Как влияют химические вещества на рост растений. Влияние минеральных веществ на рост и развитие растений. Влияние уровня гумусированности почвы на урожай с\х растений

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

1. 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.

1. 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

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«МОЗЫРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТ им. И.П. ШАМЯКИНА»

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ

Курсовая работа по дисциплине

«физиология растений»

Влияние минеральных веществ на рост и развитие растений

Исполнитель:

Богданович Владимир Григорьевич

МОЗЫРЬ 2011

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.3 Фосфор

1.6 Кальций

1.7 Магний

3.4 Недостаток азота

3.5 Недостаток фосфора

3.6 Недостаток серы

3.7 Недостаток калия

3.8 Недостаток кальция

3.9 Недостаток магния

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

минеральное вещество растение

Минеральное питание растений - совокупность процессов поглощения, передвижения и усвоения растениями химических элементов, получаемых из почвы в форме ионов минеральных солей.

Каждый химический элемент играет в жизни растения особую роль.

Азот является составной частью аминокислот - строительных блоков, из которых состоят белки. Азот входит также во множество других соединений: в пурины, алкалоиды, ферменты, регуляторы роста, хлорофилл и клеточные мембраны

Фосфор усваивается растением в виде солей фосфорной кислоты (фосфатов) и находится в нём в свободном состоянии или совместно с белками и другими органическими веществами, входящими в состав плазмы и ядра.

Сера поглощается растением в виде солей серной кислоты, входит в состав белков и эфирных масел.

Калий сосредоточен в молодых органах, богатых плазмой, а также в органах накопления запасных веществ - семенах, клубнях, вероятно, играет роль нейтрализатора кислой реакции клеточного сока и участвует в тургоре.

Магний содержится в растении там же, где и калий, и, кроме того, входит в состав хлорофилла.

Кальций накапливается во взрослых органах, особенно в листьях, служит нейтрализатором вредной для растения щавелевой кислоты и защищает его от токсического действия различных солей, участвует в образовании механических оболочек.

Кроме указанных жизненно необходимых элементов, определённое значение имеют хлористый натрий, марганец, железо, фтор, йод, бром, цинк, кобальт, стимулирующие рост растений, и др.

Цель: Изучить влияние минеральных веществ на рост и развитие растений.

1. Изучить материал об основных видах минеральных веществ и их влияние на рост и развитие растений.

2. Ознакомиться с методами определения минеральных веществ в тканях растений.

3. Выявить симптомы недостаточного и избыточного содержания минеральных веществ в растениях

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Растения способны поглощать из окружающей среды в больших или меньших количествах практически все элементы периодической системы. Между тем для нормального жизненного цикла растительного организма необходима лишь определенная группа основных питательных элементов, функции которых в растении не могут быть заменены другими химическими элементами. В эту группу входят следующие 19 элементов:

Среди этих основных питательных элементов лишь 16 являются собственно минеральными, так как С, Н и O поступают в растения преимущественно в виде СO 2 , O 2 и H 2 O. Элементы Na, Si и Co приведены в скобках, поскольку их необходимость для всех высших растений пока не установлена. Натрий поглощается в относительно высоких количествах некоторыми видами сем. Chenopodiaceae (маревых), в частности свеклой, а также видами, адаптированными к условиям засоления, и в этом случае является необходимым. То же справедливо для кремния, который в особенно больших количествах встречается в соломине злаковых, для риса он является необходимым элементом.

Первые четыре элемента -- С, Н, O, N -- называют органогенами. Углерод в среднем составляет 45% сухой массы тканей, кислород -- 42, водород -- 6,5 и азот -- 1,5, а все вместе--95%. Оставшиеся 5% приходятся на зольные вещества: Р, S, К, Са, Mg, Fe, Al, Si, Na и др. О минеральном составе растений обычно судят по анализу золы остающейся после сжигания органического вещества растений. Содержание минеральных элементов (или их окислов) в растении выражают, как правило, в процентах по отношению к массе сухого вещества или в процентах к массе золы. Перечисленные выше вещества золы относят к макроэлементам.

Элементы, которые присутствуют в тканях в концентрациях 0,001 % и ниже от сухой массы тканей, называют микроэлементами. Некоторые из них играют важную роль в обмене веществ (Mn, Сu, Zn, Со, Мо, В, С1).

Содержание того или другого элемента в тканях растений непостоянно и может сильно изменяться под влиянием факторов внешней среды. Например, Al, Ni, F и другие могут накапливаться в растениях до токсического уровня. Среди высших растений встречаются виды, резко различающиеся по содержанию в тканях таких элементов, как Na, о чем уже говорилось, и Са, в связи с чем выделяют группы растений натриефилов, кальциефилов (большинство бобовых, в том числе фасоль, бобы, клевер), кальциефобов (люпин, белоус, щавелек и др.). Эти видовые особенности обусловлены характером почв в местах происхождения и обитания видов, определенной генетически закрепленной ролью, которую указанные элементы играют в обмене веществ растений.

Наиболее богаты минеральными элементами листья, у которых зола может составлять от 2 до 15% от массы сухого вещества. Минимальное содержание золы (0,4--1%) обнаружено в стволах древесных.

Азот был открыт в 1772 г. Шотландским химиком, ботаником и врачом Д. Резерфордом как газ, не поддерживающий дыхание и горение. Поэтому он и был назван азотом, что значит «нежизненный». Однако азот входит в состав белков, нуклеиновых кислот и многих жизненно важных органических веществ. Ликвидация недостатка некоторых незаменимых азотсодержащих соединений -- аминокислот, витаминов и др. -- наиболее острая проблема продовольственных программ человечества.

Азот -- один из наиболее широко распространенных элементов в природе. Основными его формами на Земле являются связанный азот литосферы и газообразный молекулярный азот (N 2) атмосферы, составляющий 75,6% воздуха по массе. Согласно подсчетам запасы N 2 в атмосфере оцениваются величиной 4 * 10 15 т. Столб воздуха над 1 м 2 земной поверхности содержит 8 т азота. Однако молекулярный азот как таковой не усваивается высшими растениями и может переходить в доступную для них форму только благодаря деятельности микроорганизмов-азотфиксаторов.

Запасы связанного азота в литосфере также значительны и оцениваются величиной 18 * 10 15 т. Однако в почве сосредоточена лишь минимальная часть литосферного азота Земли, и только 0,5 -- 2% от общего запаса в почве прямо доступно растениям. 1 га пахотного чернозема в среднем содержит не более 200 кг доступного растениям азота, а на подзолах его количество в 3 -- 4 раза меньше. Этот азот представлен главным образом в форме NH 4 + - и NO 3 -ионов.

Азотфиксирующие микроорганизмы. Микроорганизмы, осуществляющие биологическую азотфиксацию, можно разделить на две основные группы: а) свободноживущие азотфиксаторы и б) микроорганизмы, живущие в симбиозе с высшими растениями.

