Влияние солей тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.

11

«Мир моих интересов»

Влияние солей тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.

Выполнила ученица 9 класса

МБОУ ООШ №53

Фисенко Надежда

Преподаватель: Суслопарова

Ольга Александровна

Бикин, 2015г.

Содержание:

1.Введение………………………………………………стр.3

2.Описание хода работы……………………………….стр.8

3.Выводы…………………..……………………………стр.9

4.Заключение ………………………………………...стр.10

5.Список литературы………………………………….стр.11

6.Приложения…………………………………………..стр.12

Цель: выявление действия биогенных и небиогенных тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.

Задачи:

1. Провести опыты по выявлению действия солей тяжелых металлов на растительную клетку.

2. выявить действие биогенных тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.

3. выявить действие небиогенных тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.

4. Описать действие биогенных и небиогенных тяжелых металлов на растительную клетку.

Жизнь на Земле сформировалась под действием условий среды. Последняя представляет собой совокупность энергии, материальных тел, явлений, которые находятся в прямом и косвенном взаимодействии. Понятие это очень обширное: от космических воздействий Вселенной на Солнечную систему, влияния Солнца как основного источника энергии, на земные процессы до непосредственных воздействий окружающей среды на отдельную особь, популяцию, сообщество. В понятие условий среды входят компоненты, не влияющие или мало влияющие на жизнедеятельность организмов (инертные газы атмосферы, абиогенные элементы земной коры) и те, которые существенно влияют на жизнедеятельность биоты. Их называют экологическими факторами (свет, температура, вода, движения воздуха и его состав, свойства почв, засоление, радиоактивность и др.). Экологические факторы действуют совместно, хотя в ряде случаев один фактор преобладает над другими и является определяющим в ответных реакциях живых организмов (например, температура в арктической и субтропической зонах или в пустынях).

Экологические факторы делятся на:

• Абиотические – это факторы неживой природы, прежде всего климатические: солнечный свет, температура, влажность воздуха, и местные: рельеф, свойства почвы, соленость, течения, ветер, радиация и др. Эти факторы могут воздействовать на организм прямо, то есть непосредственно, например, свет и тепло; либо косвенно, например, рельеф, что обусловливает действие прямых факторов – освещенности, увлажнения, ветра и прочих.

• Биотические – это всевозможные формы влияния живых организмов друг на друга (например, опыление растений насекомыми, поедание одних организмов другими, конкуренция между ними за те или иные виды ресурсов – пищу, пространство, свет и др.)

• Антропогенные – это те формы деятельности человека, которые, воздействуя на окружающую среду, изменяют условия обитания живых организмов или непосредственно влияют на отдельные виды растений и животных. Одним из наиболее важных антропогенных факторов является загрязнение.

Классификация эта довольно условна, в нее «укладываются» не все факторы и некоторые из них могут быть отнесены к нескольким категориям.

Все экологические факторы воспринимаются разными видами организмов по-разному. Однако все действия проходят через клетки и их компоненты, межклеточные и тканевые взаимодействия и выражаются в определенных реакциях изменения метаболизма, функций и, в конце концов, морфологических изменений организмов и их сообществ. Большую роль в восприятии экологических факторов играют мембраны клеток, цитоплазма и различные органеллы. Так, свет растений воспринимается двумя группами рецепторов. Это хлоропласты и система фитохрома.

Действия стрессовых экологических факторов выражаются в изменении или нарушении структур клеток, тканей и физиологических функций всего организма, популяций, сообществ. Эти изменения определяются как силой и характером действия самого фактора, так и устойчивостью организма.

В своей работе я буду рассматривать влияние антропогенного фактора такого, как соли тяжелых металлов, на плазмолиз растительной клетки. В качестве растительной клетки будут использоваться клетки синего лука.

