Акмуллинская олимпиада

Садриева Эльзина Альфрисовна, 10 класс МБОУ СОШ с.Кигазы Аскинский район РБ

Научный руководитель: Садриева Л.С., учитель биологии и химии

ВЛИЯНИЕ СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ

Связь между ролью элемента в живом организме и положением его в периодической системе хорошо прослежена для многих микроэлементов. Мощное воздействие микроэлементов на физиологические процессы в организме объясняется тем, что они вступают в теснейшую связь с биологически активными органическими веществами – гормонами, витаминами. Изучена также их связь со многими белками и ферментами. К таким элементам относятся основная часть неметаллов и большинство металлов, в том числе и тяжелых. К тяжелым металлам относится группа химических элементов (более 40), обладающих свойствами металлов и значительным атомным весом, который должен быть выше 50 атомных единиц.

К таким элементам относятся, например, свинец, цинк, кадмий, ртуть, молибден, хром, марганец, никель, олово, железо, ванадий и др. Однако с точки зрения медицины важными характеристиками этих металлов являются одновременно биологическая активность и токсичность. Достигая предельной концентрации в организме, эти металлы начинают отравлять организм, вызывая различные губительные последствия. Основными источниками поступления тяжелых металлов в организм являются: природные (выветривание горных пород и минералов, эрозии, вулканическая деятельность); техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, движение транспорта, деятельность сельского хозяйства). Основным путем попадания в организм человека (до 70 %) является их поступление через пищевые продукты [2].

Актуальность темы: в настоящее время все живые организмы, в том числе и человек, подвергаются пагубному влиянию антропогенных загрязнителей, находящихся в отходах промышленных предприятий и попадающих в окружающую среду. Одним из сильнейших по действию и наиболее распространенным химическим загрязнением является загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами.

Цель работы: изучить токсический эффект солей тяжелых металлов на живые организмы. Гипотеза состояла в предположении о том, что соли тяжелых металлов меди, свинца и железа действительно оказывают на живые организмы угнетающее действие.

Задачи:

1. Изучить действие солей тяжелых металлов на всхожесть и рост проростков пшеницы;

2. Изучить действие солей тяжелых металлов на активность дрожжей;

3.Изучить действие солей тяжелых металлов на почвенные микроорганизмы.

4. Изучить воздействие солей тяжелых металлов на белки животных;

5. Сравнить интенсивность действия солей тяжелых металлов на живые организмы;

6. Дать рекомендации для предотвращения негативного воздействия солей тяжелых металлов на организм человека.

Материал и методы исследования

Для экспериментального доказательства вредного влияния солей тяжелых металлов на живые организмы мы постарались провести опыты с организмами разных царств живой природы: растениями, грибами, животными.

Растительным материалом при исследовании нам послужили семена пшеницы. Представителями царства грибов стали дрожжевые грибы и почвенные плесневые грибки. Хорошей моделью для эксперимента послужили белки куриного яйца; выделенные из организма, в определенных условиях они сохраняют свои биологические свойства.

Предварительно для проведения опытов мы приготовили по 50 мл 0,5М растворы солей тяжелых металлов: меди, железа, свинца, для сравнения использовали также 0,5М раствор соли легкого металла натрия и в качестве контроля дистиллированную воду. Опыты провели по методике Р.Х.Шакировой, Э.Н. Яппаровой, Л.Р.Поляковой [5]. Один из опытов провели по методике Н.И.Ковалевской [3].

Для решения поставленных задач нами были использованы следующие методы:

– эксперимент: в ходе него мы проверяли истинность выдвигаемых нами гипотез;

– наблюдение: вели наблюдения за результатами опытов;

– сравнение: устанавливали различия между вариантами опытов или же находили в них общее.

– измерение: определяли численные величины некоторых результатов опытов.

– обобщение: после проведенных опытов отразили основные особенности влияния солей тяжелых металлов на живые организмы.

Исследование проводилось в течение семи дней: результат одного из опытов был виден сразу же, результат второго – уже через два часа в день закладывания опыта, а результаты двух других опытов – к концу седьмого дня.

Результаты исследования

Опыт 1. Приготовили 5 чашек Петри (по количеству взятых солей и одна контрольная) и подписали их. Из фильтровальной бумаги вырезали пять кружков, соответствующих окружности чашек Петри и пять бумажных кружков, соответствующих крышкам чашек Петри. Разместили бумажные кружочки в чашки и крышки соответственно. В подготовленные и подписанные чашки Петри (5 шт.) положили по 10 семян пшеницы, влили в 4 из них по 1 мл дистиллированной воды и по 9 мл соответствующих надписям растворов подготовленных солей, а в 5-ую чашку Петри влили 10 мл дистиллированной воды. Закрыли чашки и поместили на 7 дней на постоянное место.

Наблюдали: на третий день после закладки опыта начали всходить семена в чашке с дистиллированной водой (9 семян), на четвертый день – в чашке Петри с раствором хлорида натрия (9 семян). На пятый день в растворе соли меди взошло 3 семени, в растворе соли ртути 2 семени, в растворе соли железа также 3 семени. На седьмой день проростки в воде и в растворе хлорида натрия имели хорошо развитые корни и листья, а в растворах остальных солей корни и листья были развиты хуже. К концу седьмого дня у проростков пшеницы всех вариантов опыта мы сосчитали суммарное количество всех корней, измерили общую длину корневой системы, общую длину всех листьев, результаты измерений занесли в таблицу:

Опыт №2. Предварительно распускаем в воде сухие дрожжи. Для этого в 50 мл воды всыпаем сухие дрожжи на кончике ножа и добавляем сахар (из расчета 5 г/100 мл). Полученный раствор разливаем по 10 мл в подготовленные и подписанные 5 пробирок. В каждую из них добавляем по 3 мл раствора соответствующей соли и дистиллированной воды. Сверху капаем на все это расплавленный парафин (по 20 капель). Застывший парафин образовал сразу же пробку. При этом под пробкой создается анаэробная (бескислородная) среда. В этих условиях дрожжи сбраживают сахар, образуя этанол и углекислый газ. Объем выделившегося углекислого газа пропорционален активности гликолиза – бескислородного расщепления сахара.