Свободноживущие азотфиксаторы -- гетеротрофы, нуждаются в углеводном источнике питания и поэтому часто связаны с микроорганизмами, способными к разложению целлюлозы и других полисахаридов. Бактерии родов Azotobacter и Beijerinckia, как правило, поселяются на поверхности корней высших растений. Такие ассоциации объясняются тем, что в качестве источника углерода бактерии используют продукты, выделяемые корнями в ризосферу.

Большое внимание в последнее время уделяют цианобактериям, в частности Tolypothrix tenius. Обогащение ими рисовых полей увеличивает урожай риса в среднем на 20%. В целом же сельскохозяйственное значение свободноживущих азотфиксаторов не столь велико. В умеренном климате ежегодная фиксация ими азота составляет, как правило, несколько килограммов азота на 1 га, но при наличии в почве благоприятных условий (например, большое количество органических остатков) она может достигать 20 -- 40 кг N/га.

К группе симбиотических азотфиксаторов прежде всего относятся бактерии рода Rhizobium, образующие клубеньки на корнях бобовых растений, а также некоторые актиномицеты и цианобактерии. В настоящее время насчитывается около 190 видов растений разных семейств, способных симбиотически усваивать азот. К их числу относятся некоторые деревья и кустарники: ольха, восковница, лох, облепиха и др. Клубеньки, вырастающие на корнях ольхи и некоторых других небобовых растений, населены актиномицетами рода Frankia.

Наибольший интерес для сельского хозяйства представляют клубеньковые бактерии рода Rhizobium, живущие в симбиозе с бобовыми растениями и фиксирующие в среднем от 100 до 400 кг N/га в год. Среди бобовых культур люцерна может накопить за год до 500 -- 600 кг N/га, клевер -- 250 -- 300, люпин -- 150, кормовые бобы, горох, фасоль -- 50 -- 60 кг N/га. За счет пожнивных остатков и сидерации эти растения значительно обогащают почвы азотом.

Запасы азота в почве могут пополняться разными путями. При возделывании сельскохозяйственных культур много внимания уделяют внесению минеральных удобрений. В естественных же условиях основная роль принадлежит специализированным группам микроорганизмов. Это азотфиксаторы, а также почвенные бактерии, способные минерализовать и переводить в форму NH 4 + или NO 3 - не доступный растениям органический азот растительных и животных остатков и азот гумуса, на долю которых приходится основная часть почвенного азота.

Содержание в почве доступного растениям азота определяется не только микробиологическими процессами минерализации органического азота и азотфиксации, а также скоростью поглощения азота растениями и его вымыванием из почвы, но и потерями азота в процессе денитрификации, осуществляемой анаэробными микроорганизмами, способными восстанавливать ион N0 3 - до газообразного N 2 . Этот процесс особенно интенсивно протекает во влажных затопляемых слабоаэрируемых почвах, в частности на рисовых полях.

Таким образом, азот -- очень лабильный элемент, циркулирующий между атмосферой, почвой и живыми организмами.

1.3 Фосфор

Фосфор, как и азот, -- важнейший элемент питания растений. Он поглощается ими в виде высшего окисла РО 4 3- и не изменяется, включаясь в органические соединения. В растительных тканях концентрация фосфора составляет 0,2--1,3% от сухой массы растения.

Доступные для растений формы фосфорных соединений

Запасы фосфора в пахотном слое почвы относительно невелики, порядка 2,3 -- 4,4 т/га (в пересчете на Р 2 O 5). Из этого количества 2/3 приходится на минеральные соли ортофосфорной кислоты (Н 3 РО 4), а 1/3 -- на органические соединения, содержащие фосфор (органические остатки, гумус, фитат и др.). Фитаты составляют до половины органического фосфора почвы. Большая часть фосфорных соединений слаборастворима в почвенном растворе. Это, с одной стороны, снижает потери фосфора из почвы за счет вымывания, но, с другой, -- ограничивает возможности использования его растениями.

Основной природный источник поступления фосфора в пахотный слой -- выветривание почвообразующей породы, где он содержится главным образом в виде апатитов 3Са 3 (Р0 4) 2 * CaF 2 и др. Трехзамещенные фосфорные соли кальция и магния и соли полуторных оксидов железа и алюминия (FeP0 4 , AIPO 4 в кислых почвах) слаборастворимы и малодоступны для растений. Двузамещенные и особенно однозамещенные соли кальция и магния, тем более соли одновалентных катионов и свободная ортофосфорная кислота растворимы в воде и используются растениями как главный источник фосфора в почвенном растворе. Растения способны усваивать и некоторые органические формы фосфора (фосфаты сахаров, фитин). Концентрация фосфора в почвенном растворе невелика (0,1 -- 1 мг/л). Фосфор органических остатков и гумуса минерализуется почвенными микроорганизмами и большая его часть превращается в малорастворимые соли. Растения получают из них фосфор, делая его более подвижным. Это достигается благодаря выделению корнями органических кислот, которые хелатируют двухвалентные катионы и подкисляют ризосферу, способствуя переходу НРО 4 3- > НРО 4 2- > НР0 4 - . Некоторые сельскохозяйственные культуры хорошо усваивают труднорастворимые фосфаты (люпин, гречиха, горох). Эта способность у растений увеличивается с возрастом.

Участие фосфора в обмене веществ

В растительных тканях фосфор присутствует в органической форме и в виде ортофосфорной кислоты и ее солей. Он входит в состав белков (фосфопротеинов), нуклеиновых кислот, фосфолипидов, фосфорных эфиров сахаров, нуклеотидов, принимающих участие в энергетическом обмене (АТР, NAD + и др.), витаминов и многих других соединений.

Фосфор играет особо важную роль в энергетике клетки, поскольку именно в форме высокоэнергетических эфирных связей фосфора (С--О ~ Р) или пирофосфатных связей в нуклеозидди-, нуклеозидтрифосфатах и в полифосфатах запасается энергия в живой клетке. Эти связи обладают высокой стандартной свободной энергией гидролиза (например, 14 кДж/моль у глюкозо-6-фосфата и AMP, 30,5 -- у ADP и АТР и 62 кДж/моль -- у фосфоенолпирувата). Это настолько универсальный способ запасания и использования энергии, что почти во всех метаболических путях участвуют те или иные фосфорные эфиры и (или) нуклеотиды, а состояние адениннуклеотидной системы (энергетический заряд) -- важный механизм контроля дыхания.

В форме стабильного диэфира фосфат входит составной частью в структуру нуклеиновых кислот и фосфолипидов. В нуклеиновых кислотах фосфор образует мостики между нуклеозидами, объединяя их в гигантскую цепочку. Фосфат обусловливает гидрофильность фосфолипида, тогда как остальная часть молекулы липофильна. Поэтому на границе раздела фаз в мембранах молекулы фосфолипидов ориентируются полярно, фосфатными концами наружу, а липофильное ядро молекулы прочно удерживается в липидном бислое, стабилизируя мембрану.

