Влияние солей тяжелых металлов на плазмолиз протопласта растительной клетки
Обновлено: 18.05.2024
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Актуальность. Окружающая среда для растений является тем источником, откуда растения черпают необходимые для нормальной жизнедеятельности всевозможные вещества. В городе следует учитывать воздействие солей тяжелых металлов на здоровье человека как в домах, так на работе и в школе. Актуальность моего исследования заключается в том, что помещения, где мы находимся большую часть времени практически всегда плохо проветриваются, а на источники тяжелых металлов обычно не обращают внимания. Особенно, вредному воздействию солей тяжелых металлов подвержены растения, которые есть в каждом доме или квартире. Растения легко накапливают различные вещества и не способны к активному движению. Следовательно, по их состоянию можно судить об экологической обстановке. А поскольку растения являются биоиндикаторами, т. е многие изменения имеют специфические проявления, они идеально походят для исследовательской работы. Таким образом, в данной работе необходимо выяснить, как именно соли тяжелых металлов влияют на рост и развитие растений.
Гипотеза: Ионы тяжелых металлов губительно действуют на растения.
Цель работы: изучение воздействия солей тяжелых металлов на рост и развитие растений.
Задачи:
1. Обобщить теоретические сведения о влиянии солей тяжелых металлов на природу.
2. Сделать предварительный вывод о разрушительном действии солей тяжелых металлов на природу.
3. Сделать листовку - рекомендацию по необходимости утилизации отходов, содержащих тяжелые металлы в специальные контейнеры
4. Результаты работы представить на конкурс юных исследователей окружающей среды
Методы исследования:
1.сбор информации из различных источников
2. Лабораторный эксперимент
3. Анализ информации и сведений, полученных в результате опытов.
Теоретическая часть:
Факторы роста и развития растения.
Для успешного выращивания растений, необходимо знать основы их биологии: фазы роста, особенности развития, изменение потребностей по мере роста, а также учитывать факторы, непосредственно влияющие на их рост и развитие. Для того что бы растение начало расти и в дальнейшем благополучно развивалось необходимы определенные факторы развития. Самыми важными и незаменимыми являются свет, тепло, вода и кислород. Рассмотрим каждый из перечисленных факторов подробнее.
1. Свет. Свет является одним из важнейших факторов, влияющих на развитие растений, так как он необходим для синтеза органических веществ в процессе фотосинтеза. Благодаря свету, растение получает тепло и энергию, свет также стимулирует активность, ускоряет созревание плодов и определяет длительность цветения.
2. Тепло. Температура окружающей среды также оказывает влияние на рост и развитие растений. То или иное растение произрастает в разных климатических зонах, а значит и в разных температурных пределах.
3. Вода. Вода необходима для поддержания жизнедеятельности растения. Воду растения получают из почвы или из влажного воздуха.
4. Кислород. Также растения, несомненно, нуждаются в кислороде, так как с помощью «дыхания» в растение поставляется энергия (для ростовых процессов) и углекислый газ, который важен в процессе фотосинтеза.
5. Питание растений. Для нормального роста и развития растениям требуются различные элементы питания. Основные из них — азот, фосфор, калий, серу, магний, кальций, железо — растения получают из почвы.
Влияние тяжелых металлов на рост и развитие растений.
Тяжелые металлы - биологически активные металлы. Тяжелые металлы относятся к загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах. Термин "тяжелые металлы", характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в настоящее время значительное распространение. Пристальное внимание тяжелым металлам в окружающей среде стало уделяться, когда выяснилось, что они могут вызывать тяжелые заболевания.
К тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. В соответствии с классификацией Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3, такие как - Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.[2, стр. 9]
Тяжелые металлы, как известно, в малых количествах являются необходимой частью живых организмов. В биологии их называют микроэлементами. Но накопление тяжелых металлов может привести к сильному изменению состояния любого организма. Например, к снижению скорости роста, увяданию надземной части растения, повреждению его корневой системы или к изменению водного баланса и т д. У животных возникают заболевания различных систем органов: дыхательной, пищеварительной, эндокринной и нервной систем.
Кобальт. Соединения кобальта являются токсичными, вызывает болезни органов дыхания, онкологию, болезни нервной системы.
