1. Влияние тяжелых металлов на растительный организм

Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 19
с углубленным изучением экономики»
Влияние солей тяжелых
металлов на плазмолиз
протоплазмы растительной
клетки
Выполнила: Молярова Наталья,
ученица 10 класса
Руководитель: Андриянова Елена
Петровна, учитель биологии
Междуреченск, 2005
Содержание
Введение ....................................................................................................................... 3
1. Влияние тяжелых металлов на растительный организм ..................................... 4
1.1. Влияние на растения солей меди .................................................................... 5
1.2. Влияние на растения солей железа ................................................................. 6
1.3. Влияние на растения солей никеля ................................................................. 6
1.4. Влияние на растения солей свинца ................................................................. 6
2. Методика работы ..................................................................................................... 7
Выводы ....................................................................................................................... 12
Рекомендации ............................................................................................................ 13
Список литературы ................................................................................................... 14
2
Введение
Цель: выявить действие биогенных и небиогенных тяжелых металлов на состояние растительной клетки.
Задачи:
1. Изучить литературу по данной теме.
2. Освоить методику проведения экспериментов.
3. Научиться объяснять полученные результаты.
4. Составить рекомендации по результатам экспериментов.
Актуальность темы
В настоящее время хозяйственная деятельность человека все чаще становится основным источником загрязнения биосферы. В природную среду во
всех больших количествах попадают газообразные, жидкие и твердые отходы
производств. Различные химические вещества, находящиеся в отходах, попадая
в почву, воздух или воду, переходят по экологическим звеньям из одной цепи в
другую, попадая, в конце концов, в организм человека.
На земном шаре практически невозможно найти место, где бы ни присутствовали в той или иной концентрации загрязняющие вещества. Даже во льдах
Антарктиды, где нет никаких промышленных производств, а люди живут только на небольших научных станциях, ученые обнаружили различные токсичные
вещества современных производств.
Токи грунтовых вод перемещают промышленные загрязнения на большие
расстояния, и не всегда можно установить их источник.
Причиной загрязнений может быть вымывание токсичных веществ дождевыми и снеговыми водами с промышленных свалок.
Если автомобили используют бензин, содержащий свинец, то почвы вдоль
дорог загрязняются этим токсичным металлом, выбрасываемым с выхлопными
газами.
3
Почвы загрязняются серой при выпадении кислотных дождей. Из-за этих
дождей увеличивается кислотность почвы, что ухудшает рост многих растений,
в особенности древесных.
1. Влияние тяжелых металлов на растительный организм
Объектом своей работы я выбрала клетку, а точнее протопласт традесканции и лука. Действуя на клетку солями тяжелых металлов, я попыталась выявить степень их влияния на состав протопласта.
Обмен веществ в клетке может совершаться упорядоченно только при
определенной структурной организации. В тоже время сама структура клетки
динамична, она создается и поддерживается в процессе обмена веществ. Структура растительной клетки чрезвычайно сложна, не менее сложна, чем структура
животной клетки, а функции различных элементов, составляющих клетку, еще
далеко не выяснены.
Протоплазма – основное содержимое любой живой клетки – основа клеточной организации, выражение ее сущности как живого.
В протоплазме обнаружена структурная вязкость- свойство, присущее
жидкостям, обладающим внутренней структурой.
Это ее свойство тесно связано с физиологической активностью клетки.
Протоплазме свойственны различные формы движения, характерные для
жидкостей.
Движение протоплазмы – один из очень чувствительных показателей жизнеспособности клетки, поэтому важно овладеть несложным методом количественной оценки этого явления. Для более глубокого понимания природы и механизма движения протоплазмы я решила самостоятельно провести ряд экспериментов и критически их оценить.
Для более полной оценки проведения экспериментов, я решила выбрать из
научной литературы данные о влиянии и роли тяжелых металлов на растительный организм.
4
Соли тяжелых металлов в водной среде распадаются на ионы. Все ионы
металлов могут быть разделены на две группы: биогенные и небиогенные. 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 путем (через
устьица) или капельным (роса, туман, слабые осадки) путями определенная доза биогенных тяжелых металлов включаются в состав ферментных систем, что
стимулирует метаболические процессы.
