I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ГРИБЫ КАК ОБЪЕКТ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

• Авторы
• Файлы работы
• Наградные документы

Юрыгина В.Л. 1Феткуллина Э.Р. 1Кутузова А.С. 1

---

1МАОУ "Гимназия №37" Авиастроительного района г.Казани

Работа в формате PDF

661.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьника

Введение

С каждым годом все больше внимания уделяется состоянию окружающей среды, тому, что называется экологией.

Одним из инструментов контроля качества параметров окружающей среды является экологический мониторинг – комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов. С начала 2012-2013 учебного года наша гимназия включена в программу «Школьный экологический мониторинг», которая реализуется в рамках проекта «Наша новая школа» - «Здоровье нашей школы», осуществляемого на территории Республики Татарстан Министерством образования и науки РТ. В ходе работы над проектом мы проводим наблюдения за состоянием окружающей среды, как визуально, так и инструментально. С помощью датчиков мы производим замеры параметров атмосферы, воды, почвы и биоты. Отчеты о проведенной работе публикуются на сайте электронного образования РТ в разделе «Экологический мониторинг» (https://edu.tatar.ru/eco/results/?eco_period_id) 2 раза в месяц. Два года назад часть деревьев на школьном дворе срубили для организации спортивной площадки. На оставшихся пнях по осени стали расти грибы. Зная, что грибы аккумулируют в себе минеральные вещества, мы заинтересовались ими как объектом мониторинга. Это и стало целью нашей работы. Мы поставили перед собой следующие задачи:

• ознакомиться с материалом о грибах, способности их к аккумуляции и способах анализа;

• подготовить собранный материал для проведения анализа;

• провести анализ водной вытяжки на содержание хлорид - анионов, а также уровень кислотности;

• провести анализ растворов, полученных озолением, на содержание в них тяжелых металлов.

1. Особое царство грибов

Царство Грибы занимают особое положение в системе органического мира и выделены в самостоятельное царство живых организмов (Mycetalia или Fungi), имеющих признаки, как растений, так и животных. Это обширная группа организмов, которые широко распространены по всему земному шару и встречаются на суше и в водной среде.

По способу питания все грибы — гетеротрофны, т.е. для своего развития нуждаются в готовом органическом веществе. По той или иной приуроченности к питающему субстрату выделяют так называемые экологические группы грибов[10].

Многие исследователи отмечают, что грибы интенсивно накапливают тяжелые металлы, более того, к некоторым из них имеют специфическое сродство. Они могут аккумулировать Cd, Cu, Zn, Hg и ряд других элементов. Так, ртути в них может быть в 550 раз больше, чем в субстрате, на котором они произрастают. Виды рода Leccinum (обабок), Macrolepiota (гриб-зонтик) хорошо поглощают Cd; Paxillus involutus (свинушка тонкая), Lactarius necator (груздь черный) и Lycoperdon maximum (дождевик гигантский) — Cu; виды рода Agaricus (шампиньон) и Boletus edulis (белый гриб) — Hg. Тяжелые металлы необратимо влияют на биохимический аппарат грибов, а их употребление приводит к тяжелым отравлениям. Это, возможно, послужило одной из причин известного массового отравления съедобными грибами в ряде областей России в 1992—2000 гг. Исследования ученых показывают, что в целом накопление тяжелых металлов, как и радио-нуклеидов, определяется химической природой самого элемента, биологическими особенностями видов грибов, а также условиями их произрастания. Известен и тот факт, что собирать грибы, употребляемые в пищу можно на расстоянии не мене 50 м от автомобильных дорог.

1. Экспериментальная часть

1.  

   1. Подготовка исследуемых образцов

На пришкольном участке выросли вешенки, опята, трутовики (приложение 1, рис. 1,2,3,4). Для сравнения взяты грибы из леса, вешенки, выращенные искусственно на субстрате.

