XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Тяжелые металлы являются основными поллютантами на территории Оренбургской области. Впервые термин «тяжелые металлы» был введен немецким химиком Леопольдом Гмелиным (Leopold Gmelin) в 1817 году, который разделил известные в то время химические элементы на три группы: неметаллы, легкие и тяжелые металлы. Однако до сих пор не существует общего мнения, что же понимается под термином «тяжелые металлы». Более того, в техническом отчете IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry – Международного союза теоретической и прикладной химии) за 2002 год было отмечено, что термин «тяжелый металл» имеет неверное значение из-за противоречивых определений. В настоящее время выделены лишь критерии, по которым определяется принадлежность того или иного химического элемента к данной группе. К таким критериям относят: плотность, атомный вес и атомное число. Часто словосочетание «тяжелые металлы» рассматривается с точки зрения экологической безопасности, и тогда при включении химического элемента учитывают не столько его химические и физические свойства, а его биологическую активность, токсичность для живых организмом, его распространенность, и степень вовлеченности в природные и техногенные процессы.

К тяжелым металлам относятся преимущественно распространенные и весьма токсичные загрязняющие вещества. Они широко применяются в различных отраслях промышленного производства, поэтому несмотря на созданные очистные мероприятия, концентрация тяжелых металлов достаточно велика. Наибольший интерес, представляют тяжелые металлы, которые наиболее часто и в больших объемах используются в производстве, и представляют наибольшую опасность с точки зрения их биологической активности и токсического эффекта. К тяжелым металлам относятся: ртуть, кадмий, свиней, висмут, цинк, кобальт, никель, висмут, олово, сурьма, ванадий, молибден, марганец, медь.

Многие тяжелые металлы относятся к микроэлементам, т.е к химическим элементам содержащиеся в организме в очень малых концентрациях (менее 0,005%).

Значительное количество химических элементов оказывают определенный эффект на метаболические процессы и физиологические функции в живом организме. Помимо благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы, например на фотосинтез у растений.

При увеличении содержания металлов в почве снижается ее общая биологическая активность, и это резко отражается на росте и развитии растений, причем реакция растений на избыток металлов может быть разная. Металлы распределяются в тканях растений неравномерно. Преимущественно они накапливаются в листьях.

Токсичность тяжелых металлов, связана с их физико-химическими свойствами, со способностью образовывать прочные соединения с рядом функциональных групп на поверхности и внутри клеток растений. К основным симптомам «отравления» растений относят: задержку роста и развития, изменение цвета и увядание листьев, недоразвитость корневой системы.

Поэтому целью данной работы являлосьпроведение экспериментального исследования по изучению содержания тяжелых металлов и активности каталазы в живых организмах на территории Оренбургской области.

Объектами исследования были: растения Secale cereale L. (рожь озимая) и Triticum (пшеница яровая), аквабионт Carassius carassius (карась обыкновенный) из закрытого водоема Александровского района Оренбургской области.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

- количественное определение содержания подвижных форм тяжелых металлов в Carassius carassius и в водоеме обитания.

- изучение активности фермента каталазы двух видов растений: Secale cereale L. и Triticum в зависимости от различной концентрации свинца;

Материал и методы исследования

Выполнение измерений массовой концентрации цинка, меди, свинца, и кадмия основано на концентрировании и последующем измерении атомного поглощения металла в концентрате в воздушно-ацетиленовом пламенем горелки на резонансной спектральной линии металла, излучаемой соответствующей лампой с полым катодом. Исследование количественного содержания цинка, меди, свинца и кадмия. проводилось на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Формула ФМ 4000». Измеряемая величина абсорбционности атомного пара металла, была пропорциональна его концентрации в анализируемом растворе.

Титрометрическое определение активности каталазы растений проводилось после воздействия различных концентраций свинца от 0,001 до 1 г/дм³ на проростки ржи и пшеницы. По разности между опытной и контрольной пробой находилось количество перманганата, эквивалентное количеству разложенного ферментом пероксида водорода.

