарская средняя общеобразовательная школа »
Троицкого муниципального района Челябинской области
XIII научно-исследовательская конференция обучающихся 3 – 11 классов
общеобразовательных учреждений
Секция: «Экология»
Научно-исследовательская работа на тему
«Влияние химических веществ
на рост и развитие растений»
Автор: Игнатьева Виктория
ученица 6 класса, 12 лет
Руководитель: учитель биологии и химии
Путина Юлия Климентьевна
с.Нижняя Санарка
2016 - 2017 учебный год
Содержание:
Введение
Глава I.Обзор литературы………………………………………………3
1.1 Растения в условиях загрязнения окружающей среды……………4
1.2 Влияние различных химических веществ на живые организмы….5
Глава II. Методика проведения эксперимента…………………………7
Глава III.Результаты собственных исследований……………………...9
Заключение………………………………………………………………10
Список литературы………………………………………………………13
Введение
Обоснование выбора темы проекта и ее актуальность
Жизнь каждого растения начинается с развития и роста его из
семени при определенных условиях внешней среды. Основные условия –
тепло, свет, воздух, вода, питание. Все эти факторы одинаково
необходимы и выполняют определенные функции в жизни растений.
Изменяя условия жизни, можно направленно изменять свойства и
признаки растений. Не все условия оказывают положительное влияние на
растения. Мне показалась интересной идея на экспериментах рассмотреть
влияние некоторых факторов на рост и развитие двух видов растений –
воздействие химических веществ.
Одним из наиболее опасных видов химического загрязнения природной
среды является загрязнение тяжелыми 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.
Цель работы: изучить влияние химических веществ 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 фасоли
обыкновенной).
4. Разработать рекомендации по улучшению условий для выращивания
культурных растений.
Объект исследования: лук репчатый, фасоль обыкновенная.
Предмет исследования: влияние химических веществ на растения.
Место исследования: кабинет биологии в МКОУ «Нижнесанарская
СОШ».
Гипотеза исследования: некоторые химические вещества могут
негативно влиять на рост и развитие растений.
Методы, используемые для работы:
• лабораторный опыт,
• наблюдение,
• работа с микроскопом,
• сравнение,
• анализ.
Глава I. Обзор литературы
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
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. 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 свинца, меди, цинка, железа, марганца
на рост и развитие растений, а так же сравнение информации из
используемой литературы с итоговыми результатами эксперимента.
Влияние солей свинца, меди, цинка, железа, 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 – Фасоль
обыкновенная. Эти растения были выбраны в связи с их
нетребовательностью к различным видам почв, а так же в связи с их
живучестью. Лук и фасоль 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 свинца и
меди, т. к. они накапливаются в растениях и не выводятся в результате
обмена веществ. Кроме этого соли свинца и меди могут вызывать тяжелые
отравления организма.
Выращивание растений производилось в феврале 2016 года. Для
эксперимента были использованы луковицы и пророщенные
предварительно растения фасоли одинакового размера ,помещены в
химические стаканы с водопроводной водой. Всего было взято 5 пробных
образцов, которые поливались водой, содержащей тяжелые металлы, и 1
контрольное растение, которое поливалось отстоявшейся водопроводной
водой.
Для приготовления растворов солей тяжелых металлов были взяты навески
химических веществ объемом 1 мерная чайная ложка и растворены в
отстоянной водопроводной воде.
В процессе эксперимента производилось регулярное наблюдение –
ежедневное измерение растений, фотосъёмка растений.
08.02.16
Произведена посадка 6 луковиц растений в воду для дальнейшего
проращивания. Предварительно пророщенные для исследования растения
фасоли были помещены в химические стаканы с налитой отстоянной
водопроводной водой объемом 150 мл
Через каждые два дня по мере испарения растворов я подливала по 5-10
капель растворов солей. Полученные результаты я поместила в таблицу:
Дата
Результаты наблюдений за
растением Лук репчатый
Результаты наблюдений за
растением Фасоль
обыкновенная
8.02
Добавили по 5 капель растворов
химических веществ
Добавили по 5 капель растворов
химических веществ
10.02
№1-появились корешки длиной 2 мм
№2-корешки длиной 3 мм
№3-низ луковицы почернел, корешки-
2мм.
№4-длина корешков 1мм
№5-длина корешков 2мм
№6- длина корешков 0,5-1 см
№1-первые два листа у фасоли
свернулись
№2-визуально ничего не изменилось
№3-видимых изменений нет
№4корешки сильно потемнели
№5-листья чуть скручены
№6-появился 3 лист
11.02
№1-появились корешки длиной 2 мм
№2-корешки длиной 3-4 мм
№3-низ луковицы почернел, корешки-2-
3мм,развиваются слабо
№4-длина корешков 2-3мм
№5-длина корешков 2мм,их очень мало
№6- длина корешков 1-1,5 см
,развиваются хорошо, крупные
№1-первые два листа у фасоли
свернулись, 3маленький тоже, цвет
листьев серый
№2-появился 3 лист
№3-появился 4 лист
№4корешки сильно потемнели,
появляется 4 листик
№5-первые листья чуть скручены,
развивается 4 листик
№6-появился 4 листка
12.02
№1- корешки длиной 2 мм
№2-корешки длиной 3-4 мм
№3-низ луковицы почернел, корешки-2-
3мм,развиваются очень слабо
№4-длина корешков 3-5мм
№5-длина корешков 3-4мм,их очень
мало
№6- длина корешков 1-1,5 см
,развиваются хорошо, крупные
№1-все листья у фасоли свернулись,
цвет листьев серый
№2-листовые пластинки слегка
закручены
№3-края 3 листочка слегка пожелтели
№4-края листьев пожелтели, один
листок опал
№5-первые листья чуть скручены, стали
более темными по цвету
№6-появился 5 листка, листья крупные.
