Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологическая токсикология. Практикум
.pdf
81
фильтровальной бумагой. Измерения проводят, исключая из ряда данных пять
наименьших значений, включая и непроросшие семена.
Результаты измерений записываются в таблицу (таблица 3.1).
Таблица 3.1 – Пример оформления результатов измерений параметров
проростков и анализа полученных данных
Название
растения, номер
эксперимента
Количество
проросших
семян, шт / %
Вес растений, г
Длина наземной
части, мм
Длина подземной
части, мм
Редис красный
1
2 3
Горчица белая
1 2
3
На основании полученных результатов строится график.
3.2 Работа №2. Определение токсичности сернистого газа, почв, воды,
пестицидов методом высечек листьев (по разрушению хлорофилла)
Общие положения.
Сера – очень активный химический элемент, она мигрирует в разных валентных
состояниях в зависимости от окислительно - восстановительных условий среды.
Живые организмы по-разному относятся к возрастанию уровня серы в
окружающей среде и в собственном организме.
Так, пищевые железы некоторых моллюсков выделяют жидкость, содержащую
до 4 % H
2SO4
;
82
Много серы входит в состав корненожек (класс амеб), которые состоят
преимущественно из сернокислого бария.
В морских областях, лишенных свободного доступа О2, размножаются
сульфатредуцирующие бактерии, восстанавливающие сульфаты морской воды до
сероводорода, некоторые из них могут сероводород преобразовывать в элементарную
серу.
Двуокись серы. Сернистый ангидрид (SO
2
) - широко известное своими
фитотоксичными свойствами загрязняющее воздух вещество. Образуется SO2 при
сгорании ископаемого топлива, при производстве серной кислоты, удобрений,
резины, пластмасс. Двуокись серы, попадая в листья через устьица, окисляется до
высокотоксичного соединения - сульфита (SO
3
), а затем медленно превращается в
сульфат (SO
4
) - значительно менее токсичное соединение. В таблице 3.2
представлены некоторые растения, чувствительные к действию SO
2
и их ответная
реакция на это действие в естественных условиях.
Для определения повреждения растений SO2 необходимо иметь четкое
представление о том, на каком этапе вегетационного периода они наиболее
чувствительны к воздействию двуокиси серы в естественных условиях (таблица 3.3).
Таблица 3.2 - Растения, чувствительные к действию SО2 и их ответная реакция
в естественных условиях (V. Мэннинг, 1985)
Растения
Реакция
1
2
Лиственные многокостянковые - Ежевика, Малина
Междужилковое обесцвечивание с
побурением
Орляк обыкновенный
Красноватый некроз по краям
Древесные многолетние - Береза вишневая, Ясень
американский
Междужилковое и
краевое обесцвечивание
83
Продолжение таблицы 3.2
1
2
Вечнозеленые - Сосна черная австрийская, Сосна
обыкновенная, Сосна Веймутова
Некрозные полосы на хвоинках
Побурение кончиков хвоинок
Побурение всей хвои
Ели - Ель колючая, Ель европейская
Хвоя буреет и опадает
Таблица 3.3 - Биоиндикаторы, чувствительные к воздействию атмосферной
двуокиси серы в связи с временем вегетационного периода (У. Мэннинг, 1985)
Времена года
Название биоиндикотора
Весна и раннее лето
Мятлик однолетний (Роа annua L.)
Горчица (Brassica spp.)
Фиалка (Viola spp.)
Цинния (Ziinia elegans Jacq.)
Папоротник орляк (Pteridium spp.)
Ежевика и малина (Rubus spp.)
Виноград лисий (Vitis vulpine L)
Яблоня дикая и яблоня (Malus spp.)
Тополь осинообразный (Populus tremuloides Michx.)
Ясень американский (Fraxinus Americana L.)
Береза плакучая (Betula pendula Roth.)
Лето
Люцерна (Medicago saliva L)
Ячмень (Hordeum vulgare L.)
Гречиха (Fagopyrum esculentum Moench.)
Салат эндивий (Cichorium endiva L.)
Тыква пепо (Cucurbita pepo L.)
Тыквы (Cucurbita spp.)
Позднее лето
Сосна Веймугова (Pinus strobes L.)
Сосна Банкса (Pinus banksiana Lamb.)
Ель европейская (Picea abies L.)
