Введение

   Актуальность темы исследования.

  В последние года загрязнение окружающей среды самая глобальная проблема Земли. Из-за плохого экологического состояния появляются многие заболевания человека. Среди загрязняющих веществ по масштабам загрязнения и воздействия на биологические объекты особое место занимают тяжелые металлы. Источником их являются минеральные удобрения, пестициды, известковые материалы, орошение сточными водами. Накапливаясь в почве в опасных концентрациях, они негативно влияют на жизнедеятельность почвенной биоты, загрязняют сельскохозяйственную продукцию. Эта проблема уже довольно хорошо разработана. Тяжелые металлы - биологически активные металлы. Они  относятся к загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах. Термин "тяжелые металлы", характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в настоящее время значительное распространение. Пристальное внимание тяжелым металлам в окружающей среде стало уделяться, когда выяснилось, что они могут вызывать тяжелые заболевания.

Тяжелые металлы, как известно, в малых количествах являются постоянной, необходимой составной частью как растений, так и живых организмов. Однако, накопление тяжелых металлов в больших количествах может привести к неблагоприятным последствиям. Мы исследовали влияние солей сульфата меди  и хлорида бария  на прорастание и рост пшеницы.  Ведь пшеница - одна из важнейших зерновых культур. Получаемая из зерен мука идет на выпечку белого хлеба и производство других пищевых продуктов; отходы мукомольного производства служат кормом скоту и домашней птице, а в последнее время все шире используются и как сырье для промышленности. Пшеница – ведущая зерновая культура во многих регионах мира.  [Полевой В. В., 1989, с 179]
Цель исследования:  доказать отрицательное влияние солей меди, бария на прорастание пшеницы.

Задачи исследования:

 -приобрести навыки приготовления химических растворов;

 -провести опыт по проращиванию пшеницы;

-определить влияние тяжелых металловна всхожесть семян пшеницы;

-проанализировать состояние семян и проростков, занести результаты в таблицу;

-провести статистическую обработку результатов.

 Объект исследования: пшеница.

Предмет исследования:  всхожесть семян пшеницы.

Научная новизна: наличие или отсутствие микро- или макроэлементов влияет на физиологические процессы и отражается на качественных и количественных показателях растений. 

Теоретическая и практическая значимость  результатов исследований заключается в создании оптимальных условий для проращивания пшеницы в лабораторных условиях.

Методы исследования:

1. Определение по научной и справочной литературе основной информации для исследования.
2. Приготовить раствор, содержащий ионы тяжелых металлов и заложить эксперимент.
3. Провести наблюдения за семенами.
4. Определить влияние ионов тяжелых металлов проростки пшеницы.

Глава I.  Обзор литературы

1. Тяжелые металлы и их влияние на живой организм.

       При выполнении данной работы было проанализировано ряд источников, которые легли в основу данной работы. Из них мы узнали  следующее, что тяжелые металлы - биологически активные металлы. Они относятся к загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах. Термин "тяжелые металлы", характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в настоящее время значительное распространение. Пристальное внимание тяжелым металлам в окружающей среде стало уделяться, когда выяснилось, что они могут вызывать тяжелые заболевания.

 К тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: Ва, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn,Hg, Pb, Bi и др. [Полевой В. В., 1989, с 180].

        Коварство тяжелых металлов заключается в том, что они загрязняют экосистему не только быстро, но и незаметно, так как не имеют цвета, запаха, вкуса. Для выведения тяжелых металлов из экосистемы до безопасного уровня требуется весьма продолжительный период времени при условии полного прекращения их поступления.
По увеличению содержания тяжелых металлов овощи располагаются в следующий ряд: картофель - морковь - свекла - огурцы - томаты - капуста - салат
     Поступление тяжелых металлов в окружающую среду происходит неравномерно, нередко в виде залповых выбросов и прекращается с завершением функционирования соответствующего антропогенного объекта. Наиболее крупными поставщиками тяжелых металлов являются автотранспорт, ТЭЦ, котельные и другие энергетические объекты, работающие на сжигании топлива. Уголь, мазут, дизельное топливо, бензин содержат повышенные количества тяжелых металлов (ванадий, никель, бериллий, свинец, ртуть, мышьяк и др.
     Крупными по размерам очагами интенсивного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами являются мегаполисы.

