Работа

Влияние меди и сопутсвующего аниона на стартовые процессы прорастания семян фасоли, рост и развитие проростков

Автор: Чечнева Ольга, средняя школа № 81, 9 класс

Научный руководитель Лебедева Л.А., доцент, к. б. н.,
зав. кафедрой экологического воспитания школы № 81

г.Казань

Медь, элемент № 29 таблицы Д.И.Менделеева, один из важнейших, самых древних и самых популярных металлов, не только в среде инженеров-конструкторов, электриков и машиностроителей, но и у людей гуманитарных профессий: историков, скульпторов, литераторов (1).

Медь имеется в организме человека, она участвует в процессах кровообращения и ферментативного окисления (2).

Медь нужна и растениям (3), она участвует в процессах фотосинтеза, дыхания и влияет на усвоение растениями азота. При недостатке меди в почве растения плодоносят хуже или не дают плодов совсем. Медные удобрения содействуют синтезу белков, жиров и витаминов и, кроме того, повышают устойчивость к неблагоприятным условиям среды, к болезням и вредителям. Раствор медного купороса ядовит особенно для низших организмов, уничтожает споры плесневых грибов и др. (3).

Однако, внесение медного купороса в почву оказывает сильное влияние и на почвенные полезные микроорганизмы (4). Менее резко действующим на почвенную среду и ее обитателей приемом является замачивание семян в растворах солей микроэлементов. Таких работ известно много (2-7 и многие др.) Однако, мы не встретили в литературных источниках сведений о роли сопутствующего аниона при применении солей меди. В то же время известно, что в промышленных отходах и микроудобрениях медь входит в состав разнообразных медь-содержащих соединений.

Рабочая гипотеза: сопутствующий анион может стимулировать или ингибировать биогенное влияние меди на растительный организм.

Целью нашей работы является выявление оптимального сопутствующего аниона и оптимальной дозы медного микроудобрения.

Задача работы - поставить лабораторные опыты, определить влияние изучаемых микроудобрений на стартовые процессы прорастания семян, морфологические и физиологические ответные реакции проростков.

Методика: отбирали по 20 штук выровненных семян фасоли сорта “Сакса без волокна”, однократно замачивали в количестве 40 и 60% от веса семян в воде (контроль) и в 0,02% растворах углекислой, сернокислой и хлорной меди. В дальнейшем к семенам и проросткам добавляли только воду в том же количестве по всем вариантам опыта. Ежедневно определяли вес и объем, периодически проводили гистохимические реакции на белки (с Миллоновым реактивом), жиры (с Суданом III), крахмал (с иодом), моно- и дисахара (с фелинговой жидкостью, соответственно без гидролиза и с предварительным гидролизом и последующей нейтрализацией), на ростовые вещества (реактивом Сальского) (8).

С появлением корешков, а затем стеблей вели наблюдения за динамикой их роста в длину, за появлением боковых корней и семядольных листьев, определяли сырую массу и процент сухого вещества. Растения с длиной корней 4-5 см высаживали в керамзит на питательную смесь Прянишникова, где наблюдения за ростом растений, количеством и площадью листьев проводились систематически. Определяли в 3-5 кратной повторности на вариант интенсивность поглощения воды корнем (ИПВ), интенсивность транспирации (ИТ), фотосинтеза (ИФ) и дыхания (ИД) (9). ИПВ определили с помощью школьного прибора, модифицированного нами с точностью до 0,002 мл. Проведены 4 серии опытов. Цифровые материалы математически обработаны. Результаты определения ИПВ, ИТИФ, ИД в настоящее время проверяются повторными определениями.

