Много загадочного в мире растений. Одна из этих загадок – рост растений – привлекает особое внимание ученых: физиологов, генетиков, селекционеров. Самые сложные проблемы, связанные с повышением урожая, повышением его качества, можно решить, если человек научится управлять жизнью растений, откроет законы их роста и развития. Тайны мира растений продолжают интересовать и волновать человека, и которые он постепенно раскрывает, опираясь на все более совершенные знания и опыт.
В первой же лекции, которую прочитал выдающийся ботаник-физиолог Климент Аркадьевич Тимирязев в Московском музее прикладных знаний (ныне – Политехнический музей) зимой 1876 года, доказывалось, что физиология растений есть научная основа земледелия, без которой нельзя правильно поставить растениеводство.
Одной из загадок, волнующей не только физиологов, но и генетиков, селекционеров, - это рост растений. Известно, что для этого процесса растению нужны ростовые вещества, или фитогормоны. Сегодня они получили еще одно название – биостимуляторы роста. Биостимуляторы роста растений очень активные соединения. Даже ничтожное их количество оказывает значительное влияние на обмен веществ и рост растений.
Изучение фитогормонов началось в 1880 году с выходом в свет последней книги великого естествоиспытателя, создателя теории эволюции Чарльза Дарвина. Она называлась «Способность к движению у растений». Ученого много лет интересовали разнообразные движения стебля, корня и листьев высших растений. Из многочисленных опытов и наблюдений, Дарвин сделал вывод о наличии в верхней части растений каких-то веществ, которые стимулируют рост всего растений.
Прошло более ста лет. Сегодня учение о фитогормонах – одно из ведущих в познании закономерностей роста.
В настоящее время в растениеводстве широко применяются достижения современной науки. Одним из таких направлений является использование биологически активных препаратов для повышения устойчивости и продуктивности растений. Ассортимент таких препаратов сейчас очень широк. Рассмотрев их свойства, мы выбрали для исследования несколько видов ростовых веществ, чтобы экспериментальным путем проверить, как они влияют на рост и развитие растений, определить целесообразность их использования при выращивании огородных культур и комнатных растений.
Для улучшения роста растений в настоящее время применяются различные ростовые вещества. Среди них – «Сударушка», «Бутон», «Рассада-Рост», «Гумат - Август», «Эпин», «Энергия», «Альбит», «Циркон» и другие.
Достоинством этих препаратов является способность повышать урожай, улучшать качество продукции и повышать устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды. Указано, что обработки ростовыми веществами уменьшают содержание в продукции нитратов, тяжелых металлов и пестицидов, что особенно актуально при загрязнении окружающей среды в городе, а также при выращивании овощных растений.
Целью нашей работы стало исследование влияния некоторых биостимуляторов на развитие растений. Для этого был дан литературный обзор по изучаемой теме, проведена экспериментальная работа. В дальнейшем можно предложить исследовать влияние микропрепаратов на рост и развитие других растений.
1. Изучить влияние ростовых веществ:
➢ на скорость прорастания семян;
➢ на корнеобразование;
➢ на рост и развитие растений.
2. Сравнить действие ростовых веществ на скорость роста и развития растений.
3. Сделать выводы о целесообразности использования ростовых веществ в разные периоды развития растений.
Объектами исследования стали биостимуляторы роста: эпин, энергия, циркон, альбит.
Методы исследования
Работа проводилась в течение нескольких месяцев. В этот период работы были изучены доступные источники информации о ростовых веществах: научно-популярная литература, научная литература, использовались возможности Интернета, проведены эксперименты. Контролировали выживаемость растений; высоту растений; размеры корней; количество листьев. Все данные заносились в таблицы, построены графики, отражающие влияние исследуемых ростовых веществ на рост и развитие растений.
Проведя эксперимент, выявили, что внекорневые обработки растений ростовыми веществами значительно ускоряют их рост и развитие, повышает выживаемость растений.
Гипотеза исследования: если выяснить экспериментальным путем влияние биостимуляторов на растения в разные периоды их жизни, то можно эффективно управлять их ростом, развитием, повысить урожайность культурных растений и улучшить состояние комнатных растений.
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
В данном разделе мы рассмотрели многообразие биостимуляторов, их влияние на растения.
Биостимуляторы, их влияние на растения
На современном этапе в растениеводстве широко применяются не только разнообразные удобрения для повышения урожайности растений, но и широкий спектр добавок, биологически активных веществ. Эти препараты объединены в класс биостимуляторов или фитогормонов, ростовых веществ.
Их очень много – различных по составу и механизму действия (стимуляция роста или корнеобразования, регуляция жизненных процессов в клетках растений, адаптация к неблагоприятным условиям внешней среды и защита от болезней путём повышения иммунитета растений). Биостимуляторы состоят из растительных экстрактов и содержат в различных пропорциях микроэлементы, аминокислоты, протеины (белки), кислоты жирного ряда, витамины, ферменты (энзимы) и вытяжки из компоста.
Биостимуляторы повышают устойчивость растений к неблагоприятным воздействиям. Однако ни один из препаратов не является панацеей от всех напастей и никогда не заменит хорошего ухода за растениями.
Среди огромного ассортимента биостимуляторов используются широким кругом растениеводов следующие:
Циркон - регулятор роста и развития растений, корнеобразователь и индуктор цветения, полученный из растительного сырья. Повышает всхожесть семян, ускоряет цветение, рост и развитие растений на 5-10 дней. При использовании Циркона сроки созревания урожая сокращаются на 1-2 недели; при этом урожайность увеличивается, снижается риск заболевания растений различными гнилями. Циркон обладает высокой корнеобразующей активностью - его можно применять при укоренении черенков трудноукореняемых культур, а также при опрыскивании растений
Гумисол – Н – биостимулятор роста растений, улучшает прорастание семян, усиливает корнеобразование, стимулирует рост и развитие растений, повышает устойчивость к заболеваниям, подавляет рост патогенной микрофлоры.
Силк – стимулятор роста и индуктор иммунитета растений. Предназначен для обработки семян перед посевом и опрыскивания в период вегетации с целью увеличения жизнеспособности растений в экстремальных климатических условиях (засуха, заморозки) сокращения заболеваемости растений грибными, бактериальными и вирусными болезнями.
Гумат натрия – регулятор роста растений. Препарат стимулирует биохимические процессы в организме растения, активизирует фотосинтез и углеводный обмен при интенсивном нарастании зелёной массы, повышает коэффициент использования элементов питания из почвы. Повышает всхожесть семян. Улучшает приживаемость рассады и растений при пересадке, увеличивает сопротивляемость растений болезням, заморозкам и засухе. Гумат натрия участвует в формировании почвенной структуры (улучшается аэрация почвы, водоудерживающая и водопропускная способности).
Корневин – стимулятор корнеобразования, аналог гетероауксина. Его используют для укоренения саженцев деревьев и кустарников, черенкования различных культур, улучшения приживаемости рассады при пересадках, выведения из состояния покоя луковиц и клубнелуковиц тюльпанов, бегоний и других.
Гумат Август - регулятор роста растений. Препарат для увеличения прироста побегов, снижения опадения завязей, повышение урожайности. Его назначение: Гумат Август при растворении в воде образует гуминовые комплексы, являющиеся биологически-активными веществами. Они активизируют жизнедеятельность почвообразующих микроорганизмов, ускоряют и регулируют обменные процессы в самих растениях, что приводит к ускоренному созреванию, увеличению плодов, улучшению их качества, повышению стойкости к неблагоприятным природно-климатическим условиям, к повышенной устойчивости к различным заболеваниям. Также используется для замачивания семян, внекорневого опрыскивания и корневого полива рассады. При растворении «Гумата Августа» в горячей воде жидкость приобретает характерный «чайный цвет», а нерастворимая часть препарата (до 50 %) оседает на дно. Перед опрыскиванием аккуратно отделить раствор.
Бутон - регулятор роста. Увеличивает количество завязей, ускоряет рост и созревание плодов, овощей, ягод и винограда. Это растворимый порошок, содержащий большое количество натриевых солей, основные микроэлементы и соли гуминовых кислот. Применяется в качестве биологического стимулятора образования завязей, роста и плодообразования. Применение препарата позволяет так же предотвратить опадание завязей и повысить устойчивость молодых соцветий к заморозкам. Препарат безопасен для пчёл и других полезных насекомых.
Альбит - комплексный биостимулятор развития растений. Данный препарат применяется для предпосевной обработки семян и опрыскивания растений, для помощи ослабленным растениям. Альбит ускоряет рост побегов, увеличивает продолжительность цветения и улучшает декоративные качества цветочных культур.
