Исследование влияния табачного дыма на рост и развитие

ГОУ СОШ «ШКОЛА НАДОМНОГО ОБУЧЕНИЯ» №367
ЗЕЛЕНОГРАДСКОГО ОКРУГА ГОРОДА МОСКВЫ
КОНКУРС ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ПРОЕКТНЫХ РАБОТ
«УМНИКИ И УМНИЦЫ»
Исследование влияния табачного дыма
на рост и развитие растений.
(Химия и биология)
Работу выполнил ученик 10 класса
Евсеев Никита Александрович
Руководитель: Нестеренко Н.Б.
Москва 2010
1
Оглавление
1.Введение
-3-
2. Литературный обзор: Состав табачного
-4-
дыма
3. Экспериментальная часть
-9-
4. Выводы
-11-
5. Источники информации.
-12-
2
1. Введение
Гипотеза: Широко известными являются факты, подтверждающие негативное влияние
табачного дыма на организм человека. Причем опасным является не только активное, но и
пассивное курение.
Возможно, результат такого вредного воздействия можно обнаружить и на других живых
организмах – растениях.
Метод исследования: экспериментальный
3
2. Литературный обзор: Состав табачного дыма
Состав дыма при активном и пассивном курении
При сгорании табака образуются основной и дополнительный потоки дыма. "Основной
поток" формируется во время затяжки, проходит через все табачное изделие, вдыхается и
выдыхается курильщиком. "Дополнительный поток" образуется выдыхаемым дымом, а
также выделяется между затяжками в окружающую среду из обугливающейся части
сигареты (папиросы, трубки и т.п.). Основной поток табачного дыма образуют 35%
сгорающей сигареты, 50% уходят в окружающий воздух, составляя дополнительный
поток, от 5 до 15% компонентов сгоревшей сигареты остается на фильтре.
Более 90% основного потока состоит из 350-500 газообразных компонентов, особо
вредоносными из которых являются окись и двуокись углерода. Остальную часть
основного потока представляют твердые микрочастицы, включающие различные
токсические соединения. В дополнительном потоке окиси углерода содержится в 4-5 раз,
никотина и смол - в 50, а аммиака - в 45 раз больше, чем в основном!
Таким образом, как это ни парадоксально, в окружающую курильщика атмосферу
попадает токсических компонентов во много раз больше, чем в организм самого
курильщика. Именно это обстоятельство обуславливает особую опасность пассивного или
«принудительного» курения для окружающих.
Основные компоненты табачного дыма
Физико-химический механизм курения состоит в том, что через подожжённый и медленно
тлеющий табак всасывается воздух. Кислород, содержащийся во вдыхаемом воздухе,
проходя через слой тлеющего табака, усиливает его горение, и продукты возгонки вместе
с оставшейся частью воздуха поступают в лёгкие. Для выкуривания сигареты обычно
требуется 12— 18 затяжек.
Табачный дым представляет своеобразную физико-химическую систему, состоящую из
воздуха и взвешенных в нём продуктов горения табака. Они представляют собой твёрдые
частицы и капельки жидкости, размеры которых составляют доли микрометра. Число
таких частиц в дыме одной сигареты измеряется десятками и сотнями тысяч миллиардов!
Все эти частицы направляются в лёгкие.
Как известно, лёгкие состоят из множества мельчайших альвеол, суммарная поверхность
стенок которых достигает в момент вдоха более 100 м2. Нетрудно представить, какое
огромное число частиц дыма и ядовитых жидкостных взвесей оседает в лёгких.
Но частицы дыма только одна составляющая табака. При курении происходит так
называемая сухая перегонка: воздух при затяжке табаком нагревается до высокой
4
температуры и извлекает из него различные вещества, которые вместе с дымом поступают
в лёгкие.
В табачном дыме наибольшее значение имеют: аммиак; оксид углерода; канцерогенные
углеводороды, способствующие возникновению злокачественных опухолей.
Доказано наличие в табачном дыме и радиоактивного элемента полония, который
находится в дыме в виде изотопа с атомным числом 210 и периодом полураспада в 138
дней. Испуская альфа-лучи, полоний легко проникает через кожу, быстро превращается в
аэрозольное состояние, отравляет воздух. 50% полония, содержащегося в табачном
изделии, при курении переходит в дым.
Содержание вредных веществ в табачном дыме зависит от природы табака, способов его
предварительной обработки — вяления, сушки, ферментации и др., а в готовых изделиях
от сортности.
По данным фармакологов, при выкуривании одной пачки сигарет средней крепости с
общей массой табака 20 г образуется:

