Лабораторная работа №27. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯСРЕДЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПО РОСТОВЫМ СВОЙСТВАМОТРЕЗКОВ КОЛЕОПТИЛЕЙ {Лабораторная работа подготовлена Е. И. Егоровой на основе методических рекомендаций Н. Ф. Лапиной)

Отрезки колеоптилей[§§§] злаковых получают из трехсуточных этиолированных проростков, отсекая на расстоянии 3 — 5 мм ниже верхушки проростка с помощью специального ножа (или лезвия) одинаковые подлине отрезки 4 мм.

Отрезки помещают в испытываемую среду. В водной среде в течение нескольких часов происходит рост отрезков колеоптиля благодаря растяжению — продольному смещению целлюлозных микрофибрилл под действием давления в вакуолях клеток. Во время взаимного продольного давления микрофибрилл происходит разрыв поперечных полисахаридных сшивок между ними. Микрофибриллы помещены в связующее пектиновое вещество в клетке, Которое создает высокую вязкость, препятствующую свободному перемещению микрофибрилл относительно друг друга. Способность их к разрыву проявляется в начальный период (несколько часов) пребывания отрезков колеоптилей в испытуемой среде. Затем происходит перестройка полисахаридных связей за счет синтеза целлюлозы и новых полисахаридов.
Предполагается, что скорость роста отрезков колеоптилей пропорциональна величине тургорного давления F и относительному времени нахождения полисахаридных сшивок в разомкнутом состоянии. Уравнение, описывающее процесс удлинения отрезков колеоптилей в растворе, можно записать в виде



где / — размер отрезка колеоптиля в конце опыта, мм; к^ — эффективная константа скорости 0,13+0,01, для раствора



где а, р — эмпирические параметры, определяющие влияние тур- горного давления и относительного времени нахождения пектинового вещества в размягченном состоянии на прирост отрезков колеоптилей; R — универсальная газовая постоянная; Т — температура, К; Vh— парциальный молярный объем воды в клетке; аь — активность воды в клетке.
После решения уравнение (1) принимает вид



где /пр — предельный рост отрезков колеоптилей.
Известно, что предельный рост отрезков колеоптилей зависит от относительной скорости разрушения и образования полисахаридных сшивок. С увеличением токсиканта в среде /пр уменьшается.
Если признать справедливой гипотезу, что при поступлении из внешнего раствора в цитоплазму тот или иной токсикант отрицательно влияет на метаболические процессы в клетке растения, то предельный размер отрезка колеоптиля в среде с токсикантом выражается в виде



где /пр — предельный размер колеоптиля в среде с токсикантом; / пР — предельный размер колеоптиля в контроле (воде); 8, — коэффициент пропорциональности, зависящий от /-го токсиканта; f — коэффициент активности /-го токсиканта; с, — концентрация /-го токсиканта, сорбированного цитоплазмой из раствора.
В ряде конкретных случаев можно использовать аналогичное уравнение:



где kyr, j — коэффициент условной токсичности /-го токсиканта; с, — концентрация внешнего раствора /-го токсиканта; А — коэффициент пропорциональности lt; 1.
Закономерности, описываемые уравнением (4), соблюдаются для ростовых свойств отрезков колеоптилей в средах, содержащих

соли одновалентных катионов.

