|
Реферат: Сорбционные свойства мха по отношению к микроорганизмам и тяжелым металлам (Биология)
| |
| |
| |
| |
|2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ |
| |
|2.1. Методы исследований |
| |
|2.1.1. Получение микробной суспензии |
| |
|Питательный агар, который готовится согласно прописи, заливают предварительно по|
|5-10 мл в пробирки, которые оставляют наклонными в специальном штативе до |
|полного застывания среды. Бактериологической петлей отбирают клетки |
|микроорганизмов и вводят петлю в пробирку со скошенным агаром до дна. Слегка |
|касаясь бактериологической петлей поверхности среды, проводят от дна пробирки |
|вверх зигзагообразную линию, тем самым, засевая культуру микроорганизмов. После |
|посева пробирки помещают в термостат (30(С) на 1 сутки (по истечению этого срока|
|пробирки извлекают из термостата) и заливают в них по 2.0-3.0 мл |
|физиологического раствора (ФР). Осторожно отделяют микробную культуру от агара |
|постепенным встряхиванием и покачиванием пробирки. Полученную суспензию хранят в|
|холодильнике. |
| |
| |
|2.1.2. Определение количества жизнеспособных клеток методом высева на плотную |
|среду |
| |
|Микробную суспензию разводят в стерильном физиологическом растворе, при этом |
|используя один и тот же коэффициент разведения. |
|Посев осуществляют из 5-ого, 6-ого и 7-ого разведений перенося 0, 1 мл |
|суспензии на поверхность питательного агара в чашках Петри. Затем суспензию |
|равномерно распределяют шпателем по питательному агару. Высев из каждого |
|разведения осуществляют стерильной пипеткой. После посева чашки помещают в |
|термостат (30(С) на сутки. |
|Количество жизнеспособных клеток в 1 мл суспензии рассчитывают по следующей |
|формуле: |
| |
|M=a * 10z/ V; ( 2.1 |
|) |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| | | | | | |БГТУ 02.00.ПЗ |
| | | | | | | |
|И|Кол|Ли|№ |Подп|Дат| |
|з|.уч|ст|док. |ись |а | |
|м|. | | | | | |
|.| | | | | | |
| |Ковалеви| | |Экспериментальная часть |Стади|Лист |Листов |
|Разраб|ч А. | | | |я | | |
|. | | | | | | | |
|Н.конт| | | | | |
|р. | | | | | |
|Утв. | | | | | |
где M – количество клеток в 1 мл исходной суспензии;
а - количество колоний, которые выросли на чашках
Петри;
Z - порядковый номер разведения суспензии;
V – объем суспензии, взятой для высева на чашку Петри,
мл.
Величину оптической плотности измеряют с помощью фотоколориметра
ФЭК-56М. Для измерения светорассеяния выбирают светофильтр, который
обеспечивает максимум пропускания света данной суспензией. В
результате опытов получили, что максимум пропускания света
обеспечивает длина волны 540 нм.
2.1.3 . Изучение сорбции металлов мхом
Для эксперимента на аналитических весах взвешивают образцы мха
массой 200+0,5 мг и помещают их в стеклянные флаконы с
привинчивающимися крышками объемом 100мл. Затем в эти же флаконы
заливают по 50 мл раствора металла различной концентрации (для
эксперимента были выбраны следующие концентрации металлов: 0,1;
0,02;0,005; 0,0001; 0,00002; 0,00001 моль/л), которые готовят путем
последовательного разведения исходного раствора соли металла (0,1
моль/л). Флаконы закрывают и оставляют на 24 часа при комнатной
температуре (18+2(С) при периодическом перемешивании. После чего мох
из суспензии отфильтровывают через бумажный фильтр в колбы для
титрования и титруют по следующим методикам.
2.1.3.1. Определение меди комплексонометрическим методом
В качестве источника меди использовали сульфат меди.
Ионы меди образуют с ЭДТА комплексы голубого цвета с константой
устойчивости 6,3*1018 (ионная сила 0,1: 20 (С). Анализируемый раствор
разбавляют водой до метки в мерной колбе. Равновесные растворы с
исходной концентрацией 0,100 моль/л после фильтрования в количестве 48
мл разбавляют водой в мерной колбе до 100 мл. После перемешивания
отбирают пипеткой аликвотную часть раствора в коническую колбу,
прибавляют 20 мл дистиллированной воды, 5 мл буферного раствора, на
кончике металлического шпателя 20-30 мг индикаторной смеси, растворяют
ее и титруют раствором ЭДТА 0,0500 М до изменения окраски из
зеленовато-желтого цвета в чисто-фиолетовую. Измеряют объем ЭДТА и
вводят 1 каплю 2 М раствора NH4ОН, если цвет раствора остается
фиолетовым, титрование прекращают; если от добавления аммиака окраска
изменилась в желтую или желто-зеленую, продолжают титрование раствором
ЭДТА до устойчивой фиолетовой окраски.
В качестве буферного раствора используют ацетатный буфер (ацетат
аммония, 50% раствор) с pH6. Титрование ведут на холоду (при комнатной
температуре 18+2(С).
В качестве металлоиндикатора используют мурексид (смесь с
хлоридом натрия в соотношении 1:100).
Массу определяемого вещества рассчитывают по формуле (2.2.):
m= (V1*Vж*c1*M)/(V2*1000) ( 2.2 )
где – V1 – объем раствора ЭДТА, пошедшего на титрование;
V2 - объем анализируемого равновесного раствора
(аликвотная часть);
c1 - молярная концентрация ЭДТА;
M – молярная масса определяемого вещества;
Vж - объем мерной колбы, из которой отбирали аликвотную
часть.
2.1.3.2. Определение кадмия комплексонометрическим методом
В качестве источника кадмия в работе использовали ацетат кадмия.
Отбирают аликвотную часть анализируемого раствора из мерной колбы
вместимостью 100 мл, прибавляют 2-3 мл буферного раствора с pH 10
(аммиачный буферный раствор: 67г NH4Cl и 570 мл 25%-ного NH3 в 1 л
раствора), 15 мл воды, перемешивают и прибавляют на кончике шпателя 20-
30 мг смеси индикатора эриохромового черного Т и хлорида натрия.