Еще одной уникальной функцией фосфора является его участие в фосфорилировании клеточных белков с помощью протеинкиназ. Этот механизм контролирует многие процессы метаболизма, так как включение фосфата в молекулу белка приводит к перераспределению в ней электрических зарядов и вследствие этого к модификации ее структуры и функции. Фосфорилирование белков регулирует такие процессы, как синтез РНК и белка, деление, дифференцировка клеток и многие другие.

Основной запасной формой фосфора у растений является фитин -- кальций-магниевая соль инозитфосфорной кислоты (инозитолгексафосфата):

Значительные количества фитина (0,5 -- 2% на сухую массу) накапливаются в семенах, составляя до 50% от общего фосфора в них.

Радиальное передвижение фосфора в зоне поглощения корня до ксилемы происходит по симпласту, причем его концентрация в клетках корня в десятки -- сотни раз превышает концентрацию фосфата в почвенном растворе. Транспорт по ксилеме осуществляется в основном или полностью в форме неорганического фосфата; в этом виде он достигает листьев и зон роста. Фосфор, как и азот, легко перераспределяется между органами. Из клеток листьев он поступает в ситовидные трубки и по флоэме транспортируется в другие части растения, особенно в конусы нарастания и в развивающиеся плоды. Аналогичный отток фосфора происходит и из стареющих листьев.

Сера входит в число основных питательных элементов, необходимых для жизни растения. Она поступает в них главным образом в виде сульфата. Ее содержание в растительных тканях относительно невелико и составляет 0,2--1,0 % в расчете на сухую массу. Потребность в сере высока у растений, богатых белками, например у бобовых (люцерна, клевер), но особенно сильно она выражена у представителей семейства крестоцветных, которые в больших количествах синтезируют серосодержащие горчичные масла.

В почве сера находится в неорганической и органической формах. В большинстве почв преобладает органическая сера растительных и животных остатков, а в торфянистых почвах она может составлять до 100% всей серы. Основная неорганическая форма серы в почве -- сульфат, который может находиться в виде солей CaSO 4 , MgSO 4 , Na 2 SO 4 в почвенном растворе в ионной форме или адсорбированным на почвенных коллоидах. В засоленных Na 2 SO 4 почвах содержание сульфата может достигать 60% от массы почвы. В затопляемых почвах сера находится в восстановленной форме в виде FeS, FeS 2 или H 2 S. Суммарное содержание серы в почвах умеренных климатических зон составляет в среднем 0,005 -- 0,040%.

Растения поглощают серу главным образом в форме сульфата. Трансмембранный перенос сульфата осуществляется в котранспорте с Н + или в обмен на ионы НСО 3 - . Менее окисленные (SO 2) или более восстановленные (H 3 S) неорганические соединения серы токсичны для растений. Очень слабо воспринимают растения и органические соединения (аминокислоты), содержащие восстановленную серу.

Сера содержится в растениях в двух основных формах -- окисленной (в виде неорганического сульфата) и восстановленной. Абсолютное содержание и соотношение окисленной и восстановленной форм серы в органах растений зависит как от активности протекающих в них процессов редукции и ассимиляции сульфата, так и от концентрации SO 4 2- в питательной среде.

Часть поглощенной растением серы задерживается в сульфатном пуле корней, возможно, в форме CaSO 4 или метаболического сульфата, вновь образующегося в результате вторичного окисления восстановленной серы. Основная же часть сульфата перемещается из корней в сосуды ксилемы и с транспирационным током переносится к молодым растущим органам, где она интенсивно включается в обмен и теряет подвижность.

Из листьев сульфат и восстановленные формы серы (серосодержащие аминокислоты, глутатион) могут перемещаться по флоэме как акропетально, так и базипетально в растущие части растений и в запасающие органы. В семенах сера находится преимущественно в органической форме, а в процессе их прорастания частично переходит в окисленную. Редукция сульфата и синтез серосодержащих аминокислот и белков наблюдается при созревании семян.

Доля сульфата в общем балансе серы в тканях может колебаться от 10 до 50% и более. Она минимальна в молодых листьях и резко возрастает при их старении в связи с усилением процессов деградации серосодержащих белков.

Сера входит в состав важнейших аминокислот -- цистеина и метионина, которые могут находиться в растениях, как в свободном виде, так и в составе белков. Метионин относится к числу 10 незаменимых аминокислот и благодаря сере и метильной группе обладает уникальными свойствами.

Одна из основных функций серы в белках и полипептидах -- участие SH-групп в образовании ковалентных, водородных, меркаптидных связей, поддерживающих трехмерную структуру белка.

Сера входит также в состав важнейших биологических соединений -- коэнзима А и витаминов (липоевой кислоты, биотина, тиамина) и в форме этих соединений принимает участие в энзиматических реакциях клетки.

Калий -- один из самых необходимых элементов минерального питания растений. Его содержание в тканях составляет в среднем 0,5 -- 1,2% в расчете на сухую массу. Долгое время основным источников получения калия служила зола, что нашло отражение в названии элемента (potassium происходит от слова potashes -- тигельная зола). Содержание калия в клетке в 100--1000 раз превышает его уровень во внешней среде. Его гораздо больше в тканях, чем других катионов.

Запасы калия в почве больше содержания фосфора в 8 -- 40 раз, а азота -- в 5 -- 50 раз. В почве калий может находиться в следующих формах: в составе кристаллической решетки минералов, в обменном и необменном состоянии в коллоидных частицах, в составе пожнивных остатков и микроорганизмах, в виде минеральных солей почвенного раствора.

Наилучшим источником питания являются растворимые соли калия (0,5 -- 2% от валовых запасов в почве). По мере потребления подвижных форм калия запасы его в почве могут восполняться за счет обменных форм, а при уменьшении последних -- за счет необменных, фиксированных форм калия. Попеременное подсушивание и увлажнение почвы, а также деятельность корневой системы растений и микроорганизмов способствуют переходу калия в доступные формы.

В растениях калий в наибольшем количестве сосредоточен в молодых, растущих тканях, характеризующихся высоким уровнем обмена веществ: меристемах, камбии, молодых листьях, побегах, почках. В клетках калий присутствует в основном в ионной форме, он не входит в состав органических соединений, имеет высокую подвижность и поэтому легко реутилизируется. Передвижению калия из старых в молодые листья способствует натрий, который может замещать его в тканях растений, прекративших рост.

В растительных клетках около 80% калия содержится в вакуолях. Он составляет основную часть катионов клеточного сока. Поэтому калий может вымываться из растений дождями, особенно из старых листьев. При калиевом голодании нарушается ламеллярно-гранулярное строение хлоропластов, и дезорганизуются мембранные структуры митохондрий. До 20% калия клетки адсорбируется на коллоидах цитоплазмы. На свету прочность связи калия с коллоидами выше, чем в темноте. В ночное время может наблюдаться даже выделение калия через корневую систему растений.

Калий способствует поддержанию состояния гидратации коллоидов цитоплазмы, регулируя ее водоудерживающую способность. Увеличение гидратации белков и водоудерживающей способности цитоплазмы повышает устойчивость растений к засухе и морозам.