Результаты исследования.

Исследование концентрации подвижных форм тяжелых металлов в воде закрытого водоема Александровского района Оренбургской области представлено в таблице 1. Результаты показывают, что содержание меди и свинца превышает уровень ПДК.

Таблица 1 – содержание подвижных форм тяжелых металлов в закрытом водоеме Александровского района Оренбургской области.

Название металла	ПДК для рыбо -хозяйственных водоемов, мг/л	Средняя величина (М±m)	Среднеквадратичное отклонение (σ)
Cu	0,001	0,014±0,0005	0,001
Zn	0,01	0,014±0,006	0,001
Pb	0,01	0,051±0,0005	0,001
Cd	0,005	0,004±0,0005	0,001

Как следует из таблицы 2, содержание подвижных форм меди, цинка, кобальта, свинца и кадмия в Carassius carassius, находится в пределах ПДК для рыбо-хозяйственных водоемов.

Таблица 2 – содержание подвижных форм тяжелых металлов в Carassius carassius.

Название металла	ПДК, мг/кг	Средняя величина,(М±m)	Среднеквадратичное отклонение (σ)
Cu	10	8,3±0,03	0,19
Zn	40	37,5±0,05	0,11
Pb	1	2,4±0,87	0,19
Cd	0,2	0,2±0,09	0,2

Результаты исследования активности каталазы представлены в таблице 3.

Таблица 3- активность каталазы Secale cereale L. и Triticum.

Концентрация свинца в растворе, г/дм3	Secale cereale L.,(Е±m)	Triticum, (Е±m)
0,0001	2,823± 0,02	1,75±0,05
0,01	2,083±0,01	1,416±0,03
0,1	1,5±0,003	0,265±0,001
1	0,583±0,001	0,33±0,1

Как следует из представленной таблицы активность каталазы уменьшалась с увеличением концентрации свинца от 2,823 Е до 0,583 Е у Secale cereale L. и от 1,75 Е до 0,33 Е у Triticum, что свидетельствует об угнетении фермента каталазы в ответ на увеличение токсичной дозы свинца.

Выводы: таким образом при сравнительной оценке активности каталазы в зависимости от концентрации подвижных форм тяжелых металлов, установлено, что активность антиоксидантного фермента уменьшалась с увеличением концентрации свинца от 2,823 Е до 0,583 Е у Secale cereale L. и от 1,75 до 0,33 Е у Triticum, что свидетельствует об угнетении фермента.

При определении содержания подвижных форм тяжелых металлов методом атомно–абсорбционной спектрометрии в водоеме установлено, что содержание меди и свинца превышает уровень ПДК, а в представителе аквабионтов Carassius carassius, содержание подвижных форм меди, цинка, кобальта, свинца и кадмия находятся в пределах ПДК для рыбо-хозяйственных водоемов.

Список использованных источников

Артамов, В.И. Растения и чистота природной среды: учебник / В.И. Артамов Москва: Наука, 1986. – 172 с.

Давыдова, С.Л. Тяжелые металлы как супертокисканты XXI века: учебное пособие / С.Л. Давыдова Москва: Изд-во РУДН, 2002. – 140 с.

Набиванец, Ю.Б. Формы нахождения цинка и свинца в природных водах// Гидробиологический журнал-1989. Т.25-№3. С. 89-101

Рогожин, В.В. Практикум по биологической химии: Учебно – методическое пособие / В.В. Рогожин. – СПб.: Изд-во «Лань», 2006. – 256 с.

Спозито, Г. Распределение потенциально опасных следовых металлов// Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. М., Мир. 1993. с. 9-24

Титов, А.Ф. Тяжелые металлы и растения: учебник / А.Ф. Титов, Н.М. Казнина Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. – 194 с.

Код для цитирования: Скопировать