Перемешивают до полного растворения индикаторной смеси и титруют
раствором ЭДТА 0,0500 М до изменения окраски раствора из винно-красной в
голубую.
Массу определяемого вещества рассчитывают по вышеуказанной формуле
(2.2).
2.1.4. Определение кинетики сорбции металлов мхом
В стеклянные флаконы помещают навески по 200+0,5 мг мха, взвешенные
на аналитических весах. Добавляют по 50 мл раствора металла 0,02 моль/л
и тщательно перемешивают. Через 5, 10, 20, 30, 60 и 120 мин мох
отфильтровывают из анализируемых растворов. Фильтраты меди и кадмия
оттитровывают раствором ЭДТА по вышеописанной методике.
2.1.5. Изучение сорбции металлов микроорганизмами
В мерную колбу на 50 мл сначала добавляют 1 мл микробной
суспензии, затем доводят объем до метки исследуемым раствором металла.
После этого вливают содержимое мерной колбы во флаконы на 100 мл
с привинчивающимися крышками. Флаконы оставляют на 24 часа, по
истечении которых растворы центрифугируют при 8000 об/мин в течение 10
минут. Далее раствор, отделенный от микроорганизмов, оттитровывают
раствором ЭДТА по вышеописанной методике.
2.1.6. Определение кинетики сорбции металлов микроорганизмами
В мерную колбу на 50 мл сначала добавляют 1 мл микробной
суспензии, затем доводят объем до метки исследуемым раствором металла.
После этого вливают содержимое мерной колбы во флаконы на 100 мл с
привинчивающимися крышками.
Через 5, 10, 20, 30, 60 и 120 мин отфильтровывают культуру
микроорганизмов на микробном фильтре и фильтраты оттитровывают
раствором ЭДТА.
2.1.7. Изучение сорбции металлов в системе мох-суспензия
микроорганизмов
В стеклянные флаконы помещают пробы мха 200+0,5 мг предварительно
взвешенные на аналитических весах. Потом в эти же стеклянные флаконы
добавляют 50 мл раствора металла различной концентрации. И затем
добавляют 1 мл микробной суспензии. После этого систему при
периодическом перемешивании оставляют на 24 часа. Через сутки
исследуемые растворы отфильтровывают на микробном фильтре и титруют
раствором ЭДТА по методикам указанным в пп. 2.1.3.1. и 2.1.3.2..
2.1.8. Определение кинетики сорбции металлов микроорганизмами,
адсорбированными на мхе
В стеклянные флаконы с привинчивающимися крышками помещают навески
мха массой 200+0,5 мг, 1 мл микробной суспензии и 50 мл раствора
металла 0,02 моль/л. Через 5, 10, 20, 30, 60, 120 мин культуру
микроорганизмов отфильтровывают через микробный фильтр и фильтраты
оттитровывают раствором ЭДТА.
2.1.9. Получение кривой выживаемости микроорганизмов
Выживаемость микроорганизмов изучают посевом их на чашки Петри с
питательным агаром. Микробную суспензию используют после обработки ее
металлами в опыте по изучению сорбции металлов микроорганизмами.
2.1.10. Изучение адсорбции микроорганизмов мхом
В мерную колбу на 50 мл сначала добавляют 1 мл микробной суспензии
и доводят объем до метки дистиллированной водой. Затем переливают
раствор микробной суспензии в качальную колбу и добавляют навески мха
массой 200+0,5 мг. Все колбы ставят на качалку на 2 часа. Измеряют
оптическую плотность и делают высев на жизнеспособность. Результаты
представлены в таблице 2.8.
2.2. Результаты исследований и их обсуждение
В качестве сорбента-носителя микроорганизмов использовался мох из
класса мхи (Мusci) подкласса сфагновые, семейства сфагновые, Sphagnum
cuspidatum. Данный вид мха был выбран в связи с тем, что он обладает
значительным ареалом распространения в нашей республике.
В качестве микроорганизмов, способных к поглощению тяжелых
металлов, изучались Pseudomonas aeroginosa B7. Это прямые или слегка
изогнутые палочки, размером 0,5-1 мкм. Граммотрицательные, обладают
подвижностью за счет одного полярного жгутика, тип дыхания - аэробы,
метаболизм чисто дыхательного типа с использованием кислорода как
конечного акцептора электронов, данные бактерии могут выделять в среду
сине-зеленый пигмент. Данные бактерии широко распространены, так,
например, они часто встречаются при гнойных инфекциях в медицинских
учреждениях.
Полученные экспериментальные данные в опыте по изучению сорбции
металлов мхом (2.1.3.) сведены в таблицу 2.1. и представлены в виде
изотерм сорбции на рисунках 2.1. и 2.2..
Таблица 2.1
Данные ионообменной сорбции металлов мхом
|Навеска|Исходная |Объем |Объем ЭДТА 0,05 |Равновесная |Количество |
|мха, г |концентрац|аликвоты|моль/л пошедшего|концентрация |сорбированно|
| |ия соли |, мл |на титрование, |соли металла, |го металла, |
| |металла, | |мл |моль/л |мг-экв/г |
| |моль/л | | | | |
|Сульфат меди, CuSO4 |
|0,2012 |0,1 |10 |9,85 |0,09855 |0,72 |
|0,1998 |0,1 |10 |9,86 |0,09863 |0,68 |
|0,2001 |0,02 |10 |3,73 |0,01865 |0,67 |
|0,2020 |0,02 |10 |3,74 |0,01868 |0,66 |
|0,1995 |0,005 |25 |1,95 |0,00389 |0,55 |
|0,1987 |0,005 |25 |1,99 |0,00397 |0,51 |
|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2 |
|0,2013 |0,1 |10 |9,86 |0,09864 |0,69 |
|0,2210 |0,1 |10 |9,87 |0,09871 |0,66 |
|0,1899 |0,02 |10 |3,75 |0,01876 |0,62 |
|0,2430 |0,02 |10 |3,76 |0,01880 |0,60 |
|0,2150 |0,005 |25 |1,93 |0,00386 |0,57 |
|0,2000 |0,005 |25 |1,95 |0,00390 |0,55 |
[pic]
Рис.2.1.
[pic]
Рис.2.2.
