Вплив важких металів на ріст, розвиток та інші фізіологічні процеси у рослин

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ РОМАНО-ГЕРМАНСЬКОЇ ФІЛОЛОГІЇ

КАФЕДРА НІМЕЦЬКОЇ ФІЛОЛОГІЇ

РЕФЕРАТ

З прочитаної німецькою мовою літератури з фаху

03.00.15 – генетика

на тему:

Вплив важких металів на ріст, розвиток та інші фізіологічні процеси в рослин

Аспіранта біологічного факультету,

 кафедри генетики і фізіології рослин

Біланича Михайла Михайловича

 

Підтверджую:  Науковий керівник докт. біол. наук

проф. Ніколайчук В.І.

Декан біологічного факультету

док. біологічних наук,

проф. Ніколайчук В. І. Викладач німецької мови – проф. Меліка Г. І.

Ужгород - 2005

Зміст

ВСТУП...................................................................................................................3

I.Важкі метали в навколишньому середовищі. Їх хімічні властивості і роль для живої природи.................................................................................5

II.Вплив важких металів на ріст і розвиток рослин..............................................................................................................9

ВИСНОВКИ..................................................................................................11  Resümee..........................................................................................................12

Список використаних джерел літератури..................................................15

 Im Referrat verwendete Terminologi............................................................16

ВСТУП

Тема впливу важких металів на живі організми є дуже актуальною, оскільки важкі метали є одними з основних хімічних забруднювачів навколишнього середовища. Важкі метали є мікроелементами, тобто містяться в мікроскопічних кількостях в рослинах. Мікроелементи – це ті елементи, які повинні бути в дуже малих кількостях (10^-2 – 10^-5%), щоб гарантувати ефективне функціонування організму. Вони знаходяться в різних кількостях у в ґрунтах, але за рахунок діяльності людини багато ґрунтів забруднюється великою кількістю тих чи інших металів. Далі рослини вбирають ці метали, які в великих кількості здебільшого є токсичними для них, як і для інших живих організмів. Але в визначених кількостях важкі метали є необхідними для росту і розвитку рослин. Вони виконують різні фізіологічні функції в організмах рослин і інших живих організмах. Вони зв’язуються з визначеними білками і утворюють багато ферментів. В будові ферментів ці метали входять в простетичні групи. Наприклад алкогольдегідрогеназа містить цинк. Система цитохромів містить залізо. [1].

В процесі еволюційного розвитку живі організми пристосувались накопичувати мікроелементи, оскільки в навколишньому середовищі їх було мало. Коли ж люди почали забруднювати навколишнє середовище важкими металами, які містяться в викидах автомобілів, в смітті, яке викидають і спалюють люди, в викидах різних заводів, що виробляють хімічну продукцію, підприємств гірничої промисловості і т.д., ця властивість призвела до надмірного накопичення організмами цих металів, тому що вони дуже важко виводяться з організмів.

Метою даної роботи є зібрати інформацію в німецькомовних літературних джерелах про знаходження важких металів в навколишньому середовищі, шляхи потрапляння його туди, вплив важких металів на біохімічні та фізіологічні процеси в рослин, зокрема росту та розвитку, також по можливості зібрати відомості про дію важких металів на ті ж процеси в рослин, зокрема в ячменю, хоча це не є основною метою.

Важливість теми полягає в тому, що на сьогоднішній день відбувається постійне забруднення навколишнього середовища важкими металами та іншими забруднювачами, але властивість екосистем самовідновлюватись має свої межі. Наприклад деякі екосистеми вже настільки забруднені, що неспроможні самоочищатись. В рослин також існують межі витривалості навантаження важкими металами. Тому потрібно вивчати в яких концентраціях ці речовини стимулюють, а в яких пригнічують фізіологічні процеси в рослин.

1.ВАЖКІ МЕТАЛИ В НАВКОЛИШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ЇХ ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ І РОЛЬ ДЛЯ ЖИВОЇ ПРИРОДИ.