Марганец. У человека при избытке марганца развиваются болезни нервной системы. Снижается проводимость нервного импульса, как следствие повышается утомляемость, сонливость, снижается быстрота реакции, работоспособность, появляются головокружение, депрессивные, подавленные состояния.
Медь. При избыточном содержании функциональные расстройства нервной системы (ухудшение памяти, депрессия, бессонница) и многое другое.
Железо. Избыток железа (избыточная доза 200мг и выше) вызывает зашлаковывание организма на клеточном уровне, приводит к сидерозу.
Из известных 40 тяжелых металлов для описания были выбраны 4 (Со, Fe, Cu, Zn). Их влияние на организмы представляет наибольший интерес для изучения.
Экспериментальная часть:
1 Целью экспериментальной части исследования является обработка растворами солей тяжёлых металлов свинца, меди, железа, марганца, кобальта и цинка комнатных растений, а так же сравнение информации из используемой литературы с итоговыми результатами эксперимента.
2. В качестве биоматериала было взято растение Колеус, или как его иногда называют, крапивка, это выходец из Азии и Африки. Растение неприхотливое, что делает его самым удачным объектом для проведения опытов в те сроки, которые предполагает наш эксперимент.
3. В качестве токсичных ионов нами были выбраны ионы Со+2, Fe+, Mn+2, Cu+2, Zn+2)т. к. они накапливаются в растениях и не выводятся в результате обмена веществ. Кроме этого соли кадмия, цинка, железа и марганца могут вызывать тяжелые отравления организма.
4 Контроль (вода). Вода́ (оксид водорода) — бинарное неорганическое соединение с химической формулой Н2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в малом объёме), запаха и вкуса.
5. Гумус (удобрение). Основной показатель плодородия почвы – содержание гумуса – важнейшей составной части органического вещества почвы.
Подготовка к исследованию.
Грунт для исследования был взят готовый, купленный в магазине.
Готовый грунт был разложен в одинаковые пластиковые стаканчики, количество почвы у всех образцов было одинаковым. Брали бутылки из под воды, обрезали и использовали их для эксперимента.
Срезанные с взрослых растений верхушечные черенки с несколькими листьями и используем для размножения. Молодые побеги можно было укоренить в воде, но зная неприхотливость растения калеус мы прикапывали их сразу в слегка влажную готового грунта. Произведена посадка молодых побегов в почву и полита определенной водой (заранее подготовленной) для продолжительного прорастания и образования корневой системы. Корни, как правило, появляются уже через неделю.
Концентрации выбраны условно из-за отсутствия аналитических весов в химической лаборатории школы. Кроме того, мы не ставили целью, посмотреть количественное влияние ионов солей тяжелых металлов.
В процессе эксперимента производилось регулярное наблюдение – ежедневное измерение растений, зрительная оценка состояния калеуса, фотосъёмка растений. Всего было взято группа из 6 растений, которые поливались водой содержащей тяжелые металлы и для контроля отстоявшейся водопроводной водой
Растения, которые поливались отстоявшейся водопроводной водой.
Растения, которые поливались водой, в которой растворен Сd SO4 (сульфат кадмия II)
Растения, которые поливались водой, Zn SO4 (сульфат цинка II)
Растения, которые поливались водой, где растворена смесь солей
Растения, которые поливались водой, Fe SO4 (сульфат цинка II)
Растения, которые поливались водой, содержащей CuSO4 (сульфат меди II).
На 10 день эксперимента, 22.06., в целом не наблюдалось заметных изменений. Хотя листья калеуса, поливаемых растворами сульфата кадмия и сульфата цинка уже на 10 день эксперимента отличались угнетенным состоянием.
Далее эксперимент продолжался, и наши действия заключались в наблюдении и поливе растений. Нас интересовало влияние токсичных растворов во времени на рост и развитие корневой системы калеуса.
Результаты эксперимента.
7.1 Данные на 25 августа 2017г.
Растения, которые поливались водой, Fe SO4 (сульфат железа II)
Как видим из результатов эксперимента, в первых двух случаях наблюдается полный некроз растения. Таким образом, мы доказали, что ионы кадмия и цинка отрицательно влияют на растения, их присутствие в почве губительно.
