Влияние водных сред на рост главного корня проростков огурца

Вариант опыта	Средняя длина главного корня	Средняя длина зоны боковых корней
см	%	см	%
Контроль (дистиллированная вода)
Водопроводная вода
Вода из других источников

Задание: Провести измерения корней и заполнить табл. 1 и 2; сделать вывод о чувствительности биотеста и возможности его применения к данным исследованиям, охарактеризовать среды с экологической точки зрения и с точки зрения данных биотестирования.

1.3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Тяжелые металлы – опасные загрязнители окружающей среды. Главным природным источником тяжелых металлов являются породы (магматические и осадочные) и породообразующие минералы. Многие элементы поступают в атмосферу с космической и метеоритной пылью, с вулканическими газами, горячими источниками, газовыми струями.

Поступление тяжелых металлов в биосферу вследствие техногенного рассеивания осуществляется разнообразными путями: 1) сжиганием жидкого и твердого топлива, сопровождающегося выбросами в атмосферу, преимущественно свинца; 2) сбрасыванием сточных вод, в которых тяжелые металлы содержатся в повышенных концентрациях в результате выделений металлоплавильных производств, а также отходов человека и животных; 3) внесением в почву химикатов, в том числе удобрений. В организм человека и животных большая часть меди и свинца поступает из растительной пищи.

Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения атомной массы. Их токсичность проявляется по-разному. Многие металлы (медь, ртуть) ингибируют деятельность ферментов. Такие металлы, как кадмий, медь, железо, взаимодействуют с клеточными мембранами, изменяя их проницаемость.

Многие растения аккумулируют металлы, концентрация которых в клетках и тканях превышает их концентрации в почве. Способность растений аккумулировать тяжелые металлы с успехом используют для очистки почвы, водоемов, воздуха от загрязнения. Изучение локализации тяжелых металлов в растительных тканях и их способности к передвижению важно для понимания реакции растений на них. Кроме того, определение содержания тяжелых металлов имеет важное значение для экологического мониторинга.

В данной работе используется способность тяжелых металлов давать характерное окрашивание при реакции с дитизоном:

Дитизон обладает высокой чувствительностью к кадмию и свинцу и образует в присутствии исследуемых материалов нерастворимые слои: дитизонаты, окрашенные в красный цвет. Дитизон и дитизонаты практически нерастворимы в нейтральных и кислых водных растворах. Помимо кадмия и свинца дитизон может образовывать окрашенные комплексы с цинком, кобальтом, медью, хромом, железом, никелем и некоторыми другими металлами.

Для обнаружения тяжелых металлов используют проростки кукурузы, у которых концентрации 10^-3 М Pb(NO₃)₂ и 10^-4 M Cd(NO₃)₂ ингибируют рост корня на 50 %. Для других проростков следует уточнить концентрации, как летальные, так и ингибирующие рост корня на 50 %. С помощью реакции с дитизоном можно оценивать содержание тяжелых металлов в наземных и водных растениях, их органах, а также содержание тяжелых металлов в сточных водах, осадках и т.д.

Работа 2. Обнаружение тяжелых металлов в растениях

Гистохимическим методом

Материалы и оборудование: 1) чашки Петри; 2) фильтровальная бумага; 3) маркер по стеклу; 4) термостат на 26 °С; 5) растворы Pb(NO₃)₂ (10^­3 М), Cd(NO₃)₂ (10^-4 M); 6) реактив дитизон (готовится непосредственно перед употреблением и не подлежит хранению); 7) растворы перманганата калия или формалина для обработки семян; 8) проростки кукурузы.

Ход работы

Работа состоит из двух этапов: 1) выращивание проростков на растворах солей; 2) приготовление срезов и их микроскопирование.

1. Зерновки кукурузы, предварительно обработанные в течение 10–20 минут слабым раствором формалина или перманганата калия, раскладывают по семь штук в чашки Петри на фильтровальную бумагу и наливают в каждую чашку по 15 мл дистиллированной воды (контроль), раствора Pb(NO₃)₂ в концентрации 10^-3 М, раствора Cd(NO₃)₂ в концентрации 10^-4 M. Чашки выдерживают в термостате при температуре 26 °С. Спустя семь дней проводят измерения длины главного корня, колеоптиля и зоны боковых корней. Для каждого варианта рассчитывают средние величины и определяют их процентное содержание по отношению к контролю (табл. 3).

Таблица 3

Влияние тяжелых металлов на проростки кукурузы

Вариант опыта	Длина главного корня	Длина колеоптиля	Длина зоны боковых корней
см	%	см	%	см	%
Контроль
Pb(NO3)2 (10-3 М)
Cd(NO3)2 (10-4 M)

2. Для определения локализации кадмия и свинца в растениях готовят серии поперечных срезов корня на разных расстояниях от апекса, а также срезы колеоптиля, мезокотиля и первых листьев на разных расстояниях от оснований.

Серии срезов помещают на предметное стекло, на него переносят 3–4 капли дитизона, накрывают покровным стеклом и через несколько минут рассматривают под микроскопом при разных увеличениях.

Задание: Заполнить табл. 3 и сделать вывод о влиянии тяжелых металлов на рост проростков. Сделать рисунки поперечных срезов корня и отметить локализацию в их тканях кадмия и свинца; сделать вывод о локализации кадмия и свинца в тканях корня и возможности продвижения тяжелых металлов по тканям; выяснить, существует ли барьер для передвижения тяжелых металлов по тканям корня.