Изучение влияния тяжелых металлов на рост и развитие пшеницы
Содержание
Введение …………………………………………………………………..3-6
I Обзор литературы
1.1. Общая характеристика
тяжелых металлов………………………….7-
1.2. Загрязнение растений металлами и его экологическое
последствие………………………………………………
1.3. Накопления растениями металлов из почвы………………………..29-30
1.4. Накопления растениями
металлов из воздуха……………………...
1.5. Адаптация растений
к токсическим промышленным
1.6. Механизмы поступления
тяжелых металлов в растения………
II Экспериментальная часть
2.1. Методы и материалы………………………………
Результаты
и обсуждения…………………………………………….
Выводы………………………………………………………………
Список литературы…………………………………
Введение
Актуальность работы: В настоящие время зерно пшеницы является основным товаром сельскохозяйственного производства Северного Казахстана, как на внутреннем, так и на международных рынках. Поэтому наряду с увеличением объемов его производства большое влияние уделяется соответствию его качественных показателей мировым стандартам, в том числе по содержанию тяжелых металлов.
Получение высоких, устойчивых
и качественных урожаев
Среди химических
загрязнителей тяжелые металлы (химические
элементы с относительной атомной
массой более 40) имеет особое экологическое,
биологическое и
Присутствие тяжелых металлов в почвах не всегда
характеризует их токсичность. Такие металлы
как медь, цинк, молибден, марганец, кобальт
и железо в небольших количествах необходимы
для нормального роста и развития растений.
При их недостаточном содержании в почве
снижается урожайность выращиваемых растений,
получаются неполноценные корма, возникает
заболеваемость растений и животных. Но
их избыточная концентрация в почве приводит
к повышенному их содержанию и замедляет,а
иногда и угнетает рост и развитие растениий. В связи с возрастающим антропогенным
воздействием на окружающую среду проблема
ее загрязнения тяжелыми металлами становится
все более актуальной. Многие растения
обладают способностью аккумулировать
тяжелые металлы в количестве, во много
раз превышающем их содержание в почве,
и, как результат, являются основным источником
их поступления в пищевые цепи.
Ответная
реакция растительного организма на вредные
факторы окружающей среды также характеризуется
своей неоднородностью среди растений,
так как некоторые растительные организмы
более восприимчивы, чем другие.
Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам. Роль этих элементов в биологических системах обусловлено их способностью образовывать комплексы, многие ферменты, выполняющие роль катализаторов функционируют благодаря содержанию в них ионов металлов.
Токсическое действие металлов проявляется в угнетении роста, снижение продуктивности, в хлорозах и некрозах.
Высокие концентрации тяжелых металлов инактивируют метаболически важные белки, ферменты, нарушается их активность и свойства, что в свою очередь нарушают физиологические процессы в растениях в целом.
Все перечисленные факторы обосновывают важность и актуальность исследований.
Цель работы: Изучение влияния тяжелых металлов на рост и развитие пшеницы.
Задачи:
- Влияние тяжелых металлов различных концентраций на всхожесть пшеницы.
- Влияние тяжелых металлов на рост корневой и побеговой систем проростков пшеницы.
- Определение локализации тяжелых металлов в различных органах проростков пшеницы.
I Литературный обзор
1.1 Общая характеристика тяжелых металлов
Тяжелые металлы относятся приоритетным загрязняющим веществам, характеризующим веществам, получил в последнее время значительное распространение. В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относится более 40 металлов периодической системы Д.И.Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb ,Bi и др. [1]
При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия, и висмуса, биологическая роль, которых настоящий момент не ясен ), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. [2,5] По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb. C, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. [1,8.]
Формально определению, тяжелые металлы соответствует большое количество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обусловленные направлением и спецификой работ. [5, 13, 16.]
Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал, наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления входит в состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных или органических взвесий. [1,4.]
