Практические работы по экологии

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Тема: Исследование физиологических особенностей адаптации

организма к низким температурам

Цель: Изучить влияние низкой температуры окружающей среды на физиологические процессы организма и установить его адаптацион­ные возможности.

Материалы и оборудование: Полиэтиленовый таз с холодной во­дой, тонометр, часы, ручка, линейка, тетрадь.

Теоретическое введение

Способность к адаптации - одно из основных свойств жизни на нашей планете. Любой организм способен жить в пределах определен­ного диапазона температур. У всех теплокровных наружные слои тела образуют более или менее выраженную «оболочку», температура кото­рой изменяется в широких пределах. Устойчивая температура характе­ризует лишь область локализации важных внутренних органов и про­цессов. Поверхностные же ткани выдерживают более выраженные ее колебания. При снижении температуры среды усиливается процесс ме­таболизма теплокровных организмов и в качестве адаптивного ответа происходит сжатие поверхностных и расширение глубоколежащих со­судов, что приводит к консервации тепла.

Практическая часть

Физиологические особенности адаптации организма к низким тем­пературам можно исследовать с помощью простой пробы - опускания руки в воду со льдом. Эта проба позволяет исследовать адаптивную ре­акцию организма на интенсивное холодовое раздражение.

Для проведения этого исследования необходимо выбрать из груп­пы 3-4 студентов, родившихся и выросших в различных климатических условиях. После чего у первого из испытуемых измерьте систолическое и диастолическое давление, а затем он погружает руку до кисти в хо­лодную воду со льдом. Через 3 минуты еще раз измерьте у него давле­ние, и он снова погружает руку в лед. Еще спустя 3 минуты испытуе­мый окончательно должен извлечь руку из холодной воды, и необходи­мо еще раз измерить его давление. Делайте измерение давления каждые

1. минуты до тех пор, пока определяемые величины не вернутся к ис­ходным. Все зарегистрированные по ходу работы данные записывайте. Аналогичные исследования проведите для других испытуемых.

По всем полученным результатам постройте графики, откладывая по одной оси уровень систолического артериального давления в мм рт.ст., а по другой оси время в трехминутных интервалах. Сравните по­лученные графики, сделайте заключение по проведенной работе.

В теории у студентов систолическое давление при холодовом раз­дражении может повышаться на 20-40 мм рт.ст. При этом у лиц, при­выкших к холодному климату, в целом реакция менее выражена, а нор­мализация значений артериального давления происходит быстрее.

Контрольные вопросы

1. На какие две группы делятся все живые организмы по адаптации к температурному фактору?

2. Приведите примеры обратимой гипотермии. В чем ее биологиче­ское значение?

3. В чем проявляются анатомо-морфологические особенности теп­локровных животных при воздействии низкой температуры окружаю­щей среды (правило Аллена, 1877)?

4. Приведите 1-2 примера на климатическое правило Бергмана (1847).

5. Почему медицинские инструменты стерилизуют не путем про­мораживания, а кипячением или нагреванием в автоклавах при высоком давлении?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Тема: Изучение методики подсчета срока исчерпания

невозобновимых ресурсов

Цель: Ознакомиться с методикой подсчета времени исчерпания природного ресурса.

Материалы и оборудование: калькулятор, ручка, тетрадь.

Теоретическое введение

Ресурсы могут быть классифицированы как вечные, возобновимые и невозобновимые.

Вечные ресурсы, такие как солнечная энергия, действительно не­исчерпаемы с точки зрения истории человечества.

Возобновимые ресурсы в нормальных условиях восстанавливаются в результате природных процессов. Примерами могут служить деревья в лесах, дикие животные, пресные воды поверхностных водотоков и озер, плодородные почвы и др.

Невозобновимые, или исчерпаемые ресурсы существуют в ограни­ченных количествах (запасах) в различных частях земной коры. Приме­рами являются нефть, уголь, медь, алюминий и др. Они могут быть ис­тощены как потому, что не восполняются в результате природных про­цессов (медь и алюминий), так и потому, что их запасы восполняются медленнее, чем происходит их потребление (нефть, уголь). Невозобно­вимые ресурсы считаются экономически истощенными когда выработа­ны 80 % их оцененных запасов. По достижении этого предела разведка, добыча и переработка остающихся запасов обходится дороже рыночной цены.

