IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

КРЕСС-САЛАТ КАК БИОИНДИКАТОР
Третьякова С.А.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Планетарный, или глобальный, масштаб вносимых человеком изменений в

природные условия на Земле, предсказанный, ещё в начале 20 века В.И.

Вернадским, уже стал реальностью. « Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой». Хозяйственная деятельность человека губительна для природы. Многие отходы бытовой и промышленной деятельности человека содержат тяжелые металлы. Это не может не влиять на живые организмы. В своей работе я попыталась изучить влияние ионов тяжелых металлов на растения, грибы и животный белок, чтобы лучше понимать роль металлов в жизнедеятельности

организмов и последствия загрязнения биосферы.

Цель:

Изучить токсический эффект солей тяжелых металлов на кресс-салат

Задачи:

- изучить научную литературу, касающуюся данного вопроса

- составить предварительный вывод о влиянии солей тяжёлых металлов на рост и развитие растений, опираясь на изученные мной литературные источники

- подтвердить или опровергнуть полученные знания путём исследования.

-изучить действие солей тяжелых металлов на всхожесть семян кресс-салата и морфологические изменения его проростков.

- изучить влияние химического состава талой воды, взятой на разных участках поселка Онохой на развитие проростков кресс-салата

-доказать с помощью качественных реакций наличие ионов тяжелых металлов в талой воде, взятой на разных участках поселка Онохой.

Объект исследования: семена кресс-салата

Предмет исследования: воздействие ионов тяжелых металлов на всхожесть семян кресс-салата и морфологические изменения его проростков.

Методы исследования:

  1. Теоретический (изучение и анализ литературы, постановка целей и задач).

  2. Экспериментальный (постановка биологических и химических опытов).

  3. Эмпирический (наблюдения, описания и объяснения результатов эксперимента).

Гипотеза: ионы тяжелых металлов: меди, железа, свинца, никеля, даже незначительной концентрации угнетающе действуют на развитие и жизнедеятельность живых организмов

Актуальность исследования: в настоящее время все живые организмы, в том числе и человек, подвергаются пагубному влиянию антропогенных загрязнителей, находящихся в отходах промышленных предприятий и попадающих в окружающую среду. Одним из сильнейших по действию и наиболее распространенным химическим загрязнением является загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами.

Практическая значимость работы заключается в том, что результаты ее должны способствовать ограничению использования предметов и продуктов, содержащих в своем составе соли тяжелых металлов. Ведь они угнетающе действуют не только

на живые организмы природы, но и на организм и здоровье человека.

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Кресс-салат как биоиндикатор.

Биоиндикатор- организм, вид или сообщество, по наличию, состоянию и поведению которых можно с большой достоверностью судить о свойствах среды, в том числе о присутствии и концентрации загрязнений.

Кресс-салат (огородный перечник): однолетнее растение семейства Крестоцветных. Распространен в Закавказье, особенно в Грузии. В пищу используются молодые листья, с терпким вкусом, так как содержит горчичное масло.

Кресс-салат - однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнениям почвы тяжелыми металлами, а также к загрязнению воздуха газообразными выбросами автотранспорта. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей.

Кроме того, побеги и корни этого растения под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян).

Кресс-салат как биоиндикатор удобен еще и тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади рабочего места (чашка Петри, кювета, поддон и т. п.). Привлекательны также и весьма короткие сроки эксперимента. Семена кресс-салата прорастают уже на третий-четвертый день, и на большинство вопросов эксперимента можно получить ответ в течение 10-15 суток.

При проведении опытов с кресс-салатом, следует учитывать, что большое влияние на всхожесть семян и качество проростков оказывают водно-воздушный режим и плодородие субстрата. Кроме загрязнения почвы на кресс-салат оказывает влияние состояние воздушной среды. Газообразные выбросы, автомобилей вызывают морфологические отклонения от нормы у проростков кресс-салата, в частности отчетливо уменьшают их длину.

Кресс-салат можно выращивать на незастекленных балконах многоэтажных домов, расположенных вдоль автодорог. Газообразные выбросы автотранспорта имеют плотность более высокую, чем воздух, и скапливаются в приземном слое до высоты двух метров. Одновременное выращивание кресс-салата на балконах нижних и верхних этажей летом, в период теплой и безветренной погоды, обычно показывает заметные различия в качестве проростков.

2.2. Влияние тяжелых металлов на рост и развитие растений.

Тяжелые металлы - биологически активные металлы. Тяжелые металлы, как известно, в малых количествах являются необходимой частью живых организмов. В биологии их называют микроэлементами. Но накопление тяжелых металлов может привести к сильному изменению состояния любого организма.