Калий необходим для поглощения и транспорта воды по растению. Расчеты показывают, что работа «нижнего концевого двигателя», т. е. корневого давления, на 3/4 обусловлена присутствием в пасоке ионов калия. Важное значение калий имеет в процессе открывания и закрывания устьиц. На свету в вакуолях замыкающих клеток устьиц концентрация ионов калия резко возрастает (в 4 -- 5 раз), что приводит к быстрому входу воды, повышению тургора и открыванию устьичной щели. В темноте калий начинает выходить из замыкающих клеток, тургорное давление в них падает и устьица закрываются.

Калий поглощается растениями в виде катиона и образует лишь слабые связи с различными соединениями в клетке. Вероятно, поэтому именно калий создает ионную асимметрию и разность электрических потенциалов между клеткой и средой (мембранный потенциал).

Калий является одним из катионов -- активаторов ферментативных систем. В настоящее время известно более 60 ферментов, активируемых калием с различной степенью специфичности. Он необходим для включеция фосфата в органические соединения, реакций переноса фосфатных групп, для синтеза белков и полисахаридов и участвует в синтезе рибофлавина -- компонента всех флавиновых дегидрогеназ. Под влиянием калия увеличивается накопление крахмала в клубнях картофеля, сахарозы в сахарной свекле, моносахаридов в плодах и овощах, целлюлозы, гемицеллюлоз и пектиновых веществ в клеточной стенке растений. В результате повышается устойчивость соломины злаков к полеганию, у льна и конопли улучшается качество волокна. Достаточное снабжение растений калием повышает их устойчивость к грибковым и бактериальным заболеваниям.

1.6 Кальций

Общее содержание кальция у разных видов растений составляет 5 --30 мг на 1 г сухой массы. Растения по отношению к кальцию делят на три группы: кальциефилы, кальциефобы и нейтральные виды. Много кальция содержат бобовые, гречиха, подсолнечник, картофель, капуста, конопля, гораздо меньше -- зерновые, лен, сахарная свекла. В тканях двудольных растений этого элемента, как правило, больше, чем у однодольных.

Кальций накапливается в старых органах и тканях. Это связано с тем, что транспорт его осуществляется по ксилеме и реутилизация затруднена. При старении клеток или снижении их физиологической активности кальций из цитоплазмы перемещается в вакуоль и откладывается в виде нерастворимых солей щавелевой, лимонной и других кислот. Образующиеся кристаллические включения затрудняют подвижность и возможность повторного использования этого катиона.

У большинства культурных растений кальций накапливается в вегетативных органах. В корневой системе содержание его ниже, чем в надземной части. В семенах кальций присутствует преимущественно как соль инозитфосфорной кислоты (фитин).

Кальций выполняет многообразные функции в обмене веществ клеток и организма в целом. Они связаны с его влиянием на структуру мембран, ионные потоки через них и биоэлектрические явления, на перестройки цитоскелета, процессы поляризации клеток и тканей и др.

Кальций активирует ряд ферментных систем клетки: дегидрогеназы (глутаматдегидрогеназа, малатдегидрогеназа, глю-козо-6-фосфатдегидрогеназа, NADP-зависимая изоцитратде-гидрогеназа), б амилазу, аденилат- и аргининкиназы, липазы, фосфатазы. При этом кальций может способствовать агрегации субъединиц белка, служить мостиком между ферментом и субстратом, влиять на состояние аллостерического центра фермента. Избыток кальция в ионной форме угнетает окислительное фосфорилирование и фотофосфорилирование.

Важная роль принадлежит ионам Са 2 + в стабилизации мембран. Взаимодействуя с отрицательно заряженными группами фосфолипидов, он стабилизирует мембрану и снижает ее пассивную проницаемость. При недостатке кальция повышается проницаемость мембран, появляются их разрывы и фрагментация, нарушаются процессы мембранного транспорта.

Важно отметить, что почти вся катионообменная емкость поверхности корня занята кальцием и частично Н + . Это указывает на участие кальция в первичных механизмах поступления ионов в клетки корня. Ограничивая поступление других ионов в растения, кальций способствует устранению токсичности избыточных концентраций ионов аммония, алюминия, марганца, железа, повышает устойчивость растений к засолению, снижает кислотность почвы. Именно кальций чаще всего выступает в роли балансного иона при создании физиологической уравновешенности ионного состава среды, так как его содержание в почве достаточно велико.

Большинство типов почв богато кальцием, и резко выраженное кальциевое голодание встречается редко, например при сильной кислотности или засоленности почв, на торфяниках, при нарушении развития корневой системы, при неблагоприятных погодных условиях.

1.7 Магний

По содержанию в растениях магний занимает четвертое место после калия, азота и кальция. У высших растений среднее его содержание в расчете на сухую массу 0,02 -- 3,1%, у водорослей 3,0 -- 3,5%. Особенно много его в растениях короткого дня -- кукурузе, просе, сорго, конопле, а также в картофеле, свекле, табаке и бобовых. 1 кг свежих листьев содержит 300 -- 800 мг магния, из них 30 -- 80 мг (т. е. 1/10 часть) входит в состав хлорофилла. Особенно много магния в молодых клетках и растущих тканях, а также в генеративных органах и запасающих тканях. В зерновках магний накапливается в зародыше, где его уровень в несколько раз превышает содержание в эндосперме и кожуре (для кукурузы соответственно 1,6, 0,04 и 0,19 % на сухую массу).

Накоплению магния в молодых тканях способствует его сравнительно высокая подвижность в растениях, что обусловливает его вторичное использование (реутилизацию) из стареющих тканей. Однако степень реутилизации магния значительно ниже, чем азота, фосфора и калия. Легкая подвижность магния объясняется тем, что около 70% этого катиона в растении связано с анионами органических и неорганических кислот. Перемещение магния осуществляется как по ксилеме, так и по флоэме. Некоторая часть магния образует нерастворимые соединения, не способные к перемещению по растению (оксалат, пектат), другая его часть связывается высокомолекулярными соединениями. В семенах (зародыше, оболочке) большая часть магния находится в составе фитина.

И, наконец, около 10--12% магния входит в состав хлорофилла. Эта последняя функция магния уникальна: ни один другой элемент не может заменить его в хлорофилле. Магний необходим для синтеза протопорфирина IX -- непосредственного предшественника хлорофиллов.

На свету ионы магния освобождаются из полости тилакоидов в строму хлоропласта. Увеличение концентрации магния в строме активирует РДФ-карбоксилазу и другие ферменты. Предполагается, что возрастание концентрации Mg 2 + (до 5 ммоль/л) в строме приводит к увеличению сродства РДФ-карбоксилазы к СO 2 и активации восстановления СO 2 . Магний может непосредственно влиять на конформацию фермента, а также обеспечивать оптимальные условия для его работы, влияя на рН цитоплазмы как противоион протонов. Аналогично могут действовать и ионы калия. Магний активирует ряд реакций переноса электронов при фотофосфорилировании: восстановление NADP+, скорость реакции Хилла, он необходим при передаче электронов от ФС II к ФС I.