Практическая часть

Оцените срок исчерпания природного ресурса, если известен уро­вень добычи ресурса в текущем году, а потребление ресурса в после­дующие годы будет возрастать с заданной скоростью прироста ежегод­ного потребления. Исходные данные для выполнения работы представ­лены в таблице 2-1.

Таблица 2-1

Данные для расчета срока исчерпания ресурса

Исходные

данные

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Ресурс

Камен­

ный

уголь

При­

род-

ный

газ

Не­

фть

Fe

P

Cu

Zn

Pb

Al

U

Запас ресурса, Q, млрд. т.

6800

280

250

12

тыс.

40

0,6

0,24

0,15

12

300

Добыча ресурса^, млрд. т ./год

3,9

1,7

3,5

0,79

0,023

0,008

0,006

0,004

0,016

0,2

Прирост объема

потребле­ния

ресурса, ТР, % в год

2

1,5

2

2,5

1,8

1,7

1,3

2,2

1,6

2

Для расчета воспользуйтесь формулой суммы членов ряда геомет­рической прогрессии:

(( 1 + ТР/100) - 1) * q

Q = , где

TP/100

Q - запас ресурсов; q - годовая добыча ресурса; ТР - прирост по­требления ресурса; t - число лет.

Логарифмирование выражения для Q дает следующую формулу для расчета срока исчерпания ресурса:

ln ((Q*TP)/(q*100) + 1)

t =

ln (1 + TP/100)

Рассчитайте время исчерпания приведенных в таблице ресурсов, вставьте данные в виде добавочной строки в таблицу. Сделайте вывод о последовательности прекращения добычи ресурсов.

Контрольные вопросы

1. Дайте общую характеристику природным ресурсам.

2. Какое значение для развития цивилизации имеют запасы полез­ных ископаемых?

3. В чем опасность исчерпаемости природных ресурсов?

4. Каковы пути сокращения потерь сырья при добыче, обогащении, обработке, транспортировке? Приведите конкретный пример.

5. Рассмотрите карту вашего района. Установите, какие полезные ископаемые здесь добываются, в чем состоят основные меры по их ох­ране.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Тема: Оценка токсического действия производственных отходов на

ферментативную активность кишечной палочки

Цель: изучить влияние химических веществ на ферментативную активность кишечной палочки, оценить эффективность биоиндикаци- онного метода оценки токсичности производственных отходов.

Материалы и оборудование: пробирки со стерильным мясо- пептонным бульоном, культура кишечной палочки, среды Гисса, 5 раз­ных веществ (отходы производств), ручка, тетрадь.

Теоретическое введение

В искусственных условиях бактерии выращивают (культивируют) на средах, удовлетворяющих потребности бактерий в питательных ве­ществах, и имеющих оптимальное значение величины рН и осмотиче­ского давления. Кроме того, питательные среды должны быть стериль­ными, а по возможности и прозрачными.

Питательные среды принято делить на несколько групп.

По происхождению среды бывают естественными и искусствен­ными. К естественным средам относят те, в состав которых входят про­дукты растительного или животного происхождения: молоко, кровь, от­вары и экстракты из овощей и фруктов, мясная вода, дрожжевые экс­тракты, яичные среды, мясо-пептонный бульон и мясо-пептонный агар (пептоны это продукты распада белка, короткие аминокислотные це­почки, которые легко усваиваются бактериями). Искусственные среды готовят путем добавления к естественным неорганических компонентов и минеральных солей.

Среды можно по составу разделить так же на простые и сложные. К простым относятся мясо-пептонные бульон и агар. Добавление к таким средам одного или нескольких ингредиентов - крови, сахара и других составляющих делают их сложными.

По физическому состоянию питательные среды могут быть жидки­ми, полужидкими, плотными. Для сгущения к жидкой питательной сре­де добавляют вещество получаемый из водорослей - агар, который пла­вится при температуре 80-100⁰С и застывает при 40⁰С. Агаризирован- ные среды разливают в пробирки в расплавленном состоянии, а затем охлаждают. Для уплотнения сред иногда используют желатину, добав­ляя ее к жидким средам в 10-20% концентрации.

По целевому назначению питательные среды могут быть: основ­ными, например, мясо-пептонный бульон и мясо-пептонный агар, на них просто растут многие виды неприхотливых микроорганизмов; из­бирательными - предназначенными для выделения и культивирования определенного вида бактерий, например, для выделения туберкулеза из мокроты больного используют среду Левинштейна-Йенсена, содержа­щую бриллиантовую зелень, которая подавляет рост большинства мик­роорганизмов, но при этом к ней нечувствительны микобактерии ту­беркулеза; дифференциально-диагностические средыпредназначенные для исследования ферментативных свойств бактерий.

В основе использования дифференциально-диагностических сред лежат различия в ферментативном составе бактерий (каждый вид бакте­рий выделяет во внешнюю среду свой набор ферментов) и способности ферментов расщеплять определенный субстрат. Например, фермент уреаза катализирует расщепление субстрата мочевины до аммиака и СО₂; каталаза, катализирует расщепление пероксида водорода на воду и кислород; лактозидаза расщепляет сахар лактозу до молочной кислоты и СО2.

В данной работе используются дифференциально-диагностические среды Гисса. Среды Гисса используются для определения бактериаль­ных ферментов, расщепляющих сахара. Каждая такая среда содержит пептон, агар, какой-нибудь один сахар (глюкоза, лактоза, сахароза, мальтоза и т.д.) и индикатор (т.е. вещество способное при закислении среды изменять цвет). В среды Гиса в качестве индикатора обычно до­бавляют водный розовый или бромтимоловый синий.

При посеве бактериальной культуры в какую-нибудь из сред Гисса, в том случае если данная бактерия выделяет фермент, расщепляющий

добавленный в среду сахар, происходит изменение окраски среды в ре­зультате накопления в ней кислоты. При посеве бактерий на несколько различных сред Гисса можно установить, какие именно ферменты дан­ный вид бактерий вырабатывает, а какие нет. И, в конечном счете, со­ставить ферментативный «портрет» исследуемой бактериальной куль­туры.

Практическая часть

В качестве тестовой бактериальной культуры используем кишеч­ную палочку (Е. соН). Объектом изучения могут быть отходы угле- и горнодобывающего производства, металлургические шлаки, нефтяные шламы, образцы загрязненных почв, золошлаковые отходы котельных и т. д.

Ход работы:

1. В пробирки со стерильным мясо-пептонным бульоном вносится по 0,5 г разных исследуемых веществ.

2. В каждую пробирку стерильной бактериальной петлей засевают чистую культуру кишечной палочки.

3. Ставят контрольную пробу, делая посев бактерий в пробирку с мясо-пептонным бульоном.

4. Все пробирки подписывают и оставляют на несколько дней при комнатной температуре.

5. Пробирки просматривают, отмечают рост бактерий в бульоне (помутнение, осадок, пленка на поверхности). Из каждой пробирки, включая контрольную, делают пересев бактерий на среды Гисса.

6. Все пробирки со средами Гисса подписывают и оставляют на несколько дней при комнатной температуре.

7. Пробирки просматривают, отмечают в какой из них изменился цвет среды и заполняют таблицу 3-1 (проставляя в соответствующей ячейке «+» если в пробирке произошло расщепление субстрата и «-» если цвет среды не изменился).

По результатам работы делают заключение, сравнивая контроль­ные и опытные данные.

Таблица 3-1

Результат опыта

субстрат

Контроль

Опыт №1 ( )

Опыт №2 ( )

Контрольные вопросы

1. Что собой представляет метод биоиндикации?

2. Какие ГОСТированные методики с применением биоин- дикационных объектов Вам известны?

3. Какие компоненты обязательно содержатся в любой дифферен­циально-диагностической среде.

4. Что такое ферменты? Приведите несколько конкретных приме­ров.

5. С какой целью в среды Гисса добавляют различные сахара?