Эпин (эпибрассинолид) – природный биорегулятор, антистрессовый адаптоген и стимулятор роста, содержащийся в клетках всех растений, аналог японского препарата эпибрассинолида JRDC – 694. Эпибрассинолид – один из природных фитогормонов, заведующий естественным уравновешенным развитием растений. Препарат способствует быстрому прорастанию семян, повышает устойчивость к заморозкам, засухе и болезням (в том числе к фитофторозу), улучшает приживаемость рассады при пересадке в открытый грунт. При опрыскивании у вегетирующих растений не опадают завязи. В результате применения эпина урожай повышается в 1,5 раза, созревает на две недели раньше, дольше хранится. Из растений выводятся соли тяжелых металлов, радионуклиды, гербициды, нитраты. Эти препараты отличаются действующим веществом (в Эпине - эпибрассинолид, в Альбите - поли-бета-гидроксимаслянная кислота, магний сернокислый, калий фосфорнокислый, калий азотнокислый и карбамид). Их действие сходно, но Эпин-экстра применяется, в первую очередь, как антистрессовый адаптоген, а Альбит – как биостимулятор роста растений.
Энергия является природным стимулятором роста, повышающим всхожесть семян до 100% и устойчивость растений к болезням. Данный препарат содержит соли гуминовых кислот, соли кремниевых кислот, макро- и микроэлементы
Атлет – препарат, предотвращающий перерастание рассады. Атлет формирует сильно развитую корневую систему растений, увеличивает продолжительность цветения и улучшает декоративные качества цветочных культур. Действует он таким образом: проникая через листья (опрыскивание) или корневую систему (полив), Атлет замедляет рост надземной части растения, вызывая укорачивание и утолщение стебля, увеличивая ширину листьев.
Не следует забывать о здравом смысле и пользоваться препаратами для улучшения развития растений, если это действительно нужно; строго соблюдать инструкцию. Неправильное и несвоевременное использование препаратов приведёт к угнетению роста и развития зелёных питомцев.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В этой главе мы рассматриваем влияние ростовых препаратов: эпина, циркона, энергии, альбита на рост и развитие растений. Выбор вышеназванных препаратов был сделан на основе опроса продавцов магазинов «Семена». Путем опроса было установлено, что чаще других огородники покупают биостимуляторы «Эпин», «Энергия», реже «Альбит», «Циркон».
2. 1. Использование биостимуляторов для прорастания семян гороха
Для эксперимента мы взяли эпин, циркон, энергию, альбит, семена гороха и отстойную воду. Семена гороха поместили в емкости с отстойной водой, в которую добавили ростовые вещества в соответствии с нормами. В таблицу вносились такие наблюдения как появление корешков. По результатам наблюдений был построен график зависимости прорастания семян гороха при использовании различных биостимуляторов.
Анализ графиков показывает, что самое лучшее влияние на прорастание семян гороха оказывают биостимуляторы «Эпин», «Циркон». Если говорить о таком факторе, как всхожесть семян, то здесь наилучшим оказывается препарат «Энергия», при обработке которым наблюдается стопроцентная всхожесть.
2. 2. Использование биостимуляторов для роста и развития лука
Для наблюдений за развитием листьев из луковиц лука, мы выбрали те же биостимуляторы, что и в первом эксперименте. Данные о ходе развития растений заносили в таблицу. Мы отмечали время появления, размеры корней, появление и скорость нарастания листьев. Данные таблицы использовали для построения графиков.
Как видно из графиков, на рост корней оказывают положительное влияние биостимуляторы Эпин и Циркон, на рост листьев более благоприятное влияние оказывает биостимуляторы Эпин, Альбит.
2. 3. Использование биостимуляторов для роста и развития каланхое
Каланхое был высажен в 4 горшка 21 сентября 2006 года. Растения поливались 4 биостимуляторами. Данные наблюдений заносились в таблицу. По данным таблицы построены графики 4 и 5 зависимости роста листьев и количества листьев от биостимуляторов.
Из приведённых графиков видно, что лучшими биостимуляторами для данного растения являются Альбит, Энергия. В результате наблюдения за развитием растения было обнаружено, что бутоны и цветы появились на растении, которое было обработано биостимулятором «Энергия».
ГЛАВА 3. ЗАКЛЮЧЕНИЯ, ВЫВОДЫ
Проведенные исследования и эксперимент позволили выяснить, как влияют ростовые вещества на рост и развитие растений.
Мы установили, что:
1. Биостимулятор «Энергия» предназначен для предпосевной обработки семян и опрыскивания растений в период роста растений с целью:
➢ стимуляции прорастания семян;
➢ ускорения роста и развития растений;
➢ увеличения раннего и общего урожая за счет раннего цветения и образования плодов;
➢ повышения устойчивости и снижения заболеваемости растений.
2. Биостимулятор «Эпин» распространенный и популярный препарат. Им чаще всего пользуются огородники для обработки растений. Их выбор не случаен, так как эпин является одним из лучших адаптогенным препаратом, он:
➢ обеспечивает защиту растения от засухи, заморозков,;
➢ способствует возрождению ослабленных и омолаживанию старых растений;
➢ стимулирует корнеобразование;
➢ ускоряет приживаемость рассады при пикировке.
3. Комплексный биостимулятор роста и развития растений «Альбит» активизирует все жизненные процессы в растениях:
➢ стимулирует прорастание семян;
➢ ускоряет рост побегов;
➢ увеличивает скорость нарастания зеленой массы растений;
➢ возрождает ослабленные и омолаживает старые растения;
➢ защищает растения от неблагоприятных погодных условий.
4. Регулятор роста растений «Циркон»:
➢ увеличивает всхожесть семян;
➢ гарантированно укореняет рассаду, черенки;
➢ защищает от стресса;
➢ снижает поражение растений гнилью, мучнистой росой, фитофторозом.
Положительная роль биостимуляторов для роста растений очевидна. Проведенный эксперимент доказал эффективность и целесообразность использования ростовых веществ для повышения урожайности и улучшения состояния культурных овощных и комнатных растений. Они ускоряют развитие растений.
Учитывая особенности действия на развитие растений каждого из биостимуляторов роста, можно рекомендовать использовать эти препараты в течение всего вегетационного периода растений:
➢ «Эпин» целесообразнее использовать в неблагоприятных условиях среды, перед пересадкой рассады в грунт;
➢ «Циркон» лучше других стимулирует корнеобразование, поэтому его можно использовать при укоренении черенков, пересадке растений;
➢ «Энергия» лучше других стимулирует образование бутонов и цветов. В связи с этим этот препарат надо использовать в период бутонизации и цветения растений;
➢ «Альбит» ускоряет рост побегов, увеличивает скорость нарастания зеленой массы растений. Его можно использовать при выращивании зеленных культур.
По завершении эксперимента можно смело говорить, что опыт прошел успешно. Нами было доказано, что биостимуляторы можно использовать для улучшения роста и развития в условиях рискованного земледелия. Это позволит значительно повысить стрессоустойчивость растений, ускорит рост, развитие растений, позволит собрать ранний урожай культурных растений даже в неблагоприятных для развития растений условиях.
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Растительный организм состоит из множества клеток. Клетки представляют основные биологические единицы в строении тела растений. Во всех клетках происходят важнейшие жизненные процессы, и прежде всего процесс обмена веществ. Различные клетки приспособлены к различным видам жизнедеятельности. Однако, растение не простая совокупность клеток. Все клетки, ткани и органы тесно связаны между собой и составляют единое целое. Разные клетки специализированы в разных направлениях, они не могут жить без других клеток. Например, клетки корня не могли бы жить без зелёных клеток мякоти листа. Важную роль в жизни растений играет минеральное питание, осуществляемое корнем растения. Недостаток или избыток любого химического элемента в питании растений отрицательно сказывается на его росте и развитии. Целью моей работы стало исследование влияния химических веществ на рост растений.
Для решения поставленной цели сформулированы следующие задачи :
изучение литературы по данному вопросу;
изучение влияния некоторых химических веществ на растения (на примере лука).
Таким образом, объектом исследования стало растение лука репчатого. Данное растение было выбрано, потому что в 5 классе при изучении темы «Строение клетки», я научилась готовить микропрепарат кожицы лука. Используя микропрепараты, можно изучить влияние химических веществ не только на рост растений, но и на развитие клеток растения. Предметом исследования стало влияние химических веществ на рост растения.
Была сформулирована гипотеза исследования - некоторые химические вещества могут негативно повлиять на рост и развитие растений
Глава I. Обзор литературы
Роль растений в природе и жизни человека
Представим, что на свете не осталось ни одного растения. Что же тогда случится? То, что не красиво будет, - это полбеды. А вот то, что без растений мы не сможем жить - это действительно очень плохо. Ведь у растений есть один очень важный секрет!
В листьях растений происходят удивительные превращения. Вода, солнечный свет и углекислый газ - тот, который мы выдыхаем, превращаются в кислород и органические вещества. Кислород необходим нам и всем живым существам для дыхания, а органические вещества - для питания. Так, что можно сказать, что в растениях находится настоящая химическая лаборатория по производству жизненно необходимых веществ. Кроме того, выделяемый растениями кислород поддерживает озоновый слой атмосферы. Он защищает всё живое на Земле от губительного воздействия коротковолновых ультрафиолетовых лучей.
Растения играют важную роль в нашей жизни, участвуя в пищевых экологических цепочках, являясь производителями кислорода воздуха, выполняя средозащитные функции. Поэтому особенно важно знать, как реагируют растения на разные химические вещества.