Действие магния на другие участки обмена веществ чаще всего связано с его способностью регулировать работу ферментов и значение его для ряда ферментов уникально. Только марганец может заменить магний в некоторых процессах. Однако в большинстве случаев активация ферментов магнием (в оптимальной концентрации) выше, чем марганцем.

Магний необходим для многих ферментов гликолиза и цикла Кребса. В митохондриях при его недостатке наблюдается уменьшение количества, нарушение формы и в конечном счете исчезновение крист. Для девяти из двенадцати реакций гликолиза требуется участие металлов-активаторов и шесть из них активируются магнием.

Магний усиливает синтез эфирных масел, каучука, витаминов А и С. Предполагается, что, образуя комплексное соединение с аскорбиновой кислотой, он задерживает ее окисление. Mg2+ необходим для формирования рибосом и полисом, для активации аминокислот и синтеза белков и используется для всех процессов в концентрации не менее 0,5-ммоль/л. Он активирует ДНК- и РНК-полимеразы, участвует в формировании определенной пространственной структуры нуклеиновых кислот.

При повышении степени обеспеченности магнием в растениях возрастает содержание органических и неорганических форм фосфорных соединений. Этот эффект, вероятно, связан с ролью магния в активации ферментов, участвующих в метаболизме фосфора.

Недостаток в магнии растения испытывают в основном на песчаных почвах. Бедны магнием и кальцием подзолистые почвы, богаты -- сероземы; черноземы занимают промежуточное положение. Водорастворимого и обменного магния в почве 3--10%. В почвенном поглощающем комплексе больше всего содержится ионов кальция, магний стоит на втором месте. Недостаток в магнии растения испытывают в тех случаях, когда его содержится менее 2 мг на 100 г почвы. При снижении рН почвенного раствора магний поступает в растения в меньших количествах.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Методы определения минеральных веществ

Определение содержания любого химического элемента в растении включает в качестве обязательной процедуры, предшествующей самому определению, стадию разложения (дигестии) образца.

В практике биохимического анализа используют в основном два метода -- сухое и мокрое озоление. В обоих случаях процедура обеспечивает минерализацию всех элементов, т. е. перевод их в форму, растворимую в том или другом неорганическом растворителе.

Мокрое озоление -- основной способ разложения органических соединений азота и фосфора, и в ряде случаев оно более надежно при определении многих других элементов. При определении бора может быть использовано только сухое озоление, так как большая часть соединений бора улетучивается с парами воды и кислоты.

Метод сухого озоления применим для анализа содержания в би-ологическом материале почти всех макро- и микроэлементов. Обычно сухое озоление растительных проб проводят в электрической муфельной печи в фарфоровых, кварцевых или металлических тиглях (или чашках) при температуре, не превышающей 450-- 500° С. Лучше всего тигли из кварца, однако обычно применяют тигли из тугоплавкого стекла или фарфора. Для некоторых специальных исследований могут потребоваться платиновые тигли. Низкая температура во время сжигания и правильный выбор материала тигля позволяют избежать потерь от улетучивания и потерь вследствие образования плохо растворимых в соляной кислоте окислов определяемого элемента. Окислы могут возникать при реакции с материалом, из которого изготовлены тигли.

2.2 Микрохимический анализ золы

Материалы и оборудование: зола, полученная при сжигании листьев, семян, древесины; 10% растворы НCl и NH 3 , 1% растворы следующих солей в капельнице: Na 2 НСO 3 , NaHC 4 H 4 O 6 , K 4 , (NH 4) 2 MoO 4 в 1% HNO 3 , 1% раствор H 2 SO 4 ; пробирки, стеклянные воронки диаметром 4-5 см, шпатели металлические или глазные лопаточки, предметные стекла, стеклянные палочки, салфетки или кусочки фильтровальной бумаги, бумажные фильтры, промывалки или колбочки с дистиллированной водой, стаканчики для смывной воды.

Краткие сведения:

При сжигании ткани органогенные элементы (С; Н; О; N) улетучиваются в виде газообразных соединений и остается несгораемая часть - зола. Содержание ее в разных органах различно: в листе - до 10--15%, в семенах - около 3%, в древесине - около 1%. Больше всего золы в живых, активно функционирующих тканях, например в мезофилле листа. В его клетках имеется хлорофилл и множество ферментов, в составкоторых входят такие элементы, как магний, железо, медь и др. В связи с высокой метаболической активностью живых тканей в них обнаруживается также значительное количество калия, фосфора и других элементов. Содержание золы зависит и от состава почвы, на которой произрастает растение, и от его возраста и биологической природы. Органы растений отличаются не только по количественному, но и по качественному составу золы.

Микрохимический метод позволяет обнаружить в золе растений целый ряд элементов. В основе метода лежит способность некоторых реактивов при взаимодействии с зольными элементами давать соединения, отличающиеся специфической окраской или формой кристаллов.

Ход работы

Порцию высушенного материала (древесные щепки, листья и размельченные семена) поместить в тигель, добавив немного спирта и поджечь. Процедуру повторить 2-3 раза. Затем тигель перенести на электроплиту и прокаливать, пока обугленный материал не приобретет пепельно-серый цвет. Остатки угля надо выжечь, поместив тигель в муфельную печь на 20 мин.

Для обнаружения Са, Mg, Р и Fe необходимо внести в пробирку стеклянной глазной лопаточкой порцию золы, залить ее 4 мл 10% НСl и несколько раз встряхнуть для лучшего растворения. Для выявления калия такое же количество золы надо растворить в 4 мл дистиллированной воды и профильтровать в чистую пробирку через маленький бумажный фильтр. Затем стеклянной палочкой на чистое предметное стекло нанести небольшую каплю зольной вытяжки, рядом, на расстоянии 10 мм, - каплю реактива и палочкой соединить две капли перемычкой. (Каждый реактив наносится отдельной пипеткой). В месте соприкосновения растворов произойдет кристаллизация продуктов реакции (смешение двух капель нежелательно, так как вследствие быстрой кристаллизации образуются мелкие нетипичные кристаллы; кроме того, при высыхании капли могут образовываться кристаллы исходных солей).

После этого капли оставшихся растворов убрать со стекла кусочками фильтровальной бумаги и рассмотреть кристаллы под микроскопом без покровного стекла. По проведении каждой реакции стеклянную палочку надо прополаскивать водой и вытирать насухо фильтровальной бумагой.

Для обнаружения калия используется 1% кислый виннокислый натрий. В результате реакции с зольной вытяжкой образуются кристаллы кислого виннокислого калия КНC 4 H 4 O 6 , имеющие вид крупных призм. Вытяжку калия в воде необходимо предварительно нейтрализовать, так как в кислой и щелочной среде продукт реакции растворим. Реакция идет по уравнению:

NaHC 4 H 4 O 6 + К + > КНС 4 Н 4 O 6 v + Na + .

Обнаружение кальция проводится 1% серной кислотой, реакция идет по уравнению:

CaCl 2 + H 2 SO 4 > CaSO 4 v + 2HCl.