Смесь солей железа, меди тоже оказали губительное влияние на колеус, однако, некроз этого растения наступил на более поздних сроках эксперимента. Растения отстают в росте, процессы фотосинтеза не активны, лист вялый, угнетенный, кончики листьев закручиваются.
Контрольный образец, поливаемый водопроводной водой, отличается активным ростом, размером листа, и, что увидим позднее, хорошо сформировавшейся корневой системой.
Рассмотрим подробнее: Некроз: где присутствуют Сd+2 и
И где полив производился раствором, содержащим Zn+2 В данном случае корневая система даже не сформировалась.
Формирование корневой системы. Это контрольный образец. Мощная корневая система, мочковатая, крупная, горшок заполнен полностью:
В результате наблюдений был отмечен неожиданный результат. Корневая система, образца, где производился полив раствором, содержащим смесь солей, развилась, хотя и меньше по сравнению с контрольным образцом. Предположили, что данное количество Cu+2 не оказало на растения сильного токсического эффекта. Например, известно, что в малых дозах медь используют в растениеводстве как бактерицидное средство (вызывающее гибель различных бактерий).
Формирование листа. Для сравнения были взяты листья, расположенные ближе к корню. Сранительный анализ представлен в таблице:
Влияние солей тяжелых металлов на плазмолиз протопласта растительной клетки
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Цель: изучить действие солей тяжелых металлов на состояние растительной клетки.
Обзор источников литературы по теме исследования.
Рассмотрение основных терминов и понятий.
Анализ влияния солей тяжелых металлов на плазмолиз протопласта растительной клетки
Сделать выводы по результатам экспериментов и исследования
Актуальность темы
В последние десятилетия во всем мире усиливается загрязнение окружающей среды токсическими отходами, в том числе и тяжелыми металлами. Тяжелые металлы надолго входят в круговорот органического вещества и, в отличие от многих органических загрязняющих веществ, тяжелые металлы невозможно удалить из окружающей среды путем естественной химической или биологической трансформации, так как они не деградируют и устойчивы в среде.
В связи с возрастанием содержания тяжелых металлов в почве, атмосфере и воде, что становится серьезной экологической проблемой, возникла необходимость разработки методов, которые позволили бы в полной мере оценить действие металлов на физиологические процессы растений, а также выявить механизмы устойчивости, позволяющие им произрастать на почвах с высоким содержанием тяжелых металлов
Объект: растительная клетка.
Предмет исследования: влияние солей тяжелых металлов на клетки кожицы лука.
Гипотеза: соли тяжелых металлов губительно действуют на растительные клетки, приводя к негативным последствиям в росте и развитии растения, или даже к его гибели.
2.Теоретическая часть.
Нормальный обмен веществ в клетке может существовать только при определенной структурной организации. Но, в то же время структура клетки создается и поддерживается в процессе обмена веществ.
Протопласт - активное содержимое растительной клетки, представляющее собой чрезвычайно сложное образование, дифференцированное на различные компоненты, называемые органеллами (органоидами), которые имеют характерное строение и выполняют специфические функции.
Движение протопласта – один из очень чувствительных показателей жизнеспособности клетки. В живой растительной клетке содержимое цитоплазмы находится в постоянном движении. Можно видеть, как органоиды и другие включения вовлекаются в это движение, называемое током цитоплазмы или циклозом. Циклоз прекращается в мертвых клетках.
Плазмолиз - отделение содержимого клетки(протопласта) от клеточной стенки в гипертоническом растворе (соленой воде).
Плазмолиз происходит в случае, когда концентрация солей во внешней жидкой среде выше, чем в цитоплазме клетки: цитоплазма, обладая свойством полупроницаемости, не пропускает внутрь клеток растворенные в воде вещества(соль). Цитоплазма, в силу эластичности, следует за сокращающейся вакуолью, и протопласт отделяется от клеточной стенки. (приложение№1)
Есть 2 способа сравнительной оценки плазмолиза в тканях:
Метод пограничного плазмолиза
В первом методе, который создал Хуго Де Фриз, ткани погружаются в растворы KNO3, сахарозы или других осмотически активных веществ разной концентрации, и определяется концентрация, при которой плазмолизируется 50 % клеток. Плазмометрический метод заключается в измерении после плазмолиза относительных объёмов клетки и протопласта и вычислении по концентрации раствора осмотического давления клетки.