Влияние различных химических веществ на живые организм
Химические вещества состоят из элементов. Минеральные элементы играют большую роль в обмене веществ растений, а также химических свойств цитоплазмы клетки. Нормальное развитие, рост не могут быть без минеральных элементов. Все питательные элементы делятся на макро- и микроэлементы. К макроэлементам относят те, которые содержатся в растениях в значительных количествах это углерод, кислород, водород, азот,
фосфор, калий, сера, магний и железо. К микроэлементам относят те, которые содержатся в растениях в очень незначительных количествах, это бор, медь, цинк, молибден, марганец, кобальт и др.
Все растения не могут нормально развиваться без этих элементов, так как они входят в состав важнейших ферментов, витаминов, гормонов и других физиологически активных соединений, играющих большую роль в жизни растений. Макроэлементы регулируют рост вегетативной массы и определяют величину и качество урожая, активизируют рост корневой системы, усиливают образование сахаров и их передвижение их по тканям растений; микроэлементы участвуют в процессах синтеза белков, углеводов, жиров, витаминов. Под их влиянием увеличивается содержание хлорофилла в листьях, улучшается процесс фотосинтеза. Исключительно важную роль играют микроэлементы в процессах оплодотворения. Они положительно влияют на развитие семян и их посевные качества. Под их воздействием растения становятся более устойчивыми к неблагоприятным условиям, засухе, поражению болезнями, вредителями и др.
Некоторые элементы, например бор, медь, цинк необходимы в незначительных количествах, в более высоких концентрациях очень ядовиты. Токсическое действие на растение оказывает избыточное содержание в почве марганца . Вредное влияние этого элемента усиливается на кислых (песчаных, супесчаных, торфяных), а также уплотненных или избыточно увлажненных почвах, содержащих мало подвижных соединений фосфора, кальция. Недостаток этих элемента усиливает поступление марганца в растение и его вредное воздействие на ткани. На картофеле это проявляется в виде коричневой пятнистости на стеблях и черешках листьев, стебли и черешки становятся водянистыми, ломкими. Ботва преждевременно засыхает. Параллельно с вредным влиянием марганца на растении могут
проявляться также и признаки голодания от недостатка молибдена и магния, поступление которых в растение, в этом случае резко ослабевает.
Долгое время не удавалось установить роль йода в обмене веществ растений. Известно, что овощи и грибы им более богаты, чем фрукты. Причем йода больше в надземных частях растений, чем в корнях. Наземные растения содержат в несколько раз меньше йода, чем морские, в которых он достигает 8800 мг/кг сухой массы. Для сравнения в капусте, например, может накапливаться йода от 0,07 до 10 мг на кг сухого вещества. Какова же роль йода в жизни растений? Оказалось, что в низких концентрациях йод стимулирует рост растений и улучшает качество урожая. Происходит это за счет того, что йод оказывает влияние на азотный обмен, в частности на соотношение белкового и небелкового азота и регулирует активность некоторых ферментов. Используя стимулирующие свойства, раствором йодистого калия (0,02%) обрабатывают семена перед посевом. Содержание натрия в организме растений составляет в среднем 0,02 % (по массе). Натрий важен для транспорта веществ через мембраны, входит в так называемый натрий-калиевый насос (Na + /K +). Натрий регулирует транспорт углеводов в растении. Хорошая обеспеченность растений натрием повышает их зимостойкость. При его недостатке замедляется образование хлорофилла. Натрий входит в состав поваренной соли, которая негативно сказывается на жизни растительной клетки. Под действием раствора поваренной соли наблюдается плазмолиз клетки (приложение). Плазмолиз - отделение пристеночного слоя цитоплазмы от клеточной оболочки растительной клетки. Растворы солей или сахаров высокой концентрации не проникают в цитоплазму, а оттягивают из нее воду. Плазмолиз обычно обратим. Если клетку переместить из солевого раствора в воду, то она снова энергично будет поглощаться клеткой и цитоплазма станет занимать первоначальное положение.
Глава II. Методика проведения эксперимента
Исследования проводились в 2015 г. Для работы мне понадобился репчатый лук, чтобы его прорастить, и в дальнейшем подкармливать химическими веществами. Для определения влияния химических веществ были выбраны наиболее доступные вещества, которые встречаются в домашних условиях: поваренная соль, марганцовка (перманганат калия), йод.
Для изучения влияния химических веществ было сделано 5 проб, которые подкармливались разными химическими веществами 2 раза в неделю (рис. 1):
№1 - контрольный образец (водопроводная вода, без добавления химических веществ)
№2 - святая вода
№3 - раствора перманганата калия
№4 - раствор поваренной соли
№5 - раствор йода
После наблюдения за развитием корневой системы, опытные образцы были препарированы, полученные срезы рассмотрены под цифровым микроскопом, и сделаны снимки.
Глава III. Результаты собственных исследований и их анализ
В ходе исследования я установила, что в пробах с добавлением перманганата калия и поваренной соли корневая система в течение трех недель развивалась слабо. Самая мощная корневая система была в контрольном образце №1 без добавления химических веществ (рис. 2). Следует обратить внимание на образец №5 раствор йода. У растения лука репчатого, хорошо выражены не только корни, но и листья. Во время опыта я наблюдала интенсивное развитие листьев со второй недели.
Рассматривая клетки лука под микроскопом были получены следующие результаты:
Контрольный образец №1имел ровные светлые клетки без признаков какой-либо деформации (рис.3)
Образец №2, святая вода, имел ровные клетки без признаков какой либо деформации, но по сравнению с клетками контрольного образца размер клеток был меньше (рис.4)
Клетки лука из опытного образца с добавлением перманганата калия №3 приобрели оттенок синего цвета. Клетки имели ровную структуру (рис.5)
В образце №4 с добавлением поваренной соли наблюдается плазмолиз - пристеночного слоя цитоплазмы отделяется от клеточной оболочки растительной клетки (рис. 6)
Образец № 5 с добавление йода имел ровные светлые клетки без признаков деформации, подобно клеткам контрольного образца (рис.7)
Заключение
В результате работы было установлено, что некоторые химические вещества могут накапливаться в клетках растений и негативно влиять на их рост и развитие, таким образом, выдвинутая гипотеза подтвердилась. Избыток перманганата калия окрашивает клетки в более тёмный цвет и замедляет рост корневой системы. Избыток поваренной соли разрушает клетки растения и прекращает его рост.
По изученным источникам литературы, я опытным путём подтвердила стимулирующее влияние йода на рост растений.
Список литературы
Артамонов В.И. Занимательная физиология растений - М.:Агропромиздат,1991.
Добролюбский О.К. Микроэлементы и жизнь. - М., 1996.
Илькун Г.М. Загрязнители атмосферы и растения. - Киев: Наукова думка, 1998.
Орлова А.Н. От азота до урожая. - М.: Просвещение, 1997
Школьник М.Я., Макарова Н.А. Микроэлементы в сельском хозяйстве. - М., 1957.
Интернет-ресурсы:
dachnik-odessa.ucoz.ru
biofile.ru
Приложение
Плазмолиз растительной клетки
Все гуминовые вещества образуются в результате постмортального (посмертного) превращения органических остатков. Превращение органических остатков в гуминовые вещества получило название процесса гумификации. Он идет вне живых организмов, как с их участием, так и путем чисто химических реакций окисления, восстановления, гидролиза, конденсации и др.
В отличие от живой клетки, в которой синтез биополимеров осуществляется в соответствии с генетическим кодом, в процессе гумификации нет какой-либо установленной программы, поэтому могут возникать любые соединения, как более простые, так и более сложные, чем исходные биомолекулы. Образующиеся продукты вновь подвергаются реакциям синтеза или разложения, и такой процесс идет практически беспрерывно.
Гуминовые вещества составляют специфическую группу высокомолекулярных темноокрашенных веществ, образующихся в процессе разложения органических остатков в почве путем синтезирования из продуктов распада и гниения отмерших растительных и животных тканей. Количество углерода, связанного в гуминовых кислотах почв, торфа, углей, почти в четыре раза превосходит количество углерода, связанного в органическом веществе всех растений и животных на земном шаре. Но гуминовые вещества не просто отходы жизненных процессов, они являются естественными и важнейшими продуктами совместной эволюции минеральных веществ и растительного мира Земли.
Гуминовые вещества могут влиять на растения непосредственно, являясь источником элементов минерального питания (пул элементов питания). В органическом веществе почвы содержится значительное количество элементов питания, растительное сообщество потребляет их после преобразования почвенными микроорганизмами в минеральную форму. Именно в минеральной форме питательные вещества поступают в растительную биомассу.
Гуминовые вещества могут влиять косвенно на растения, т. е. влиять на физико-механические, физико-химические и биологические свойства почвы. Оказывая комплексное воздействие на почву, улучшают ее физические, химические и биологические свойства. Наряду с этим, выполняют протекторную функцию, связывая тяжелые металлы, радионуклиды и органические токсиканты, препятствуя тем самым их попаданию в растения. Таким образом, воздействуя на почву, опосредованно влияют и на растения, способствуя их более активному росту и развитию.