0,0012 г синильной кислоты;

·приблизительно столько же сероводорода;

0,22 г пиридиновых оснований;

0,18 г никотина;

0,64 г (0,843 л) аммиака;

·0,92 г (0,738 л) оксида углерода (II);

·не менее 1 г концентрата из жидких и твёрдых
продуктов горения и сухой перегонки табака,
называемых
табачным
дёгтем.
В
последнем
содержится около сотни химических веществ, в том
числе:
бензпирен;·бензатрацен;·радиоактивный
изотоп калия;·мышьяк и ряд ароматических полициклических углеводородов —
канцерогенов.
Некоторые курильщики полагают, что сигаретные фильтры, освобождая дым от
содержащихся в нём частиц, делают его безвредным. В действительности, это не так.
Предлагаемые поглотители не достигают желаемой цели. Наиболее часто употребляемые
фильтры задерживают не более 20% содержащихся в дыме веществ. Таким образом,
подавляющая масса веществ при сухой перегонке табака поступает в лёгкие.
5
Всасываясь через слизистые оболочки в кровь и разносясь по всему организму, эти
вещества производят в своей совокупности то своеобразное действие, ради которого
курильщик спустя некоторое время вновь начинает курить.
Табачный дым — это горячая смесь вредных газов, паров, жидкостей и твердых веществ,
возникающих в результате сгорания табачных листьев.
Измерения показали, что на конце папиросы, сигареты, и особенно сигары, развивается
очень высокая температура (600—900 °С). При этом происходит сухая перегонка табака
(пиролиз). Многие органические вещества сгорают до газообразных продуктов, некоторые
жидкости испаряются, а твердые превращаются в тончайшую микроскопическую пыль,
образуя вредные вещества. Таким образом, табачный дым — это аэрозоль из газов,
жидкостей и твердых веществ. Химический состав табачного дыма очень сложен.
В зависимости от качества, сортности и состава табака в нем различают 1200
компонентов.
К вредным газообразным компонентам табачного дыма относятся: оксид углерода
(угарный газ) и углекислый газ, аммиак, сероводород, формальдегид; метан, оксид
мышьяка, этан, оксид азота и др. При этом следует учитывать, что даже безвредные в
обычном состоянии вещества в горячем и распыленном виде токсичны. По сравнению с
газообразными фракциями, жидкие фракции табачного дыма более разнообразны и
токсичны. Из жидких веществ, оказывающих токсичное действие на организм, в табачном
дыме обнаружено более 30 различных кислот, свыше 20 спиртов, 27 альдегидов и кетонов,
65 алифатических углеводородов и 45 фенолов, образующих табачный деготь, эфирные
масла.
Среди многочисленных кислот табачного дыма особенно сильными ядами являются
синильная , муравьиная и масляная. Синильная кислота—это смертельный яд. Одной ее
капли достаточно, чтобы моментально убить человека; она парализует клеточное и
тканевое дыхание. Несмотря на то, что содержание синильной кислоты в дыме небольшое,
она усиливает кислородное голодание и нарушает обмен веществ в мозговой, сердечной и
мышечной тканях. Кислоты сильно раздражают слизистую оболочку дыхательных путей и
альвеол, способствуя проникновению в кровь табачных ядов и вызывая воспаление
гортани, глотки, верхних дыхательных путей. Из возгоняющихся спиртов ядами являются
метиловый, этиловый, пропионовый, масляный и высшие многоатомные спирты,
называемые сивушными маслами. Они отравляют легочную ткань, легко проникают в
кровь, особенно поражая нервную систему. Альдегиды и кетоны - вредные продукты
распада органических веществ; большинство из них имеет горький привкус. Вместе с
6
сероводородом и никотином они вызывают обильное слюноотделение, тошноту и позывы
к рвоте.
Алифатические углеводороды и фенолы (среди них бензпирен и бензатрацен), входящие
в состав табачного дегтя, приводят к злокачественным новообразованиям. Табачный