Изотермы сорбции – это кривые, показывающие зависимость
количества сорбированного вещества (мг-экв) в расчете на 1 г сорбента
от равновесной концентрации этого вещества в моль/л.
Полученные результаты полностью соответствуют существующим
сведениям об ионообменной емкости мха, которая по литературным
сведениям считается равной 1мг-экв/г.
На основании представленных рис.2.1. и 2.2. можно говорить, что
мох является хорошим природным ионообменником и обладает хорошими
сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам, это
достигается наличием в структуре мха таких веществ как полиурониды
(полисахариды, содержащие карбоксильную группу в 6-пложении пиранового
или ангидроглюкозного цикла) и пектина. Сравнивания результаты
сорбции ионов меди и ионов кадмия можно сделать вывод, что из
исследованных тяжелых металлов лучше сорбируется мхом медь (Cu), чем
кадмий (Cd). Это может быть связано в первую очередь с тем, что ионы
меди лучше удерживаются карбоксильными группами мха в составе
клеточной стенки мха, которые и отвечают в основном за ионообменную
активность мха.
Полученные экспериментальные данные в опыте по изучению кинетики
сорбции металлов мхом (2.1.4.) сведены в таблицу 2.2. и представлены в
виде кинетических кривых сорбции на рисунках 2.3 и 2.4..
Таблица 2.2
Данные по кинетике сорбции металлов мхом
|Врем|Навеска|Исходная |Объем |Объем ЭДТА 0,05 |Равновесная |Количество |
|я, |мха, г |концентрац|аликвоты|моль/л пошедшего|концентрация |сорбированно|
|мин | |ия соли |, мл |на титрование, |соли металла, |го металла, |
| | |металла, | |мл |моль/л |мг-экв/г |
| | |моль/л | | | | |
|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2 |
|5 |0,2014 |0,02 |10 |3,99 |0,01997 |0,01 |
|10 |0,2218 |0,02 |10 |3,94 |0,01972 |0,14 |
|20 |0,1899 |0,02 |10 |3,92 |0,01958 |0,21 |
|30 |0,2434 |0,02 |10 |3,86 |0,01931 |0,35 |
|60 |0,2156 |0,02 |10 |3,81 |0,01903 |0,49 |
|120 |0,2213 |0,02 |10 |3,81 |0,01903 |0,49 |
|Сульфат меди, CuSO4 |
|5 |0,2266 |0,02 |10 |3,82 |0,01912 |0,44 |
|10 |0,2312 |0,02 |10 |3,80 |0,01901 |0,50 |
|20 |0,1899 |0,02 |10 |3,77 |0,01885 |0,57 |
|30 |0,2001 |0,02 |10 |3,75 |0,01874 |0,63 |
|60 |0,2166 |0,02 |10 |3,73 |0,01863 |0,69 |
|120 |0,1959 |0,02 |10 |3,73 |0,01863 |0,69 |
[pic]Рис.2.3.
[pic]Рис.2.4.
Под кинетическими кривыми сорбции принято понимать кривые,
показывающие зависимость количества сорбированного вещества (ионов
металла) от времени проведения сорбции, t, мин.
По виду кинетических кривых можно говорить о том, что в системе
«мох-раствор металла» достаточно быстро устанавливается равновесное
состояние (рис.2.3, 2.4.). Так, уже через полчаса сорбируется 91%
ионов меди и 72% кадмия. Также по виду кривой 2.3. можно говорить о
присутствии у мха двух активных центров связывания ионов металла, об
этом свидетельствуют две точки перегиба на кривой, т.е. основной вклад
в сорбцию вносит ионообменная сорбция, а не физическая, т.к. в случае
физической сорбции точек перегиба бы не было.
Результаты изучения сорбции металлов микроорганизмами (2.1.5.)
сведены в таблицу 2.3. и представлены в виде изотерм сорбции металлов
на рис.2.5.и 2.6..
Таблица 2.3
Данные по сорбции металлов микроорганизмами
|Навеск|Исходная |Объем |Объем ЭДТА |Равновесная |Количество|Количество|
|а мха,|концентрац|аликвоты|0,05 моль/л |концентрация|сорбирован|сорбирован|
|г |ия соли |, мл |пошедшего на |соли |ного |ного |
| |металла, | |титрование, |металла, |металла, |металла |
| |моль/л | |мл |моль/л |мг-экв/мл |мг-экв/см3|
| | | | | | | |
| | | | | | |плотно |
| | | | | | |упакованны|
| | | | | | |х клеток |
|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2 |
|0,1945|0,1 |10 |9,98 |0,09979 |0,11 |8,0046 |
|0,2230|0,1 |10 |9,99 |0,09986 |0,08 |5,6172 |
|0,1981|0,02 |10 |3,96 |0,01979 |0,11 |7,5130 |
|0,2054|0,02 |10 |3,97 |0,01986 |0,07 |4,9151 |
|0,1980|0,005 |25 |2,38 |0,00476 |0,12 |8,4258 |
|0,1996|0,005 |25 |2,40 |0,00480 |0,10 |7,0215 |
Продолжение таблицы 2.3
|Сульфат меди, CuSO4 |
|0,2032|0,1 |10 |9,93 |0,09933 |0,33 |23,1711 |
|0,1975|0,1 |10 |9,94 |0,09941 |0,29 |20,3625 |
|0,1987|0,02 |10 |3,89 |0,01947 |0,27 |18,6071 |
|0,2005|0,02 |10 |3,90 |0,01948 |0,26 |18,2560 |
|0,2400|0,005 |25 |2,24 |0,00449 |0,25 |17,6943 |
|0,2265|0,005 |25 |2,26 |0,00451 |0,24 |16,8517 |
[pic]Рис.2.5.
[pic] Рис. 2.6.
Основываясь на результатах эксперимента можно говорить о том, что
исследуемый штам микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa В7 обладает
сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам. Так, по
отношению к кадмию в результате исследований (п.2.1.5) сорбционная
емкость микроорганизмов – 0,114 мг-экв/мл суспензии, по меди – 0,29 мг-
экв/мл суспензии.
Однако стоит отметить, что в настоящее время существуют более
эффективные формы микроорганизмов, которые используются для
биосорбции металлов из растворов, в том числе и штаммы данного рода.
