XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние нефтяной плёнки на прорастание семян и развитие растений как модель загрязнения Чёрного моря мазутом

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Хасанова А.О. 1

---

1МБОУ гимназия «Эврика» им. В.А. Сухомлинского г. Анапа

Манайникова Н.Н. 1

---

1МБОУ гимназия «Эврика» им. В.А. Сухомлинского г. Анапа

Работа в формате PDF

1.5 MB

ПАСПОРТ ПРОЕКТА

ВВЕДЕНИЕ

Загрязнение морей нефтью и нефтепродуктами относится к наиболее заметным экологическим проблемам. Нефтяное пятно распространяется по поверхности, загрязняет берег, попадает на оперение птиц и покровы животных, а отдельные компоненты нефтепродуктов оказывают токсическое действие. Особую опасность представляют аварийные разливы тяжёлого топлива, которое может долго сохраняться в песке и донных отложениях.

Актуальность выбранной темы связана с аварией в Керченском проливе. 15 декабря 2024 года потерпели крушение танкеры «Волгонефть-212» и «Волгонефть-239», после чего в море попал мазут. По состоянию на июль 2026 года официальные органы сообщали, что работы по ликвидации последствий разлива продолжались [1; 2]. Событие показало, что даже один аварийный эпизод может потребовать длительной очистки моря и побережья.

Провести настоящий опыт с мазутом в школьных условиях нельзя: нефтепродукты токсичны, горючи и требуют специального оборудования, средств защиты и правил утилизации. Поэтому в данной работе используется безопасная модель. Растительное масло образует заметную плёнку и позволяет проверить, изменится ли прорастание семян при ухудшении контакта с водой и воздухом. При этом результаты нельзя напрямую переносить на весь Чёрноморский бассейн.

Проблема исследования заключается в следующем: будет ли прорастание семян отличаться в чистой воде, морской воде и в воде с масляной плёнкой?

Цель проекта — экспериментально изучить влияние морской воды и масляной плёнки на прорастание семян и оценить возможности такого опыта как школьной модели загрязнения Чёрного моря мазутом.

Задачи проекта:

– изучить, что представляет собой нефтяная плёнка и почему нефтепродукты опасны для морских экосистем;

– рассмотреть условия, необходимые для прорастания семян;

– обосновать использование семян в качестве биоиндикатора;

– подготовить пять вариантов водной среды и провести семисуточное наблюдение;

– сравнить число проросших семян в контрольной и опытных группах;

– проанализировать ограничения модели и предложить более точный вариант повторного опыта.

Объект исследования — процесс прорастания семян.

Предмет исследования — изменение прорастания семян под действием солёной воды, масляной плёнки и смеси масла с песком.

Гипотеза: в чистой воде семена будут прорастать быстрее и чаще, чем в морской воде и в средах с масляной плёнкой. Наиболее неблагоприятным окажется совместное действие соли, масла и загрязнённого песка.

Методы исследования: анализ научных и официальных источников, моделирование, наблюдение, фотографирование, сравнение, подсчёт всхожести, графическое представление результатов.

Практическая значимость проекта состоит в том, что опыт можно безопасно повторить дома или в школьном кабинете. Он помогает понять принцип биотестирования и показывает, почему при экологическом исследовании необходимо иметь контрольный вариант.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Нефтепродукты как загрязнители морской среды

Нефть представляет собой сложную природную смесь углеводородов и других веществ. Из неё получают бензин, дизельное топливо, масла, битум и мазут. Мазут — тяжёлый остаточный нефтепродукт. Он отличается высокой вязкостью, особенно при пониженной температуре, плохо смешивается с водой и способен образовывать плотные загрязнения на поверхности моря и береговом грунте.

После разлива нефтепродуктов часть вещества растекается по поверхности, часть испаряется, часть смешивается с водой или соединяется с песком и взвешенными частицами. Дальнейшее поведение зависит от состава топлива, температуры, волнения, ветра и течений. Поэтому последствия двух разливов одинакового объёма могут заметно различаться.