Результаты опытов. В первые двое суток набухание семян идет интенсивнее в контроле, что возможно связано с влиянием концентрации окружающей среды. Причем изменения по весу и по объему показывают аналогичную закономерность (рис.1,2, 3, 4 приложения). На 2-3 сутки заметное влияние оказывает замачивание семян в солевых растворах. Увеличение объема семян во всех вариантах замачивания в растворах солей больше, чем в контроле. Особенно под влиянием сернокислой меди, при повышенной начальной концентрации ее содержания в среде. По весу наибольшая разница с контролем по сернокислой соли, при повышенной ее концентрации (рис.4 приложения), в то время, как хлор-анион при пониженной концентрации влияет на увеличение веса набухающих семян в наибольшей степени, тогда как при повышенной концентрации этой соли после

5 суток вес набухающих семян ниже контроля.

Проведенные нами гистохимические реакции на набухающих и прорастающих семенах (рис.5 приложения) показали, что по сравнению с контролем все изучаемые соли меди стимулировали обмен белков, однако несколько ингибировали распад запасных жиров при пониженной концентрации хлорной и сернокислой меди; распад крахмала в семенах фасоли под влиянием солей меди затормаживался, особенно при наличии сопутствующего хлор-аниона. Возможно сыграло роль то обстоятельство, что бобовые растения являются хлорофобами (10). Это отразилось на содержании подвижных моно- и дисахаров. По этому же варианту меньше в прорастающих семенах и ростовых веществ. Соответственно по этому варианту короче, чем по другим опытным вариантам главные корни (рис.6 приложения). Размер боковых корешков на 9 день опыта меньше значительно (таблица 1).

Таблица № 1

Вариант	40 %	60 %
Н₂О	4.08	5.64
СuCO₃	6.62	5.91
CuSO₄	2.94	4.12
CuCl₂	2.50	2.22

По всем рассмотренным показателям выделяется вариант с сернокислой медью. Этот вариант выделяется и по размеру стеблей (рис.7 приложения), количеству и площади листьев - на 50 день опыта на варианте сернокислой меди было 7-8 листьев, в то время как в контроле 5, а по хлорной меди 6 листьев. По большинству же вариантов, исключая вариант сернокислой меди, количество листьев уменьшается за счет опадения нижних листьев, соответственно уменьшается и площадь листовой поверхности (рис.8 приложения), по сухому весу надземной массы после высадки в керамзит и выращивания растений до 50-дневного возраста (рис.9 приложения).

Результаты определения ИПВ, ИТ, ИФ, ИД в настоящее время проверяются повторными определениями.

Из приведенных наблюдений можно сделать предварительные выводы:

1. Катион меди неоднозначно влияет на физиолого-биохимические и ростовые процессы в зависимости от сопутствующего аниона. Это необходимо учитывать при предпосевном замачивании семян или посевах на почвах загрязненных отходами медеплавильной промышленности.

2. Для замачивания семян фасоли можно рекомендовать 0,02%-ную сернокислую соль меди в количестве 60% от веса семян.

Список литературы

1. Популярная библиотека химических элементов, книга 2,Наука, М, 1972,

стр. 69-82

2. Микроэлементы в биологии и их применение в медицине и сельском хозяйстве. Тез. докл. 10 всесоюзной научной конференции, Чебоксары, 1986

3. М.Я.Школьник Микроэлементы в жизни растений. Л., Наука,1974

4. Бояршинов А. Влияние корневых выделений растений фасоли, выращенной из семян, обогащенных перед посевом микроэлементами бором, медью и цинком на микробиоту почвы. VI Юношеские чтения им.В.И.Вернадского Сборник исследовательских работ участников конкурса в области естественных наук. М, 1999, с.354

5. Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицине. М. Наука 1974

6. Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицине. Материалы VIII Всесоюзной конференции, Ивано-Франковск, 1978

7. IX Всесоюзная конференция по проблемам микроэлементов в биологии. Тезисы докладов. Киев, Штиныца, 1981

8. И. А. Паламарчук и Т. Д. Веселова. Учебное пособие по ботанической гистохимии. Изд. М. унив, 1965

9. Практикум по основам физиологии и экологии растении (методические рекомендации). Сост. Лебедева Л. А. и Гайсин И. Т. , Казань, 1996, стр. 33

10. Краткий справочник по физиологии растений. Киев, Наукова Думка, 1964

стр. 257

Приложение