Из исследованных тяжелых металлов лучше сорбируется мхом и
микроорганизмами медь (Cu), чем кадмий (Cd) (см. рис.2.5 и 2.6.)
Можно сделать предположение о том, что это связано в первую очередь с
тем, что в небольших количествах медь является одним из важнейших
биогенных элементов, необходимых для развития микроорганизмов и наряду
с сорбцией имеет место утилизация микроорганизмами ионов меди.
Результаты изучения кинетики сорбции микроорганизмами ионов
металлов сведены в таблицу 2.4. и представлены в виде кинетических
кривых.
Таблица 2.4
Данные по кинетике сорбции металлов микроорганизмами
|Время|Навеск|Исходная|Объем |Объем ЭДТА|Равновесна|Количество|Количество |
|, мин|а мха,|концентр|аликво|0,05 |я |сорбирован|сорбированного|
| |г |ация |ты, мл|моль/л |концентрац|ного |металла |
| | |соли | |пошедшего |ия соли |металла, |мг-экв/см3 |
| | |металла,| |на |металла, |мг-экв/мл |плотно |
| | |моль/л | |титрование|моль/л | |упакованных |
| | | | |, мл | | |клеток |
|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO)2 |
|5 |0,1874|0,02 |10 |4,00 |0,01999 |0,01 |0,3511 |
|10 |0,1755|0,02 |10 |3,98 |0,01990 |0,05 |3,3703 |
|20 |0,2100|0,02 |10 |3,98 |0,01988 |0,06 |4,3534 |
|30 |0,1990|0,02 |10 |3,97 |0,01985 |0,07 |5,1257 |
|60 |0,1980|0,02 |10 |3,96 |0,01982 |0,09 |6,2492 |
|120 |0,1996|0,02 |10 |3,96 |0,01981 |0,10 |6,7407 |
|Сульфат меди, CuSO4 |
|5 |0,1955|0,02 |10 |3,97 |0,01985 |0,07 |5,1959 |
|10 |0,2230|0,02 |10 |3,96 |0,01978 |0,11 |7,5833 |
|20 |0,1906|0,02 |10 |3,94 |0,01971 |0,15 |10,2515 |
|30 |0,2054|0,02 |10 |3,93 |0,01964 |0,18 |12,4281 |
|60 |0,1980|0,02 |10 |3,90 |0,01949 |0,26 |17,9751 |
|120 |0,1996|0,02 |10 |3,90 |0,01949 |0,26 |17,9751 |
[pic]
Рис. 2.7.
[pic]
Рис.2.8.
По виду кинетических кривых сорбции можно говорить, что основной
вклад в сорбцию ионов металлов микроорганизмами вносит физическая
сорбция, чтобы говорить о ионообменной сорбции необходимы
дополнительные исследования. Равновесное состояние устанавливается в
течение часа. Также можно сказать, что сорбция меди идет быстрее.
Полученные результаты в экспериментах по изучению сорбции металлов
в системе мох-суспензия микроорганизмов (п.2.1.6.) сведены в таблицу
2.5. и представлены в виде изотерм сорбции на рис. 2.9.и 2.10..
Таблица 2.5
Данные по сорбции металлов в системе мох-суспензия микроорганизмов
|Навеска|Исходная |Объем |Объем ЭДТА 0,05 |Равновесная |Количество |
|мха, г |концентрац|аликвоты|моль/л пошедшего|концентрация |сорбированно|
| |ия соли |, мл |на титрование, |соли металла, |го металла, |
| |металла, | |мл |моль/л |мг-экв/г |
| |моль/л | | | | |
|Ацетат кадмия, Cd(CH3COO) |
|0,2156 |0,1 |10 |9,84 |0,09842 |0,80 |
|0,2643 |0,1 |10 |9,85 |0,09850 |0,76 |
|0,1986 |0,02 |10 |3,69 |0,01846 |0,77 |
|0,1921 |0,02 |10 |3,70 |0,01850 |0,75 |
|0,1896 |0,005 |25 |1,73 |0,00346 |0,77 |
|0,1955 |0,005 |25 |1,71 |0,00342 |0,79 |
|Сульфат меди, CuSO4 |
|0,2000 |0,1 |10 |9,80 |0,09805 |0,97 |
|0,1955 |0,1 |10 |9,81 |0,09811 |0,94 |
|0,1970 |0,02 |10 |3,63 |0,01816 |0,92 |
|0,1979 |0,02 |10 |3,64 |0,01819 |0,90 |
|0,2053 |0,005 |25 |1,62 |0,00323 |0,88 |
|0,1990 |0,005 |25 |1,61 |0,00322 |0,89 |
[pic]
Рис. 2.9
[pic]Рис.2.10.
По результатам этого эксперимента можно сделать вывод, что
совместное использование мха и микроорганизмов значительно повышает
эффективность биосорбции и улучшает поглощение тяжелых металлов из
растворов этих металлов. Так, если мхом сорбируется 0,655 мг-
экв(кадмия )/г, то при совместном использовании мха и микроорганизмов-
0,777 мг-экв/г и мл. Таким образом, эффективность сорбции
увеличивается на 16% . При аналогичном сравнивании результатов сорбции
по ионам меди эффективность увеличивается на 26%.
Экспериментальные данные по изучению кинетики сорбции металлов
микроорганизмами, адсорбированными на мхе сведены в таблицу 2.6. и
представлены в виде кинетических зависимостей концентрации металла от
времени на рис. 2.11. и 2.12..
Таблица 2.6.
