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

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.

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.

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 пустозерность. 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.

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).

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).

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).

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).

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- круговое- наиболее 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).

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.
   

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.