Не редки явления, когда жизненно важные элементы становятся токсичными при концентрации выше нормальной. Не разлагающие биосистемой токсические металлы не только накапливаются, влияя на здоровье людей, жизнь, животных и растений, часто взаимодействуют с другими токсическими веществами в природе, становятся токсичными. [14, 23.]
Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что связанно с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации (образованием полиядерных гидроксокомплексов ) и комплексообразования с различными лигандами. [9,10.] Соответственно, как каталитические свойства металлов, так и доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме. [11]
Многие металлы образуют довольно приличные комплексы, являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральных, слабощелочной и слабокислой сред. Поэтому металлоорганические комплексы способны мигрировать в природных водах на весьма значительное расстояния. [13,14] Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь поверхностность вод, в которых образование других комплексов невозможно.
Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла.
Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три следствия:
- Может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за счет перехода его из донных отложений;
- Мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться от проницаемости гидратированных ионов;
- Токсичность металла в результате комплексообразования может может сильно измениться. [13.]
Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий. [18,19]
Повышение концентраций тяжелых металлов в природных водах часто связанно с другими видами загрязнения, например, с закислением. Выпадание кислотных осадков способствует снижению значения pH и переходу металлов из сорбированного на минеральных и органических веществах состояния в свободное. [7,19]
Прежде всего, представляет интерес те металлы, которые в наибольшей степени загрязняют атмосферу ввиду использования их в значительных объемах в производственной деятельности и в результатах накопления во внешней среде представляет серьезную опасность с точки зрения биологической активности и токсичности свойств. К ним относятся свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк. [16,20]
Ванадий
Ванадий находится преимущественно в рассеянном состоянии и обнаруживается в железных рудах, нефти, асфальтов, битумах, горючих сланцах, углях и др. одним из главных источников загрязнения природных вод ванадием является нефть ее переработки. [13]
В природных водах встречаются в очень малой концентрации: в воде рек 0,2- 4,5 мкг/дм3, в морской воде- в среднем 2 мкг/дм.
В воде образуется устойчивые анионные комплексы (V4О12)4- и (V10О26)6-. В миграции ванадия вредны для здоровья человека. ПДК ванадия составляет 0,1 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности- санитарно- токсилогический), ПДКвр- 0,001 мг/дм3. [11]
Висмут
Естественными источниками поступления висмута в природные зоны являются процессы выщелачивания висмутсодержащих минералов. Источником поступления в природные воды могут быть также сточные воды фармацевтических и парфюмерных производств, предприятий стекольной промышленности. [16]
В загрязненных поверхностных водах содержится в субмикрограммовых концентрациях. Наиболее высокая концентрация обнаружены в подземных водах и составляет 20 мкг/дм3. ПДКв составляет 0,1 мг/дм3. [11, 14]
Железо
Главным источником соединений железа в поверхносныхводах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением. В процессе взаимодействия с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Значительное количество железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической , текстильной, лакокрасочной промышленности и сельскохозяйственными стоками.[18]
Содержание железа в поверхностных водах суши составляет десятые доли миллиграмм, в близи болот – единицы миллиграмма. Повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах, в которых оно находится в виде комплексов с солями гуминовых кислот- гутатами. Наибольшие концентрации железа (до нескольких десятков и сотен миллиграммов в 1 дм3) наблюдаются в подземных водах с низкими значениями pH. [11]
Концентрации железа подвержена заметным сезонным колебаниям. Обычно в водоемах с высокой биологической продуктивностью в период летней и зимней стагнации заметно увеличение концентрации железа в природных слоях воды. Содержание железа в воде выше 1-2 мг Fe/л значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, делает воду малопригодной для использования в технических целях. ПДКв железа составляет 0,3 мг/дм3.