Данные по кинетике сорбции металла в системе мох-суспензия
микроорганизмов
|Время|Навеска |Исходная |Объем |Объем ЭДТА 0,05 |Равновесная |Количество|
|, мин|мха, г |концентрац|аликвот|моль/л пошедшего|концентрация |сорбирован|
| | |ия соли |ы, мл |на титрование, |соли металла,|ного |
| | |металла, | |мл |моль/л |металла, |
| | |моль/л | | | |мг-экв/г |
|Ацетат кадмия, Сd(CH3COO)2 |
|5 |0,2251 |0,02 |10 |3,95 |0,01975 |0,13 |
|10 |0,2643 |0,02 |10 |3,95 |0,01974 |0,13 |
|20 |0,1986 |0,02 |10 |3,93 |0,01965 |0,18 |
|30 |0,1921 |0,02 |10 |3,93 |0,01965 |0,18 |
|60 |0,1896 |0,02 |10 |3,69 |0,01845 |0,78 |
|120 |0,1955 |0,02 |10 |3,69 |0,01845 |0,78 |
|Сульфат меди, CuSO4 |
|5 |0,2312 |0,02 |10 |3,79 |0,01897 |0,52 |
|10 |0,2087 |0,02 |10 |3,79 |0,01897 |0,52 |
|20 |0,1982 |0,02 |10 |3,79 |0,01895 |0,52 |
|30 |0,19 |0,02 |10 |3,75 |0,01873 |0,64 |
|60 |0,191 |0,02 |10 |3,68 |0,01841 |0,79 |
|120 |0,24 |0,02 |10 |3,67 |0,01833 |0,83 |
[pic]
Рис.2.11.
[pic] Рис.2.12.
По результатам эксперимента можно сделать следующие выводы: в
системе быстро наступает равновесное состояние, так уже через 60 мин
сорбируется 95% ионов меди, и 97% ионов кадмия; наличие на
кинетических кривых двух точек перегиба свидетельствует о наличие у
мха двух активных центров связывания и значимости ионообменной сорбции
в суммарном процессе.
Результаты эксперимента по получению кривых выживаемости
микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa (2.1.9.) представлены на рис.
2.13. и 2.14..
[pic]
Рис. 2.13.
[pic] Рис.2.14.
Результаты данного эксперимента полностью соответствуют
литературным сведениям о выживаемости микроорганизмов при воздействии
на них ионов тяжелых металлов [5,7]. Сопоставляя результаты этого
эксперимента и эксперимента по изучению сорбции металлов
микроорганизмами (пп.2.1.5. и 2.1.6.) можно говорить о том, что сорбция
ведется и мертвой культурой, что подтверждает физический характер
сорбции при использовании микроорганизмов.
Результаты изучения адсорбции микроорганизмов мхом (п.2.1.10.)
сведены в таблицу 2.7..
Таблица 2.7
|Концентрация |Оптическая |Оптическая |Концентрация |Фактическая |
|микробной |плотность (D) |плотность (D) |микробной |концентрация,|
|суспензии после|разбавленной |суспензии после|суспензии после |определенная |
|разведения ее |суспензии до |проведения |проведения |путем высева |
|до 50мл, кл/мл |опыта |опыта |эксперимента, |на |
| | | |кл/мл |агаризованную|
| | | |(рис.2.15.) |среду, кл/мл |
|6,8*107 |0,092 |0,073 |5,07*107 |4,5*107 |
|6,8*107 |0,092 |0,069 |5,07*107 |5*107 |
|6,8*107 |0,092 |0,071 |5,07*107 |4*107 |
Согласно результатам этого эксперимента можно говорить о том, что
мох губительно воздействует на микроорганизмы так, в результате
исследований (п.2.1.10) концентрация микроорганизмов снизилась с
6,8*107 до 5,07*107 кл/мл. Данные свойства мха могут в дальнейшем
найти применение в медицине, при использовании мха как энтеросорбента.
Концентрация микробной суспензии, кл/мл*109
Рис. 2.15.
Можно сделать следующие выводы по итогам исследований:
1) Мох является хорошим природным ионообменником и обладает хорошими
сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам, это
достигается наличием в структуре мха таких веществ как полиурониды
(полисахариды, содержащие карбоксильную группу в 6-пложении пиранового
или ангидроглюкозного цикла) и пектина. Ионообменная емкость мха по
меди 0,7 мг-экв/г, по кадмию 0,65 мг-экв/г.
2) Мох оказывает губительное воздействие на микроорганизмы.
3) Исследуемый штам микроорганизмов Pseudomonas aeruginosa В7 обладает
сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам. Так, по
отношению к кадмию в результате исследований (п.2.1.5) сорбционная
емкость микроорганизмов – 0,114 мг-экв/мл суспензии, по меди – 0,29 мг-
экв/мл суспензии.
4) По виду кинетических кривых сорбции, согласно современным
представлениям о механизме процесса сорбции можно сделать вывод, что в
исследованных гетерогенных системах достаточно быстро устанавливается
равновесное состояние.
5) Совместное использование мха и микроорганизмов значительно повышает
эффективность биосорбции и улучшает поглощение тяжелых металлов из
растворов этих металлов.
2.3. Статистическая обработка
2.3.1. Расчет статистической ошибки определения сорбции
микроорганизмов мхом
n:=3 i:= 1..n
X1:=0.073 X2:=0.069 X3:=0.071- объем раствора ЭДТА
пошедшего на титрование;
X:=0.071 – среднее значение;
S:=0.0006
t:=3.14
D:=0.0015
Z:=0.103
2.3.2. Расчет статистической ошибки определения концентрации
металлов путем титрования
Рассчитаем ошибку в опыте по изучению сорбции меди мхом
(п.2.1.3) для исходной концентрации 0,1 моль/л (табл.2.1):
n:=3 i:= 1..n
X1:=9.85 X2:=9.86 X3:9.84 - объем раствора ЭДТА пошедшего на
титрование;
X:=9.85– среднее значение;
S:=0.0007
D:=0.002
Z:=0.109
-----------------------
[pic]
Реферат на тему: Сорняки и борьба с ними
Нижнедевицкая СШПОО
РЕФЕРАТ
На тему: «Сорняки и борьба с ними»
Выполнил:
Золотарева И
Проверил:
Быканов А.Е.
Нижнедевицк 2000 г.
Введение. 3
Сорняки – конкуренты культурных растений. 4
Биологические особенности сорняков 6
Экология сорных растений 8
Классификация сорных растений. 9
Борьба с сорняками. 11
Введение.
Один из важнейших элементов (звеньев) систем земледелия – борьба с
сорняками (сорными растениями). Сорняки – это растения, засоряющие
сельскохозяйственные угодья и наносящие вред сх культурам. К сорным
принадлежат растения, не культивируемые человеком, но исторически
приспособившимся к условиям возделывания культурных растений, растущих
вместе с ними и наносящие вред посевам. Сорняки встречаются га полях, лугах
и других сх угодьях. Иногда посевы одних сх культур засоряются другими
видами культурных растений. Такие растения называются засорителями.