В последнее время разрабатываются новые направления влияния гуминовых веществ на растения, а именно: Растения, это гетеротрофы, питающиеся непосредственно гуминовыми веществами; Гуминовые вещества способны оказывать гормональное воздействие на растение, тем самым стимулировать его рост и развитие.
В последние годы ученые выявили общие биохимические и экологические функции гуминовых веществ и их влияние на развитие растений. Среди важнейших можно выделить следующие:
Аккумулятивная - способность гуминовых веществ накапливать долгосрочные запасы всех элементов питания, углеводов, аминокислот в различных средах;
Транспортная - образование комплексных органоминеральных соединений с металлами и микроэлементами, которые активно мигрируют в растения;
Регуляторная - гуминовые вещества формируют окраску почвы и регулируют минеральное питание, катионный обмен, буферность и окислительно-восстановительные процессы в почве;
Протекторная - путем сорбции токсичных веществ и радионуклидов гуминовые вещества предотвращают их поступление в растения.
Совмещение всех этих функций обеспечивает повышенные урожаи и необходимое качество с/х продукции. Особенно важно подчеркнуть положительный эффект от действия гуминовых веществ при неблагоприятных условиях воздействия среды: низкие и высокие температуры, недостаток влаги, засоление, скопление ядохимикатов и наличие радионуклидов.
Неоспорима роль гуминовых веществ и как физиологически активных веществ. Они изменяют проницаемость клеточных мембран, повышают активность ферментов, стимулируют процессы дыхания, синтеза белков и углеводов. Они увеличивают содержание хлорофилла и продуктивность фотосинтеза, что в свою очередь создает предпосылки получения экологически чистой продукции.
При сельскохозяйственном использовании земли необходимо постоянное пополнение гумуса в почве для поддержания необходимой концентрации гуминовых веществ.
До настоящего времени это пополнение осуществлялось в основном путем внесения компостов, навоза и торфа. Однако поскольку содержание собственно гуминовых веществ в них относительно невелико, то нормы их внесения очень велики. Это увеличивает транспортные и другие производственные издержки, которые многократно превышают стоимость самих удобрений. Кроме того, в них содержатся семяна сорняков, а также болезнетворные бактерии.
Для получения высоких и устойчивых урожаев недостаточно надеяться на биологические возможности сельскохозяйственных культур, которые, как известно, используются лишь на 10-20%. Конечно необходимо использовать высокоурожайные сорта, эффективные приемы агро- и фитотехники, удобрения, но уже нельзя обойтись и без регуляторов роста растений, которые к концу двадцатого века играют уже не менее важную роль, чем пестициды и удобрения.
Высокогумусированные почвы отличаются более высоким содержанием физиологически активных веществ. Гумус активизирует биохимические и физиологические процессы, повышает обмен веществ и общий энергетический уровень процессов в растительном организме, способствует усиленному поступлению в него элементов питания, что сопровождается повышением урожая и улучшением его качества.
В литературе накоплен экспериментальный материал, показывающий тесную зависимость урожая от уровня гумусированности почв. Коэффициент корреляции содержания гумуса в почве и урожая составляет 0,7...0,8 (данные ВНИПТИОУ, 1989). Так, в исследованиях Белорусского научно-исследовательского института почвоведения и агрохимии (БелНИИПА) увеличение количества гумуса в дерново-подзолистых почвах на 1% (в пределах его изменения от 1,5 до 2,5...3%) повышает урожайность зерна озимой ржи и ячменя на 10... 15 ц/га. В колхозах и совхозах Владимирской области при содержании гумуса в почве до 1% урожай зерновых в период 1976-1980 гг. не превышал 10 ц/га, при 1,6...2% составлял 15 ц/га, 3,5...4% - 35 ц/га. В Кировской области прирост гумуса на 1% окупается получением дополнительно 3...6 ц зерна, в Воронежской - 2 ц, в Краснодарском крае - 3...4 ц/га.
Еще более существенна роль гумуса в увеличении отдачи при умелом применении химических удобрений, эффективность его при этом увеличивается в 1,5...2 раза. Однако необходимо помнить, что химические удобрения, внесенные в почву, вызывают усиленное разложение гумуса, что приводит к снижению его содержания.
Практика современного сельскохозяйственного производства показывает, что повышение содержания гумуса в почвах является одним из основных показателей их окультурирования. При низком уровне гумусовых запасов внесение одних минеральных удобрений не приводит к стабильному повышению плодородия почв. Более того, применение высоких доз минеральных удобрений на бедных органическим веществом почвах часто сопровождается неблагоприятным действием их на почвенную микро- и макрофлору, накоплением в растениях нитратов и других вредных соединений, а во многих случаях и снижением урожая сельскохозяйственных культур.
Гуминовые кислоты представляют собой продукт естественной биохимической трансформации органического вещества в биосфере. Они являются основной частью органического вещества почвы - гумуса, играя ключевую роль в круговороте веществ в природе и поддержании почвенного плодородия.
Гуминовые кислоты имеют разветвленную молекулярную структуру, включающую большое количество функциональных групп и активных центров. Формирование этих природных соединений происходит под воздействием физико-химических процессов, протекающих в почве и деятельности почвенных организмов. Источниками синтеза гуминовых кислот служат растительные и животные остатки, а также продукты жизнедеятельности почвенной микрофлоры.
Таким образом, гуминовые кислоты являются аккумуляторами органического вещества почвы - аминокислот, углеводов, пигментов, биологически активных веществ и лигнина. Кроме того, в гуминовых кислотах концентрируются ценные неорганические компоненты почвы - элементы минерального питания (азот, фосфор, калий), а так же микроэлементы (железо, цинк, медь, марганец, бор, молибден и т.д.).
Под воздействием естественных процессов, протекающих в почве, все вышеперечисленные компоненты включаются в единый молекулярный комплекс - гуминовые кислоты. Многообразие исходных компонентов для синтеза данного комплекса обуславливает сложную молекулярную структуру и, как следствие, широкий спектр физических, химических и биологических воздействий гуминовых кислот на почву и растение.
Гуминовые кислоты, как составная часть гумуса, встречаются практически на всех типах почв. Они входят в состав твердых горючих ископаемых (твердые и мягкие бурые угли), а также торфа и сапропеля. Однако в естественном состоянии эти соединения малоактивны и практически полностью находятся в нерастворимой форме. Физиологически активными являются лишь соли, образуемые гуминовыми кислотами со щелочными металлами - натрием, калием (гуматы).
Влияние гуматов на физические свойства почв
Механизм данного воздействия меняется в зависимости от типа почв.
На тяжелых глинистых почвах гуматы способствуют взаимному отталкиванию глинистых частиц за счет удаления излишних солей и разрушения компактной трехмерной структуры глины. В результате, почва становится более рыхлой, из нее легче испаряется излишняя влага, улучшается поступление воздуха, что облегчает дыхание и продвижение корней.
При внесении в легкие почвы, гуматы обволакивают и склеивают между собой минеральные частицы почвы, способствуя созданию очень ценной водопрочной комковато- зернистой структуры, улучшающей водопропускную и водоудерживающую способность почвы, ее воздухопроницаемость. Названные особенности обусловлены способностью гуминовых кислот к гелеобразованию.
Удержание влаги. Удержание воды гуматами происходит за счет образования водородных связей между молекулами воды и заряженными группами гуматов, а также адсорбированными на них ионами металлов. В результате испарение воды снижается в среднем на 30%, что приводит к повышению усвоения влаги растениями на аридных и песчаных почвах.
Формирование темной окраски. Гуматы окрашивают почву в темный цвет. Это особенно важно для районов с холодным и умеренным климатом, поскольку темная окраска улучшает поглощение и накопление почвами солнечной энергии. В результате температура почвы повышается.
Влияние гуматов на химические свойства почв и свойства почвенной влаги.
По своей природе гуминовые кислоты являются полиэлектролитами. В комплексе с органическими и минеральными частицами почвы они образуют почвенный поглощающий комплекс. Обладая большим количеством различных функциональных групп, гуминовые кислоты способны адсорбировать и удерживать на себе поступающие в почву питательные вещества, макро- и микроэлементы. Удерживаемые гуминовыми кислотами питательные вещества не связываются почвенными минералами и не вымываются водой, находясь в доступном для растений состоянии.
Увеличение буферной емкости почвы. Внесение гуматов увеличивает буферную емкость почв, то есть способность почвы поддерживать естественный уровень рН даже при избыточном поступлении кислых или щелочных агентов. Так, при внесении, гуматы способны снимать излишнюю кислотность почв, что со временем дает возможность высевать на этих полях культуры, чувствительные к повышенной кислотности.
Влияния гуматов на транспорт питательных веществ и микроэлементов в растения.
В отличии от свободных гуминовых кислот, гуматы являются водорастворимыми подвижными соединениями. Адсорбируя питательные вещества и микроэлементы, они способствуют их перемещению из почвы в растения.