В результате образуется гипс в виде отдельных или собранных в пучки кристаллов игольчатой формы.

При обнаружении магния к капле зольной вытяжки вначале добавляют каплю 10% раствора аммиака и соединяют ее мостиком с каплей 1% раствора фосфорнокислого натрия. Реакция идет по уравнению:

MgCl 2 + NH 3 + Na 2 HPO 4 > NH 4 MgPO 4 v + 2NaCl.

Образуется фосфорно-аммиачномагнезиальная соль в виде плоских бесцветных кристаллов в форме прямоугольников, крыльев, крышечек.

Обнаружение фосфора проводится с помощью 1% молибдата аммония в азотной кислоте. Реакция идет согласно уравнению:

H 3 PO 4 + 12(NH 4) 2 MoO 4 + 21HNO 3 > (NH 4) 3 PO 4 * 12MoO 3 v + 21NH 4 NO 3 + 12H 2 O.

Образуется фосфорно-молибденовый аммиак в виде мелких глыбок желто-зеленого цвета.

Для обнаружения железа в две пробирки наливают равное количество зольной вытяжки из разных органов (1-2 мл), добавляют равное количество 1% желтой кровяной соли до появления синего окрашивания. Образуется берлинская лазурь:

4FeCl 3 + 3K 4 > Fe 4 3 + 12KCl.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

3.1 Симптомы недостаточности минеральных веществ

Недостаток минеральных веществ вызывает изменения биохимических и физиологических процессов, в результате чего часто наблюдаются морфологические изменения, или видимые симптомы.

Иногда вследствие дефицита рост подавляется до появления других симптомов.

Видимые симптомы дефицита. Наиболее существенный результат недостатка минеральных веществ - снижение роста. Однако наиболее заметный эффект - это пожелтение листьев, вызванное уменьшением биосинтеза хлорофилла. Листья, по-видимому, особенно чувствительны к дефициту. При недостатке минеральных веществ у них уменьшаются размеры, изменяется форма или структура, бледнеет окраска, а иногда даже образуются мертвые участки на кончиках, краях или между главными жилками. В некоторых случаях листья собираются в пучки или розетки, а сосновые иглы иногда не могут разделиться и образуется «слившаяся хвоя». Общий признак определенного типа недостаточности минеральных веществ в травянистых растениях - подавление роста стебля и снижение роста листовых пластинок, что приводит к образованию розеток небольших листьев, часто с сетью хлоротичных участков. Видимые симптомы дефицита различных элементов настолько характерны, что опытные наблюдатели могут идентифицировать дефицит по внешнему виду листьев.

Иногда при недостатке минеральных веществ деревья образуют избыточные количества камеди. Это явление получило название омоза. Выделение смолы вокруг почек характерно для страдающих от недостатка цинка деревьев сосны замечательной в Австралии. Камедь обнаруживается также на коре плодовых деревьев, страдающих от суховершинности, вызванной недостатком меди. Значительный дефицит часто вызывает гибель листьев, побегов и других частей, т. е. развиваются симптомы, описанные как суховершинность. Отмирание побегов, вызванное недостатком меди, наблюдалось у многих лесных и плодовых деревьев. При отмирании верхушечных побегов яблони, страдающие от дефицита меди, приобретают кустообразный, чахлый вид. Недостаток бора вызывает засыхание верхушечных точек роста и в конце концов гибель камбия у цитрусовых и у сосен, отмирание флоэмы и физиологический распад плодов у других видов. Недостаток одного элемента иногда способствует появлению нескольких различных симптомов, например дефицит бора у яблонь вызывает деформацию и хрупкость листьев, некроз флоэмы, повреждения коры и плодов.

Хлороз. Наиболее распространенный симптом, наблюдаемый при недостатке самых различных элементов, - хлороз, возникающий в результате нарушения биосинтеза хлорофилла. Характер, степень и тяжесть хлороза у молодых и старых листьев зависят от вида растения, от элемента и степени дефицита. Чаще всего хлороз бывает связан с недостатком азота, но он может быть вызван и дефицитом железа, марганца, магния, калия и других элементов. Более того, хлороз может быть вызван не только дефицитом минеральных веществ, но и множеством других неблагоприятных факторов окружающей среды, в том числе избытком или недостатком воды, неблагоприятными температурами, ядовитыми веществами (например, двуокисью серы) и избытком минеральных веществ. Причиной хлороза могут быть и генетические факторы, вызывающие появление различно окрашенных растений: от альбиносов, полностью лишенных хлорофилла, до зеленоватых проростков или проростков с различной полосатостью и пятнистостью листьев.

На основе многочисленных факторов, вызывающих хлороз, можно заключить, что он происходит в результате, как общего нарушения метаболизма, так и специфического влияния отдельных элементов.

Одним из самых распространенных и причиняющих наибольшие нарушения развития растений типов хлороза является тот, который обнаруживается у большого числа плодовых, декоративных и лесных деревьев, растущих на щелочных и известковых почвах. Его обычно вызывает недоступность железа при высоких значениях рН, но иногда причиной бывает дефицит марганца.

При хлорозе у покрытосеменных средняя и более мелкие жилки листьев остаются зелеными, а участки между жилками становятся бледно-зелеными, желтыми или даже белыми. Обычно самые молодые листья страдают от хлороза наиболее сильно. У хвойных, деревьев молодая хвоя делается бледно-зеленой или желтой, а при большом дефиците иглы могут становиться коричневыми и опадать.

Хлороз, вызванный недостатком железа, можно частично или полностью устранить, понизив рН почвы.

3.2 Физиологическое действие недостатка минеральных веществ

Видимое морфологическое действие или симптомы дефицита минеральных веществ являются результатом изменений различных внутренних биохимических или физиологических процессов. Однако из-за сложных взаимоотношений между ними бывает трудно определить, каким образом недостаток отдельного элемента вызывает наблюдаемые эффекты. Например, недостаток азота может тормозить рост вследствие худшего снабжения азотом процессов биосинтеза новой протоплазмы. Но одновременно снижается скорость синтеза ферментов и хлорофилла и уменьшается фотосинтезирующая поверхность. Это вызывает ослабление фотосинтеза, ухудшающее снабжение ростовых процессов углеводами. В результате возможно дальнейшее снижение скорости поглощения азота и минеральных веществ. Один элемент часто выполняет в растении несколько функций, поэтому непросто определить, нарушение, какой именно функции или сочетания функций вызывает появление видимых симптомов. Марганец, например, помимо активирования определенных ферментных систем, также необходим для синтеза. Хлорофилла. Его недостаток вызывает некоторые функциональные расстройства. Недостаток азота обычно приводит к заметному ослаблению фотосинтеза, но влияние недостатка других элементов не так определенно.