Таким образом в нашем распоряжении оказалось 8 образцов: со школьного двора - №1 – вешенки, №2 – трутовик лучевой, №5 – опята, №7 – трутовик березовый; №3 – белый гриб из леса в районе оз.Лебяжье; №4 – подберезовик из леса р.п. Лаишево; №6 – вешенки из магазина; №8 – белый гриб из Марийских лесов.

Все образцы были высушены. Отсутствие в них гигроскопической влаги определяли визуально: хрупкие, легко разламывающиеся. Пробы были отобраны методом квартования.

Чтобы приготовить водную вытяжку сухую навеску массой 1г, мы залили горячей дистиллированной водой, дали настояться 24 часа, отфильтровали (приложение 2, рис.5).

Для проведения мокрого озоления мы размололи грибы, предварительно подсушенные в термостате. Принцип метода [5]основан на действии концентрированной серной кислоты и перекиси водорода на сухую навеску.

Для сжигания навеску анализируемого вещества (0.2 г) перенесли в колбу (50 мл), прилили 1 мл H₂O₂ (30%), когда навеска намокла, добавили точно 2 мл H₂SO₄ (уд.вес 1.84). Затем мы нагрели колбу до побурения жидкости и выделения белых паров. После сняли ее с плитки, немного охладили и добавили 2 капли Н₂О₂ (до обесцвечивания жидкости). Потом снова нагрели колбу на плитке (приложение 2, рис.6). При выделении белых паров жидкость не потемнела, что говорило об успешном завершении процесса озоления. После сжигания мы охладили колбу и разбавили ее содержимое дистиллированной водой до 100 мл.

2.2.Измерение ионизирующего излучения

Радиация является энергетическим фактором, хорошо известно, что она способна воздействовать на клетки, их ДНК, вызывая мутации, приводящие к изменению структуры и функций органов и тканей. В больших дозах радиация вызывает трансформацию и гибель клеток, а, следовательно, и самого организма. Но у такого излучения есть и положительные свойства. В малых дозах оно необходимо для жизнедеятельности, в частности для роста и размножения. Ее дефицит тормозит рост и развитие, является причиной заболеваний. У растений он выражается в торможении роста и развития [4].

Ионизирующее излучение в исследуемых образцах мы определяли с помощь датчика (производитель ООО «НАУ-РА») в течении 5 минут [8] (приложение 3, рис.7). Результаты измерений приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты измерений ионизирующего излучения

Данные по всем образцам удовлетворительные, находятся в пределах нормы 7-15мкр/ч.

2.3. Определение рН водной вытяжки

Для измерения кислотности в нашей работе мы пользовали датчик рН «Vernier Software & Technology» [3, 9]. Подключили датчик рН к устройству измерения и обработки данных (УИОД) LabQuest. В стакан объёмом 100 мл прилили 50 мл испытуемого раствора. Электрод датчика погрузили на 2—3 см в исследуемую жидкость. Подождали, пока показания на экране стабилизировались (приложение 3, рис.8), после чего записали результат. Результаты измерений представлены в таблице 2.

Таблица 2

Кислотность (рН) фильтрата водной вытяжки

Результаты измерений показывают, что значения кислотности водной вытяжки находится в пределах, близких к нейтральной среде.

2.4. Определение концентрации хлорид – анионов

Содержание хлорид - ионов в грибах никак не регламентировано, однако способность грибов к аккумуляции может характеризовать уровень засоленности почв, на которых произрастают. Согласно Гигиеническим Нормативам ГН 2.1.7.2041-06, ПДК хлоридов (KCl) в почве составляет 360 мг/кг. По ГОСТ 2874-73 содержание хлоридов в питьевой воде ограничивается 350 мг/л. Аналогичных данных по грибам нам найти не удалось.

Определение хлорид - ионов в фильтрате водной вытяжки мы производили с помощью датчика хлорид - ионов (приложение 4, рис.9). Объем анализируемой пробы был взят 50 мл, далее понадобилось дополнительное разбавление растворов в 2 и 4 раза. Результаты измерений представлены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты определения содержания хлорид - ионов

Полученные данные показывают, что содержание хлоридов многократно превышает установленную для почв ПДК.