Метали, густина (питома вага) яких більша 5 г/см³ , називаються важкими металами. Важкі метали, являючись мікроелементами містяться в різних ґрунтах. Різні ґрунти характеризуються різним складом і різним вмістом важких металів. Одні і ті ж важкі метали в різних ґрунтах бути або в мінімальних кількостях або в надто великих дозах, в яких вони вже є небезпечними для рослин. В високих дозах ці елементи, в основному знаходяться в наслідок діяльності людини, тобто антропогенного навантаження. Природно ж у ґрунтах є лише невеликі кількості того чи іншого металу, а то й взагалі може не бути його слідів. Тому рослини і взагалі і взагалі живі організми пристосувались накопичувати ці речовини в тканинах. Але при великих дозах цих металів виведення їх з тканин не відбувається і відбувається отруєння ними живих організмів.

Важкі метали є не тільки в ґрунтах, але й в повітрі і в воді. В воду вони потрапляють з ґрунтів. В повітря, в основному при спалюванні різних складних речовин, до складу яких вони входять, наприклад при викидах газів автомобілями, тепловими електростанціями, заводами. [4].

 Також ці речовини потрапляють в навколишнє середовище при викидах підприємствами гірничої промисловості залишків руд і т.д. важкі метали можуть міститися і в смітті, яке знаходиться на звалищах, наприклад в пластмасах. Адже для досягнення кращих якостей при виробництві пластмас, до їх складу добавляють різні хімічні доповнення. Це так звані стабілізатори, які захищають пластмаси проти високих температур і сонячного випромінювання. Вони є отруйними. Це фарбуючи речовини, інгібітори згорання (антипірен) і т.д. До них відносяться і важкі метали (свинець, ртуть, кадмій, бром, олово). В 1980 році вироблялося 4000 тон, а в 2003 вироблялось 8000 т таких речовин. Через деякий час пластмаси потрапляють в навколишнє середовище, як сміття і ці речовини з них вивільняються. [3].

Для більшої частини живих організмів необхідні майже 80 елементів, частина яких являється важкими металами. Кожен з них відіграє важливу роль і в рослинному організмі. Вони з білками можуть утворювати ферменти, являються комплексоутворювачами і т. д. Наприклад, марганець має здатність змінювати валентність і тому бере участь в реакціях окислення-відновлення в процесах фотосистеми 2; сприяє проходженню темнової фази фотосинтезу і т.д. Мідь входить до складу ферментів, що забезпечують процеси дихання (аскорбіноксидази, поліфенолоксидази), до пластоціаніну, який входить до фото системи 1, утворює комплекси з ДНК. Молібден входить до складу ферментів нітрогеназного комплексу, нітратредуктази, яка перетворює нітрати в нітрити, ксантиноксидази. Молібден стимулює синтез вітаміну С. Кобальт входить до складу вітаміну В₁₂, який є коф актором ферментів метилування. Він відповідає за утворення тироксину. Цинку накопичується в нормі до 60 мг/кг сухої речовини. Входить до складу багатьох ферментів: пептидаз, карбоангідрази, алкогольдегідрогенази, лактатдегідрогенази, глутаматдегідрогенази. Залізо комплекси з вітамінами, білками, вуглеводами, підвищує каталітичну функцію ферментів у тисячі разів.[8].

Особливістю важких металів є те що багато з них може утворювати хімічні комплекси. Наприклад,

Sn + 2NaOH + 2H₂O =Na₂[Sn(OH)₄] +H₂

Pb + 2 NaOH + 2H₂O = Na₂[Pb OH)₄] +H₂

Вивченням таких комплексів займається робоча група доктора Ф. Готчальха. [5].

Кобальт і нікель. Кобальт являє собою сріблясто-сірий метал. Температура плавлення рівна 1492 С°. Густина - 8,84 г/см³.