Из биогенных я выбрала Cu и Fe, а из небиогенных Pb и Ni.
1.1. Влияние на растения солей меди
Медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в
процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала и витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата - медного купороса. В значительных количествах он ядовит,
особенно для низших организмов. В малых же дозах медь совершенно необходима всему живому.
В растениях медь содержится в количестве 1 мг. на 1 кг. сырого вещества.
Из пищевых растительных продуктов особенно богаты медью картофель, помидоры и свекла. Сравнительно очень большие количества меди имеются в зародышевой части пшеничного зерна.
Удобрения, содержащие медь, благотворно влияют на развитие растений.
Медные удобрения на торфяных почвах в 2-3 раза повышают урожай зерновых культур. Сильно повышается урожай конопли, подсолнечника, гороха,
фасоли, картофеля. Клубни картофеля можно перед посадкой смачивать в слабом растворе сульфата меди.
Содержащиеся в почве в микродозах медные соединения необходимы для
произрастания растений. При недостаточном содержании меди в почве растения развиваются плохо. Снижается содержание хлорофилла. Зеленые части
растения бледнеют и бледнеют и отмирают, развивается кустистость и пусто5
зерность. Особенно чувствительны к недостатку меди пшеница, ячмень, овес,
просо и конопля.
1.2. Влияние на растения солей железа
Без железа не образуется хлорофилл. Железо принимает участие в окислительных процессах, так как входит в состав ряда окислительных ферментов. У
животных и человека железо являются многие ферменты и белки. При отсутствие железа, листья растений становятся бесцветными, но они приобретают
зеленую окраску при одном смачивании раствором соли железа. Железо является незаменимым металлом, необходимым для жизнедеятельности организма
и обладает способностью накапливаться в организме.
1.3. Влияние на растения солей никеля
Никель- это постоянная составная часть растительных и животных организмов. В растительных организмах никель был открыт в 1855 году. Наземные
растения получают никель из почвы, водяные из воды. Среднее содержание никеля около 0,004 %, но известны области, никелевые биохимические провинции,
где содержание никеля в почвах достигает 0,25%. Содержание никеля в почвах
зависит от концентрации его в почве, а также от вида растений.
1.4. Влияние на растения солей свинца
Все растворимые соединения свинца ядовиты. Для человека является канцерогенным металлом. Мягкая вода растворяет свинец и происходит отравление воды, которая действует на растительный организм и соответственно на
животных и человека. В организм соединения свинца проникают в виде аэрозолей через органы дыхания.
6
2. Методика работы
Я начала с того, что с поверхности луковицы и фиолетовой традесканции
сделала несколько надрезов эпидермиса, содержащих антоциан. Поместила
срезы по отдельности в капли воды и рассмотрела их в микроскоп. Я определила начало и характер плазмолиза клетки под воздействием одинаковых концентраций биогенных и небиогенных солей. Для этого я заменила воду в препаратах 5%-ными растворами CuSO4 на одном, затем FeSo4 на другом, Pb(NO3)2 на
третьем и NiSO4 на четвертом. Эту замену я получила способом 4-5 кратного
накапливания раствора соли одной стороны покровного стекла и отсасывания
кусочком фильтровальной бумаги с другой до полной замены раствором воды
раствором соли. Я оставила эти клетки в растворах на 15 минут, затем, когда
плазмолиз стал хорошо заметен, рассмотрела клетки под микроскопом. Сначала
я рассмотрела клетки листа традесканции в растворе меди. Хлоропласты не были разрушены, устьица слегка открыты. ( Рис.1). В таком же растворе рассмотрела клетки лука, плазмолиза не было (Рис.2). Затем я подогрела препараты.
Хлоропласты в клетке традесканции разрушились, плазмолиз был слабо выражен. (Рис.3). В клетках лука наблюдается плазмолиз на начальной стадии.
(Рис.4).