деготь и смолы легко прилипают к тонким внутренним оболочкам легочных путей и
альвеол, препятствуя нормальному газообмену между легкими и кровью. Осаждаясь на
зубах и деснах, деготь приводит к воспалению слизистой оболочки рта, образованию
бурого налета и разрушению зубов, что является причиной неприятного запаха изо рта.
Воздействуя на вегетативные функции организма, никотин изменяет секрецию
надпочечников, усиливая выделение гормона адреналина и его действие на сердце и
сосуды. Поэтому при курении резко увеличивается частота сердечных сокращений,
одновременно на продолжительное время суживаются периферические кровеносные
сосуды. За минуту частота сокращений повышается на 20—30 ударов, а спазм сосудов
резко повышает кровяное давление, нарушает питание тканей и мышц, мозга, почек,
печени, кожи.
Никотин является ядом, прекращающим проведение возбуждений через нервные узлы. В
целостном организме нарушение такой передачи препятствует нервной регуляции
сердечно-сосудистой, дыхательной, выделительной н других систем, обмена веществ,
желез внутренней секреции. Установлено, что никотин мешает усвоению организмом
витамина С, разрушая его, вызывает усиленное отложение в степках кровеносных сосудов
извести и холестерина, что приводит к склеротическим изменениям. Особенный вред
оказывает никотин на организм при мышечной деятельности, так как нарушает
кровообращение и регуляцию жизненно важных органов и самой мышечной ткани. При
этом вред курения сводить только к никотину было бы слишком односторонне.
Следует обратить внимание и на другие составные части табачного дыма, которые
отравляют организм, снижают его защитные свойства, нарушают рост и развитие,
способствуя возникновению различных заболеваний. Твердых фракций в табачном дыме
меньше, чем газообразных и жидких, но их влияние на организм еще более губительно. К
этим фракциям относятся: соединения мышьяка, радиоактивные и канцерогенные
вещества, сажа.
Подсчитано, что в 1 мл табачного дыма содержится 600 000 мелких пылевых частиц сажи.
Они засоряют легочную ткань, затрудняют дыхание. Оксид мышьяка является
чрезвычайно токсичным соединением, которое отравляет легкие и нервную систему.
Ученые обнаружили в табачном дыме радиоактивный полоний с периодом распада 138
дней.
7
При курении из табака в дым переходит 80 % полония. Он излучает альфа - частицы. При
выкуривании двух пачек сигарет человек получает облучение в 36 рад, а допустимая доза,
установленная Международным советом защиты от радиации, составляет 6 рад. Если
учесть, что в табачном дыме содержится еще а и радиоактивный свинец , висмут ,
излучающие бета - частицы, то общая радиация при выкуривании пачки сигарет достигает
50 рад. Этого вполне достаточно, чтобы при длительном курении вызвать рак губ,
гортани, легких и других органов.
В легких у курильщиков обнаружено в 7 раз больше радиоактивного полония, чем у
некурящих, в печени — в 3 раза, в сердце — в 2, в почках — в 1,5 раза. Многие, ученые
считают, что наличие этих веществ более опасно, чем действие других веществ табачного
дыма, вместе взятых.
Таким образом, при курении на организм действуют многие вещества в горячей смеси
газов, паров и пыли. Они легко проникают в кровь, а через стенки капилляров — во все
клетки, ткани и органы.
8
3. Экспериментальная часть
1. Для проведения эксперимента было выбрано растение
горох, так как оно имеет хорошую всхожесть, высокую
скорость роста, способность расти и развиваться при
умеренном уровне освещённости в зимний период.
Перед посадкой семена гороха были предварительно
замочены в течение 3 дней.
Рис.1 Посадка
гороха
2. Сбор экспериментальной установки.