2.2.1 Никель

Типичные симптомы токсического действия никеля: хлороз, появление

желтого окрашивания с последующим отмиранием, остановка роста корней и появления молодых побегов или ростков, деформация частей растения, необычная пятнистость, в некоторых случаях - гибель всего растения. Для животных избыток никеля ведет к нарушению зрения.

2.2.2 Медь

В то же время в больших дозах медь токсична, особенно для грибов и

бактерий. 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. Для человека высокая концентрация меди ведет к разрушению печени. Определить избыток меди в организме можно по желтым и зеленым кольцам на радужной оболочке глаз.

2.2.3 Свинец

Свинец снижает урожайность растений, подавляет процесс фотосинтеза,

препятствует поступлению некоторых микроэлементов в организм. Внешние признаки: появление тёмно-зелёных листьев, скручивание старых листьев, чахлая листва.

2.2.4 Железо

Избыток железа случается довольно редко, при этом прекращается рост корневой системы и всего растения. Листья при этом принимают более тёмный оттенок. Если же в силу каких-либо причин избыток железа оказался очень сильным, то листья начинают отмирать и осыпаться без всяких видимых изменений. При избытке железа затрудняется усвоение фосфора и марганца, поэтому могут проявляться и признаки недостатка этих элементов.

2.3.Экспериментальная часть.

Прежде чем ставить эксперимент по биоиндикации с помощью кресс-салата, партию семян, предназначенных для опытов, проверила на всхожесть. Для этого семена кресс-салата проращивались в чашках Петри, в которые положила смоченную фильтровальную бумагу, разложила по 100 семян. Сверху семена закрыла фильтровальной бумагой и неплотно закрыла стеклом. Затем проращивала их при комнатной температуре в течение 3 суток. Процент проросших семян, от числа посеянных составил в разных случаях 90-95%, что считается нормой.

Опыт №1. Изучение влияние ионов тяжелых металлов на рост и развитие семян кресс-салата.

Для проведения эксперимента были заготовлены семь ватных подстилок, в которые было заложено по 20 семян кресс-салата. Заготовки были помещены в семь разных чашек. В шести чашках вату смачивали разными растворами солей: CuSO4, FeSO4, и Pb(NO3)2, с концентрациями 0,1% и 0,2%. А в седьмой вату смочили водой, что стало контрольным образцом.

Исходя из результатов эксперимента, мной были сделаны следующие выводы:

1 день - на развития семян ни одна соль не оказала пагубного влияния.

2 день - ионы железа негативно повлияли на всхожесть семян. Ионы свинца простимулировали всхожесть семян, а ионы меди почти не повлияли на всхожесть семян.

3 день - ионы железа превысили допустимое значение концентрации и стали отрицательно воздействовать на рост семян кресс-салата. Ионы свинца продолжают стимулировать рост и всхожесть семян. Ростки у семян, на которые подействовали ионами меди значительно короче контрольно образца от 3 до 7 раз в зависимости от концентрации.

4 день - ионы железа способствовали гибели некоторых семян кресс-салата. Ионы свинца начали затормаживать рост растений. Растения, на которые оказывали влияние ионы меди, перестали расти.

5 день - ионы железа способствовали гибели всех семян кресс-салата. Ионы свинца оказали влияние на внешний вид растений, листья покрылись коричневыми пятнами. В ионах меди ростки останавливаются в развитии и имеют светлый болезненный цвет.

6 день - влияние ионов свинца остановило рост и развитие растений, часть семян погибла. Ионы меди оказали столь негативное влияние, что некоторые растения погибли.

7 день – к концу эксперимента из-за ионов железа погибли все ростки, из-за ионов меди и свинца большая часть растений так же погибла.

Таким образом, все из исследованных нами ионов тяжелых металлов, действительно, угнетающе действуют на всхожесть, рост и развитие растений на примере кресс-салата.

Опыт №2. Проверка качества талой воды методом биотестирования – кресс-салатом.

В ходе исследования было собрано 6 проб снега в различных районах поселка:

Проба № 1.Лесополоса.

Проба № 2. У железной дороги.

Проба № 3. ТЦ «Абсолют».

Проба № 4. Пришкольный участок.

Проба № 5. У котельной.

Проба №6. У автотрассы республиканского значения.

Вывод: самая высокая прорастаемость семян кресс-салата в пробе №1 лесополоса- 95%, а самая низкая - в пробе № 6 у автотрассы республиканского значения- 37%.