При внесении гуматов наблюдается четкая тенденция увеличения содержания подвижного фосфора (в 1,5-2 раза), обменного калия и усваиваемого азота (в 2-2,5 раза) в пахотном слое почвы.
Все микроэлементы, являясь переходными металлами, (кроме бора и йода), образуют с гуматами подвижные хелатные комплексы, легко проникающие в растения, что обеспечивает их усвоение, а железо и марганец, по мнению ученых, усваиваются исключительно в виде гуматов этих металлов.
Предположительный механизм данного процесса сводится к тому, что гуматы при определенных условиях способны поглощать ионы металлов, высвобождая их при изменении условий. Присоединение положительно заряженных ионов металлов происходит за счет отрицательно заряженных функциональных групп гуминовых кислот (карбоксильных, гидроксильных и др.).
В процессе поглощения корнями растений воды растворимые гуматы металлов подходят к клеткам корня на близкое расстояние. Отрицательный заряд корневой системы превышает отрицательный заряд гуматов, что ведет к отщеплению ионов металлов от молекул гуминовых кислот и поглощению ионов клеточной мембраной.
Многие исследователи полагают, что небольшие молекулы гуминовых кислот вместе с закрепленными на них ионами металлов и другими питательными веществами могут поглощаться и усваиваться растением непосредственно.
Благодаря описанным механизмам улучшается почвенное питание растений, что способствует их более эффективному росту и развитию.
Влияние гуматов на биологические свойства почв.
Гуминовые кислоты являются источниками доступных фосфатов и углерода для микроорганизмов. Молекулы гуминовых кислот способны образовывать крупные агрегаты, на которых идет активное развитие колоний микроорганизмов. Таким образом, гуматы значительно интенсифицируют деятельность разных групп микроорганизмов, с которыми тесно связана мобилизация питательных веществ почвы и превращение потенциального плодородия в эффективное.
За счет роста численности силикатных бактерий происходит постоянное восполнение усвоенного растениями обменного калия.
Гуматы увеличивают в почве численность микроорганизмов, разлагающих труднорастворимые минеральные и органические соединения фосфора.
Гуматы улучшают обеспеченность почвы усвояемыми запасами азота: численность аммонифицирующих бактерий возрастает в три - пять раз, в отдельных случаях фиксировалось десятикратное увеличение аммонификаторов; количество нитрифицирующих бактерий увеличивается в 3-7 раз. За счет улучшения условий жизнедеятельности свободноживущих бактерий почти в 10 раз возрастает их способность к фиксации молекулярного азота из атмосферы.
В результате этого почва обогащается доступными питательными элементами. При разложении органического вещества образуется большое количество органических кислот и углекислоты. Под их воздействием труднодоступные минеральные соединения фосфора, кальция, калия, магния переходят в доступные для растения формы.
Протекторные свойства гуматов
Комплексное воздействие гуматов на почву обеспечивает их протекторные свойства.
Необратимое связывание тяжелых металлов и радионуклидов. Данное свойство гуматов особенно актуально в условиях повышенной техногенной нагрузки на почвы. Соединения свинца, ртути, мышьяка, никеля и кадмия, выделяющиеся при сжигании каменного угля, работе металлургических предприятий и электростанций попадают в почву из атмосферы в виде пыли и золы, а также с выхлопными газами автотранспорта. В то же время во многих регионах значительно повысился уровень радиационного загрязнения.
При внесении в почву гуматы необратимо связывают тяжелые металлы и радионуклиды. В результате образуются нерастворимые малоподвижные комплексы, которые выводятся из круговорота веществ в почве. Таким образом, гуматы препятствуют попаданию данных соединений в растения, а следовательно, и в сельскохозяйственную продукцию.
Наряду с этим активация гуматами микрофлоры приводит к дополнительному обогащению почвы гуминовыми кислотами. В результате за счет описанного выше механизма почва становится более устойчивой к техногенному загрязнению.
Ускорение разложения органических экотоксикантов. За счет активации деятельности почвенных микроорганизмов гуматы способствуют ускоренному разложению токсичных органических соединений, образующихся при сжигании топлива, а также ядохимикатов.
Многокомпонентный состав гуминовых кислот позволяет им эффективно сорбировать труднодоступные органические соединения, снижая их токсичность для растений и человека.
Интенсификация физико-химических и биохимических процессов. Гуматы повышают активность всех клеток растения. В результате возрастает энергия клетки, улучшаются физико-химические свойства протоплазмы, интенсифицируется обмен веществ, фотосинтез и дыхание растений.
Как следствие, ускоряется деление клеток, а значит, происходит улучшение общего роста растения. Улучшение питания растений. В результате применения гуматов активно развивается корневая система, усиливается корневое питание растений, а также всасывание влаги. Интенсификации корневого питания способствует комплексное воздействие гуматов на почву. Увеличение биомассы растения и активизация обмена веществ ведёт к усилению фотосинтеза и накоплению растениями углеводов.
Повышение устойчивости растений. Гуматы являются неспецифическими активаторами иммунной системы. В результате обработки гуматами значительно повышается устойчивость растений к различным заболеваниям. Чрезвычайно эффективным является замачивание семян в растворах гуматов с целью профилактики семенных инфекций и в особенности корневых гнилей. Наряду с этим при обработке гуматами повышается устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды - экстремальным температурам, переувлажнению, сильному ветру.
Влияние гуматов на семена
Благодаря обработке препаратами на основе гуминовых веществ повышается устойчивость семян к заболеваниям и травматическим повреждениям, происходит освобождение от поверхностных инфекций.
При обработке у семян повышается всхожесть, энергия прорастания, стимулируется рост и развитие проростков.
Таким образом, обработка увеличивает всхожесть семян и предотвращает развитие грибковых заболеваний, в особенности корневых инфекций.
Влияние гуматов на корневую систему
Увеличивается проницаемость мембраны клеток корня. В результате улучшается проникновение питательных веществ и микроэлементов из почвенного раствора в растение. Вследствие чего питательные вещества поступают в основном в виде комплексов с гуматами.
Улучшается развитие корневой системы, усиливается закрепление растений в почве, то есть растения становятся более устойчивыми к сильным ветрам, смыву в результате обильного выпадения осадков и эрозионным процессам.
Особенно эффективно на культурах со слаборазвитой корневой системой: яровой пшенице, ячмене, овсе, рисе, гречихе.
Развитие корневой системы интенсифицирует поглощение растением влаги и кислорода, а также почвенное питание.
В результате в корневой системе усиливается синтез аминокислот, сахаров, витаминов и органических кислот. Усиливается обмен веществ между корнями и почвой. Выделяемые корнями органические кислоты (угольная, яблочная и др.) активно воздействуют на почву, увеличивая доступность питательных веществ и микроэлементов.
Гуминовые вещества, без сомнения, оказывают влияние на рост и развитие растений. Органическое вещество почвы служит источником элементов питания для растений. Микроорганизмы, разлагая гумусовые вещества, снабжают растения элементами питания в минеральной форме.
Гуминовые вещества оказывают значительное воздействие на комплекс свойств почвы, тем самым опосредованно влияют на развитие растений.
Гуминовые вещества, улучшая физико-химические, химические и биологические свойства почвы стимулируют более интенсивный рост и развитие растений.
Также немало важное значение, в настоящее время, в связи с интенсивным усилением антропогенного влияния на окружающую в среду в целом, и на почву в частности, приобретает протекторная функция гуминовых веществ. Гуминовые вещества связывают токсиканты и радионуклиды, и как следствие этого способствуют получению экологически чистой продукции.
Гуминовые вещества оказывают, безусловно, благоприятное влияние, как на почву, так и на растения.
Влияние химических веществ на рост и развитие растений. Выполнила: Игнатьева Виктория, ученица 6 класса Руководитель: Путина Ю.К., учитель биологии и химии Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение «Нижнесанарская средняя общеобразовательная школа Троицкого муниципального района Челябинской области 2017 г.
Цель: изучение влияния химических веществ на рост и развитие растений. Задачи: Изучить имеющуюся литературу по данному вопросу; Познакомиться с доступными методиками для исследования влияния химических веществ на рост и развитие растений. Сделать вывод о влиянии химических веществ на основании собственных исследований. Разработать рекомендации по улучшению условий для выращивания культурных растений. Гипотеза: Мы предполагаем, что химические вещества будут негативно влиять на рост и развитие растений.
Объект исследования: Лук репчатый, Фасоль обыкновенная Предмет исследования: влияние химических веществ на растения.