Соли тяжелых металлов в водной среде разлагаются на ионы. Все ионы металлов могут быть разделены на две группы: биогенные (Cu, Zn, Co, Mn, Fe и др.) и небиогенные (Pb, Hg, Sn, Ni, Al, Cd и др.). (Приложение 2) Среди последней группы ионы стронция и цезия действуют при замене в органических веществах кальция на стронций и калия на цезий. Биогенные ионы входят в состав ферментных систем, которые обеспечивают регуляцию всех процессов в клетке и организме. Поэтому их ПДК значительно выше, чем у небиогенных. При поступлении в растения воздушным или капельным путями определенная доза биогенных тяжелых металлов включается в состав ферментных систем, что стимулирует метаболические процессы. Так, медь входит в состав ферментов, участвующих в процессах темновых реакций фотосинтеза, способствует поглощению других элементов; цинк входит в состав ферментов, расщепляющих белки, увеличивает устойчивость растений к жаре, засухе, болезням. Лишь при более высоких концентрациях они действуют как токсины. Например, в малых концентрациях Cu оказывает отрицательное влияние (недостаток микроэлементов). С повышением концентрации появляется стимулирующий эффект, который усиливается, достигая своего оптимума, а затем снижается и, переходя точку ПДК, оказывает отрицательное действие. Cd ведет себя иначе. В очень малых концентрациях он оказывает нейтральный эффект, затем его токсическое действие усиливается, достигая точки ПДК, наступает перелом с усилением токсического эффекта. (Приложение 1)

• Предельно допустимая концентрация вредных веществ  — это максимальная концентрация вредного вещества, которая за определенное время воздействия не влияет на здоровье человека и его потомство, а также на компоненты экосистемы и природное сообщество в целом. Величины ПДК для воздуха измеряются в мг/м³. Разработаны ПДК не только для воздуха, но и для пищевых продуктов, воды (питьевая вода, вода водоемов, сточные воды), почвы. Предельной концентрацией для рабочей зоны считают такую концентрацию вредного вещества, которая при ежедневной работе в течение всего рабочего периода не может вызвать заболевания в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

• Плазмолиз - (plasmolysis) - протекающий в организме бактерий и растений процесс, который характеризуется отслаиванием протоплазмы от плотной клеточной стенки при помещении клетки в гипертонический раствор. Плазмолиз характерен главным образом для клеток растений, имеющих прочную целлюлозную оболочку. Клетки животных в гипертоническом растворе сжимаются.

• Протоплазма (греч. plásma — вылепленное, оформленное), содержимое живой клетки, включая её ядро и цитоплазму; материальный субстрат жизни, живое вещество, из которого состоят организмы. Протоплазма клетки состоит в основном из двух частей. Центральная, более плотная — ядро. Вторая часть, более мягкая, жидкая, называется «цитоплазма». Протоплазма различна по составу. Каждому виду живых организмов присуща своя форма протоплазмы.

• Токсичность (ядовитость) - свойство вещества при попадании в определённых количествах в организм человека, животного или растения вызывать их отравление или гибель. Может быть избирательной, т. е. проявляться поражением лишь определённых биологических структур.

• Ферменты (от лат. fermentum - закваска) - биологические катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Осуществляют превращения веществ в организме, направляя и регулируя тем самым его обмен веществ. По химической природе - белки.

Описание хода работы.

Оборудование, реактивы, материалы: 1) электронный микроскоп; 2) предметные и покровные стекла; 3) препаровальная игла; 4) бритвы; 5) пипетка на 1-3 мм; 6) стаканы с дистиллированной водой; 7) кусочки фильтровальной бумаги; 8) 5%-ные растворы солей CuSO₄, NiSO₄ (CH₃COO)₂Pb; 9) луковица синего лука.

Ход работы:

С поверхности сильноокрашенной синей луковицы сделать несколько срезов эпидермиса, состоящего из 1-2 слоев окрашенных клеток, содержащих антоциан. Поместить срезы по отдельности в капли воды на предметные стекла, закрыть покровными стеклами и рассмотреть в микроскоп. Найти и рассмотреть устьица.