Наблюдали: собирающийся в пробирке углекислый газ толкает и поднимает парафиновую пробку вверх. Однако скорость идущего процесса в разных пробирках разная. Особенно интенсивно реакция шла в двух пробирках – с водой и с раствором соли натрия. В них парафиновая пробка через 2 часа после начала эксперимента поднялась на высоту 2 см от первоначального уровня. В растворах остальных солей интенсивность выделения пузырьков газа сначала уменьшалась, а затем совсем прекратилась. Через 2 часа высота собравшихся пузырьков составила: в соли железа 5 мм, в соли меди и ртути по 4 мм.

Опыт №3. В подготовленные и подписанные чашки Петри положили слой слегка влажной почвы по 0,5 см. В каждую из них добавили по 10 мл растворов подготовленных солей и воды так, чтобы смочилась почва. Поверх почвы наложили кружок фильтровальной бумаги, которая сразу же намокла. Чашки убрали в теплое темное место с постоянной температурой, при этом регулярно смачивали поверхность фильтровальных бумаг, чтобы избежать их высыхания. При благоприятных условиях в почве должны развиваться плесневые грибки, которые в ходе своей жизнедеятельности выделяют различные окрашенные вещества, поглощаемые бумагой. По размеру окрашенной поверхности фильтровальной бумаги можно судить об активности плесневых грибков. Наблюдали: через 3 дня на бумаге с почвой смоченной дистиллированной водой стали появляться желтые пятна, площади которых с каждым днем увеличивались. Такие же пятна появились и на почве смоченной солью натрия, но на 1 день позже. Через 7 дней мы сравнили интенсивность окрашивания фильтровальной бумаги во всех чашках. Самая большая площадь окрашивания в почве с водой, затем в почве с солью натрия, в почве с солью меди лишь маленькое желтое пятнышко, в почвах с солью железа и солью ртути окрашенные участки отсутствуют.

Опыт № 4. Первоначально приготовили неразбавленный раствор белка. Для этого белок куриного яйца отделили от желтка и тщательно перемешали до однообразной массы. Затем этот раствор сразу же разлили по 10 мл в подготовленные и подписанные пробирки. В каждую из них медленно, по каплям из пипетки при встряхивании, добавили по 2 мл растворов подготовленных солей и воды. Наблюдали: в пробирках с белком после добавления дистиллированной воды и раствора соли натрия никаких признаков реакции нет, то есть свойства белка не изменились. В пробирке с белком после добавления раствора соли меди сразу же образовался осадок в виде голубоватого нерастворимого вещества. В пробирке с белком после добавления к нему раствора соли ртути выпал осадок в виде белого нерастворимого вещества, а в пробирке с белком после добавления соли железа выпал осадок желто-оранжевого цвета.

Выводы и рекомендации

После проведенных нами экспериментов, показывающих влияние солей тяжелых металлов на живые организмы и сравнения интенсивности их влияния на растения, грибки, почвенные микроорганизмы и белок куриного яйца, мы можем сделать следующие выводы:

1.Растворы солей тяжелых металлов угнетающе действуют на всхожесть семян и рост проростков пшеницы.

2.Соли тяжелых металлов уменьшают активность дрожжевых грибков, проявляя токсические свойства.

3.Соли тяжелых металлов сильно ингибируют активность и почвенных микроорганизмов (в основном плесневых грибков).

4.В результате воздействия на белки солями тяжелых металлов происходит осаждение белков из раствора, при котором белки теряют свою биологическую активность.

5.Все из исследованных тяжелых металлов (железо, ртуть, медь) негативно влияют на живые организмы. Наиболее интенсивное влияние среди них оказывает ртуть

6.Некоторые рекомендации для предотвращения негативного влияния солей тяжелых металлов на организм человека:

- Противоядием от тяжѐлых металлов и их солей является яичный белок.

– Если металлическая ртуть оказалась в помещении, еѐ следует засыпать порошком серы или залить раствором хлорида железа (III).

– Жестяная тара спаивается припоем, содержащим определѐнное количество свинца, поэтому консервы следует перекладывать в стеклянную посуду после еѐ открывания.

– Вдоль дорог следует сажать только декоративные и лесные породы деревьев, а не пищевые и кормовые, так как этилированный бензин, содержащий свинец, попадая в почву, поглощается растениями, и употреблять их в пищу нельзя [1].

Практическая значимость работы заключается в том, что результаты ее должны способствовать ограничению использования предметов и продуктов, содержащих в своем составе соли тяжелых металлов. Ведь они угнетающе действуют не только на живые организмы природы, но и на организм и здоровье человека.

Список литературы:

1. Э.Гроссе «Химия для любознательных», [Текст] изд. «Химия», 1987, 345 с.

2. В.Р.Ильченко «Перекрестки физики, химии и биологии», [Текст] изд. «Просвещение», 1986. 175 с.

3. Н.И.Ковалевская «Изучение белков в связи с охраной природы» [Статья] Журнал «Биология в школе» № 4. 2003, С.50.

4. В.Н.Кузнецов «Экология России» – хрестоматия [Текст], АО «МДС», 1995. 320 с.

5. Р.Х.Шакирова, Э.Н.Яппарова «Методические рекомендации к полевой практике по физиологии растений» [Методика]. Бирск, 2005, С.23.