Засорители – это растения, относящиеся к культурным видам, не
возделываемым на одном поле.
В процессе эволюции некоторые сорняки настолько приспособились к
условиям жизни культурных растений, что существуют как спутники последних и
произрастают совместно. Такие сорняки называются специализированными. Они
засоряют посевы только определенных культур. В посевах озимых можно
встретить специализированные виды сорняков – трехреберник непахучий,
василек синий, костер ржаной и другие, на полях проса – щетинник, в посевах
риса – куриное просо и т.д. Многие сорные растения встречаются в посевах
большинства сх культур.
Сорняки отличаются большой устойчивостью к неблагоприятным почвенно-
климатическим условиям. Приспосабливаясь к жизни культурных растений, они
вырабатывают аналогичные им свойства как высокоорганизованные растения,
обладают высокой экологической пластичностью.
На пашне и других сх угодьях культурные и сорные растения
произрастают вместе и представляют собой искусственные ценозы –
агрофитоцинозы, в которых благодаря исключительной жизнеспособности
сорняков сохраняется их устойчивость к уничтожению. В результате
длительного сх использования почвы в ней создаются и накапливаются семена
сорных растений и их вегетативные зачатки.
Сорняки – конкуренты культурных растений.
Основной вред, причиняемый сорными растениями, состоит в резком
снижении урожаев сх культур с одноименным ухудшением качества получаемой
продукции. Это происходит в результате конкуренции между культурными и
сорными растениями за основные факторы жизни – воду, свет и питательные
вещества.
Потери урожая от сорняков, болезней, вредителей различных культур в
мире очень велики и составляют:
- зерновые - 500-510 млн. т.,
- сахарной свеклы – 65-75,
- картофеля – 125-135,
- овощей – 78-79.
Что составляет 30-40% общего сбора продукции и оценивается астрономической
цифрой – 75 млрд. долларов.
Особенно заметный ущерб причиняют сорняки в условиях систематического
применения минеральных удобрений коэффициент использования питательных
веществ культурными растениями в среднем составляет 30-40%, а сорняками –
значительно больше.
Ухудшая условия жизни культурных растений, сорняки отрицательно влияют
на качество урожая, снижая стекловидность, содержание белка в зерне,
масличность, увеличивая пленчатость.
Кроме прямого вреда, сорная растительность вредит косвенно, являясь
очагом распространения вредителей и болезней сельскохозяйственных культур.
Одна из причин снижения урожайности сх культур – химическое
взаимодействие культурных и сорных растений, так называемая аллелопатия.
Известные факты подавления роста и развития растений выделениями корневых
систем, семян сорняков или частей растений. При взаимодействии растений
иногда наблюдалось не только ингибирующее действие, но и стимулирующее.
Вопрос аллелопатического взаимодействия культурных и сорных растений
полностью не выяснен.
Вредоносность сорняков определяется чувствительностью к ним культурных
растений в зависимости от фазы роста и развития. Проведенные исследования
показывают, что критические периоды приурочены к ранним фазам их роста.
Сорняки создают большие трудности при проведении сх работ. До 30-40%
затрат на обработку почвы обусловлены борьбой с сорными растениями. Кроме
того, значительная засоренность полей, особенно злостными сорняками,
вызывает дополнительные приемы обработки почвы.
Сх практика и результаты исследований свидетельствуют, что в условиях
интенсификации земледелия вред от сорняков не уменьшается, и поэтому
необходимо вести решительную борьбу с ними. Для этого необходимо знать
биологические особенности сорных растений.
Биологические особенности сорняков
Приведем основные особенности, отличающие сорняки от культурных
растений.
Чрезвычайно высокое воспроизводство (плодовитость). Сорные растения
обладают огромной плодовитостью. По данным А.И. Мальцева, С.А. Котта и
других исследователей, сорные растения способны образовывать большое
количество семян (таблица 1)
Таблица 1 плодовитость некоторых сорняков (в тыс. шт. на одно растение)
|Сорняк |Плодовитость |
|Амброзия полыннолистая |5 |
|Василек синий |7 |
|Горец вьюнковый |11 |
|Донник желтый |15 |
|Осот полевой |19 |
|Осот розовый |35 |
|Трехреберник непахучий |54 |
|Пастушья сумка |73 |
|Полынь горькая |102 |
|Курай |200 |
|Щирица запрокинутая |500 |
|Гулявник струйчатый |730 |
Способность семян плодов сорняков распространятся на большие
расстояния. Многие семена сорных растений снабжены специальными
приспособлениями. Благодаря им семена переносятся на большие расстояния
ветром, водой, животными, сх орудиями и машинами.
Перенос ветром может быть более интенсивным, когда семена имеют
приспособления в виде летучек. Семена некоторых растений снабжены
приспособлениями, скручивающимися и раскручивающимися при изменении
влажности воздуха. Такое приспособление имеет овсюг, что позволяет ему
перемещаться по поверхности почвы и ввинчиваться в нее и т.д.
Длительная жизнеспособность семян. Установлено, что семена многих
сорняков, погребенные в почве, сохраняют жизнеспособность в течении многих
лет.
Неравномерное прорастание семян сорняков, покой сорняков, способность
прорастать на свету. Неодновременное и растянутое прорастание семян
сорняков – важная биологическая особенность, отличающая их от культурных
растений. Период прорастания у культурных растений исчисляется днями, у
многих сорняков семена могут прорастать в течение вегетационного периода
или лежать в почве годы, не теряя всхожести.
Высокая жизнеспособность и пластичность при различных экологических
режимах. Сорные растения быстро приспосабливаются к изменяющимся внешним
условиям среды, показывая высокую приспосабливаемость и жизнестойкость. В
ходе естественной эволюции они выработали способность полнее использовать
факторы жизни растений. Многие из них отличаются исключительной
пластичностью роста и развития, при неблагоприятных условиях они едва
заметны у земли, а при благоприятных сильно ветвятся, достигают гигантских
размеров и образуют сотни тысяч семян.
Способность размножаться вегетативным путем.
К числу других важных биологических свойств сорных растений следует
отнести сохранение всхожести семян, находящихся в силосе, навозе, воде;
сохранение жизнеспособности при прохождении через кишечник животных и птиц;
способность развивать мощные корневые системы и накапливать в них
питательные вещества; вести паразитический и полупаразитический образ
жизни.
Экология сорных растений
Экология растений изучает влияние климатических, почвенных и
биотических факторов на растение. Распределение и поведение сорняков в
значительной степени связаны с деятельностью человека на
сельскохозяйственных угодьях. Система земледелия часто определяет
преобладание тех или иных видов сорняков. В некоторых случаях по наличию
отдельных их видов можно судить о плодородии и реакции почвы. Сорные
растения приспособлены к самым разнообразным климатическим условиям. Одни
из них растут почти в любых условиях, другие, наоборот, высокотребовательны
к условиям роста. К числу сорных растений, встречающихся почти повсеместно
на пахотных землях, относятся марь белая, щирица, щетинники, мокрица,
пастушья сумка, подорожник и множество других сорняков.
В условиях интенсификации земледелия отмечается связь и приуроченность
сорняков к среде их обитания в зависимости от применяемых факторов
интенсификации. В зависимости от севооборота, обработки почвы, состава
удобрений и т. д. Изменяется видовой состав сорняков. Они имеют
неодинаковую реакцию на различные сочетания элементов питания.
Классификация сорных растений.
На территории нашей страны встречаются около 2 тыс. видов сорных
растений, что вызывает необходимость их классификации. В связи с тем, что
ботаническая систематика сорняков не отвечает производственным целям, их
классифицируют по важнейшим биологическим признакам: способу питания
растений, продолжительности жизни и способу размножения.
По способу питания сорняки делятся на две группы: 1) непаразитные и 2)
паразитные и полупаразитные.
Непаразитные сорные растения. Это обычные высокоорганизованные
автотрофные растения. Их делят по продолжительности жизни на две большие
группы: малолетние и многолетние.
Малолетние сорные растения размножаются семенами (иногда возможно
размножение частями растений), имеют жизненный цикл не более 2 лет. После
созревания семян растения отмирают. В зависимости от биологических
особенностей и продолжительности жизни малолетки делят на эфемеры, яровые
ранние, яровые поздние, зимующие, озимые и двулетники.
Многолетние сорные растения произрастают несколько лет на одном и том
же месте и неоднократно плодоносят в течение жизненного цикла, размножаются
семенами и вегетативными органами. По способности размножаться вегетативно
их делят на две группы:
а) не размножающиеся или слабо размножающиеся вегетативно;
б) с сильно выраженным вегетативным размножением.
Паразитные и полупаразитные сорняки. К паразитным сорнякам относятся
растения, утратившие полностью способность к фотосинтезу. Они питаются за
счет растения – хозяина.
К полупаразитным относятся растения, обладающие способностью к
фотосинтезу. Они могут жить самостоятельно. Однако чаще такие сорняки лучше
развиваются, если используют воду и растворимые в ней минеральные соли из
корней растения – хозяина. В таких случаях корневая система их развита
слабо.
Полная схема классификации сорняков представлена в таблице.
В основу этой классификации положены биологические особенности сорных
растений, поэтому она оказалась наиболее пригодной для производственных
целей. Многообразные формы размножения сорняков необходимо знать для
успешной борьбы с ними.
Таблица 2 Классификация сорных растений.
|Непаразитные |Паразитные и |
| |полупаразитные |
|Малолетние |Многолетние | |
|Эфемеры |Не размножающиеся или |Корневые |
|Яровые |слабо размножающиеся |Стеблевые |
|А)ранние; |вегетативно; | |
|Б)поздние. |а)стержнекорневые; | |
|Зимующие |б)мочковатокорневые | |
|Озимые |с сильно выраженным | |
|Двулетники |вегетативным | |
| |размножением: | |
| |а)луковичные; | |
| |б)клубневые; | |
| |в)ползучие (с наземными | |
| |вегетативными органами);| |
| | | |
| |г)корневищные; | |
| |д)корнеотпрысковые. | |
Борьба с сорняками.
В основе борьбы с сорняками должны лежать своевременность т высокое
качество проведения всех сельскохозяйственных работ и строгое соблюдение
севооборотов, что способствует созданию благоприятных условий для роста и
развития культурных растений. Чем лучше и быстрее растут и развиваются
культуры, занимая всю площадь, тем сильнее действуют они на сорняки и
подавляют их.
Руководствуюсь знаниями о видовом составе широко распространенных и
наиболее вредоносных сорных растений в хозяйстве, специалисты разрабатывают
комплексный план эффективных мероприятий на длительный период по ликвидации
сорняков. В него входят уничтожение растущих сорняков, очистка почвы от
семян и вегетативных зачатков, предотвращение заноса на поля. Эти задачи
решаются применением предупредительных и истребительных мер.
Предупредительные меры.
Предупредительные меры борьбы с сорняками направлены на применение
профилактических мероприятий, которые обеспечивают исключение всех
источников и способов поступления сорняков на поля. Приводим основные из
них.
Тщательная очистка посевного материала от семян сорняков. В посевном
материале чаще всего бывают семена тех сорняков, которые по характеру
поверхности, форме, размерами мало отличаются от семян культурных
растений, то есть трудно отделимы. Семенной материал, засоренный
трудноотделимыми сорняками, подвергаются специальной очистке.
Борьба с сорняками на необрабатываемых землях. Необрабатываемые земли
– обочины дорог, откосы каналов, межи, пустыри, полезащитные полосы, линии
электропередачи и т.д. Чтобы уменьшить вероятность засорения, с
необрабатываемых земель необходимо скашивать, выпалывать сорняки, уничтожая
их до цветения и плодоношения.
Правильное приготовление органических удобрений. Нельзя допускать,
чтобы семена сорняков попадали на поля с органическими удобрениями. В связи
с этим рекомендуется готовить корма, в которых не было бы жизнеспособных
семян сорняков, так как проходя через пищеварительный тракт животных, они
могут попасть в почву.
Протявосорняковый карантин. Он предусматривает систему мероприятий
предупреждения завоза и распространения особо опасных сорных растений из-за
границы (внешний карантин) и в пределах страны из одних районов в другие
(внутренний карантин). При обнаружении карантинных сорняков в хозяйстве
применяют все доступные средства для полного их уничтожения.
