Методические указания к лабораторно-практическим занятиям для студентов специальности 1-33 01 06 -экология сельского (стр. 1 из 4)

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ

Кафедра сельскохозяйственной биотехнологии и экологии

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

ЭКОТОКСИКОЛОГИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

Для студентов специальности 1-33 01 06 –экология сельского

хозяйства; специализации 1-33 01 06 01 – сельскохозяйственная

радиология

Горки 2003

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра сельскохозяйственной биотехнологии и экологии

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

ЭКОТОКСИКОЛОГИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

Для студентов специальности 1-33 01 06 –экология сельского

хозяйства; специализации 1-33 01 06 01 – сельскохозяйственная

радиология

Горки 2003

Одобрено методической комиссией агроэкологического факультета 06.06.2002.

Составили Т. В. НИКОНОВИЧ, А. В. ЩУР.

СОДЕРЖАНИЕ

Р а б о т а 1. Воздействие солей тяжелых металлов на клетки растений. . . . . . . . . . . . . 3

Р а б о т а 2. Приготовление селективных питательных сред для выявления индиви-

дуальных реакций организмов на токсиканты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

Р а б о т а 3. Влияние токсических веществ на микроорганизмы. Токсины микроорга-низмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Р а б о т а 4. Особенности регенерации растений in vitro на токсинсодержащих суб-

стратах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Р а б о т а 5. Морфологические особенности воздействия токсикантов на растения

in vivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Р а б о т а 6. Динамика популяции дождевых червей при содержании токсических

веществ в субстрате. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . .. 13

Р а б о т а 7. Воздействие токсических веществ на теплокровные организмы. . . .. . . . 14 Р а б о т а 8. Воздействие алкалоидов на теплокровные организмы.16

Р а б о т а 9.Экспериментальная затравка лабораторных мышей алкалоидами . . . .. . 18

Литература. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... .. . . . . . 19

УДК 573.6:633/635(072)

Сельскохозяйственная экотоксикология: Методические указания/ Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; Сост. Т. В. Н и к о н о в и ч, А. В. Щ у р . Горки, 2003. 20 с.

Приведены методические указания к лабораторно-практическим занятиям в соответствии с программой по сельскохозяйственной экотоксикологии

Для студентов специальности 1-33 0106 – экология сельского хозяйства; специализации 1-33 01 06 01 – сельскохозяйственная радиология агроэкологического факультета

Таблиц 8 . Библиогр.7.

Рецензенты: доктор биол. наук, профессор, чл.-корр. ААН РБ А. В. Кильчевский , доцент Н. В. Лазаревич.

Работа 1. Воздействие солей тяжелых металлов

на клетки растений

Материалы и оборудование: микроскопы с осветителями, аналитические весы, препаровальные иглы, скальпели, предметные и покровные стекла, пипетки, соли тяжелых металлов, луковица, дистиллированная вода, колбы на 100 мл, мерные цилиндры на 50 мл, спирт, халаты, маркеры.

Биохимические и физиологические особенности миграции тя-

желых металлов в растительной клетке. Поглощённые тяжёлые металлы инактивируются в растительной клетке с помощью следующих механизмов:

1) образование нерастворимых органических комплексов;

2) внутриклеточное связывание с органическими веществами в виде прочных комплексов нерастворимых, растворимых, физиологически малоактивных, а также со специфически индуцированными веществами;

3) образование нерастворимых неорганических соединений металлов;

4) связывание металлов в цитоплазме со специфически индуцированными веществами.

В клетке наблюдается отложение частиц, содержащих металлы в виде фосфатов, силикатов, сульфитов. Нерастворимые соединения меди обнаружены на поверхности хлоропластов и в цитоплазме клеток листьев шпината при токсических концентрациях меди в среде. Труднорастворимые микрокристаллические цинксодержащие частицы были найдены в клетках ризодерма и перицикла корней лука. Свинец в виде плотных гранул обнаруживают с помощью электронной микрорадиографии в митохондриях и ядре. Кристаллы свинца видны в фазово-контрастном микроскопе на поверхности корня. Внутри корня многочисленные кристаллы свинца локализируются в клеточной стенке, они образуются не только в корнях, но и в листьях. Свинец находят в электронно-плотных гранулах в пузырьках диктиосом, которым приписывается функция выведения и кристаллизации токсических веществ. Наличием гранул свинца в клетке можно объяснить невысокую токсичность его для растений. Образование неорганических частиц, гранул в клетках рассматривается как длительно действующая система детоксикации, однако оказалось, что иногда они могут быть источником металла. В настоящее время изучены механизмы осаждения неорганических соединений меди, свинца, цинка. Этот список можно расширить, так как для живых клеток во внутриклеточных гранулах найдены другие металлы.