Растение хорошо развивается
13.02
№1- корешки длиной 2 мм, начали
темнеть
№2-корешки длиной 3-4 мм
№3-низ луковицы почернел, корешки-2-
3мм,развиваются очень медленно
№4-длина корешков 3-5мм
№5-длина корешков 3-4мм, их мало
№6- длина корешков 1-1,7 см
,развиваются хорошо, крупные
№1-все листья у фасоли свернулись,
цвет листьев серый
№2-листовые пластинки закручены
сильнее, появился 3 маленький листик
№3-края 3 листочка пожелтели
№4-края листьев пожелтели, засыхает 2
лист
№5-первые листья скручены, стали еще
темнее по цвету
№6-появился 5 листок, листья крупные.
Растение хорошо развивается
15.02
№1- корешки длиной 2 мм, потемнели и
уменьшились в размерах, низ луковицы
тоже
№2-корешки длиной 3-4 мм, много
№3-низ луковицы почернел, корешки
исчезли
№4-длина корешков 3-5мм, корешки
обуглились
№5-длина корешков 3-4мм,их очень
мало
№6- длина корешков 1-1,9 см
,развиваются хорошо, крупные,
появляется проросток зеленых листьев
№1-верхняя часть растения погибла
№2- 3 лист пожелтел, скручен
№3-края трех листьев желтые, появился
маленький 4 листик
№4-края листьев пожелтели, один
листок опал, засох 2 лист.
№5-первые листья чуть скручены, стали
еще темнее по цвету
№6-появился 5 листка, листья еще более
увеличились в размерах. Растение
быстро развивается
18.02
№1- корешки потемнели и уменьшились
в размерах, низ луковицы темный
№2-корешки длиной 3-4 мм, много
№3-низ луковицы почернел, корешки
исчезли
№4-длина корешков 3-5мм, корешки
обуглились
№5-длина корешков 3-4мм,их очень
мало
№6- длина корешков 1-1,5 см
,развиваются хорошо, крупные,
появляется проросток зеленых листьев
№1-верхняя часть растения погибла
№2- 3 лист пожелтел, скручен
№3-края трех листьев желтые, появился
маленький 4 листик
№4-края листьев пожелтели, один
листок опал, засох 2 лист.
№5-первые листья чуть скручены, стали
еще темнее по цвету
№6-появился 5 листка, листья еще более
увеличились в размерах. Растение
быстро развивается
22.02
№1- корешки потемнели и уменьшились
в размерах, низ луковицы темный
№2-корешки длиной 3-4 мм, много
№3-низ луковицы почернел, корешки
исчезли
№4-длина корешков 3-5мм, корешки
обуглились
№5-длина корешков 3-4мм,их очень
мало
№6- длина корешков 1-1,5 см
,развиваются хорошо, крупные,
количество проростков зеленых листьев
увеличивается
№1-растение погибло
№2- 3 лист пожелтел, скручен
№3-края трех листьев желтые, появился
маленький 4 листик
№4-края листьев пожелтели, , засох 2
лист.
№5-первые листья стали еще темнее по
цвету
№6- листья еще более увеличились в
размерах. Растение крупное
Для определения влияния химических веществ были взяты (рис. 1):
сернокислая медь CuSO
4*
5
H
2
O сернокислый цинк ZnSO
4*
7H
2
O
сернокислое железо Fe
2
(SO
4
)
3
перманганат калия KMnO
4
сернокислый свинец PbSO
4
№1 – сернокислая медь
№2 – сернокислый цинк
№3 – сернокислое железо
№4 – перманганат калия
№5 – сернокислый свинец
№6 - контрольный образец (без
добавления химических веществ)
После наблюдения за развитием корневой системы, опытные образцы
были препарированы, полученные срезы рассмотрены под цифровым
микроскопом, и сделаны снимки.
Глава III. Результаты собственных исследований и их анализ
В ходе исследования я установила, что в пробах с добавлением
сернокислого железа и перманганата калия корневая система в течение
двух недель исчезла. Самая мощная корневая система была в контрольном
образце (6) без добавления химических веществ.
Рис. 3. Корневая система репчатого лука после 2 недель эксперимента
№1 №2 №3
№4 №5 №6
Так выглядели растения Фасоли обыкновенной после полива
растворами химических веществ.
При рассматривании клеток лука под микроскопом были получены
следующие результаты:
1) Контрольный образец (№6) имел ровные светлые клетки без
признаков какой-либо деформации.
2) Клетки лука из опытного образца с добавлением сернокислого
железа (№3) имели ровную структуру, однако их цитоплазма была темно
окрашена. Вероятно, это свидетельствует о накоплении железа в клетках
лука.
3) Клетки лука из опытного образца с добавлением сернокислого меди
(№1) были деформированы, и их практически невозможно было
рассмотреть. В связи с исчезновением корневой системы в данном образце,
это свидетельствует о негативном влиянии сернокислого меди на растения.
4) Клетки лука из опытного образца с добавлением перманганата
калия (№4) приобрели синюю окраску. Корневая система также исчезла.
Клетки имели ровную структуру.
Заключение
В результате работы было установлено, что некоторые химические
вещества могут накапливаться в клетках растений и негативно влиять на
их рост и развитие, таким образом, выдвинутая гипотеза подтвердилась.
Выводы:
1.Избыток сернокислого железа окрашивает клетки в темный цвет и
замедляет рост корневой системы.
2.Аналогично влияет перманганат калия.
3.Избыток сернокислой меди разрушает клетки растения и
прекращает его рост.
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 элеме
нты 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.