Методика взятия проб химических веществ
Для изучения влияния химических веществ было взято 6 проб: №1 - сернокислая медь CuSO4*5H2O №2 - сернокислый цинк ZnSO4*7H2O №3- -сернокислое железо FeSO4*7H2O №4 -перманганат калия KMnO4 №5 - сернокислый свинец PbSO4 №6 – контрольный образец (без добавления химических веществ)
Результаты исследования контрольных образцов Контрольный образец №6 (луковица лука репчатого) развитие протекает интенсивно с образованием множества придаточных корней) Контрольный образец №6 (растение Фасоль) –рост и развитие проходит в пределах нормы
Результаты исследования пробных образцов при воздействии сернокислой меди Образец №1 Появление небольшого числа корешков, рост их вскоре прекращается, они темнеют. Образец №1У растения после добавления раствора сульфата меди сразу же произошло скручивание листьев, растение погибло к концу 1-ой недели опыта
Результаты исследования пробных образцов при воздействии сернокислого цинка Образец №2 Появление большого числа корешков, рост их незначителен. Образец №2 У растения после добавления раствора сульфата цинка листья развивались обычно в течение первой недели опытов, затем с увеличением концентрации раствора листья пожелтели, свернулись
Результаты исследования пробных образцов при воздействии сернокислого железа Образец №3 Появление небольшого числа корешков, рост их вскоре прекращается, они темнеют. Образец №3.у растения развились три листа, но затем они стали скручиваться и желтеть
Результаты исследования пробных образцов при воздействии перманганата калия Образец №4 Луковица с добавлением раствора перманганата калия (№4) развивалась слабо, корешки 1-2 мм, затем рост прекратился Образец №4 Растение потеряло 3 лист на 4 день,затем остальные засохли
Результаты исследования пробных образцов при воздействии сернокислого свинца Образец №5 Луковица имела достаточное количество корешков, но маленьких размеров. Растение фасоль имело крупные листья, но бледного цвета, которые в конце 2 недели тоже слегка скрутились
Контрольный образец (№6) имел ровные светлые клетки без признаков какой-либо деформации.
Клетки лука из опытного образца с добавлением сернокислого железа (№3) имели ровную структуру, однако их цитоплазма была темно окрашена.
Клетки лука из опытного образца с добавлением перманганата калия (№4) приобрели синюю окраску. Клетки имели ровную структуру.
Выводы: Избыток сернокислого железа окрашивает клетки в темный цвет и замедляет рост корневой системы. Аналогично влияет перманганат калия. Избыток сернокислой меди разрушает клетки растения и прекращает его рост.
МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №79
ОРДЖОНИКИДЗЕВСКОГО РАЙОНА ГОРОДСКОГО ОКРУГА Г.УФА
Проектная работа
Тема: «Влияние химических веществ на рост и развитие растений»
Макашева Д., Мустафина Д.
Руководитель: Тайгильдина Т.С.,
учитель химии
Уфа-2015 г.
Тема: “ Влияние химических веществ на рост и развитие растений ”
Цель: изучение способности накапливать ионы элементов химических веществ растениями и их влияния на рост и развитие растений и человека , сравнение информации из используемой литературы с результатами научного эксперимента.
Задачи проекта:
Ознакомиться с химическими элементами, относящимися к загрязняющим веществам.
Провести исследование влияния ионов некоторых химических веществ на рост и развитие растений.
Выявить: накапливаются ли ионы металлов в растении.
Каким образом ионы металлов (в особенности тяжёлых) влияют на организм растений и человека
Методы исследования:
Определение по научной и справочной литературе основной информации для исследования.
Приготовить растворы, содержащий ионы тяжелых металлов и заложить эксперимент.
Провести наблюдения за растениями.
Определить влияние ионов тяжелых металлов на цвет листьев, длину корня длину корневых волосков, развитие растений.
Провести химический анализ самого растения для определения содержания ионов тяжелых металлов в растении.
Содержание:
1. Введение.
2.Актуальность.
3. Теоретическая часть:
4. Экспериментальная часть:
5. Заключение
6. Список литературы
1. Введение.
«Человечество, взятое в целом,
становится мощной геологи-
ческой силой».
В.И. Вернадский
Любое химическое загрязнение – это появление химического вещества в непредназначенном для него месте. Загрязнения, возникающие в процессе деятельности человека, являются главным фактором его вредного воздействия на природную среду . Крупным по размерам очагом интенсивного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами и другими химическими веществами является город Уфа. В таком густонаселенном городе необходимо учитывать воздействие химических веществ на здоровье человека как в жилищах, так в рабочих и учебных местах. В атмосферный воздух города от автомобильного транспорта поступают тысячи тонн загрязняющих веществ, около 200 наименований, большинство которых токсичны. Основная доля вредных автомобильных выбросов приходится на оксиды углерода и азота, углеводороды и соли тяжелых металлов. Загрязнение воздуха и почв начинается при превышении критической загрузки дорог транспортными средствами, что составляет более 700-800 автомобилей в сутки. Население, проживающее вблизи автодорог, испытывает воздействие повышенных концентраций токсических веществ.
2. Актуальность
Актуальность нашего исследования следует из того, что жилища и рабочие места практически всегда плохо проветриваются, а на источники тяжелых металлов обычно не обращают внимания. Особенно, вредному воздействию подвержены растения, которые есть в каждом доме или квартире. Растения легко накапливают химические вещества и не способны к активному движению. Растительная пища является основным источником поступления тяжелых металлов и других веществ в организм человека и животных. С ней поступает от 40 до 80 % ионов тяжелых металлов, и только 20-40 % - с воздухом и водой. Поэтому от уровня накопления металлов в растениях, используемых в пищу, в значительной степени зависит здоровье населения. Следовательно, по их состоянию можно судить об экологической обстановке. А поскольку растения являются биоиндикаторами, т. е многие изменения имеют специфические проявления, они идеально походят для исследовательской работы. Таким образом, в данной работе мы выясняем, как именно химические вещества влияют на рост и развитие растений.
Работа основана на сравнении данных из литературных источников и научного эксперимента, а также его анализе.
Основные факторы роста и развития растений,- тепло, свет, воздух, вода, питание. Все эти факторы одинаково необходимы и выполняют определенные функции в жизни растений .
3. Теоретическая часть:
3.1. Факторы роста и развития растения.
Жизненный цикл роста и развития делится на определенные этапы - фазы. Условия внешней среды сильно влияют на процессы роста и развития растений.
ТЕПЛО. Тепло как в воздухе, так и в почве необходимо растениям во все периоды роста и развития. Требования к теплу у различных культур не одинаковы и зависят от происхождения, вида, биологии, фазы развития и возраста растения.
СВЕТ. Основной источник света - солнце. Только на свету растения создают из воды и углекислого газа воздуха сложные органические соединения. Продолжительность освещения сильно сказывается на росте и развитии растений. По отношению к условиям освещения растения неодинаковы. Южным растениям для более быстрого цветения и плодоношения необходима длина светового дня менее 12 часов, это растения короткого дня; северным - более 12 часов, это растения длинного дня.
ВОДА. Влажность не только почвы, но и воздуха необходима растению на протяжении всей его жизни. Прежде всего вода вместе с теплом пробуждает растение к жизни. Образовавшиеся корешки всасывают ее из почвы вместе с растворенными в ней минеральными солями. Вода (по объему) является главной составной частью растения. Она участвует в создании органических веществ и в растворенном виде разносит их по растению. Благодаря воде растворяется углекислый газ, высвобождается кислород, происходит обмен веществ, обеспечивается нужная температура растения. При достаточном запасе влаги в почве рост, развитие и плодообразование протекают нормально; недостаток влаги резко снижает урожай и качество продукции.
ВОЗДУХ. Из воздуха растения получают необходимый им углекислый газ, который является единственным источником углеродного питания. Содержание углекислого газа в воздухе ничтожно и составляет всего 0,03%. Обогащение воздуха углекислым газом идет в основном благодаря выделению его из почвы. Большую роль в образовании и выделении почвой углекислого газа играют органические и минеральные удобрения, вносимые в почву. Чем энергичнее происходят в почве процессы жизнедеятельности микроорганизмов, тем активнее протекает разложение органических веществ, а следовательно, тем больше углекислого газа выделяется в припочвенный слой воздуха.
ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ. Для нормального роста и развития растениям требуются различные элементы питания. Основные из них - азот, фосфор, калий, серу, магний, кальций, железо - растения получают из почвы. Эти элементы потребляются растениями в больших количествах и называются макроэлементами. Бор, марганец, медь, молибден, цинк, кремний, кобальт, натрий, которые также необходимы растениям, но в небольших количествах, называют микроэлементами .
3.2 . Влияние тяжелых металлов на рост и развитие растений.
Тяжелые металлы - биологически активные металлы. Тяжелые металлы 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: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. В соответствии с классификацией Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3: Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. Ионы тяжелых металлов не подвержены биохимическому разложению и могут образовывать летучие газообразные и высокотоксичные металлорганические соединения .
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.
Кобальт. Присутствуя в тканях растений, кобальт участвует в обменных процессах. Способность к накоплению этого элемента у бобовых выше, чем у злаковых и овощных растений. Кобальт участвует в ферментных системах клубеньковых бактерий, осуществляющих фиксацию атмосферного азота; стимулирует рост, развитие и продуктивность бобовых и растений ряда других семейств. В микродозах кобальт является необходимым элементом для нормальной жизнедеятельности многих растений и животных. Вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными.
Дефицит кобальта в организме приводит к развитию Мега-лобластической анемии типа Бирмера. Избыток кобальта способствует развитию полицитемии. Это связано с тем, что кобальт регулирует процессы эритропоэза, входит в состав витамина В12, т. е. является антианемическим фактором (цианокобаламин).