Отмечается повышенная чувствительность к SO2 у деревьев хвойных пород по
возрастающей (формула (3.1):
84
.
Продолжительность жизни хвои сосны в норме составляет 3 – 4 года, при постоянном
загрязнении воздуха SO2 она снижается до 1 года. Хвоя сосны образует на своей
поверхности тем более толстый слой воска, чем выше уровень или
продолжительность воздействия на нее SO
2
.
Двуокись серы может поступать в растения через устьица листьев или в составе
сульфат ионов из почвы. Это может приводить к:
а) разрушению хлорофилла. Серная кислота, образовавшаяся после
растворения проникшей в лист двуокиси серы, вызывает разрушение хлорофилла и
резкое снижение интенсивности фотосинтеза. Подавление фотосинтеза усиливается
также за счет конкуренции углекислого газа и при поступлении его клетку;
б) недоразвитию пыльцевых зерен, т. е. стерильности;
в) угнетению проводящей системы.
Повреждение листьев SO2 проявляется в их: хлорозе; возникновении ожогов;
сморщенности лиственной пластинки с последующим отмиранием и опаданием.
При повышении уровня в воздухе SO2 хвоя хвойных деревьев выделяет в
окружающую среду повышенное количество этилена и фенольных соединений.
Молодые листья растений активнее поглощает SO2 из воздуха, чем старые. В
радиусе 2 - 3 км сернистый ангидрид вызывает снижение урожайности клевера на
15 %, а льна на 66 %.
Обработка огурцов и тыквы SO2 приводит к выделению ими этилена и этана продукты теряют свою съедобность.
При повышенном содержании SO2 в воздухе на листьях дуба вырастают галлы.
Оборудование, реактивы, материалы.
1) эксикаторы; 2) фильтры или фильтровальная бумага; 3) чашки Петри; 4)
пробочное сверло или гильзы диаметром 10 мм; 5) пинцеты; 6) пипетки; 7) колбочки
на 100 мл; 8) воронки; 9) пузырьки из-под пенициллина или пробирки в штативе; 10)
карандаш по стеклу; 11) сульфит натрия; 12) серная кислота, 13) 2 % -ный раствор
сахарозы; 14) пестицид в концентрации 10-3 или 10-4 15) загрязненная вода водоема
85
16) почва, примыкающая к автодороге; 17) листья растений, находящихся в стадии
вегетации. Все оборудование, материалы стерилизуются.
Ход работы.
На дно эксикатора насыпают сульфит натрия в объеме взятого тигелька, возле
него устанавливают тигелек с концентрированной серной кислотой. На решетчатый
круг эксикатора кладут одинаковые куски фильтровальной бумаги, смоченной
отстоенной водой до полной влагоемкости, на бумагу укладывают диски (диаметром
2 см) межжилковой ткани листьев нижней стороной вверх, чтобы свободно шел
процесс поступления газа через устьица, которые располагаются большей частью с
нижней стороны листа. Диски высекают пробочным сверлом или гильзой (10 дисков
на каждый вариант). Крышку эксикатора плотно закрывают, края крышки
предварительно промазывают вазелином. Эксикатор переносят в вытяжной шкаф.
Правила перемещения эксикатора показаны на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Правила перемещения эксикатора
Производят резкое движение эксикатором, чтобы внутри тигелек с кислотой
опрокинулся на сульфит натрия, отмечают время начавшейся реакции. Реакция
проходит по следующему уравнению (3.2):
86
. (3.2)
Через некоторое время наблюдается изменение цвета высечек листьев
различных растений. Эта реакция может быть очень быстрой (у чувствительных
видов растений) или более медленной. Выражается она в появлении хлоротичной
каемки по краю высечки, отслаивании краешка от фильтровальной бумаги, а затем
появлении некротической бурой ткани, которая постепенно распространяется на всю
высечку. Учитывают время начала хлорозов, некрозов, число пораженных дисков (из
10), процент поражений сравнивают с контролем (взятым за 100 процентов).
Контроль ставится с большими повторностями (не менее 30 дисков) в эксикаторе с
чистым воздухом. Определение разрушения хлорофилла в дисках листьев можно
определить и фотометрически.
Строят кривые поражения листьев сернистым газом по сравнению с контролем;
на оси абсцисс откладывают время экспозиции (час), а на оси ординат - процент
пораженной ткани у высечек листа.