Кадмий
В природные воды поступает при выщелачивании почв, полуметаллических и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных его накапливать. Соединения кадмия выносятся в поверхностные водами со сточными водами свинцово- цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий (производство серной кислоты), гальванического производства, а также с шахтными водами. Растворенные формы кадмия представляют собой главным образом минеральные и органоминеральные комплексы. [19]
Соединения кадмия играют важную роль в процессе жизнедеятельности животных и человека. У человека он вызывает сердечно- сосудистые болезни и гипертонию. В повышенных концентрациях токсичен, особенно в сочетании с другими токсичными веществами. Кадмий в следствии своей повышенной способностью усваиваться растениями, проникает в организм человека по схеме: почва- растение- продукты питания. [11,21]
ПДКв составляет 0,001 мг/ дм3, ПДКвр-0,0005 мг/ дм3 (лимитирующий признак вредности-токсилогический).
Кобальт
В природные
воды соединения кобальта
Кобальт относится к числу биологически активных элементов и всегда содержится в организме животных и растений. Входя в состав витамина В12, кобальт весьма активно влияет на поступление азотистых веществ, увеличение содержание белкового азота в растениях. [17] вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными.
В речных не загрязненных и слабозагрязненных водах его содержание колеблется от десятых до тысячных долей миллиграмма в 1 дм3, среднее содержание в морской воде 0,5 мкг/дм3. ПДКв составляет 0,1 мкг/дм3, ПДКвр 0,01 мкг/дм3. [11]
Марганец
В поверхностные
воды марганец поступает в результате
выщелачивания
Высокие концентрации марганца приводят к появлению нейротоксических эффектов, прогрессирующего поражения нервной центральной системы, пневмонии. [4,11]
Медь
Медь - один из
важнейших микроэлементов. Физиологическая
активность меди связана главным
образом с включением ее в состав
активных центров окислительно-
Содержание меди в природных водах колеблется от 2 до 30 мкг/дм3, в морских водах – от 0,5 до 3,5 мкг/дм3. [11] повышенные концентрации меди (до нескольких граммов в литре) характерны для кислых рудничных вод.
Основными источниками поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышленности, шахтные воды, альдегидные реагенты, используемые для уничтожения водорослей. Медь может проявляться в виде коррозии медных трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения. [11] в подземных водах содержание меди обусловлено взаимодействием воды с горными породами, содержащими ее (халькопирит – медный колчедан, халькозин – медный блеск, борнит, малахит, аурит, хризаколла, бротантин).
Предельно допустимая концентрация меди в воде водоемов санитарно- бытового водопользования составляет 0,1 мкг/дм3 (лимитирующий признак вредности - общесанитарный), в воде рыбохозяйственных водоемов- 0,001 мкг/дм3. [11]
Высокие концентрации меди приводят к интоксикации, анемии и заболеванию гепатитом.
Молибден
Соединения молибдена попадают в поверхностные воды в результате выщелачивания их из экзогенных минералов, содержащих молибден. Молибден попадает в водоемы также со сточными водами обогатительных фабрик, предприятий цветной металлургии. Понижение концентраций соединение молибдена происходит в результате выпадение осадок труднорастворимых соединений, процессов адсорбции минеральными взвесями и потребления растительными водными организмами. [18]
В речных водах находится в основном в форме МоО42-. В речных водах молибден обнаружен в концентрациях от 2,1 до 10,6 мкг/дм3. В морской воде содержится в среднем 10 мкг/дм3 молибдена.
В малых количествах
молибдена необходим для
Предельно допустимая концентрация молибдена в водоемах санитарно- бытового использования составляет 0,25 мкг/дм3. [12]
Мышьяк
В природные воды мышьяк поступает из минеральных источников, районов мышьяковистого оруднения (мышьяковой колчедан, реальгар, аурипигмент), а также из зон окисления пород полиметаллического, меднокобальтого и вольфрамового типа. Некоторое количество мышьяка поступает из почв, а также в результате разложения растительных и животных организмов. [29] Потребление мышьяка водными организмами является одной из причин понижения концентрации его в воде наиболее отчетливо проявляющегося в период интенсивного развития планктона.