Тяжелые металлы - химические элементы со свойствами металлов (в том числе и полуметаллы) и значительным атомным весом либо плотностью.
К тяжелым металлам относят химические элементы, имеющие плотность более 5 г/см3 и атомную массу свыше 40 Да [1] . С точки зрения значимости тяжелых металлов для растений их можно разделить на две группы:
необходимые в небольших концентрациях для жизнедеятельности растений (Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Zn), которые становятся токсичными только при значительном повышении их содержания в почве и растениях.
не участвующие в метаболизме растений (Cd, Hg, Pb) и токсичные даже в очень низких концентрациях.
Опасность загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами сводится к следующему:
1. Попадая в почву, тяжёлые металлы усиливают минерализацию органического вещества, вызывая негативные изменения в почвенно-поглощающем комплексе, вследствие замещения кальция и магния. Снижается ферментативная активность почвы, т.к. снижается жизнеспособность полезных микроорганизмов, увеличивается количество грибов, подавляется активность многих ферментов (каталазы и т. д.). Это приводит к деградации плодородия почвы и снижает её способность к самоочищению;
2. Проникая в растения, они могут активно участвовать в метаболических
[1] Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М. Физиологические основы устойчивости растений к тяжелым металлам – М.: Институт биологии КарНЦ РАН. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2011. 77 с.
процессах, но могут сохраняться в виде неактивных соединений в клетках и на
клеточных мембранах. В результате снижается продуктивность растений и качество продукции, происходят изменения в направленности физиолого-биохимических процессов и реализации генетической программы растений, нарушаются естественно сложившиеся фитоценозы;
3. Тяжёлые металлы, накапливаясь в растениях, по трофическим цепям с кормом и продуктами питания попадают в организм животных и человека, вызывая различные заболевания. Опасность увеличивается ещё и потому, что высшие растения без видимых признаков отравления могут накапливать токсичные для человека и животных концентрации тяжёлых металлов. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования превращения тяжёлых металлов по всей экологической цепи почва- растение- животное- человек с целью улучшения гигиенического качества продукции и среды обитания человека. Тяжёлые металлы могут усваиваться живыми организмами также непосредственно из воды и воздуха.
4. Если в микроскопических дозах многие вещества необходимы для биохимических процессов в организме, то превышение их предельной допустимой концентрации вызывает патологические явления, такие как:
ослабление имунной системы;
болезни ЛОР-органов, легких, сердечно-сосудистой системы;
3.Влияние на растения солей меди
Медь - незаменимый для растений элемент. В растениях до 98 % металла находится в нерастворимом связанном состоянии. Относительно богаты этим элементом семена и растущие части побега. В листьях большая часть меди сконцентрирована в хлоропластах и почти половина – в составе пластоцианина, одного из переносчиков электронов между ФС I и ФС II. Большинство функций меди связано с ее участием в ферментативных окислительно-восстановительных реакциях. Кроме того, медь способствует образованию хлорофилла и замедляет его разрушение в темноте, усиливает процесс связывания молекул азота. Она также способствует поступлению в организм марганца, цинка и бора, повышает засухо-, морозо- и жароустойчивость, принимает активное участие в защите против болезнетворных микроорганизмов.
4.Влияние на растения солей марганца
Локализуется в листьях. В растительных клетках участвует в системе выделения кислорода при фотосинтезе. Марганец входит в состав кислородовыделяющего комплекса ФС II, а также участвует в защите растения от активных форм кислорода. Кроме того, этот металл является активатором более 35 ферментов в клетке, в частности, участвующих в цикле Кребса. Наиболее важные функции марганца в растениях связаны со стимуляцией ферментов углеводного обмена, увеличением оттока сахаров в корень, усилением интенсивности дыхания и окисления углеводов. Помимо этого, марганец способствует избирательному поглощению ионов из внешней среды, играет важную роль в росте клеток, повышает водоудерживающую способность тканей, снижает транспирацию.