Недостаток минеральных веществ снижает и биосинтез углеводов, и их передвижение к растущим тканям. Часто дефицит по-разному влияет на фотосинтез и дыхание. Например, существенный дефицит калия замедляет фотосинтез и усиливает дыхание, уменьшая тем самым количество углеводов, которые могут использоваться на рост. Иногда также подавляется передвижение углеводов. Этот эффект резко выражен у бор-дефицитных деревьев с некрозом флоэмы. В результате уменьшения количества доступных углеводов снижается скорость роста тканей в одной части дерева, но в то же время может происходить накопление углеводов в другой части. Иногда из-за низкого содержания запасных углеводов уменьшается образование семян. Обильное внесение азотного удобрения приводило к значительному усилению процесса образования семян у деревьев бука и клена сахарного, увеличивались процент здоровых семян и сухой вес семян клена. Образование шишек и семян у молодой сосны ладанной после внесения удобрения также резко усиливалось. Если же деревья не испытывают дефицита минеральных веществ, внесение больших количеств азотных удобрений может снижать образование плодов и семян вследствие стимуляции вегетативного роста.

3.3 Избыток минеральных веществ

В лесных почвах редко наблюдается избыток минеральных питательных веществ, но обильное удобрение садов и питомников иногда приводит к концентрации солей, вполне достаточной для того, чтобы нанести вред. Встречаются также большие площади засушливых земель, где большинство видов растений не может существовать из-за высокого содержания солей. Орошение водой, содержащей много солей, также наносит ущерб. Это происходит вследствие увеличения осмотического давления, неблагоприятных для растений сдвигов рН, нарушения баланса различных ионов или в результате комбинации этих факторов.

Повышенное осмотическое давление почвенного раствора уменьшает поглощение воды, усиливает дефицит воды в листьях и в результате приводит к повреждению тканей от подсыхания в те дни, когда ветер и высокие температуры вызывают сильную транспирацию. При более продолжительном и глубоком обезвоживании наблюдается также закрывание устьиц, препятствующее фотосинтезу. Высокие концентрации солей в почве могут вызвать повреждение корней путем плазмолиза, особенно в песчаных почвах, что мешает синтетической деятельности корней. Иногда листья повреждаются в результате нанесения на них жидких удобрений в высоких концентрациях.

Вредное действие избыточного удобрения зависит от вида растения, типа использованного удобрения и времени внесения.

Избыточное удобрение плодовых и декоративных деревьев иногда продлевает вегетационный период до такой степени, что у деревьев и кустарников не остается времени для приобретения холодостойкости до заморозков. Избыточное удобрение иногда стимулирует образование большого числа ветвей, цветков и плодов на старых деревьях. Среди других типов реакции растений на избыточное удобрение - фасциация, или уплощение стеблей, и внутренний некроз коры. На сеянцах нежелательное действие избытка удобрений проявляется в виде чрезмерного верхушечного роста, приводящего к низким величинам соотношения подземной и надземной частей, в результате чего растения часто плохо приживаются после пересадки.

Применение избыточных количеств удобрений расточительно с экономической точки зрения. Оно нежелательно также и для окружающей среды, так как избыток может вымываться и попадать в водоемы или грунтовые воды. Особенно большое значение имеет вымывание избытка азота, обычно в форме нитрата, но проблема загрязнения среды может возникнуть и при внесении в избыточных количествах любого элемента.

3.4 Недостаток азота

При недостатке азота в среде обитания тормозится рост растений, ослабляется образование боковых побегов и кущение у злаков, наблюдается мелколистность. Одновременно уменьшается ветвление корней, но соотношение массы корней и надземной части может увеличиваться. Одно из ранних проявлений азотного дефицита -- бледно-зеленая окраска листьев, вызванная ослаблением синтеза хлорофилла. Длительное азотное голодание ведет к гидролизу белков и разрушению хлорофилла прежде всего в нижних, более старых листьях и оттоку растворимых соединений азота к более молодым листьям и точкам роста. Вследствие разрушения хлорофилла окраска нижних листьев в зависимости от вида растения приобретает желтые, оранжевые или красные тона, а при сильно выраженном азотном дефиците возможно появление некрозов, высыхание и отмирание тканей. Азотное голодание приводит к сокращению периода вегетативного роста и более раннему созреванию семян.

3.5 Недостаток фосфора

Внешним симптомом фосфорного голодания является синевато-зеленая окраска листьев нередко с пурпурным или бронзовым оттенком (свидетельство задержки синтеза белка и накопления сахаров). Листья становятся мелкими и более узкими. Приостанавливается рост растений, задерживается созревание урожая.

При дефиците фосфора снижается скорость поглощения кислорода, изменяется активность ферментов, участвующих в дыхательном метаболизме, начинают активнее работать некоторые немитохондриальные системы окисления (оксидаза гликолевой кислоты, аскорбатоксидаза). В условиях фосфорного голодания активируются процессы распада фосфорорганических соединений и полисахаридов, тормозится синтез белков и свободных нуклеотидов.

Наиболее чувствительны к недостатку фосфора растения на ранних этапах роста и развития. Нормальное фосфорное питание в более поздний период ускоряет развитие растений (в противоположность азотному), что в южных районах позволяет уменьшить вероятность их попадания под засуху, а в северных -- под заморозки.

3.6 Недостаток серы

Недостаточное снабжение растений серой тормозит синтез серосодержащих аминокислот и белков, снижает фотосинтез и скорость роста растений, особенно надземной части. В острых случаях нарушается формирование хлоропластов и возможен их распад. Симптомы дефицита серы -- побледнение и пожелтение листьев -- похожи на признаки недостатка азота, но сначала появляются у самых молодых листьев. Это показывает, что отток серы из более старых листьев не может компенсировать недостаточное снабжение растений серой через корни.

3.7 Недостаток калия

При недостатке калия начинается пожелтение листьев снизу вверх -- от старых к молодым. Листья желтеют с краев. В дальнейшем их края и верхушки приобретают бурую окраску, иногда с красными «ржавыми» пятнами; происходит отмирание и разрушение этих участков. Листья выглядят как бы обожженными. Снабжение калием особенно важно для молодых, активно растущих органов и тканей. Поэтому при калиевом голодании снижается функционирование камбия, нарушается развитие сосудистых тканей, уменьшается толщина клеточной стенки эпидермиса и кутикулы, тормозятся процессы деления и растяжения клеток. В результате укорачивания междоузлий могут образоваться розеточные формы растений. Недостаток калия приводит к снижению доминирующего эффекта апикальных почек. Верхушечные и верхушечно-боковые почки перестают развиваться и отмирают, активируется рост боковых побегов и растение приобретает форму куста.

Подобные документы

Исследование физического и химического состава почв комнатных растений, виды минеральных удобрений. Признаки недостатка в почве минеральных веществ. Советы по выращиванию комнатных растений в условиях школы. Болезни и вредители растений, средства защиты.

курсовая работа , добавлен 03.09.2014


Роль минеральных веществ в жизнедеятельности клеток и тканей организма животного. Значение макроэлементов для организма животного. Кислотно-щелочное соотношение элементов в кормах. Применение микроэлементов в кормлении, суточные нормы потребления.