1. Определить начало и характер плазмолиза клетки под действием одинаковых концентраций биогенных и небиогенных солей. Для этого: заменить воду в препаратах 5-% раствором CuSO₄ на одном предметном стекле, (CH₃COO)₂Pb на другом и NiSO₄ на третьем. Эта замена производится способом 4-5-кратного накапывания раствора соли с одной стороны покровного стекла и отсасывания кусочком фильтровальной бумаги с другой до полной замены воды раствором соли. Оставить клетки в растворе солей на 15 мин, когда плазмолиз будет хорошо заметен, рассмотреть в микроскоп. Сфотографировать и сделать выводы относительно действия солей биогенных и небиогенных тяжелых металлов на характер плазмолиза клетки.

2. Выяснить комплексное действие повышенной температуры и одной из наиболее токсичных солей. Для этого препараты, в которых вода при температуре 40^оС, а потом рассматривают в микроскоп и фотографируют.

Выводы:

1. При влиянии солей биогенных металлов (медь) я наблюдала отсутствие плазмолиза протоплазмы растительной клетки, так как биогенные ионы входят в состав ферментных систем, которые обеспечивают регуляцию всех процессов в клетке и организме.(приложение 3)

2. При влиянии солей небиогенных металлов (свинец и никель) наблюдался плазмолиз протоплазмы растительной клетки (приложение 3), так как они действуют на клетку как токсиканты.(приложение 1).

3. При сочетании действия соли свинца и повышенной температуры наблюдается усиление плазмолиза и почернение содержимого некоторых клеток с последующим отмиранием.(приложение 3)

Заключение:

Некоторое время назад бензин изготовляли с добавлением этиолированного свинца для повышения октанового числа. Автомобили, использовавшие такой бензин, проезжали по федеральной трассе, которая проходит через г.Бикин. Свинец, выделявшийся с выхлопными газами, распространялся в воздухе на 600-800 м и оседал на почве, на которой местные жители держали и держат приусадебные участки. С выращенными на этой почве овощами и фруктами свинец попадает в организм человека, оказывая на него неблагоприятное воздействие.

Чтобы исключить вредное действие биогенных и небиогенных тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки, необходим контроль ПДК биогенных и небиогенных тяжелых металлов в воде, воздухе, почве. Необходимо создавать различные технические и механические барьеры, препятствующие попаданию токсичных веществ в почву; устанавливать фильтры по очистке воды; контролировать выброс в воздух токсичных веществ промышленных предприятий.

Литература:

1. А.И.Федорова, А.Н.Никольская. Практикум по экологии окружающей среды. – М:Гуманитарный изд. Центр ВЛАДОС, 2003.

2. Ю.В.Алексеев. Тяжелые металлы в почве и растениях. – М:Агропромиздат, 1987.

3. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. – Л:Химия, 1985.

Приложение 1.

Схема биологического действия ионов меди и кадмия.

Cu

ПДК

Концентрация солей

металлов

Cd

Приложение 2.

Медь.

Медь - один из важнейших микроэлементов. Физиологическая активность меди связана главным образом с включением ее в состав активных центров окислительно-восстановительных ферментов. Недостаточное содержание меди в почвах отрицательно влияет на синтез белков, жиров и витаминов и способствует бесплодию растительных организмов. Медь участвует в процессе фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями. Вместе с тем, избыточные концентрации меди оказывают неблагоприятное воздействие на растительные и животные организмы.

Основным источником поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышленности, шахтные воды, альдегидные реагенты, используемые для уничтожения водорослей. Медь может появляться в результате коррозии медных трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения. В подземных водах содержание меди обусловлено взаимодействием воды с горными породами, содержащими ее (халькопирит, халькозин, ковеллин, борнит, малахит, азурит, хризоколла, бротантин) .

Предельно допустимая концентрация меди в воде водоемов санитарно-бытового водопользования составляет 0.1 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — общесанитарный), в воде рыбохозяйственных водоемов - 0.001 мг/дм³ .
Содержание меди в природных пресных водах колеблется от 2 до 30 мкг/дм³, в морских водах - от 0.5 до 3.5 мкг/дм³. Повышенные концентрации меди (до нескольких граммов в литре) характерны для кислых рудничных вод.