     Необходимо учитывать воздействие тяжелых металлов на здоровье человека в жилищах и рабочих зонах. Актуальность такого учета вытекает из того, что жилища и рабочие места плохо проветриваются, а на источники тяжелых металлов обычно не обращают внимание.

Тяжелые металлы, как известно, в малых количествах являются постоянной, необходимой составной частью как растений, так и живых организмов.  Однако, накопление тяжелых металлов в больших количествах может привести к неблагоприятным последствиям:
 - для растений – снижение биопродуктивности, увядание надземной части и повреждение корневой системы растений, некрозы, хлорозы, изменения водного баланса, функциональные изменения в пигментных комплексах, уменьшение содержания хлорофилла в тканях, морфологические уродства. [Кузнецов Вл. В., Дмитриева Г. А., 2006, с. 267].
    Существенным поставщиком тяжелых металлов является антропогенное загрязнение биосферы. В результате этого загрязнения в почве накапливаются соединения тяжелых металлов, которые, при частичном                                                                           переходе в растворимую форму, транспирируются растениями.

Очевидно, что тяжелые металлы обладают неодинаковыми свойствами: различной растворимостью, подвижностью соединений в почве и доступностью для растений. Однако поступление соединений тяжелых металлов в корневую систему растений обязательно связано с почвенным раствором и, следовательно, с усвоением воды растениями.

Чем глубже в почву проникают корни растений, тем меньше накапливаются в фитомассе тяжелые металлы. Очевидно, что эта особенность обусловлена сильным антропогенным влиянием на литосферу и накоплением в верхнем слое почвы соединений тяжелых металлов антропогенного происхождения;
  Чем ниже температура прорастания семян растений, тем активнее  это растение накапливает тяжелые металлы.                                                                                           
Мгогие тяжелые металлы (Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg), как было уже сказано выше, 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. [Кузнецов Вл. В., Дмитриева Г. А., 2006, с. 269].
       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.

1.2. Особенности строения растения пшеница.

    У растения пшеницы – свойственный всем злакам стебель-соломина с узлами и обычно полыми междоузлиями, а листья простые, линейные, очередные, двурядные. Верхнее междоузлие, или цветонос, несет соцветие – сложный колос. Он состоит из коленчатой центральной оси и очередно отходящих от нее мелких простых соцветий – колосков. Каждый колосок несет на своей оси от двух до пяти очередно отходящих цветков, совокупность которых прикрыта снизу двумя – верхней и нижней – колосковыми чешуями, представляющими собой кроющие листья простого соцветия.  Цветки обычно обоеполые, с тремя тычинками и пестиком, несущим два перистых рыльца.  Каждый цветок защищен парой специализированных прицветников – более крупной и толстой нижней и относительно тонкой верхней цветковыми чешуями. У некоторых, т.н. остистых, сортов пшеницы нижняя цветковая чешуя оканчивается длинной остью.  Пшеница – растение в основном самоопыляемое, хотя у некоторых ее типов происходит и перекрестное опыление. После оплодотворения завязь превращается в маленький твердый плод зерновку, удерживаемую в колосе цветковыми чешуями [Артамонов В.И., 1991, с. 43].

   Зерновка, или зерно, представляет собой сформировавшийся из стенки завязи околоплодник, неразрывно связанный с единственным семенем, которое содержит зародыш и эндосперм. Зародыш находится сбоку в основании зерна и состоит из почечки, корешка и прилежащей к эндосперму видоизмененной семядоли – щитка. После прорастания зародышевый корешок даст первичную корневую систему, почечка – надземные органы растения и его «взрослые» корни, а щиток будет выделять ферменты, переваривающие эндосперм, и проводить его питательные вещества к начавшему развитие всходу. [Артамонов В.И., 1991, с. 45].

     1.3.Влияние бария и меди на рост и развитие растений.

Барий обычно присутствует в растениях, но, очевидно, не является для них жизненно необходимым элементом.     Имеются данные, что барий является для растений компонентом опорного скелета, то есть входит в состав клеточных мембран.     Содержание бария составляет 1–198 мг/кг сухой массы, достигая наибольших значений в листьях злаковых и бобовых растений и наименьших – в зерновых и фруктовых.    Максимальное содержание бария в растительном организме наблюдается в сформировавшихся зрелых плодах.     Растения могут достаточно легко поглощать барий из кислых почв. Растения, растущие на почвах с высоким содержанием бария, ядовиты для животных.