Молибден особенно важен для бобовых растений; он концентрируется в клубеньках бобовых, способствует их образованию и росту и стимулирует фиксацию клубеньковыми бактериями атмосферного азота.
Молибден оказывает положительное влияние не только на бобовые растения, но и на цветную капусту, томаты, сахарную свеклу, лен и др. Растениями-индикаторами недостатка молибдена могут быть томаты, кочанная капуста, шпинат, салат, лимоны.
Молибден необходим не только для процесса синтеза белков в растениях, но и для синтеза витамина С и каротина, синтеза и передвижения углеводов, использования фосфора.
У человека молибден тормозит рост костной ткани. В процессе обмена молибден тесно связан с медью, которая корригирует его действие на внутренние органы и кость.
Никель . Растения в районе никелевых месторождений могут накоплять в себе значительные количества никеля. При этом наблюдаются явления эндемического заболевания растений, например уродливые формы астр, что может быть биологическим и видовым индикатором в поисках никелевых месторождений.
Типичные симптомы повреждающего токсического действия никеля: хлороз, появление желтого окрашивания с последующим некрозом, остановка роста корней и появления молодых побегов или ростков, деформация частей растения, необычная пятнистость, в некоторых случаях - гибель всего растения.
Известно, что никель принимает участие в ферментативных реакциях у животных и растений. В организме животных он накапливается в ороговевших тканях, особенно в перьях. Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям - у растений появляются уродливые формы, у животных - заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице.
Никель - основная причина аллергии (контактного дерматита) на металлы, контактирующие с кожей (украшения, часы, джинсовые заклепки).
Марганец. Среднее содержание марганца в растениях равно 0,001 %. Марганец служит катализатором процессов дыхания растений, принимает участие в процессе фотосинтеза.
При недостатке марганца в почвах возникают заболевания растений, характеризующиеся в общем появлением на листьях растений хлоротичных пятен, которые в дальнейшем переходят в очаги некроза (отмирания). Обычно при этом заболевании происходит задержка роста растений и их гибель.
У человека при избытке марганца забиваются канальцы нервных клеток. Снижается проводимость нервного импульса, как следствие повышается утомляемость, сонливость, снижается быстрота реакции, работоспособность, появляются головокружение, депрессивные, подавленные состояния.
Медь необходима для жизнедеятельности растительных организмов. Почти вся медь листьев сосредоточена в хлоропластах и тесно связана с процессами фотосинтеза; медь стабилизирует хлорофилл, предохраняет его от разрушения.
Медь является жизненно важным элементом, который входит в состав многих витаминов, гормонов, ферментов, дыхательных пигментов, участвует в процессах обмена веществ, в тканевом дыхании и т.д.
При недостатке меди у человека можно наблюдать торможение всасывания железа, угнетение кроветворения, ухудшение деятельности сердечно-сосудистой системы, увеличение риска ишемической болезни сердца, ухудшение состояния костной и соединительной ткани, нарушение минерализации костей, остеопороз, переломы костей и т.д.
При избыточном содержании функциональные расстройства нервной системы (ухудшение памяти, депрессия, бессонница) и многое другое.
Цинк. В среднем в растениях обнаруживается 0,0003% цинка. Растения, развивающиеся в условиях недостаточности цинка, бедны хлорофиллом; напротив, листья, богатые хлорофиллом, содержат максимальные количества цинка.
Под влиянием цинка происходит увеличение содержания витамина С, каротина, углеводов и белков в ряде видов растений, цинк усиливает рост корневой системы и положительно сказывается на морозоустойчивости, а также жаро-, засухо- и солеустойчивости растений. Соединения цинка имеют большое значение для процессов плодоношения.
Если у человека нормальный уровень цинка, тогда его иммунная система работает как часы.
Избыток цинка может разбалансировать метаболические равновесия других металлов.
Железо. Содержание железа в растениях невелико, обычно оно составляет сотые доли процента. Железо входит в состав ферментов, катализирующих образование хлорофилла, принимает активное участие в окислительно-восстановительных процессах.
При недостатке железа изменяется не только окраска молодых листьев, но и фотосинтез, рост растений замедляется.
Однако избыток железа (избыточная доза 200мг и выше) вызывает зашлаковывание организма на клеточном уровне, приводит к сидерозу.
Свинец в растениях не выполняет никаких биологически важных функций и является абсолютным оксидантом.
Токсичность свинца проявляется в задержке прорастания семян и роста, хлорозе, увядании и гибели растений.
Для живых организмов свинец и его соединения относятся к ядам, действующим преимущественно на нервную систему и сердечнососудистую, а также непосредственно на кровь. Токсичное действие свинца связано сего способностью замещать кальций в костях и нервных волокнах.
Барий присутствует во всех органах растений. Биологическая роль его не выявлена, накапливается, но на развитие и рост не влияет. Для животных и человека барий ядовит, поэтому травы, содержащие много бария, вызывают отравление.
Тяжелые металлы являются необходимой частицей всех живых организмов. В биологии их называют микроэлементами. Но накопление тяжелых металлов влияет на организм растения отрицательно. Например, к снижению скорости роста, увяданию надземной части растения, повреждению его корневой системы или к изменению водного баланса и т д. У животных появляются заболевания различных систем органов: дыхательной, пищеварительной, эндокринной и нервной систем.
Причиной накопления повышенного количества металлов в растениях, является загрязнение почвы. Соли тяжелых металлов постепенно переходят в растворимую форму и поступают в корневую систему растений. Также соли тяжелых металлов в малый промежуток времени могут находится в воздухе и вызывать отравления дыхательных путей.
Когда содержание тяжелых металлов в организме превышает предельно-допустимые концентрации, начинается их отрицательное воздействие на человека. Помимо прямых последствий в виде отравления, возникают и косвенные – ионы тяжелых металлов засоряют каналы почек и печени, чем снижают способность этих органов к фильтрации. Вследствие этого в организме накапливаются токсины и продукты жизнедеятельности клеток, что приводит к общему ухудшению здоровья человека.
Вся опасность воздействия тяжелых металлов заключается в том, что они остаются в организме человека навсегда. Вывести их можно лишь употребляя белки, содержащиеся в молоке и белых грибах, а также пектин, который можно найти в мармеладе и фруктово-ягодном желе.
4. Экспериментальная часть:
4.1.Результаты исследования. Анализ сухого остатка.
Целью экспериментальной части исследования является обработка данных о влиянии солей тяжёлых металлов свинца и соли на рост и развитие растений, а так же сравнение информации с итоговыми результатами эксперимента. Влияние солей свинца и соли изучено недостаточно, что представляет особый интерес для исследования. Для проведения исследования было выбрано быстрорастущее съедобное растение из рода однолетних травянистых растений из семейства Злаки, или Мятликовые - Овес. Это растение было выбрано в связи с его нетребовательностью к различным видам почв, а так же в связи с его живучестью. Овес быстро растет и является биоиндикатором, что делает его самым удачным объектом для проведения опытов в короткие сроки.
В качестве токсичных ионов нами были выбраны ионы свинца и соли, т. к. они накапливаются в растениях и не выводятся в результате обмена веществ. Кроме этого соли свинца и соли могут вызывать тяжелые отравления организма.
Выращивание овса производилось в сентябре-октябре 2015 года. Грунт и количество почвы у всех образцов было одинаковым. В процессе эксперимента производилось регулярное наблюдение – измерение растений, зрительная оценка состояния овса в разных группах, фотосъёмка растений. Всего было взято пять контрольных групп растений, где участвовало умеренное количество зерна, которые поливались водой содержащей тяжелые металлы: сульфатом меди, хлоридом натрия, а так дождевой водой из лужи (В.Д.), удобренной водой (гумусом), и обычной отстоявшейся водой из-под водосточного крана (контроль). Два горшка, которые поливались водой из лужи (вода была собрана на улице Кольцевой). Один горшок поливался раствором воды+гумуса (был куплен в магазине). Растения, которые поливались водой, содержащей CuSO4 (сульфат меди II), концентрация 0,05г/10л. Растения, поливавшиеся водой, где содержится NaCl (хлорид натрия) -2% раствор.
Данные концентрации выбраны именно такими по причине отсутствия аналитических весов в химической лаборатории гимназии. Школьные весы позволяют взвешивать вещества с массой не менее 0,02 мг, поэтому для уменьшения концентрации веществ был взят объем воды 10 литров.
Контроль (вода). Вода́ (оксид водорода) - бинарное неорганическое соединение с химической формулой Н2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного - кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом (кристаллы льда могут образовывать снег или иней), а в газообразном - водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов (на гидрофильных поверхностях).
Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, льды) - 361,13 млн км2. На Земле примерно 96,5 % воды приходится на океаны, 1,7 % мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7 % - ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть находится в реках, озёрах и болотах, и 0,001 % в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды).Большая часть земной воды - солёная, непригодная для сельского хозяйства и питья. Доля пресной составляет около 2,5 %, причём 98,8 % этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3 % всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере, и ещё меньшее количество (0,003 %) находится в живых организмах.Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы).