Контрольная точка взятия пробы

Длина корней, см

Высота побега, см

стебель

min

max

средняя

min

max

средняя

прямой

искривленный

Проба № 1. Лесополоса.

2,5

7,5

5,2

1,6

6,2

4,0

37 - 97%

1 - 3%

Проба № 2.

У железной дороги.

1,4

6,5

4,2

1,1

4,9

3,4

8 – 38%

13 – 62%

Проба № 3.

ТЦ «Абсолют».

0,8

4,5

3,4

1,2

4,1

3,0

6 – 27%

16 – 73%

Проба № 4. Пришкольный участок.

2,3

7,0

4,7

1,3

4,5

3,6

18 – 53%

16 – 47%

Проба № 5.

У котельной.

0,9

3,5

2,7

1,2

4,1

3,1

7 – 30%

16 – 70%

Проба №6.

У автотрассы республиканского значения.

0,5

3,2

2,1

0,2

5,2

2,9

4 – 27%

11 – 73%

Вывод: наибольшая средняя длина корней, высота побегов и количество прямых стеблей в пробе №1 – лесополоса, а наименьшая длина корней, высота побегов и общее количество искривленных побегов в пробах №6 у автотрассы, №5 у котельной и №3 ТЦ «Абсолют», следовательно, эти пробы снега являются наиболее загрязненными.

В зависимости от результатов опыта присваивают один из четырех уровней загрязнения:

1. Загрязнение отсутствует

Всхожесть семян достигает 90-100%, всходы дружные, проростки креп­кие, ровные. Эти признаки характерны для пробы №1 лесополоса.

2. Слабое загрязнение

Всхожесть 60-90%. Проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные – проба №4 пришкольный участок.

3. Среднее загрязнение

Всхожесть 20-60%. Проростки по сравнению с контролем короче и тоньше. Некоторые проростки имеют уродства – пробы №2 железная дорога,№3 ТЦ «Абсолют», №5 поселковая котельная и №6 автотрасса.

4. Сильное загрязнение

Всхожесть семян очень слабая (менее 20%), Проростки мелкие и уродливые

Таким образом, мы попытались проследить влияние общей токсичности снега, вызванной присутствием загрязнителей на рост и развитие проростков кресс-салата. Полученные результаты однозначно доказывают, что снег на территории поселка загрязняется вредными веществами, выбрасываемыми автотранспортом и котельной.

Опыт №3 Определение наличия ионов тяжелых металлов в талой воде с помощью качественных реакций

3.1. Определение ионов железа (II и III)

Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль), в кислой среде образует с катионом Fe+2 осадок турнбулевой сини темно-синего цвета. Реакция идет по уравнению:

Fe2+ + K3[Fe(CN)6]3- KFe[Fe(CN)6]4

К 1 мл исследуемой воды добавил 2-3 капли раствора серной кислоты и 2-3 капли раствора реактива. По полученным данным видно, что наибольшее содержание ионов железа (II) в образце № 4 пришкольный участок, среднее – в пробирках №3 ТЦ «Абсолют» и №5 у котельной ,а минимальное образцах №1 лесополоса, №2 железная дорога и №6 у автотрассы.

Роданид калия KSCN в слабокислой среде с катионом Fe +3образует ярко красное окрашивание раствора. Реакция идет по уравнению:

Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3

Окрашивание, видимое при рассмотрении пробирки сверху вниз на белом фоне

Примерное содержание ионов железа Fe+3

Отсутствие

Едва заметное желтовато-розовое

Слабое желтовато-розовое

Желтовато-розовое

Желтовато-красное

Ярко-красное

менее 0, 05

от 0, 05до 0, 1

от 0, 1 до 0, 5

от 0, 5 до 1, 0

от 1, 0 до 2, 5

более 2, 5

К 1 мл исследуемой воды прибавил 1-2 капли раствора соляной кислоты и 2 капли раствора реактива. Красное окрашивание наблюдали в пробирках №3 ТЦ «Абсолют» и №6 у автотрассы

3.2. Определение ионов свинца.

Иодистый калий дает в растворе с ионами свинца характерный осадок PbI2: Исследования производятся следующим образом. К испытуемому раствору прибавить немного KI, после чего, добавив CH3COOH, нагреть содержимое пробирки до полного растворения первоначально выпавшего желтого осадка PbI2. Охладить полученный раствор под краном, при этом PbI2 выпадет снова, но уже в виде красивых золотистых кристаллов.

Ионы свинца были обнаружены в пробах №3 ТЦ «Абсолют», №5 у котельной и №6 у автотрассы.