Очистка поливных вод от семян сорняков. Для этого необходимо
уничтожать сорную растительность по берегам каналов до ее плодоношения. Для
извлечения из поливной воды семян сорняков устраивают запони и отстойники.
Среди других предупредительных мероприятий важную роль играют создание
благоприятных условий для роста и развития культурных растений,
возделывание районированных сортов и гибридов, посев в оптимальные сроки,
своевременная и высококачественная уборка урожая.
Своевременное и тщательное проведение предупредительных мероприятий в
значительной мере способствует снижению засоренности полей.
Истребительные меры.
Истребительные меры борьбы направлены на непосредственное уничтожение
вегетирующих сорняков, их семян и вегетативных органов размножения.
Истребительные меры борьбы разделяют на механические, биологические,
химические и комплексные.
Механические меры. Эти меры основаны на правильной системе обработки
почвы. Преимущество механических приемов состоит в том, что каждый
агротехнический прием, кроме уничтожения сорняков, выполняет и другие
важные задачи. При своевременной и высококачественной обработке почвы
создаются хорошие условия накопления влаги, элементов питания.
Почвообрабатывающими машинами и орудиями можно создать условия для
провокации прорастания семян сорняков, а затем уничтожить появившиеся
всходы. Это достигается приемами лущения после уборки культур. Оно
способствует выходу семян сорняков из состояния покоя, уничтожению растущих
сорняков, истощению многолетников.
Система основной обработки должна сочетаться с системой предпосевной
обработки. Это совокупность приемов, проводимых незадолго до посева культур
(боронование, культивация). Предпосевной обработкой легко уничтожаются
проросшие сорняки.
Биологические способы. Эти методы борьбы основаны на уничтожении
сорняков с помощью специализированных насекомых, грибов, бактерий, вирусов,
которые развиваются и размножаются на определенных видах растений.
Примером биологического способа служит борьба с заразихой путем
использования мушки фотомизы, которая откладывает яйца в цветки заразихи и
резко снижает ее семенную продуктивность.
К биологическим способам борьбы с сорняками относят повышение
конкурентоспособности культурных растений по отношению к сорнякам. Это
наблюдается при соблюдении севооборота, высоком фоне питания, возделыванием
промежуточных культур и т. д.
Наука и практика показывают перспективность биологического способа
борьбы с сорняками.
Химический метод. Рассмотренными выше механическими и биологическими
методами не всегда удается полностью подавить и уничтожить сорняки.
Существующими машинами и орудиями невозможно ликвидировать сорняки в рядках
и гнездах. Мощная корневая система многолетних сорняков уходит глубоко в
почву (на 3-7 м), и даже самая глубокая обработка не уничтожает их
полностью. Поэтому возникает необходимость использования дополнительных
средств борьбы. Такими средствами служат гербициды – вещества, используемые
для уничтожения нежелательной растительности. Название гербициды происходит
от сочетания латинских слов: герба – трава, цидо – убивать.
Особенность химических методов борьбы с сорняками – их высокая
эффективность и производительность. При незначительных затратах трудоемкие
работы выполняются широкозахватными наземными машинами и авиацией.
Химическим способом борются с сорняками не только в посевах
сельскохозяйственных культур. Гербицидами уничтожают ядовитые растения на
лугах и пастбищах, ликвидируют зарастание каналов, участков
несельскохозяйственного использования.
Отмечая преимущества химических способов уничтожения сорняков,
необходимо помнить, что они служат одним из звеньев в общей системе приемов
борьбы.
По характеру воздействия на растения химические средства борьбы с
сорняками делятся на гербициды сплошного и избирательного действия.
Гербициды сплошного действия (общеистребительные). Они уничтожают все
растения (культурные и сорные). В связи с этим их целесообразно применять
на необробатоваемых сильно засоренных землях. На обрабатываемых полях такие
гербициды используется в периоды отсутствия культурных растений (после
уборки урожая, в чистых парах, при предпосевной обработке и т.д.).
Гербициды избирательного селективного действия. Они составляют
наибольшую группу. Избирательные препараты уничтожают сорняки в посевах
культурных растений без вреда для последних. Избирательность гербицидов
определяется анатомическими и морфологическими различиями культурных и
сорных растений, химическим составом, формой и нормами препарата, фазами
роста и развития растений. В основе избирательности гербицидов лежит также
различная способность их к поглощению и детоксикации в растительных тканях.
Избирательные препараты оказывают оказывают сильное влияние на процессы
обмена веществ в растениях. Культурные растения способны преодолевать эти
нарушения и разлагать гербициды на безвредные соединения. Такие нарушения в
сорняках вызывают их гибель.
По характеру действия на растения избирательные гербициды
подразделяются на контактные и передвигающиеся системные. Контактные
повреждают только те органы или ткани растений, с которыми они
соприкасаются после опрыскивания. Они не передвигаются по сосудисто-
проводящей системе растений. Те органы, на которые препарат не попадает,
остаются без повреждений. Поэтому необходимо тщательное смачивание сорняков
растворами при обработке.
При применении гербицидов, кроме соблюдения мер личной безопасности,
необходимо помнить о мерах охраны окружающей среды. Нельзя допускать
загрязнение почвы, водных источников, продуктов питания, а также защищать
пчел, птиц, животных от случайного попадания на них препаратов.
Если гербициды используют правильно, отрицательного воздействия на
растения и окружающую среду не наблюдается.
Комплексные методы. В основу комплексных методов борьбы с сорняками
положены рациональные принципы сочетания в севообороте предупредительных,
механических, химических и биологических мер. Комплексная борьба
результативнее, чем использование какого-нибудь одного способа. Кроме того
применение одних и тех же способов борьбы может приводить к нежелательным
последствиям.
Интенсивное применение удобрений и известкование почвы изменяют
условия минерального питания растений – улучшают условия произрастания
сельскохозяйственных культур, которые хорошо растут, занимают всю площадь и
подавляют сорняки. Ослабевшие сорные растения легко уничтожаются
гербицидами.
Сочетание агротехнических, химических и биологических мер борьбы
особенно эффективно в севообороте, где сорняки наиболее сильно угнетаются.
| |