Международная техническая организация по реагированию на разливы нефти отмечает два основных механизма воздействия: физическое покрытие организмов нефтепродуктом и токсическое действие его компонентов. Тяжёлые нефтепродукты чаще вызывают обволакивание и загрязнение поверхностей, а более лёгкие фракции обычно отличаются большей химической токсичностью [4].

1.2. Что происходит при образовании плёнки на воде

Масло и мазут имеют меньшую плотность, чем вода, поэтому значительная часть разлитого вещества остаётся на поверхности. Тонкий слой растекается, а более вязкое топливо может образовывать пятна, комки и эмульсии. Поверхностная плёнка изменяет условия на границе воды и воздуха.

Плёнка не создаёт абсолютно непроницаемую крышку, однако может замедлять газообмен, уменьшать испарение, ухудшать освещённость верхнего слоя воды и физически покрывать живые организмы. На берегу нефтепродукт проникает между песчинками, прилипает к камням и растениям. Вязкий мазут удаляется трудно, а при повторном нагревании может снова становиться подвижным.

1.3. Влияние нефтяного загрязнения на живые организмы

Разные организмы реагируют на нефтепродукты неодинаково. Наиболее уязвимы те, кто находится у поверхности воды, на мелководье и на берегу. Нефть может загрязнять жабры, наружные покровы, перья и пищу. Дополнительный ущерб связан с потерей мест обитания и нарушением пищевых связей [4].

Для растений и семян нефтяные углеводороды могут создавать несколько неблагоприятных факторов. Загрязнённая среда хуже смачивает поверхность семени, ограничивает поступление воды и кислорода, изменяет доступность питательных веществ. Некоторые углеводороды способны повреждать клеточные мембраны и нарушать обмен веществ.

Лабораторные исследования подтверждают, что нефтяное загрязнение снижает прорастание и рост растений. В опытах с озимой рожью всхожесть на незагрязнённой почве составляла 92–94 %, а в загрязнённом контрольном варианте — 12–16 %. Авторы также отмечали меньшую высоту проростков в загрязнённой почве [5]. В исследовании 2025 года увеличение содержания нефтяного шлама приводило к снижению прорастания и уменьшению длины корней и побегов солероса [6].

1.4. Особенности Чёрного моря и роль солёности

Чёрное море получает большое количество пресной воды с речным стоком и осадками. Поэтому его поверхностный слой менее солёный, чем вода открытого океана. По научным данным, солёность у поверхности изменяется примерно от менее 16 единиц практической солёности в районах влияния рек до 18,6–18,8 в открытой части моря [3].

Для школьной модели морской воды можно приблизительно использовать раствор около 18 г морской соли на 1 л воды. Это только упрощение: настоящая морская вода содержит разные ионы, микроорганизмы и взвешенные вещества. В выполненном опыте точная солёность использованной морской воды не измерялась, поэтому этот показатель относится к ограничениям работы.

Семена наземных культур обычно хуже прорастают в солёной воде. Высокая концентрация солей затрудняет поступление воды внутрь семени из-за осмотического давления. Кроме того, избыток ионов может нарушать работу клеток. Поэтому банка с морской водой нужна не как доказательство того, что морские растения не живут в море, а как отдельный вариант стрессовой среды для выбранных семян.

1.5. Прорастание семени и необходимые условия

Прорастание начинается с поглощения воды. Сухое семя набухает, активируются ферменты, запасные вещества переходят в доступную форму. Затем усиливается дыхание, зародыш получает энергию, оболочка разрывается и появляется зародышевый корешок. После этого развивается побег. Для нормального прорастания большинству семян необходимы:

– жизнеспособный зародыш;

– достаточное, но не избыточное количество воды;

– кислород для клеточного дыхания;

– подходящая температура;

– для отдельных видов — определённый режим освещения.

Если семена полностью залить водой, между ними и воздухом ухудшается газообмен. В переувлажнённой среде возрастает риск загнивания и появления плесени. Поэтому в опыте семена располагают на влажной марле, ватных дисках или салфетках. Основа должна оставаться влажной, но вода не должна полностью покрывать семена.

1.6. Почему семена можно использовать как биоиндикатор

Биоиндикатор — живой объект, состояние которого изменяется при ухудшении условий среды. Семена удобны для школьного биотеста: они доступны, не требуют сложного оборудования, быстро реагируют на воду, соль и загрязняющие вещества. Оценивать можно число проросших семян, скорость появления корешка, длину корней и побегов, изменение окраски.

Такой метод широко применяется при оценке фитотоксичности почв и растворов. Однако результат зависит от вида и качества семян. Чтобы сравнение было точным, во всех вариантах нужно использовать одинаковые семена из одной партии и одинаковое их количество.

Важно подчеркнуть: семена огурца, пшеницы или кресс-салата не являются моделью морского планктона и не изображают растения, живущие в Чёрном море. Они выступают только как чувствительный тест-объект. Опыт показывает общее ухудшение условий для живого организма, а не воспроизводит морскую экосистему полностью.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Организация исследования

Опыт проводился в пяти одинаковых прозрачных контейнерах. В каждый контейнер помещался одинаковый набор из четырёх семян на влажную основу. По фотографиям видно, что набор включал три светлых семени и одно окрашенное зелёное семя. Такой состав повторялся во всех банках, поэтому сравнение условий возможно. Вместе с тем использование семян разного внешнего вида снижает точность и учитывается при обсуждении ограничений.

Контрольным вариантом была банка № 1 с чистой водой. Банки № 2–5 составляли опытную группу. Наблюдение продолжалось семь суток. Фотографии были сделаны в 1-й, 3-й и 7-й дни.

2.2. Материалы и оборудование

– 5 одинаковых прозрачных контейнеров;

– 20 семян: по 4 семени на каждый вариант;

– марля, ватные диски или плотные бумажные салфетки;

– чистая вода;

– морская вода или приготовленный солевой раствор;

– растительное масло;

– небольшое количество чистого песка;

– ложка или пипетка, маркер и этикетки;

– телефон или фотоаппарат для фиксации наблюдений.

2.3. Схема опыта

2.4. Переменные исследования

2.5. Ход работы

1. Контейнеры пронумеровали от 1 до 5 и подписали условия опыта.

2. На дно каждого контейнера положили одинаковую по размеру марлю или салфетку.

3. В каждый контейнер поместили по четыре семени одинакового набора.

4. Основу увлажнили соответствующей водой. Семена не заливали полностью.

5. В банки № 3 и № 4 добавили несколько капель растительного масла до появления тонкой поверхностной плёнки.

6. В банку № 5 дополнительно поместили песок, соприкасающийся с морской водой и маслом.

7. Все варианты расположили рядом, чтобы температура и освещение были максимально одинаковыми.

8. На 1-й, 3-й и 7-й дни оценивали появление корешка и фотографировали контейнеры.

Точный объём воды, масла и солёность в исходном опыте не измерялись. Поэтому работа относится к наблюдательному школьному моделированию, а не к лабораторному количественному эксперименту.

2.6. Правила безопасности

– не использовать настоящий мазут, бензин, керосин, машинное масло и другие нефтепродукты;

– работать только с пищевым растительным маслом;

– не пробовать растворы и семена после начала опыта;

– после работы вымыть руки и протереть рабочую поверхность;

– остатки масла собрать салфеткой и выбросить с бытовым мусором, не выливая большое количество масла в раковину;

– при появлении плесени закрыть контейнер, утилизировать содержимое и вымыть ёмкость.

2.7. Дневник наблюдений

Рисунок 1 — Всхожесть семян на 7-й день опыта

По итогам семи суток прорастание отмечено только в контрольной банке с чистой водой. В ней появился один проросток из четырёх семян. В морской воде, в воде с масляной плёнкой и в комбинированных вариантах видимых проростков не обнаружено.

Результат согласуется с первоначальной гипотезой: чистая вода оказалась более благоприятной. Банка № 2 показывает, что солёность сама по себе могла тормозить поглощение воды семенами. Банка № 3 позволяет предположить неблагоприятное влияние масляной плёнки даже без соли. В банках № 4 и № 5 действовали сразу несколько факторов.

При этом установить, какой из опытных вариантов был самым вредным, невозможно. Во всех четырёх вариантах всхожесть оказалась одинаковой — 0 %. Для ранжирования условий потребовалось бы больше семян, несколько повторов и измерение длины корней.