2.5. Обнаружение катионов тяжелых металлов

К тяжелым металлам относят: свинец, ртуть, медь, кадмий, кобальт, молибден, железо, цинк, никель, хром [6]. В условиях и возможностях школьной лаборатории осуществить полный анализ невозможно. Поэтому мы ограничились пока обнаружением катионов свинца, ртути, никеля и железа.

2.5.1. Обнаружение катионов никеля

Исследование раствора, полученного озолением, на содержание никеля мы проводили с помощью тест-системы «Никель» производства ЗАО «Кристмас+». Полоски пропитаны раствором диметилглиоксима (реактивом Чугаева), который образует с никелем ярко-розовый комплекс – диметилглиоксимат никеля [2].

Результаты определения оказались отрицательными – тест-полоски цвета не изменили (приложение 4, рис.10).

2.5.2. Обнаружение катионов ртути и свинца

Загрязнение почв ртутью определяется функционированием предприятий цветной металлургии, применением ртутьсодержащих фунгицидов, использованием сточных вод в целях орошения и разработкой месторождений ртути [6]. Поскольку местоположение нашей гимназии не связано с этими производствами, то и содержание в исследуемых образцах ртути мы посчитали маловероятным.

Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде связано со сжиганием углей, с применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе и т. д. Наличие оживленной трехполосной дороги с двухсторонним движением в непосредственной близости от гимназии с одной стороны, двух других дорог по бокам, позволяет предположить наличие свинца в исследуемых образцах.

Катионы ртути и свинца относятся ко II аналитической группе [7,1].Pb²⁺ и Hg²⁺ одинаково реагируют на хлорид-ионы, йодид-ионы:

Hg²⁺ + 2Cl^- = HgCl₂↓ Pb²⁺ + 2Cl^- = PbCl₂↓

Hg²⁺ + 2I^- = HgI₂↓ Pb²⁺ + 2I^- = PbI₂↓

Однако именно свинец дает осадок ярко-желтого цвета.

Восстановление Hg²⁺до металлической ртути возможно за счет вытеснения ее из соединений более активным металлом: Hg²⁺ + Cu → Hg↓ + Cu²⁺

Очищенную медную пластинку мы опустили в раствор, полученный озолением. Наблюдали появление серого пятна металлической ртути (приложение 5, рис.11).

Для обнаружения катионов свинца мы взяли по 5 мл растворов каждого образца, полученного озолением, добавили 2 мл 10% раствора йодида калия. Наблюдали выпадение желтого осадка (приложение 5, рис.12).

2.5.3. Обнаружение катионов железа

Высокое содержание железа в почвенном покрове может быть обусловлено использованием для полива вод с природным повышенным содержанием железа. Кроме того, железо может поступать в результате коррозии водопроводных конструкций. Для обнаружения катионов железа мы использовали в качестве реактива роданид калия (приложение 6, рис.13).

FeCl₃+ 3KCNS ↔ 3KCl + Fe(CNS)₃ - наблюдали образование красного раствора.

2.5.3.1. Фотоколориметрическое определение железа

Определение содержания железа в грибах количественно мы решили произвести фотоколориметрическим методом — по интенсивности поглощения света [12,13].

Для приготовления стандартного раствора можно использовать различные соли железа, мы использовали хлорид железа FeCl₃ ∙ 6H₂O.

а) Основной стандартный раствор: 0,483 г соли FeCl₃ ∙ 6H₂O растворяли в мерной колбе вместимостью 1 л, добавляли 10 мл концентрированной HCl и доводили до метки дистиллированной водой (1 мл раствора содержит 0,1 мг железа).

б) Рабочий раствор: 10 мл основного стандартного раствора FeCl₃ ∙ 6H₂O перенесли в мерную колбу на 100 мл, добавили 2 мл концентрированной HCl, 10 мл 10%- ного раствора KSCN, довели до метки дистиллированной водой (1 мл раствора содержит 0,01 мг железа).