Количество газа нужно получить в концентрации выше ПДК, количество
реактивов, которые нужно для этого взять, можно рассчитать. Для этого заранее
измеряют объем эксикатора наливанием в него воды мерным цилиндром. Затем
рассчитывают, сколько газа необходимо для получения в эксикаторе нужной
концентрации, например 0,1 % (т. е. по 1 мл газа на каждый литр объема эксикатора).
Далее, исходя из того, что одна грамм-молекула газа занимает при нормальных
условиях объем 22,4 л, рассчитывают массу нужного объема газа. Затем, исходя из
вышеприведенного уравнения и молекулярных весов соединений, рассчитывают
навеску сульфита натрия, которые даст требуемое количество газа. Серную кислоту
для получения газа берут в количестве 2-3 мл. В учебных целях разумнее
использовать более высокие концентрации газов (в несколько раз выше ПДК) и
непродолжительные экспозиции.
87
3.3 Работа №3. Влияние солей тяжелых металлов на коагуляцию
растительных и животных белков
Общие положения.
В живых организмах тяжелые металлы в избыточном количестве вызывают
нарушения биохимических процессов обмена веществ, подавляя или активируя
деятельность многих ферментов. Они представляют наибольшую угрозу для первых
стадий развития сельскохозяйственных растений (проростков, всходов). Под их
действием ухудшается рост корней, побегов, происходит некроз листьев. Не
рекомендуется выращивать сельскохозяйственные культуры на расстоянии менее 5-
7 км от источников выбросов тяжелых металлов как в открытом, так и в закрытом
грунте. В зоне выбросов предприятий цветной металлургии почва становится
токсичной для выращивания растений уже через 4 года.
Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в
почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах и медленно удаляются
при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции. Первый период
полуудаления (удаления половины от начальной концентрации) тяжелых металлов
значительно варьирует для различных элементов и составляет для Zn - 70-310, Сu 310-1500, Cd - 13-110, Pb - 740-5900 лет.
Токсичность тяжелых металлов определяется не столько их свойствами как
химических элементов, сколько способностью образовывать комплексные
соединения с аминокислотами, нуклеиновыми кислотами и другими соединениями.
По этому принципу предложено деление тяжелых металлы на 3 группы:
- наименее токсичными оказываются металлы «жесткого класса», образующие
прочные комплексы, быстро выводящихся из организма (Cr, Co, Fe, Al, олово);
- наиболее токсичные металлы «мягкого класса» (серебро, золото);
- все остальные металлы относятся к средней группе.
88
Наибольшего внимания заслуживает металлы, попадающие в окружающую
среду при эксплуатации автомобильного транспорта. Эти металлы также делятся на
3 группы:
- металлы, повышенное содержание которых в почвах придорожных
территорий слабо связано с влиянием автомобильного транспорта;
- металлы, содержание которых в почве и растениях придорожной территории
зависит от расстояния от автодороги, но мало определяется интенсивностью
движения (Co, Pb, Zn, Cd, Fe);
- металлы, содержание которых зависит как от растения до дорожного полотна,
так и от транспортной нагрузки (Cr, Mo, Cu).
Среди тяжелых металлов 13 металлов (Be, Ai, Cr, As, Se, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba, Hg,
Те, Pb) токсичны во всех своих водо-, щелоче-, кислоторастворимых соединениях.
Среди них группу неорганических экотоксинов возглавляют кадмий, свинец и ртуть.
Концентрация тяжелых металлов в растениях в значительной мере зависит от их
содержания в почве, а в теле животных - от их количества в пище. Имеют значение
также видовые особенности растений и животных.
Животные поглощают только подвижные формы элементов, и поэтому
концентрация загрязнителя в животных будет отражать фактическую загрязненность
экосистемы, а не потенциальную, которую получают при определении концентрации
загрязнителя в почве или растениях.
Коагуляция (от лат. coagulatio- свертывание, сгущение) - объединение частиц
дисперсной фазы в агрегаты вследствие сцепления (адгезии) частиц при их
соударениях. Соударения происходят в результате броуновского движения, а также
седиментации, перемещения частиц в электрическом поле (электрокоагуляция),
механического. воздействия на систему ( перемешивания, вибрации) и др.