3.3. Определение ионов ртути.

В пробирки поместили по 4-5 капель талого снега и осторожно опустили палочку, смоченную раствором йодида калия. Вокруг палочки, при наличии ионов ртути должно образоваться ярко-красное кольцо йодида ртути, которое быстро исчезает. Ни в одной из проб красного кольца обнаружено не было, что свидетельствует об отсутствии данных ионов в талой воде.

3.4. Определение ионов меди.

В фарфоровые чашечки поместить по 3-5мл проб талого снега , осторожно выпарить до суха и на периферийную часть пятна нанести каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно синей или фиолетовой окраски свидетельствует о присутствии ионов меди. Ни в одной из взятых нами проб ионов меди обнаружено не было.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Проведенное изучение литературных источников и экспериментальное исследование дали возможность сравнивать полученные данные.

Литературные сведения

Сведения из литературы свидетельствуют о том, что:

· При избытке свинца происходит снижение урожайности, подавление процессов фотосинтеза, появление темно-зелёных листьев, скручивание старых листьев и опадание листвы.

· Избыток меди проявляется в том, что растение тормозится в развитии, на листьях появляются бурые пятна, и они отмирают.

· При избытке железа листья принимают более тёмный оттенок. При сильном избытке листья начинают отмирать и осыпаться без видимых изменений.

Экспериментальные данные

· Проведенное исследование по выращиванию растений кресс-салата в условиях поступления ионов тяжелых металлов показало что:

· свинец вызывает усиленный рост растений, появление тёмно-зелёных листьев и их скручивание, а также уродства стебля и ростков;

· медь замедляет скорость роста и способствует преждевременной гибели растения;

· т.к. концентрация ионов железа оказалась выше предельно допустимой, то я отметила, что растения начали погибать.

-ионы тяжелых металлов были обнаружены нами только в тех пробах талого снега, которые подверглись наибольшему антропогенному влиянию.

Выводы:

· Сравнивая данные из литературных источников и полученные экспериментальные данные, мы пришли к выводу, что литературные источники подтверждены исследованием.

· Ионы тяжелых металлов, действительно, угнетающе действуют на всхожесть, рост и развитие растений на примере кресс-салата.

· Все из исследованных тяжелых металлов (железо, медь, свинец) негативно влияют на живые организмы.

-Обнаруженные нами с помощью проведенных качественных реакций, ионы тяжелых металлов, даже в незначительной концентрации пагубно влияют на всхожесть и рост семян кресс-салата.

На собственном опыте убедились в возможности использования методов биологической индикации в оценке качества состояния окружающей среды. В ходе проведенного исследования была освоена методика проведения биотестирования и достигнута цель работы – установлено наличие токсичности снегового покрова. Биотестирование, проведенное с использованием в качестве тест – объекта проростков кресс-салата, позволяет заключить, что самым высоким по уровню токсичности среди наших проб оказался снег, собранный у автотрассы, котельной и ТЦ «Абсолют». Все пробы обладают низкой степенью токсичности, что является хорошим показателем экологического состояния. Возможно, это объясняется отсутствием крупных промышленных предприятий и комплексов на территории нашего поселка. Использование биотестирования показало, что данный метод мониторинга окружающей среды отличается простотой, оперативностью и доступностью, поэтому должно получить широкое признание. Биотестирование наиболее перспективный метод мониторинга окружающей среды, который в дальнейшем будет развиваться. Наиглавнейшей задачей данного вида исследования является поиск новых тест – объектов, которые бы позволили делать выводы о качестве природной воды в более короткие промежутки времени, чем с использованием проростков кресс- салата.

Список литературы.

  1. Валетдинов Р.К., Горшкова А.Т., Валетдинов А.Р. Эколого-геохимическая оценка загрязненности снежного покрова тяжелыми металлами. //Вестник ТО РЭА. — 2014. — № 2. – С 43—46.

  2. Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н. Следим за окружающей средой нашего города: 9—11 кл.: Школьный практикум. — М.: Гуманит. Изд. центр ВЛАДОС, 2011. — 112 с.

  3. Наумов Ю. А. Экология.: Учеб.пособие/ Ю.А. Наумов. – Находка: Институт технологии и бизнеса, 2010. – 206.

  4. Хазимуллина Ю.З. Определение тяжелых металлов в снежном покрове // Материалы 17 международной экологической студенческой конференции — Новосибирск, 2012

  5. Школьный экологический мониторинг. Учебно-методическое пособие/под ред. Т.Я. Ашихминой. – М.: АГАР, 2006.