Мы приготовили серию растворов окрашенного вещества разной концентрации: (0,001; 0,002; 0,003; 0,004; 0,005 мг/мл и т. д.) (приложение 6, рис.14). Произвели калибровку прибора, сняли показания спектра и зафиксировали длину волны, на которой будут производиться измерения – 475,7 нм (приложение 6, рис.15). Построили график зависимости оптической плотности от концентрации раствора - градуировочный график.

Измеряли оптическую плотность анализируемой пробы и, используя градуировочный график, определили концентрацию вещества в пробе. Измерения проводились с помощью спектрофотоколориметра SpectroVisPlus (Vernier). Построение градуировочного графика и анализ данных осуществлялся с использованием программного приложения Loger Pro 3.8.6 [11] (приложение 7, рис.16,17).Пример расчета представлен в приложении 8. Результаты измерений представлены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты фотоколориметрического определения железа.

Вывод

В ходе нашей работы мы воспользовались литературой и источниками интернета в поиске необходимой нам информации. Мы научились пользоваться современным оборудованием и программным обеспечением. Проведенные нами исследования показывают, что грибы, взятые с пришкольной территории, и собранные в лесу качественно не сильно отличаются между собой:

- уровень ионизирующего излучения, измеренного с помощью соответствующего датчика, во всех случаях не высокий - от 11,5 до 13,85мкР/ч, в пределах нормы;

- кислотность водной вытяжки близка к нейтральной среде, значения рН – от 6,05 до 7,35;

- исследование образцов на содержание катионов никеля с помощью тест-системы ни в одном из случаев содержание этого металла не выявило;

- во всех образцах качественно установлено содержание тяжелых металлов – ртути, свинца, железа;

- количественное определение железа показало все же более высокие значения у грибов со школьного участка (3,9-5,7мг/г) по сравнению с собранными в лесу (3-4,4 мг/г);

- исследования водной вытяжки на содержание хлорид-ионов не позволили судить о прямой зависимости между их количеством и местом произрастания.

Результаты нашей работы показывают, что грибы могут эффективно рассматриваться как биоиндикаторы. Что касается употребления грибов в пищу, мы рекомендуем придерживаться основных правил: не собирать грибы на расстоянии менее 50 м от дорог, не покупать грибы без сертификата качества. Однако даже искусственно выращенные на субстрате грибы не дают гарантию полной безопасности.

Список используемой литературы и интернет – источников

Приложение 1

Рис.4. План школьного участка и места сбора образцов.

Приложение 2

Рис.5. Приготовление водной вытяжки.

Рис.6. Мокрое озоление.

Приложение 3

Рис.7. Измерение ионизирующего излучения в образце №8.

Рис.8. Определение рН водной вытяжки

Приложение 4

Рис.9. График измерений хлорид-ионов в образце №1.

Рис.10. Обнаружение катионов никеля.

Приложение 5

Рис. 11. Темный налет ртути на медных пластинках, извлеченных из растворов.

Рис.12. Обнаружение катионов свинца

Приложение 6

Рис.13. Обнаружение катионов железа в образцах

Рис.14. Подготовленные растворы для построения градуировочного графика

Рис.15. Измерения длины волны

Приложение 7

Рис.16. Результаты фотоколориметрии для образцов №1-№4

Рис.17. Результаты фотоколориметрии для образцов №5-№8

Приложение 8

Содержание железа вычисляли по формуле:

N = (a* А*C )/(H* b ), где

N – содержание железа

C – концентрация железа по калибровочному графику, мг/л

a – количество раствора полученного озолением, мл (100 мл)

b – количество раствора, взятого в колбу для колориметрирования, мл (10 мл)

А – количество раствора, в котором производили колориметрирование (20 мл)

H – навеска вещества, взятая для озоления, г (0,2г)

Пример вычислений по указанной выше формуле для образца №1

N = (100*20*0,0052)/0,2*10*=5,2 мг/г

21