7
В следующий препарат я добавила раствор свинца. Красящие ферменты
клетки фиолетовой традесканции переходят в раствор, но хлоропласты не разрушились. (Рис.5). При добавлении раствора на клетки лука обнаружила обширный выпуклый плазмолиз, при котором протопласт равномерно отошел от
клеточной оболочки на всем протяжении. (Рис.6). При нагревании препарата с
клетками традесканции наблюдается выпуклый плазмолиз, протопласт неравномерно отходит от клеточной стенки, устьицы закрыты, протопласт свернулся,
почернел, хлоропласты стали более бледные. (Рис.7). При нагревании клеток
лука явление плазмолиза усилилось и произошло разрушение некоторых оболочек клеток. (Рис. 8).
8
Плазмолиз в клетках традесканции был слабо выражен. (Рис.9). При добавлении раствора к клеткам лука я обнаружила ярко выраженный плазмолиз. (Рис.
10). После нагревания, я заметила, что плазмолиз в клетках традесканции и лука усилился. (Рис.11 и 12).
9
И наконец в четвертый препарат добавила раствор железа. Устьичные
клетки традесканции и пространство вокруг них, возможно, накапливают излишки железа, так как пространство становится черным и наблюдается выпуклый плазмолиз. (Рис.13). При добавлении раствора к клеткам лука я обнаружила вогнутый плазмолиз, выраженный в незначительной степени. (Рис.14). Рассмотрев и зарисовав клетки, я нагрела препараты. В препарате, в котором была
традесканция, протопласт отошел от стенок и свернулся отдельными участками.
(Рис.15). При нагревании лука в растворе железа явление плазмолиза несколько
усилилось, но в целом на состояние протопласта не повлияло. (Рис.16).
10
11
Выводы
Форма протопласта при отделении от клеточных стенок в растворах плазмолитиков зависит от вязкости протоплазмы. Если вязкость ее низкая, протопласт приобретает округлую форму, наступает выпуклый плазмолиз, например,
в клетке традесканции в растворе свинца при нагревании. При более высокой
вязкости поверхность протопласта при плазмолизе принимает вогнутую форму,
которую можно рассмотреть на примере клетки традесканции в растворе меди
при нагревании. При очень высокой вязкости протоплазмы происходит судорожный плазмолиз, какой мы можем наблюдать на примере клетки традесканции в растворе никеля при нагревании. Показателем вязкости служит время,
прошедшее с момента погружения объекта в плазмолитик до появления выпуклой формы плазмолиза. Чем больше время плазмолиза, тем выше вязкость протоплазмы. При нагревании препарата с растениями происходит усиление явления плазмолиза за счет увеличения вязкости протопласта.
Таким образом, чем выше вязкость протоплазмы, тем более выражены
нарушения, связанные с текущей деятельностью клетки, обмен веществ нарушается. При продолжающемся плазмолизе более длительное время, клетка погибает.
Наиболее часто встречающийся тип движения протоплазмы- круговоенаиболее упорядоченный тип движения.
Характерная черта данного типа движения – перемещение протоплазмы
только по периферии клетки. При добавлении солей тяжелых металлов в большинстве случаев происходило нарушение движения протоплазмы, что также
приводит к нарушению обменных процессов в клетке, вследствие нарушения
перераспределения продуктов обмена веществ.
Соли тяжелых металлов также влияют на пигментацию клетки, например в
клетке лука, в растворе свинца. Это говорит о том, что вероятнее всего нарушаются хромопласты (пигменты, отвечающие за цветную окраску).
12
Рекомендации
1. Использовать экологически более чистое топливо.
2. Ужесточить контроль за качественным составом выхлопных газов, выбросами в атмосферу котельных и обогатительных фабрик.
3. Предложить экологическому комитету разработать систему мероприятий по
нейтрализации токсичных отходов, содержащих ионы тяжелых металлов.
13
Список литературы
1. Генкель П.А. Физиология растений. – М.: Просвещение, 1970, 192 с.
2. Рубин Б.А. Большой практикум по физиологии растений. – М.: Высшая
школа, 1978, 408 с.
3. Федорова А.И. Практикум по экологии окружающей среды. – М.: Владос,
2001, 287с.
4. Ходаков Ю.В. Неорганическая химия. – М.: Просвещение, 1972, 432 с.
14