Значительное количество мышьяка поступает в водные объекты со сточными водами обогатительных фабрик, отходами производства красителей, кожевенных заводов и предприятий, производящих пестициды, а также с сельскохозяйственных угодий, на которых применяются пестициды и инсектициды. [15]
Соединения мышьяка в повышенных концентрациях является токсичными для организма животных и человека: они тормозят окислительные процессы, угнетают снабжение кислородом органов и тканей. Повышенное содержание в почве приводят к сбрасыванию игл и гибели тонких корней некоторых хвойных, замедление роста растения и не способствует развитию микоризы.
ПДКв мышьяка составляет 0,05 мг/дм3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно - токсилогический) и ПДКвр – 0,05 мг/дм3 . [11]
Никель
Присутствие никеля в природных водах обусловлено составом пород, через которые проходит вода: он обнаруживается в местах месторождения сульфидных медно- никелевых руд. Повышенное по сравнению с другими типами водорослей содержание никеля обнаружено в сине- зеленых водорослях. Соединение никеля в водных объектах поступают также со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. Огромные выбросы сопровождают сжигание ископаемого топлива. [19]
Соединения никеля играют важную роль в кроветворных процессах, являясь катализатором. Повышенное его содержание оказывает специфическое действие на сердечно- сосудистую систему. Никель принадлежит к числу канцерогенных элементов. Он способен вызвать респираторные заболевания. [18]
Считается, что свободные ионы никеля (Ni2+) примерно в 2 раза более токсичны, чем его комплексные соединения.
Содержание никеля в водных объектах лимитируется: ПДКв составляет 0,1 мг/дм3 (лимитирующий признак вредности- общесанитарный), ПДКвр- 0,01 мг/дм3 (лимитирующий признак вредности- токсилогический). [11]
Олово
В природные воды поступает в результате процессов выщелачивания оловосодержащих минералов (касситерит, станнин), а также со сточными водами различных производств (крашение тканей, синтез органических красок, производство сплавов с добавкой олова и др.).
Токсического действия олово не велико.
В незагрязненных поверхностных водах олово содержится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах олово концентрация его достигает единиц микрограммов в 1 дм3. ПДКв составляет 2 мг/дм3. [11,24]
Ртуть
В поверхностные воды соединения ртути могут поступать в результате выщелачивания пород в районе ртутных месторождений (киноварь- ртутный минерал, метациннабарит, ливингстонин), в процессе разложения водных организмов, накапливающих ртуть. Значительные количества поступают в водные объекты со сточными водами предприятий, производящих красители, пестициды, фармацевтические препараты, некоторые взрывчатые вещества. [34] Тепловые электростанции, работающие на угле, выбрасывают в атмосферу значительные количества соединений ртути, которые в результате мокрых и сухих выпадений попадают в водные объекты.
Пониженные концентрации
Соединения ртути высоко
ПДКв ртути составляет 0,0005 мг/дм3. [11]
Свинец
Естественными источниками поступления свинца в поверхностные воды является процессы растворения эндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов. Значительное повышение содержание свинца в окружающей среде (в т.ч. и в поверхностных водах) связанно со сжиганием углей, применение тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических производств, шахт и т.д. [21,27] Существенными факторами понижения концентрации свинца в воде является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения. В том числе других металлов свинец извлекается и накапливается гидробиотами.
Лимитирующий показатель
Сурьма
Сурьма поступает в поверхностные воды за счет выщелачивания минералов сурьмы (стибнит, валентинит, сервантинит, стабиоканит) и со сточными водами резиновых, стекольных, красильных, спичечных предприятий. [10]
В незагрязненных поверхностных водах сурьма находится в субмикрограммовых концентрациях, в морской воде ее концентрация достигает 0,5 мкг/дм3, в подземных водах- 10 мкгЯдм3 (лимитирующий показатель вредности – санитарно- токсилогический), ПДквр- 0,01 мг/дм3.
Хром
В поверхностных воды соединения трех- и шестивалентного хрома попадают в результате выщелачивания пород ( хромит, крокоит, уваровит и др.). некоторые процессы поступают в процессе разложения организмов и растений, из почв. Значительные количества могут поступать в водоемами со сточными водами гальванических цехов, красильных цехов текстильных предприятий, кожевенных заводов и предприятий химической промышленности. [14] Понижение концентрации ионов хрома может наблюдаться в результате потребления их водными организмами и процессов адсорбции.
Соединения хрома в повышенных количествах обладают канцерогенными свойствами. Содержание их в водоемах санитарно-бытового использования не должны превышать ПДКв 0,05 мкг/дм3. [11]
Цинк
Попадает в природные воды в результате протекающих а прероде процессов разрушения и растворения горных пород и минералов (сфаленит- цинковая обманка, цинкит, госларит, смитсонит, каламит), а также со сточными водами рудообогатительных фабрик и гальванических цехов, производств пергаментной бумаги, минеральных красок, вискозного волокна и др. [16]
Цинк относится к числу активных микроэлементов, влияющих на рост, и нормальное развитие организма. Он необходим для выработки фермента ингидраза, который играет важную роль в процессе дыхания. Цинк необходим для Т- лимфоцитов, без которого иммунная система человеческого организма не может бороться с инфекциями. В тоже время многие соединения цинка токсичны, прежде всего, его сульфат и хлорид.
ПДКв цинк составляет 1 мгЯдм3, ПДКвр цинка- 0,01 мг/дм3. [11]
Тяжелые металлы уже сейчас занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно опережая такие широко известные загрязнители, как двуокись водорода и серы, в прогнозе же они должны стать самыми опасными, чем отходы АЭС и твердые отходы. Загрязнение тяжелыми металлами связано с их широким использованием промышленном производстве вкупе со слабыми системами отчистки, в результате чего тяжелые металлы попадают в окружающую среду, в том числе и почву, загрязняя и отравляя ее. [16]
Почва является основной средой, в которую попадают тяжелые металлы. В том числе из атмосферы и водной среды. Она также служит источником вторичного загрязнения приземного воздуха и вод, попадающих из нее в Мировой океан. Из почвы тяжелые металлы усваиваются растениями, которые затем попадают в пищу более высокоорганизованным животным. [18]
1.2. Загрязнение
растений металлами и его
Главным источником загрязнения воздуха и почв металлами служат продукты сжигания топлива и выбросы промышленных предприятий, особенно горнодобывающих и металлургических. Соединения металлов, выбрасываемых в воздух различными производствами в составе пыли, дыма и летучей золы, оседают на почву и растения на расстоянии от нескольких до десятков и даже сотен километров от источника эмиссий. [23]
В городах увеличивается содержание Pb, Zn, Cd, Fe, Ni и других металлов как в почвах [33], так и в растениях. [26,27]

- Изучение внедрения инновационных методов
- Изучение внешней среды ГУЗ НО «Балахнинский ПТД»
- Изучение внимания лиц с особенностями психофизического развития
- Изучение внимания младших школьников
- Изучение внимания у детей дошкольного возраста с задержкой психического развития
- Изучение возможностей использования HR-технологий для создания положительного имиджа компании на рынке труда
- Изучение возможности использования игрушки как средство развития восприятия у детей старшего дошкольного возраста
- Изучение влияния средств физического воспитания на коррекцию психофизических недостатков
- Изучение влияния средств физического воспитания на коррекцию психофизических недостатков
- Изучение влияния стилей семейного воспитания на психическое развитие подростков
- Изучение влияния стиля педагогического общения на успешность протекания адаптационного периода у первоклассников
- Изучение влияния стиля семейного воспитания на самооценку младшего школьника
- Изучение влияния телесно-ориентированной терапии на психологическое здоровье
- Изучение влияния тестов на формирование грамматических навыков учащихся 6 класса