Для раствора солей двухвалентных катионов зависимость /пр от концентрации электролита описывается суммой двух экспонент:
(5)
На существование такой зависимости указывают экспериментальные данные, которые предполагают участие двухвалентных катионов в образовании пектинового содержимого растительной клетки, что приводит к повышению вязкости вещества. В основном это проявляется при низких концентрациях солей. При более высоких концентрациях солей двухвалентных металлов действует тот же механизм, что и с участием солей одновалентных катионов. Тип одновалентных анионов не влияет на ростовые свойства отрезков колеоптилей. Замена одновалентного аниона на двухвалентный приводит к возрастанию токсичности. Токсичность сульфатов возрастает в ряду
в соотношении 1:11:53:54:55. Для свинца и цинка сравнение должно проводиться относительно нитрата калия.
Принцип предложенного в лабораторной работе метода основан на изменении скорости роста отрезков колеоптилей растяжением за счет нарушения относительного времени нахождения полисахаридных сшивок в разомкнутом состоянии при их помещении в среду с тяжелым металлом.
Цель работы — определение степени загрязнения среды тяжелыми металлами по приросту отрезков колеоптилей пшеницы.
Оборудование, материалы и реактивы:
окулярный микрометр, термостат, пинцет, чашка Петри, пробирки, фильтровальная бумага, лезвие или специальные приспособления для нарезания колеоптилей, весы, бкжсы, мерные колбы; З-сугочные этиолированные проростки ячменя или пшеницы, соли двух- и трехвалентных тяжелых металлов, дистиллированная вода, почва.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ Рассчитать навески, соответствующие 1, 50 и 100 ПДК тяжелых металлов (ТМ) для воды (см. табл. 14.1). Приготовить растворы солей тяжелых металлов соответствующих концентраций. В чашках Петри приготовить почвенные пластинки, насыщенные солями тяжелых металлов. В чашки Петри поместить по 10 отрезков колеоптилей злаковых.
Поместить по 10 колеоптилей в пробирки с 5 —8 мл растворов солей тяжелых металлов. Поставить чашки и пробирки в термостат на 24 ч при температуре 25 °С. Через сутки измерить длину каждого отрезка с помощью окулярного микрометра с точностью до 0,1 мм. Сделать вывод о влиянии ионов металлов на прирост отрезков колеоптилей пшеницы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Авторское свидетельство 145530 (СССР) № 4096089/30-13. Способ определения степени загрязнения почв тяжелыми металлами. Н.Ф. Лапина и др., 1989.
Либберт Э. Физиология растений / пер. с нем. Д. П. Викторова и Н. С. Гельмана. — М.: Мир, 1976.
Методические указания. МВИ интегрального уровня загрязнения почвы техногенных районов методом биотестирования. РД 52.18.344-98. — М.: Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. 1993.
Нобел П. Физиология растительной клетки / пер. с англ. И. И. Рапано- вича. — М.: Мир, 1973.
Тулупов П.Е. Отрезки колеоптилей — новый интегральный биотест для оценки степени загрязнения природных сред / П.Е.Тулупов [и др.] // Труды ИЭМ. Загрязнение атмосферы и почвы. — М.: Гидрометеоиздат, 1991. 

Еще по теме Лабораторная работа №27. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯСРЕДЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПО РОСТОВЫМ СВОЙСТВАМОТРЕЗКОВ КОЛЕОПТИЛЕЙ {Лабораторная работа подготовлена Е. И. Егоровой на основе методических рекомендаций Н. Ф. Лапиной):

1. Определение тяжелых металлов в почве, воде и кормах
2. Тяжёлые работы на новостройке конюшни
3.   МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ: РТУТИ, КАДМИЯ, СВИНЦА, МЕДИ  
4. Основы безопасности при работе со шмелями
5. Токсикология тяжелых металлов
6. 3 ГИГИЕНА ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ
7. СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И СЕРЫВ ФОНОВОМ И ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННОМ БОЛОТАХ[3] Л. В. Карпенко
8. СВЕДЕНИЯ О ГЕЛЬМИНТОЗАХ ЛАБОРАТОРНЫХ ГРЫЗУНОВ
9. Лабораторно-полевые ульи для шмелей
10.   ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ И КЛИНИЧЕСКИХ ТЕСТОВ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ВНУТРЕННИХ БОЛЕЗНЕЙ 
11. Организация оплодотворения самок в лабораторных условиях
12.   ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АППАРАТУРЫ В ЛАБОРАТОРНОЙ КЛИНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ  
13. АДЕНОВИРУСНАЯ ИНФЕКЦИЯ ОБЕЗЬЯН И ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ
14.   ГЛАВА 3 ЛАБОРАТОРНЫЕ КЛИНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КРОВИ
15. ГЛАВА 19 ГИГИЕНА СОДЕРЖАНИЯ СОБАК, КОШЕК И ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ
16. 6.2. Исследование способности животных к символизации (на примере «счета») с помощью лабораторных тестов