Были собраны два герметичных посадочных контейнера, один из которых имел
возможность дополнительной подачи газообразных веществ. В контейнеры
помещена земельная смесь «Живая земля».
Зажим -- кохер
Газоотводная трубка
Крышка контейнера
Герметизирующая лента
Нижний контейнер с
земляной смесью
Поддон для полива
Рис.2 Экспериментальная установка
В контейнеры были
посажены по 16 пророщенных семян гороха. Полив
осуществлялся через поддоны, чтобы не нарушать герметичность системы.
Экспериментальную группу окуривали с 4 дня (после появления первых всходов)1
раз в день по 100 мл табачного дыма сигарет «Ява» с помощью установки
искусственного пассивного курения.
3. Ежедневно
проводили
подсчет
проростков
гороха
в
контрольной
и
экспериментальной группах и определяли высоту растений. В таблицу 1 заносили
среднюю высоту ростков группы. Серым цветом отмечены дни, в которые
проводилось окуривание.
9
Таблица 1
День
Вид наблюдения
эксперимента
Экспериментальная
Контрольная
группа
группа
1
Всхожесть, число проростков -
-
2
и сроки всходов
-
-
3
3
2
4
7
4
5
4,2
7,25
6
Развитие,
7
средняя
высота 3,9 (листья раскрыты 4,6
(ростки
проростков, цвет проростков, не полностью)
вытянуты)
8
компактность,
количество 4,5
5,7
9
боковых
побегов, 5,1
7,6
10
характеристика листьев
11
6,2
7,8
9,1
Побеги 10,9
компактные по 3 и 2
Побеги
вытянутые по 2
и 3.
12
8,9
11,4
13
9,5
12,3
14
11,5
13,5
График роста гороха
16
окуривание
Средняя высота ростков, см
14
12
10
8
Экспериментальная группа
6
Контрольная группа
4
2
0
День эксперимента
10
4. После окончания эксперимента трубку через которую проводилось окуривание
экспериментальной группы поместили в слабый раствор перманганата калия
(марганцовки) для проверки химической активности продуктов реакции горения
табака.
11
4. Наблюдения и выводы
1. Через несколько дней после начала окуривания трубка внутри покрылась липким
желтоватым
налётом,
состоящим
из
конденсированных
легкокипящих
никотиновых смол. Надо заметить, что такой же налет появляется и в трахее
курильщика.
2. После помещения в розовый раствор марганцовки трубки с образовавшимся
налетом наблюдали образование осадка оксида марганца (IV) коричневого цвета,
что свидетельствует о присутствии высоко химически активных соединений с
ненасыщенными связями.
3. В ходе эксперимента установлено отставание в росте и в развитии окуриваемых
растений. Отставание в росте растений экспериментальной группы за 14 дней
составило 15,38%.
Экспериментальная
группа
Контрольная
группа
4. Также наблюдалась разница в развитии растений.
Контрольная
группа
Экспериментальная
группа
Листья проростков экспериментальной группы оказались недоразвитые, некоторые
скручены. Число побегов в контрольной группе больше на 25 %. Однако, надо
заметить, что в экспериментальной группе нарушения в развитии корневой
системы не наблюдалось.
Эти различия связаны, по нашему мнению, с возможным образованием смоляного
налета на листьях растений и закупоркой
устьичных щелей, через которые
12
осуществляется газо- и водообмен в листьях. Также это можно объяснить и
отравляющим действием химически активных компонентов табачного дыма.
Подобную аналогию можно провести и к людям, которые курят. По словам моей
мамы, врача-онколога поликлиники №152, начинающие курить в раннем возрасте
отстают в росте и в физическом развитии. Легкие курильщика загрязнены и
отравлены продуктами горения табака, что приводит к
развитию тяжелых
заболеваний легких и гортани: раку, энфиземе и другим.
13
5. Источники информации:
1. Ягодинский. В.Н., «Школьнику о вреде курения», М..П.1986 год
2. Биология 6 класс, учебник ,под ред Серебряковой Т.Н.,, Просвещение, М. 1999.
3. Сайт Википедия http://ru.wikipedia.org
14