Образование нерастворимых органических комплексов. Этот механизм широко распространён в клеточных стенках, особенно в корнях, где аккумулируется основная часть поглощённых тяжёлых металлов. Доказано усиленное накопление металлов в клеточных стенках корней растений устойчивых популяций. Тяжёлые металлы связываются с пектиновыми веществами клеточной оболочки с образованием пектатов. Свинец связывается полисахаридами клеточной оболочки. В клеточной стенке листьев находится 8 %, а в клеточной стенке корней 14 % общего содержания кадмия. Свинец в клетке в основном связан с клеточными стенками и не извлекается большинством растворителей. У растений устойчивого к свинцу клона он откладывался в клеточных стенках и не был обнаружен в цитоплазме, органоидах и вакуолях. Для свинца, кадмия связывание клеточными стенками является эффективным механизмом устойчивости. Селективность клеточных стенок крайне мала. Барьерные функции клеточных стенок в растительных клетках существенны, но этим не исчерпываются все механизмы устойчивости.

Образование растворимых слабодиссоциирующих комплексов.

Металлы могут связываться с цистеиновыми и гистидиновыми боковыми цепями белков, пуринов, порфиринов. Медь может легко взаимодействовать с белками, нуклеотидами и полинуклеотидами. Медь и кадмий реагируют с S– H- группами; у цинка большее сродство с карбонильными группами.

Связывание металлов в цитоплазме с механически индуцированными веществами. Последние данные свидетельствуют об индукции синтеза специфических металлосвязывающих белков и пептидов, богатых цистеином, в условиях нагрузки тяжёлыми металлами. Растворимые белки с необычайно высоким содержанием серы найдены в сосудистых растениях. Эти белки обладают способностью синтезироваться в организме под влиянием высокой концентрации тяжёлых металлов.

In vitro эти белки связывают многие тяжелые металлы. In vivo обнаружены только кадмий, цинк, медь, ртуть. Свинец в клетках находится в основном в ионной форме или неспецифически связан с белками и лишь незначительная часть его была найдена в комплексе с низкомолекулярным белком. Неизвестные ранее пептиды, названные фитохелатинами, были выделены из суспензионной культуры при повышенном уровне кадмия в среде. Эти маленькие, богатые цистеином пептиды участвуют в связывании, обезвреживании и обмене ионов кадмия, цинка, меди, свинца, ртути. Образование фитохелатинов показано при экспонировании с кадмием суспензионной культуры клеток табака, томата, дурмана. Существует мнение, что металлотионеин-подобные белки в ряде высших растений являются в действительности фитохелатинами. Физиологические функции фитохелатинов в растениях изучены недостаточно. В обычных условиях они находятся в клетке в незначительном количестве и могут быть донорами металлов для ферментов. При повышенном уровне тяжёлых металлов в клетке индуцируется синтез этих белков, они выводят избыток металла из обмена и поддерживают ионный гомеостаз. При медленной нагрузке тяжёлые металлы менее токсичны, чем при ударной дозе, когда не успевают синтезироваться фитохелатины. В устойчивых организмах фитохелатины образуются быстрее, чем в неустойчивых. Полагают, что повышенная металлоустойчивость связана с амплификацией гена, ответственного за синтез белка. Ещё одним важным аспектом металлоустойчивости является изменение метаболизма за счёт изменения структуры биологически активных белков.

Ход работы.

1. Приготовить растворы солей тяжелых металлов в различных концентрациях.

2. Подготовить микропрепараты чешуи лука.

3. Обработать препараты растворами солей тяжелых металлов.

4. Посмотреть происходящие изменения в клетках лука.