Исключительно важна роль воды в возникновении и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Вода является важнейшим веществом для всех живых существ на планете Земля.
Гумус (удобрение). Основной показатель плодородия почвы – содержание гумуса – важнейшей составной части органического вещества почвы.
Почвы бедные органическим веществом (гумусом) становятся менее устойчивыми к постоянному активному воздействию почвообрабатывающих орудий в условиях интенсивного их использования и быстрее теряют такие агрономически ценные свойства, как структурность, плотность, капиллярность, водопроницаемость, влагоемкость, которые тоже являются показателями почвенного плодородия.
А если еще учесть, что именно гумус является основным источником питательных веществ, так как в его состав входит почти весь азот почвы – 98-99%; около 60% фосфора и серы, а также значительная часть других питательных элементов, то тревога специалистов сельского хозяйства по поводу резкого сокращения запасов гумуса в различных почвах понятна.
Вода из лужи (дождевая). Одна из форм атмосферных осадков дождевая вода (Д.В.). В условиях загрязненной атмосферы в дождевую воду попадают растворяющиеся в ней оксиды азота и серы, пыль.
В странах Западной Европы и во многих районах Соединенных Штатах Америки и Российской Федерации в первые минуты дождя дождевая вода оказывается более грязной, чем городские стоки (по этой причине не следует ходить под дождем с непокрытой головой).
При растворении в дождевой воде значительных количеств оксидов серы и азота выпадают кислотные дожди. Даже в сельской местности не следует использовать дождевую воду для питья.
Сульфат меди (2) (CuSO4). Сульфа́т ме́ди(II) (медь серноки́слая) - неорганическое соединение, медная соль серной кислоты с формулой CuSO4. Нелетучее, не имеет запаха. Безводное вещество бесцветное, непрозрачное, очень гигроскопичное. Кристаллогидраты - прозрачные негигроскопичные кристаллы различных оттенков синего с горьковато-металлическим вкусом, на воздухе постепенно выветриваются (теряют кристаллизационную воду). Сульфат меди(II) хорошо растворим в воде. Из водных растворов кристаллизуется голубой пентагидрат CuSO4·5H2O - медный купоро́с. Токсичность медного купороса для теплокровных животных относительно невысокая, в то же время он высокотоксичен для рыб.
Реакция гидратации безводного сульфата меди(II) экзотермическая и проходит со значительным выделением тепла.
В природе встречается в виде минералов халькантита (CuSO4·5H2O), халькокианита (CuSO4), бонаттита (CuSO4·3H2O), бутита (CuSO4·7H2O) и в составе других минералов.
Обладает дезинфицирующими, антисептическими, вяжущими свойствами. Применяется в медицине, в растениеводстве как антисептик, фунгицид или медно-серное удобрение.
Хлори́д на́трия (NaCl, хлористый натрий) - натриевая соль соляной кислоты. Известен в быту под названием поваренной соли, основным компонентом которой и является. Хлорид натрия в значительном количестве содержится в морской воде, придавая ей солёный вкус. Встречается в природе в виде минерала галита (каменной соли). Чистый хлорид натрия представляет собой бесцветные кристаллы, но с различными примесями его цвет может принимать голубой, фиолетовый, розовый, жёлтый или серый оттенок. В природе хлорид натрия встречается в виде минерала галита, который образует залежи каменной соли среди осадочных горных пород, прослойки и линзы на берегах солёных озёр и лиманов, соляные корки в солончаках и на стенках кратеров вулканов и в сольфатарах. Огромное количество хлорида натрия растворено в морской воде. Мировой океан содержит 4 × 1015 тонн NaCl, то есть из каждой тысячи тонн морской воды можно получить в среднем 1,3 тонны хлорида натрия. Следы NaCl постоянно содержатся в атмосфере в результате испарения брызг морской воды. В облаках на высоте полтора километра 30 % капель, больших 10 мкм по размеру, содержат NaCl. Также он найден в кристаллах снега.
Результаты наших наблюдений представлены в следующих записях:
Наблюдения:
Раствор гумусаВода из лужи
Раствор соли поваренной
11.09.15
Произведена посадка зерен в почву и политая определенной водой для продолжительного прорастания
12.09.15-13.09.15
Без изменений
14.09 15
Пустили корни
Без изменений
15.09.15
2 см
1см
4см
2 см
Без изменений
16.09.15
Ростков стало больше, увеличились на 1,2 см
Появились корни
17.09.15
5 см
5 см
6 см
7 см
Появились корни
18.09.15
10 см
11 см
12 см
12см
Появились корни
19.09.15
12 см
12 см
15 см
16 см
Пошли ростки
22.09.15
16 см
18 см
18 см
19 см, концы листьев подсохли, листья слегка скручены
1 см
24.09.15
19 см
17 см
20 см
22 см, концы листьев сильно подсохли
2 см
27.09.15
21 см
22 см, концы листьев подсохли, листья слегка скручены
22 см, растение вянет
2,7 см
4.10.15
22 см, концы листьев слегка подсохли
22,5 см; растение завяло
23см, растение вянет
Концы ростков засохли, сами ростки лежат на почве
4 см
11.10.15
Срезали для выявления тяжелых металлов
Из данных, приведенных в таблице, следует, что по сравнению с контрольной группой растения поливаемые раствором гумуса росли более интенсивно, рост овса поливаемого раствором хлорида натрия(соли) был замедлен.
Анализ сухого остатка:
После окончания исследования скорости роста овса, нами был проведен анализ сухого остатка на наличие ионов свинца, меди, хлора в каждом образце. Для этого растения были высушены, каждая группа растений сожжена отдельно и растворены в горячей дистиллированной воде, раствор был отфильтрован и был проведен анализ сухого остатка. Использовали реактивы для ионов меди: раствор нашатырного спирта и сульфид натрия, для ионов свинца – иодид калия, для ионов хлора – нитрат серебра.
Качественная реакция на ионы меди:
Cu +2 + OH -1 → Cu ( OH ) 2 ↓ (голубой)
Cu +2 + S -2 → CuS↓ (черный)
Качественная реакция на ионы свинца:
Pb +2 + I -1 → PbI↓ (желтый)
Качественная реакция на ионы хлора:
Ag +1 + Cl -1 → AgCl ↓ (белый)
В контрольной группе растений не определились ионы меди и свинца, есть следы хлора. В группе растений, поливаемых водой из лужи определились ионы свинца в небольшом количестве (окраска была желтоватой, немного выпало черного осадка) , в очень малом количестве ионы меди и обнаружены следы хлора. В сухом остатке растений, поливаемых раствором сульфата меди, бали обнаружены лишь следы меди. В группе растений, поливаемые раствором хлорида натрия определились только ионы хлора в большом количестве. В растениях, поливаемых раствором гумуса, кроме небольших следов иона хлора ничего не было обнаружено.
Заключение
В результате проводимой работы, мы пришли к следующим выводам:
Свинец стимулирует рост овса, при этом может вызвать преждевременную гибель растения.
В растениях накапливается медь и вызывает небольшое замедление роста овса и ломкость стеблей.
Анализ растений. поливаемых водой из лужи показал, что в этой воде, собранной вдоль дороги улицы Кольцевой. содержатся и ионы свинца, и ионы меди, что губительно влияет на рост и развитие растений. Растение резко увеличивает свой рост и быстро вянет.
Проведенное нами 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-зеленых листьев, скручивание старых листьев и опадание листвы. В общем, влияние избытка свинца на рост и развитие растений изучено недостаточно. Медь вызывает токсическое отравление и преждевременную гибель. Хлор замедляет рост и развитие растений, используют для борьбы с сорняками.
Экспериментальные данные: Исследования по выращиванию растений овса в условиях поступления различных ионов тяжелых металлов (свинец и медь), а также влияние воды из лужи на рост и развитие растения овса показало, что что они усиливают скручивание листьев, концы листьев сохнут. Гумус умеренно поддерживает рост растений. мы пришли к выводу, что литературные источники подтверждены исследованием.
Вывод: Результаты нашей работы не утешительны. Большое содержание катионов металлов способны концентрироваться в организме растений и оказывать губительное действие, даже гибель. В нужном количестве катионы металлов необходимы всем живым организмам, как растениям, так и животным. Но их недостаток или избыток вызывает различные расстройства, недомогания и вполне серьезные заболевания. И если растение, которое питается водой богатой ионами этих металлов, попадает к нам на стол – вот оно страшное! Хочется верить, что придумают безотходные производства, не будет сточных вод, газовых выбросов и твердых отходов
Список литературы:
Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. - М.: Высшая школа, 1988.
Казаренко В.М. Мягкоступова О.В., Исследовательский практикум.
Крискунов Е. А., Пасечник В. В., Сидорин А. П. Экология учебник для 9-го класса издательский лом "Дрофа" 1995
Химия в школе. - 2007г. - №5 - с.55-62.
Химия в школе. -1998. - № 4 -с.9-13.
Добролюбский О.К. Микроэлементы и жизнь. – Молодая гвардия, 1956
Интернет