  При избыточном поступлении бария у растений может возникнуть фосфорное голодание клетки, что, в первую очередь, сказывается на образовании репродуктивных органов. Избыток бария тормозит развитие и задерживает созревание семян, вызывает снижение урожая и ухудшение его качества. Растения резко замедляют рост, листья их приобретают (сначала по краям, а затем по всей поверхности) серо–зеленый, пурпурный или красно–фиолетовый цвет.

    Возможное токсическое действие бария на растения может быть существенно снижено внесением солей кальция, магния и серы в питательную среду для развития растений. Антагонистическое взаимодействие между этими элементами и барием может проявляться как в тканях растений, так в почвах. [Орлова А.Н., 1997, с. 47]

     Медь участвует в синтезе белков и углеводов, а так же в процессах фотосинтеза и дыхания, повышает устойчивость растений к грибковым заболеваниям. Недостаток меди наблюдается при избытке фосфора, т.е. при чрезмерном внесении фосфорных удобрений. Так же недостаток меди появляется на богатых гумусом почвах или чрезмерном внесении гумусовых удобрений, так как происходит связывание ионов меди гумусовыми веществами. При недостатке меди теряется тургор листьев, они скручиваются, а растение увядает. При недостатке меди на листьях появляются белые хлорозные пятна. Верхушечные листья, с которых начинает проявляться недостаток меди, имеют слишком крупные размеры и бледную окраску. Избыток меди также чрезвычайно вреден для растения. Проявляется он в том, что растение тормозится в развитии, на листьях появляются бурые пятна, и они отмирают. Начинается процесс с нижних более старых листьев. [Орлова А.Н., 1997, с. 48]

Глава II. Основная часть.

2.1. Материал и методика.

Оборудование: химические стаканы, мерный цилиндр, технические весы, пипетки, шпатели, фильтровальная бумага.

Реактивы:  сульфат меди (CuSO₄ ), хлорид бария ( BaCl₂).

Ход работы

1 этап: наведение растворов CuSO₄  , BaCl₂ с концентрацией соответсвенно – 0,01% и 0,02%, объемом 200 мл.

2 этап: взяли 5 химических стаканов,  внутреннюю стенку стаканов покрыли фильтровальной бумагой и между бумагой и стенками  стаканов  поместили семена пшеницы, по 10 штук в каждую.

3 этап: в  4 стаканов налили соответственно 0,01% и 0,02% растворы солей  CuSO₄ , BaCl₂. А в 1 стакана обычную чистую воду.   Раствор не должен покрывать семена.    

2.2. Анализ результатов

Через 3 дня семена начали набухать. И через пять дней у многих уже вышли корешки и стебли. Но некоторые семена не проросли, а некоторые с трудом начали прорастать, очень медленно росли и были уродливыми.

 После двух недель сравнили результаты опыта.  В стаканах с растворами солей количество всходивших семян было меньше, чем в стакане с чистой водой. И по длине стебля они отставали от контрольных экземпляров. Особенно плохое развитие было в стаканах с растворами солей меди.

Таблица 1. Результаты опыта.

  Выводы.

 В процессе проведенного эксперимента было установлено, что тяжелые металлы  сильно влияют на прорастание семян пшеницы. В результате исследовательской работы я узнала, какие элементы входят в состав живых организмов, какую роль они играют в организме, о влиянии повышенной концентрации солей тяжелых металлов на живые организмы, об особенностях строения растения пшеницы.  По предварительной гипотезе,  под воздействием 0,01% и 0,02% растворов  CuSO₄, BaCl₂, понижается всхожесть пшеницы.  В результате нашего исследования гипотеза подтвердилась.  Так как эта концентрация для них является выше допустимой.  

Заключение.

Тяжелые металлы, как известно, в малых количествах являются постоянной, необходимой составной частью как растений, так и живых организмов. Однако, накопление тяжелых металлов в больших количествах может привести к неблагоприятным последствиям. Избыток меди  и бария негативно влияет на прорастание семян и затем на рост и развитие взрослого растения.

Информационные источники.

1. Артамонов В.И. Занимательная физиология растений – М.:Агропромиздат,1991.-306 с.
2. Кузнецов Вл. В., Дмитриева Г. А. Физиология растений - М.: Высшая школа, 2006. -742 с
3. Орлова А.Н. От азота до урожая. – М.: Просвещение, 1997.-598 с.
4.   Полевой В. В. Физиология растений - М.: Высшая школа, 1989. - 464 с.