реферат , добавлен 25.10.2009


Классификация минеральных удобрений (простые и смешанные). Истощение сельскохозяйственной почвы. Органические и минеральные удобрения. Полноценное развитие растений при использовании комплексных удобрений. Влияние воды на жизнедеятельность растений.

презентация , добавлен 14.05.2014


Описание белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ и микроэлементов. Оценка питательности кормов. Методы изучения обмена веществ в организме животного, основанные на законе сохранения энергии. Баланс азота, углерода и энергии у коровы.

реферат , добавлен 15.06.2014


Почвы, условия почвообразования. Характеристика минеральных удобрений. Геология, геоморфология, климат окрестностей реки Сож. Характеристика почвенных и климатических условий. Влияние минеральных удобрений на продуктивность и видовой состав травостоя.

дипломная работа , добавлен 03.11.2012


Зависимость качества сельскохозяйственной продукции от содержания в ней необходимых органических и минеральных соединений. Влияние минеральных удобрений (азотных, фосфорных, калийных и сложных) в различных сочетаниях на развитие и урожайность растений.

реферат , добавлен 07.10.2009


Значение минеральных веществ и витаминов в организме свиней. Применение эндогенных стимуляторов и биологически активных веществ в составе премиксов. Целесообразность использования в рационе биостимуляторов (антибиотиков, ферментов, элеутерококка).

учебное пособие , добавлен 05.10.2012


Применение органических и минеральных удобрений в Дуванском районе Республики Башкортостан, методы расчета дозы внесения минеральных удобрений, планирование урожая культур. Многолетний план применения удобрений в севообороте с учетом плодородия почвы.

курсовая работа , добавлен 15.07.2009


Физиологическое значение минеральных веществ в организме свиней. Использование пикумина свиноматкам в течение периодов супоросности. Факторы внешней среды и их влияние на естественную резистентность и продуктивность свиней. Показатели крови свиноматок.

монография , добавлен 05.10.2012


Рацион собаки в городских условиях. Переваривание пищи и вместимость желудка. Потребности в питательных веществах и энергии. Роль жиров в витаминном питании и водном обмене. Симптомы дефицита фолиевой кислоты. Функции в организме минеральных веществ.

Cлайд 1

Влияние обработки семян фасоли растворами химических веществ на рост и развитие растений

Cлайд 2

Цель исследования: выяснить стимулирующее влияние обработки семян различными химическими веществами на развитие растений фасоли. Гипотеза: Обработка семян оказывает стимулирующее влияние на развитие растений

Cлайд 3

Задачи исследования: дать научное описание стимулирующего влияния различных химических веществ на развитие растений; освоить методику эксперимента по выявлению стимулирующего влияния различных химических веществ на развитие растений; по предложенной методике исследовать стимулирующее влияние шести химических веществ на развитие растений фасоли; сделать выводы по полученным результатам о стимулирующем влиянии химических веществ на рост и развитие растений.

Cлайд 4

Актуальность исследования: Современное растениеводство не может обойтись без специальных приемов, способствующих повышению урожайности растений, улучшающих их рост и развитие, предохраняющих от заболеваний и вредителей. В настоящее время на практике используют предпосевную обработку семян. Однако, нет полных сведений, какие химические вещества и как влияют на семена определенных растений, как действует обработка семян на различные фазы растения. В связи с этим, тема нашего исследования актуальна.

Cлайд 5

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ 1 проба – 1% раствор пищевой соли 2 проба – % раствор глюкозы 3 проба –1% раствор питьевой соды 4 проба –1% раствор борной кислоты 5 проба –1% раствор марганцевокислого калия 6 проба –вода.

Cлайд 6

Cлайд 7

Cлайд 8

Cлайд 9

Результаты исследования показали многие химические вещества являются регуляторами роста растений; некоторые химические вещества оказывают тормозящее действие. В данном случае это раствор борной кислоты; стимулирующее действие химических веществ проявляются на разных стадиях развития растений фасоли; пищевая соль влияет на скорость созревания плодов; питьевая сода влияет на скорость появления зародышевого корешка, на динамику всходов; марганцевокислый калий влияет на высоту растений; глюкоза влияет на урожайность.

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 гумуса

Вода 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.

1. Качественная реакция на ионы меди:

Cu +2 + OH -1 → Cu ( OH ) 2 ↓ (голубой)

Cu +2 + S -2 → CuS↓ (черный)

1. Качественная реакция на ионы свинца:

Pb +2 + I -1 → PbI↓ (желтый)

1. 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

Городская научно - практическая конференция школьников «День науки»

Исследовательский проект по теме:

«Влияние химических веществ

на рост и развитие растений»

Работу выполнила: ученица 9б класса

МБОУ «Гимназия №2»

Башкирева Мария

Руководители:

учитель биологии

Чараева Светлана Александровна, учитель химии

Русакова Елена Витальевна

г. Курчатов

Введение…………………………………………………………………3

ГлаваI .Теоретическая часть……………………………………………6

1.1 История исследования………………………………………………6

1.2 Растения в условиях загрязнения окружающей среды……………6

1.3 Влияние различных химических веществ на живые организмы…8

ГлаваII . Экспериментальная часть…………..…………………………11

2.1.Описание эксперимента……………………………………………...12

2.2. Результаты исследования………………………………………….. 13

2.3. Микроскопическое исследование……………………………….. 14

Заключение……………………………………………………………….15

Список литературы………………………………………………………16

Интернет ресурсы………………………………………………………..17

Введение

Обоснование выбора темы проекта и ее актуальность

Велико значение зеленых растений в природе, они оздоровляют воздух, обогащают его кислородом, необходимым для дыхания всех живых существ, и очищают от углекислого газа. Для того что бы растения нормально росли и развивались, нужны благоприятные условия внешней среды. Необходимые условия – тепло, воздух, вода, питание, свет. Из-за загрязнения окружающей среды вредные соединения проникают в почву и из неё всасываются корнями, что негативно сказывается на состоянии и росте представителей флоры. Рассмотрим влияние некоторых факторов на рост растений под воздействием химических веществ.

Одним из наиболее опасных видов химического загрязнения природной среды является загрязнение тяжелыми металлами, к числу которых относятся железо, цинк, никель, свинец, медь и хром. Многие тяжёлые металлы, такие как железо, медь, цинк, молибден, участвуют в биологических процессах и в определенных количествах являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами. С другой стороны, тяжёлые металлы и их соединения могут оказывать вредное воздействие на организм человека, способны накапливаться в тканях, вызывая ряд заболеваний. Не имеющие полезной роли в биологических процессах металлы, такие как свинец и ртуть, определяются как токсичные металлы.

Среди разнообразных загрязняющих веществ тяжёлые металлы (в том числе ртуть, свинец, кадмий, цинк) и их соединения выделяются распространенностью, высокой токсичностью, многие из них - также способностью к накоплению в живых организмах. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистительные мероприятия, содержание соединений тяжёлых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Они также поступают в окружающую среду с бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий. Многие металлы образуют стойкие органические соединения, хорошая растворимость этих комплексов способствует миграции тяжёлых металлов в природных водах.