Характерные признаки коагуляции - увеличение мутности, появление хлопьевидных
образований - флокул (отсюда термин флокуляция, часто используемый как синоним
коагуляции), расслоение исходно устойчивой к седиментации системы (золя) с
выделением дисперсной фазы в виде коагулята (осадка). При высоком содержании
89
частиц дисперсной фазы, коагуляция может приводить к отвердеванию всего объема
системы вследствие образования пространственной сетки.
Различают быструю и медленную коагуляцию. При быстрой коагуляции почти
каждое соударение частиц эффективно, т.е. приводит к их соединению; при
медленной коагуляции соединяется часть сталкивающихся частиц. В жидкой среде,
например при коагуляции золей, укрупнение частиц до известного предела
(приблизительно до размера 10
-4
см) не сопровождается оседанием или всплыванием.
Это скрытая коагуляция, при которой система сохраняет седиментационную
устойчивость (устойчивость дисперсной системы против оседания частиц под
действием силы тяжести), система агрегативно устойчива, т. е. способна
противостоять укрупнению (агрегированию) частиц.
Дальнейший рост частиц приводит к образованию сгустков или хлопьев
(флокул), выпадающих в осадок (коагулят, коагель) или скапливающихся в виде
сливок у поверхности; это явная коагуляция.
Защитой от коагуляции при этом может быть электрический заряд и (или)
адсорбционно-сольватный слой на поверхности частиц, препятствующий их
сближению. Нарушить агрегативную устойчивость можно, например, повышением
температуры (термокоагуляция), перемешиванием или встряхиванием, введением
коагулирующих веществ и другими видами внешнего воздействия на систему.
Минимальная концентрация введенного вещества, электролита или неэлектролита,
вызывающая коагуляцию в системе с жидкой дисперсионной средой, называется
порогом коагуляции. Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а
разнородных гетерокоагуляцией или адагуляцией. Процесс, обратный коагуляции распад агрегатов до первичных частиц, называется пептитизацией.
Работа наглядно показывает действие солей биогенных и небиогенных тяжелых
металлов на животные и растительные белки, выявляет разницу в реакции тех и
других. Белки с тяжелыми металлами образуют комплексы, нерастворимые в воде.
Оборудование, реактивы, материалы.
1) пробирки - 16 шт.; 2) пузырьки из-под пенициллина - 8 шт.; 3) стаканчик - 1
шт.; 4) пипетка на 1 мл - 1шт.; 5) пипетка аптечная- 2 шт.; 6) стеклограф; 7)
90
фильтровальная бумага; 8) 5 % - ный раствор сульфата меди, 9) 5 % - ный раствор
Pb(NO3)
2
10) дистиллированная вода; 11) животный белок (куриного яйца); 12)
растительный белок (зернового гороха).
Ход работы.
У куриного яйца отделить белок в мерный стаканчик, размешать его стеклянной
палочкой в дистиллированной воде в соотношении 1:10. Затем профильтровать.
Зерновой вызревший горох перемолоть в муку в кофемолке, развести в
соотношении: 10 г гороховой муки на 50 мл 10 %-ного раствора хлорида натрия или
КС1. Профильтровать.
Приготавливают серию растворов сульфата меди, нитрата свинца, хлорида
кадмия, сульфата цинка из исходного 0,5 М методом последовательных разбавлений:
0,1 М, 0,03 М, 0,01 М, 0,003 М, 0,001 М, 0,0003 М, 0,0001 М, 0,00003 М. Каждый
студент вносит в 8 пробирок пипеткой по 1 мл животного белка, а в другие 8 - по 1
мл растительного белка. В каждую пробирку добавляют по 1 мл одного из указанных
растворов испытуемой соли. Все пробирки помечают стеклографом. Затем по
наклонной стенке осторожно вливают в пробирки по 1 мл этилового или пропилового
спирта. Осторожно покачивают пробирки, чтобы верхняя часть растворов
перемешалась. На границе слоев растворов белка и спирта в некоторых пробирках
образуется муть или осадок. Характер коагуляции рассматривают на темном фоне
(кусочек черной бумаги, доска и др.).
Результаты оформляют в виде таблицы.
Определяют концентрацию раствора соли, при которой происходит коагуляция
белка (при разном виде солей и при разном типе белков).
Ответить на следующие вопросы.
1. На какой из видов белков (животный или растительный) сильнее всего
действуют выбранные соли?
2. Какова предельная действующая концентрация выбранных солей?
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]