6.Влияние на растения солей натрия
Натрий – элемент, который входит в группу условно необходимых для растений микроэлементов, его содержание в них составляет в среднем 0,02%. Участвует в транспортировке полезных веществ через клеточные мембраны, являясь одним из компонентов натрий-калиевого насоса. Кроме того, он регулирует доставку углеводов в растениях. Натрий способен активизировать некоторые ферменты, но механизм этого воздействия не изучен полностью. Отмечено, что при хорошей обеспеченности культур натрием повышается их зимостойкость.
7.Практическая часть
Для проведения практической части я использовала метод пограничного плазмолиза, который разработал Хуго Де Фриз в 1884 году. Он заключается он в погружении тканей в растворы с различной концентрацией осмотически активного вещества.
с мясистой чешуи луковицы я сняла пинцетом кусочек кожицы
положила его в каплю воды (гипотонический раствор) на предметном стекле, осторожно расправила кожицу препаровальной иглой(приложение№2)
при помощи фильтровальной бумаги убрала излишки воды
окрасила клетки 1-2 каплями бриллиантового зеленого
при помощи фильтровальной бумаги убрала оставшуюся воду и излишки «зеленки»
добавила 2-4 капли 5% растворов CuCl 2 , NaCl , ZnCl 2 , MgCl 2 (по отдельности на 3х предметных стеклах каждый)
через 3-5 минут накрыла покровным стеклом
посмотрела на препарат под микроскопом
Опыт 1 : «Влияние хлорида меди ( CuCl 2 ) на плазмолиз протопласта растительной клетки»
Номер пробы
При влиянии на растительную клетку хлорида меди наблюдается явление плазмолиза, при этом движение цитоплазмы в клетке(циклоз) прекращается, что говорит о ее гибели.
По влиянию на плазмолиз клетки находится посередине между натрием, который оказывает наименьшее влияние, и цинком, который оказывает наибольшее влияние. Лучший результат- приложение№3
Опыт 2 : «Влияние хлорида натрия ( NaCl ) на плазмолиз протопласта растительной клетки»
При влиянии на растительную клетку хлорида натрия наблюдается явление плазмолиза, при этом движение цитоплазмы в клетке(циклоз) прекращается, что говорит о ее гибели.
Оказывает наименьшее влияние на плазмолиз растительной клетки. Лучший результат- приложение №4
Опыт 3 : «Влияние хлорида цинка ( ZnCl 2 ) на плазмолиз протопласта растительной клетки»
При влиянии на растительную клетку хлорида цинка наблюдается явление плазмолиза, при этом движение цитоплазмы в клетке(циклоз) прекращается, что говорит о ее гибели. Лучший результат- приложение №5
Оказывает наибольшее влияние на плазмолиз клетки.
Опыт 4 : «Влияние хлорида марганца ( MgCl 2 ) на плазмолиз протопласта растительной клетки»
При влиянии на растительную клетку хлорида марганца наблюдается явление плазмолиза, при этом движение цитоплазмы в клетке(циклоз) прекращается, что говорит о ее гибели.
По влиянию на плазмолиз клетки находится посередине. Лучший результат- приложение №6
Выводы: в результате проведения опытов, я выяснила, что при отмачивании растительной клетки в 5% растворах солей в течении 3-5 минут можно наблюдать явление плазмолиза более, чем 50% клеток, и, как уже было сказано, наблюдается гибель клеток, доказательством чему служит прекращение движения цитоплазмы(циклоза). Наименьшее разрушительное влияние оказывают ионы Na + , наибольшее – Zn 2+ . Можно предположить, что это связано с тем, что при гидролизе хлоридов металлов:
NaCl + H 2 O = NaOH + HCl
При гидролизе хлорида натрия образуется нейтральная среда, а при гидролизе хлорида цинка, марганца и меди – кислая.
Так же, при наблюдении за влиянием хлоридов металлов на плазмолиз растительной клетки, было выявлено, что кол-во «плазмируемых» клеток варьируется. Ниже, на диаграмме, приведены приблизительные процентные данные кол-ва клеток, поддавшихся плазмолизу под влиянием солей тяжелых металлов.