Нікель має сріблясто-білий колір. Його температура плавлення – 1455С°. Густина – 8,91 г/см³. В хімічних реакціях кобальт і нікель менш активні, ніж залізо, вони розчиняються в розбавлених кислотах з виділенням водню і утворенням солей кобальту і нікелю. Для кобальту в сполуках характерні ступені окислення +2 і +3. Він утворює оксиди СоО і Со₂О₃. Для нікеля характерна ступінь окислення + 2, рідше + 3,. Він утворює один оксид NiO. Масові частки кобальту і нікелю в земній корі складають відповідно 3·10^-3 і 8·10^-3 %. Важливішими мінералами кобальту і нікелю являються кобальтин СоАsS, ліннеїт Со₃S₄, петландіт (Fe, Ni)S, нікелін NiAs.Кобальт і нікель часто є супутниками в природі. [ 7]є

Олово і Свинець. Масові частки їх в земній корі рівні відповідно 4·10^-3 і 1,6·10^-3%. Олово – сріблясто-білий м’який метал, легко плавиться (температура плавлення - 213,9 Сº). Це звичайна модифікація , так зване біле олово. При температурі нижче 14 Сº стійке сіре олово. При охолодженні металічне олово переходить в сіре і в результаті розсипається. Це явище відомо під назвою „олов’яна чума”.  Деякі cполуки олова: SnCl₂, Na₂[Sn(OH)₄], H₂SnO₃, SnSO₄.

Свинець – м’який пластичний синювато сірий метал з температурою плавлення 237,4 Сº. Олово і свинець розчиняються в водних розчинах лугів при нагріванні утворюючи комплексні сполуки.

Цинк, кадмій, ртуть. Проявляють в сполуках ступінь окислення +2 (ртуть і +1).

Масова частка цинку в земній корі складає 5 · 10^-3 %. Він зустрічається лише в складі сполук, наприклад ZnS, ZnCO₃. Це сріблясто-білий метал. Плавиться при температурі 419,5 Сº. Володіє хорошою тепло- і електропровідністю. Цинк хімічно активний метал який при нагріванні взаємодіє з різними неметалами. Сульфат цинку використовують як мікродобриво.

Масова частка кадмію в земній корі складає 5·10^-5 %. Його найважливіші мінерали – CdS i CdCO₃. Здебільшого вони э супутниками мінералів цинку. Температура плавлення кадмію 321 Сº Кадмій і ртуть сріблясто-білі метали. В звичайних умовах ртуть – рідина, її температура плавлення рівна –38,9Сº. Це метал, що само легше плавиться. Масова частка ртуті в земній корі складає 7·10^-6%. В хімічному відношенні кадмій хімічно активний метал а ртуть малоактивний. Також важкими металами є залізо, ванадій та інші.

2.РОЛЬ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ ДЛЯ ЖИВИХ ОРГАНІЗМІВ

Важкі метали в невеликих концентраціях потрібні всім живим організмам, оскільки входять в склад ферментів і беруть участь у багатьох фізіологічних реакціях і процесах, які в них проходять. Наприклад цинк входить до каталази, яка являється одним з самих ефективних ферментів, які є відомими. Міліграм каталази каталізує процес утворення не менше, ніж 2740 л кисню з пероксиду водню за годину.

Важкі метали можуть змінювати валентність і тому беруть участь в окисно-відновних реакціях організмів. Як і мікроелементи, важкі метали можуть утворювати сполуки з протеїдами. Наприклад, молібден може сполучатись з ферментом флавопротеїном і утворювати нітратредуктазу, яка має важливе призначення. Флавін і молібден розуміються як тимчасові носії електронів. Одні з найважливіших мікроелементів, або елементів „сліду” – це Cu, B, Zn и Мо. [8]. Проміжне становище між мікро і макроелементами займає марганець.

Отже під впливом важких металів фізіологічні процеси в залежності від їх концентрації або пригнічуються, якщо вона недостатня або надмірна, або, коли концентрація оптимальна, тоді вони проходять нормально. Це все відображається в кінці-кінців на морфометричних ознаках рослин, в тому числі на рості і розвитку.

Ріст – це кількісна характеристика, процес збільшення розмірів і маси рослини. Розвиток – це якісна характеристика, процес, при якому спостерігаються новоутворення в онтогенезі: проростання насіння, поява справжніх листків, квіток, насіння і ін. В процесі розвитку ріст виконує роль збільшення в розмірах і масі новоутворених органів.

Починаються ці процеси з проростання насіння. [2]. Саме проростання насіння починається з процесу набухання, коли насіння швидко вбирає велику кількість води. В цей період великі концентрації солей важких металів у ґрунті та й солей інших елементів призводить до утворення високого осмотичного тиску в ґрунті, в такому разі вода важко поступає в насіння і процеси набухання порушуються.

Якщо насіння все ж таки проростає, то високі концентрації металів можуть або дуже прискорювати метаболізм, або навпаки сповільнювати його. При прискоренні метаболізму переважають процеси дисиміляції, тобто розпаду органічних речовин і рослина не встигає виробити достатню кількість структурних речовин. При високих концентраціях важких металів можуть руйнуватися нуклеїнові кислоти, різні білки, вітаміни і інші речовини і при цьому порушуються фізіологічні процеси в рослинах. Зовнішніми ознаками порушення біохімічних і фізіологічних процесів є сповільнення процесів росту і розвитку, втрата стійкості до хвороб, до посухи, втрата зимостійкості, пожовтіння і в’янення асимілюючої поверхні (листків) та інші. Також є відомості, що при високих концентраціях цих металів виникають аберації хромосом. Аберації відносяться до різновидів мутацій хромосом. До них відносяться делеції, подвоєння або дуплікації. [10].

При недостатності якогось хімічного елементу з 80 необхідних також порушується багато біохімічних і фізіологічних процесів. В наслідок цього проявляються різні зовнішні прояви недостачі того чи іншого елементу. Не хватка марганцю викликає точковий хлороз. Недостача молібдену викликає хлороз і порушення азотного живлення. При недостачі цинку в рослин не формується нормально вегетативна маса, утворюється розеточність. [6].

На проростання насіння, ріст і розвиток рослин впливають дуже багато факторів навколишнього середовища, наприклад освітлення, вологість, температура і т.д. Крім цього існують такі речовини, як фітогормони, які в дуже малих кількостях можуть сильно стимулювати ріст рослин, наприклад гібереліни. Тому потрібно при дослідженні впливів важких металів на ріст і розвиток рослин враховувати ці фактори. [9].

ВИСНОВКИ

Роблячи висновки потрібно сказати, що в нормі важкі метали знаходяться в ґрунтах, воді, повітрі у невеликих кількостях. Але людина своєю діяльністю сприяє потраплянню великих кількостей солей цих металів і цим самим забруднює навколишнє середовище. Це спричиняє накопичення важких металах на кожному рівні ланцюгів живлень все більших кількостей цих металів в живих організмах тому, що вони не виводяться або важко виводяться з організмів.

Важкі метали потрапляють в навколишнє середовище при роботі заводів гірничодобувної промисловості, видобутку нафти, оскільки вони містяться і в нафті, з автомобільними викидами переробленого пального, з сміття, яке накопичується на звалищах і т.д.

Важкі метали для рослин здебільшого являються мікроелементами і в певних кількостях необхідні для протікання біохімічних і фізіологічних процесів в їх організмах. При не хватці цих металів порушується ріст і розвиток рослин, виникають різні хвороби і аномалії, наприклад хлорози, порушення азотного та інших обмінів.

 При високих концентраціях цих металів в навколишньому середовищі в рослин також спостерігаються різні порушення в рості і розвитку, викликані отруєнням цими металами. Наприклад може зменшитись коефіцієнт проростання насіння, органи рослин виростають меншими ніж у рослин, порушення росту органів, синтезу хлорофілів, білків вуглеводів та інших фізіологічних процесів в рослин.

Є відомості, що високі концентрації важких металів можуть підвищувати відсоток хромосомних аберацій, тобто хромосомних мутацій.

Отже бачимо, що дана тема є і буде актуальною поки буде існувати загроза забруднення навколишнього середовища. Тому потрібно її інтенсивно вивчати.

Resümee

 

Den Einfluss der schweren Metalle auf die Wachstum,

die Entwicklung und andere physiologische Prozesse bei den Pflanzen.

Das Ziel unserer Arbeit ist, die Information in den deutschsprachigen literarischen Quellen über den Inhalt der schweren Metalle zu sammeln in der Umwelt, die Weges des Treffens ihn dorthin, der Einfluss der schweren Metalle auf die biochemisch und phisiologische die Prozesse bei den Pflanzen, Teilweise über das Wachstum und der Entwicklung. Die Aktualität des gegebenen Themas besteht darin, dass auf den heutigen Tag die ständige Verschmutzung der Umwelt geschieht von den schweren Metallen und anderen Stoffen die Umwelt verschmutzen, aber die Eigenschaft der Ekosysteme wiederhergestellt zu werden hat ihre Grenzen. Einige Territorien sind so verschmutzt, dass schon selbständig wiedergegeben werden nicht können. Um sie zu erneuern brauchtman auserodentlich grossengeld Mittel. In den lebenden Organismen ungefähr achtzig Elemente sind Metallen, ist deren Dichte zählt über 5  g/см3, heißen schweren Metallen. Wichtig ist jene Tatsache, dass die schweren Metalle als Verschmutzmittel nur in den hohen Konzentrationen sind. In bestimmten Dosissen sind sie lebenswichtig für die lebenden Organismen, insbesondere für die Pflanzen.

Für die Pflanzen sind die schweren Metalle, größtenteils, als Mikroelemente. Die Mikroelemente sind solche Elemente, dass ihre Inhalt in trocken Stoffen 10^-2 - 10^-5 % erreicht. In den lebende Organismen erfüllen sie die komplexbildenden Elemente, das heißt sie können die Komplexe mit den organischen Stoffen bilden: Nukleosäuren, den organischen Säuren, Weißen, Fermenten, Vitaminen, Aminosäuren. Eine der Hauptfunktionen dieser Metalle ist katalitische.

Da die Metalle die wichtigen Funktionen für physiologischen und der biochemischen Reaktionen bei den Pflanzen, so logisch, erfüllen, das sie den Einfluss auf das Wachstum und die Prozesse der Entwicklung der Pflanzen haben.

Das zeugt davon dass bei dem Mangel am irgendwelche Elemente bei den Pflanzen wird das Wachstum der Triebe der Wurzeln, die Bildung der Blätter, Blühten aufgehalten. Bei den erwachsenen Pflanzen entsteht Chlorose. Die Pflanzen werden grau-braun, gelb.

Bei den hohen Dosissen der schweren Metalle in den Pflanzen kann die Vergiftung den Pflanzen anbrechen. Dabei wird die Wachstum und die Entwicklung auch verzörget. Es ist möglich, dass diese Metalle mit Chromosomen verbindungen sein können.

Möglich, dass der Überfluss der Metalle die biologische aktive Stoffe zerschtört und es ruft den Verstoß der Phzsiologischen Prozesse herbei. Es ist bekannt, dass diese Metalle mit Chromosomen verbinden sein können. Aber bei der überteil Menge der Metalle können die chromosomen geschadet werden. Es können die Aberrationen der Chromosomen entstehen. Das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen auf verschiedenen Stadien kann von der Wirkung der schweren Metalle verletzt werden.

 Bei der keimung der samen hat die grosse Bedeutung der osmotischen Druk im Grund. Die hohen Konzentrationen der Salze der schweren der Metalle rufen die Erhöhung оsmotischen des Druckes herbei, was die Verkleinerung des Zutritts des Wassers in die Samen beeinflusst und dadurch ihre Keimung verzögert. Wenn die Samen schon gekeimt werden, geraten die schweren Metalle in den Pflanzenorganismus und dort, angesammelt werden verletzten in vielen Fällen die Phzsiologischen Prozesse. In der Umgebung gibt es im Boden die kleinen Mengen der schweren Metalle, aber der Mensch ruft mit seinem Tätigkeit an einigen Stellen bedeutende Erhöhung ihrer Konzentration an.

Der Inhalt der schweren Metalle in der Umwelt nimmt infolge der  Unternehmen der schweren Industrie, der Gewinnung der Bodenschätze der Mineralien, der Autoauswürfe, die Eintragung der Dünger zu. Auch heben sich diese Metalle im Laufe der Zerlegung des Mülls, zum Beispiel der Plaste heraus, der durch die Tätigkeit des Menschen sehr viel angesammelt wird.

Wichtig ist es, dass die schweren Metalle durch die Ernährungskette übergeben werden, und ja höher die Stufe der Kette ist, desto größere Menge derren angesammelt werden kann.

Da der Mensch vielfältiges Essen ißt, auf hohen Stufen der Ernährungskette, deshalb die schweren Metallen in seinem Organismus in den verhältnismäßig hohen Konzentrationen angesammelt werden. Deshalb muß man die Einflüsse der schweren Metalle auf die lebenden Organismen Studieren um die wege ihrer Entfernung aus den Organismen zu finden, die Verkleinerung ihrer Menge in der Umgebend. Und auch die Aufzucht der Pflanzensorten, die gegen die Einflüsse der schweren Metalles mehr standhaft wären und sammeln weniger schweren Metalle an.

Література

 

1.  Biochemie, Verlag der Ungarischen Akademie der Wissenschaften, Budapest, von F. Bruno straub,1960, 723.

2.  Eifrig H. Die Anwendung keimungsphysiologisch wirksamen Substanzen bei der Priifung von Poa pratensis und Phleum prat

3.  http://diligent.ru/problems.php? lang=de

4.  http://www.bleiinstitut.de/frontend/portal.php?domain=1&category=60&page=60&lang=1

5.  http://www.uni-leipzig.de/forschb/02/24.htm

6.  Lundegard H., Die Nahrstofaufname Pflanze., Jera, 1932.

7.  Nesterman, Naser K. H., Crule K. H. Anorganische Chemie. – Leipzig: Veb Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1980. – 442s.

8.  Pflanzenfisiologie, von Professor Henrik Lunegardh, Jena, 1960, p. 699.

9.  Sembdner G. Wirkung von Gibberellinsaure und Licht auf die Samenkeimung. — In: Proc. Intern. Symp. Physiology, ecology and biochemistry of germination. Greifswald, 1967, vol. 1, p. 239-248.

10.  Wilfried Janning, Elisabet Knust, Genetik. Allgemeine Genetik - molekulare Genetik - Entwicklungsgenetik, - Stuttgard-New York: Thieme, 2004, 453с.

Im Referrat verwendete Terminologi.

1.  Entwicklung (f) – розвиток

2.  schweren Metalle – важкі метали

3.  Keimung – проростання

4.  Wachstum (n) – ріст

5.  Physiologische Prozesse – фізіологічні процеси

6.  Kobalt (n) – кобальт

7.  Nickel (m) – нікель

8.  Zinn (n) - олово

9.   Molybdän (n) – молібден

10.  Verschmutzung (f) – забруднення

11.  Quecksilber (m) – ртуть (меркурій).

12.  Konzentration (f) – концентрація

13.  Inhalt (m) – вміст

14.   Chromosom (f) – хромосома

15.  Aberration (f) – аберація

16.  lebende Organismen – живі організми

17.  Mutationen (f) – мутації

18.  Ernährungskette (f) – ланцюг живлення

19.  Pflanzenfisiologiе (f) – фізіологія рослин

20.  Pflanzen (f) – рослина

21.  Biochemie – біохімія

22.  ansammeln – накопичувати

23.  Tätigkeit (f) – діяльність

24.  Verstoß (n) – порушення

25.   Mangel (n) – недостача

26.   Komplexe – комплекси

27.  Dichte (f) – густина

28.  Vielfältig - різноманіття

29.  komplexbildenden – комплексоутворюючий

30.  Wirkung (f) – дія

31.  verschiedenen Stadien – різні стадії

32.  Mikroelemente (f) - мiкроэлементи