Свинец.

Естественными источниками поступления свинца в поверхностные воды являются процессы растворения эндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов. Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде (в т.ч. и в поверхностных водах) связано со сжиганием углей, применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических производств, шахт и т.д. Существенными факторами понижения концентрации свинца в воде является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения. Свинец находится в природных водах в растворенном и взвешенном (сорбированном) состоянии. Свинец - промышленный яд, способный при неблагоприятных условиях оказаться причиной отравления. В организм человека проникает главным образом через органы дыхания и пищеварения. Удаляется из организма очень медленно, вследствие чего накапливается в костях, печени и почках .

В речных водах концентрация свинца колеблется от десятых долей до единиц микрограммов в 1 дм³. Даже в воде водных объектов, прилегающих к районам полиметаллических руд, концентрация его редко достигает десятков миллиграммов в 1 дм³. Лишь в хлоридных термальных водах концентрация свинца иногда достигает нескольких миллиграммов в 1 дм³.

Лимитирующий показатель вредности свинца - санитарно-токсилогический. ПДК свинца составляет 0.03 мг/дм³.

Никель.

Присутствие никеля в природных водах обусловлено составом пород, через которые проходит вода: он обнаруживается в местах месторождений сульфидных медно-никелевых руд и железо-никелевых руд. В воду попадает из почв и из растительных и животных организмов при их распаде. Соединения никеля в водные объекты поступают со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. Огромные выбросы никеля сопровождают сжигание ископаемого топлива.

Концентрация его может понижаться в результате выпадения в осадок таких соединений, как цианиды, сульфиды, карбонаты или гидроксиды (при повышении значений рН), за счет потребления его водными организмами и процессов адсорбции.

Соединения никеля играют важную роль в кроветворных процессах, являясь катализаторами. Повышенное его содержание оказывает специфическое действие на сердечно-сосудистую систему.

В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах концентрация никеля колеблется обычно от 0.8 до 10 мкг/дм³; в загрязненных она составляет несколько десятков микрограммов в 1 дм³. Средняя концентрация никеля в морской воде 2 мкг/дм³, в подземных водах - n^.10³ мкг/дм³. В подземных водах, омывающих никельсодержащие горные породы, концентрация никеля иногда возрастает до 20 мг/дм³.

Содержание никеля в водных объектах лимитируется: ПДК составляет 0.1 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — общесанитарный).

Ртуть.

В поверхностные воды соединения ртути могут поступать в результате выщелачивания пород в районе ртутных месторождений (киноварь, метациннабарит, ливингстонит), в процессе разложения водных организмов, накапливающих ртуть. Значительные количества поступают в водные объекты со сточными водами предприятий, производящих красители, пестициды, фармацевтические препараты, некоторые взрывчатые вещества.

Понижение концентрации растворенных соединений ртути происходит в результате извлечения их многими морскими и пресноводными организмами, обладающими способностью накапливать ее в концентрациях, во много раз превышающих содержание ее в воде, а также процессов адсорбции взвешенными веществами и донными отложениями. В поверхностных водах соединения ртути находятся в растворенном и взвешенном состоянии. Соотношение между ними зависит от химического состава воды и значений рН. Взвешенная ртуть представляет собой сорбированые соединения ртути. Растворенными формами являются недиссоциированные молекулы, комплексные органические и минеральные соединения. В воде водных объектов ртуть может находиться в виде метилртутных соединений.

Содержание ртути в речных незагрязненных, слабозагрязненных водах составляет несколько десятых долей микрограмма в 1 дм³, средняя концентрация в морской воде 0.03 мкг/дм³, в подземных водах 1-3 мкг/дм³.

ПДК ртути составляет 0.0005 мг/дм³ (лимитирующий признак вредности — санитарно-токсикологический).

Приложение 3