Низкая всхожесть контроля — только 25 % — показывает, что часть семян могла быть нежизнеспособной либо условия температуры, влажности и доступа воздуха были неидеальными. Поэтому опыт подтверждает направление предполагаемого воздействия, но не даёт основания утверждать точную величину эффекта.

Особенно важно не делать ошибочный вывод, будто исследованные семена являются морскими организмами. Опыт показывает лишь то, что выбранный живой объект хуже развивался в изменённой среде. Реальное воздействие мазута на планктон, водоросли, моллюсков, рыб и птиц значительно сложнее.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проекта была изучена возможность использования семян как простого биоиндикатора неблагоприятной водной среды. Рассмотрены особенности нефтяной плёнки, влияние нефтепродуктов на живые организмы, роль солёности и основные условия прорастания семян.

Практический опыт включал пять вариантов: чистую воду, морскую воду, чистую воду с масляной плёнкой, морскую воду с масляной плёнкой и смесь морской воды, масла и песка. Наблюдение продолжалось семь суток.

На 7-й день только в контрольном варианте с чистой водой появилось одно проросшее семя. Всхожесть составила 25 %. В остальных вариантах видимое прорастание не отмечено. Таким образом, гипотеза получила частичное подтверждение: изменённая среда оказалась менее благоприятной, чем чистая вода.

Одновременно выявлены ограничения. Малое количество семян, отсутствие повторов и низкая всхожесть контроля не позволяют считать результат строгим доказательством. Кроме того, растительное масло не воспроизводит химическую токсичность мазута. Оно показывает главным образом физическое образование плёнки.

Главный вывод проекта состоит в том, что даже простая школьная модель помогает увидеть значение чистоты воды и необходимость контрольного варианта. Однако реальные последствия загрязнения Чёрного моря мазутом нельзя оценить по одному опыту с семенами. Для этого необходимы профессиональный мониторинг воды, донных отложений и состояния разных групп морских организмов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. МЧС России. Крушение танкеров в Керченском проливе, 15 декабря 2024 г. — URL: https://asc-ug.organizations.mchs.gov.ru/deyatelnost/press-centr/press-centr/4241071 (дата обращения: 27.07.2026).

2. Правительство Российской Федерации. Заседание правительственной комиссии по ликвидации последствий разлива нефтепродуктов в Керченском проливе, 17 июля 2026 г. — URL: https://government.ru/news/59355/ (дата обращения: 27.07.2026).

3. Grégoire M. et al. Monitoring Black Sea environmental changes from space: new products for altimetry, ocean colour and salinity // Frontiers in Marine Science. 2023. Vol. 9. Article 998970. — URL: https://www.frontiersin.org/journals/marine-science/articles/10.3389/fmars.2022.998970/full (дата обращения: 27.07.2026).

4. ITOPF. Effects of Oil Pollution on the Marine Environment. Technical Information Paper 13. 2018. — URL: https://www.itopf.org/fileadmin/uploads/itopf/data/Documents/TIPS_TAPS_new/TIP_13_Effects_of_Oil_Pollution_on_the_Marine_Environment.pdf (дата обращения: 27.07.2026).

5. Sivkov Y., Nikiforov A. Study of Oil-Contaminated Soils Phytotoxicity During Bioremediation Activities // Journal of Ecological Engineering. 2021. Vol. 22, no. 3. P. 67–72. — URL: https://doi.org/10.12911/22998993/132435 (дата обращения: 27.07.2026).

6. Kamranifar M. et al. Phytotoxic effects of petroleum hydrocarbons on germination and growth of the native halophyte Salicornia sinus-persica in oil contaminated soil // Scientific Reports. 2025. Vol. 15. Article 8459. — URL: https://www.nature.com/articles/s41598-025-92512-9 (дата обращения: 27.07.2026).

7. NOAA. Sea Water: Salinity and Properties of Seawater. — URL: https://www.noaa.gov/jetstream/ocean/sea-water (дата обращения: 27.07.2026).

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Состояние семян в пяти вариантах на 1-й день

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Наблюдения на 3-й день

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Наблюдения на 7-й день