8.Заключение
В результате проведенной исследовательской работы были изучены несколько источников по данному вопросу, подтверждающие негативное влияние солей тяжелых металлов на растительный организм. Эта гипотеза также подтвердилась данными эксперимента, проведенного мной.
На основании этого можно сделать предположения:
1.Клеточная мембрана полупроницаема, пропускает воду и не пропускает растворенные в ней вещества.
2.Цитоплазма эластична, вследствие этого она способна в гипертоническом растворе отставать от клеточной стенки.
3.Плазмолиз можно наблюдать только в живых растительных клетках, так как они содержат прочные клеточные стенки.
4.Вместе с водой и другими веществами из почвы тяжелые металлы попадают в клетки растений.
5.Т.к. все растворы солей металлов имели одинаковую концентрацию, равную 5%, можно не учитывать данный фактор в сравнении влияния различных солей на плазмолиз, тогда: наиболее сильное влияние на протопласт растительной клетки оказывает цинк, т.к. под его влиянием «плазмируется» более, чем 75% клеток, используемых в эксперименте; наименьшее же влияние в результате экспериментов оказал натрий, под влияние которого попало чуть более 55% растительных клеток.
6.При влиянии солей тяжелых металлов на структуру клетки растения, в данном случае кожицы лука, клетка погибает. Доказательством тому служит движение протоплазмы: при добавлении солей тяжелых металлов в большинстве случаев происходило нарушение движения протоплазмы(циклоза), что также приводит к нарушению обменных процессов в клетке, вследствие нарушения перераспределения продуктов обмена веществ, что приводит к гибели клетки.
7. Многие тяжелые металлы участвуют в биологических процессах и в определенных количествах являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами. С другой стороны, тяжёлые металлы и их соединения могут оказывать вредное воздействие на организм человека, способны накапливаться в тканях, вызывая ряд заболеваний. Не имеющие полезной роли в биологических процессах металлы определяются как токсичные металлы. Некоторые элементы как обычно имеющие токсичное влияние на живые организмы, могут быть полезны для некоторых видов.
Резюмируя все вышесказанное, данная работа может получить применение в работе над разработками методов выращивания растений на почвах, содержащий большое количество тяжелых металлов.
9.Список литературы
Генкель П.А. Физиология растений. – М.: Просвещение, 1970, 192 с.
Дефицит и избыток микроэлементов. Как определить и
Персикова Т. Ф. Тяжёлые металлы и окружающая среда: Лекция для студентов с. - х. вузов / Т. Ф. Персикова Н. П. Решецкий - Горки, 1995. - С. 5 -18.
Проблемы устойчивого развития горных территорий (Материалы Дня науки, 22 апреля 2010 г.); Сев.-Осет. гос. ун-т им. . Владикавказ.// Изд-во СОГУ, 2010. – С.88.
Рубин Б.А. Большой практикум по физиологии растений. – М.: Высшая школа, 1978, 408 с.
Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М. Физиологические основы устойчивости растений к тяжелым металлам – М.: Институт биологии КарНЦ РАН. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2011. 77 с.
Федорова А.И. Практикум по экологии окружающей среды. – М.: Владос, 2001, 287с.
Влияние солей тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.
Научно-практическое исследование учащегося влияния солей тяжелых металлов, попадающих в почву при сжигании моторного топлива в двигателях внутреннего сгорания, на жизнедеятельность растительной клетки.
Просмотр содержимого документа
«Влияние солей тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.»
«Мир моих интересов»
Влияние солей тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.
Выполнила ученица 9 класса
2.Описание хода работы……………………………….стр.8
Цель: выявление действия биогенных и небиогенных тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.
Задачи:
Провести опыты по выявлению действия солей тяжелых металлов на растительную клетку.
выявить действие биогенных тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.
выявить действие небиогенных тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.
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/м 3 . 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.
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.
Выяснить комплексное действие повышенной температуры и одной из наиболее токсичных солей. Для этого препараты, в которых вода при температуре 40 о С, а потом рассматривают в микроскоп и фотографируют.
Выводы:
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)
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).
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.
Читайте также: