Министерство науки и образования РФ

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Кафедра «Прикладная экология»

Научно-исследовательская работа на тему:

«Действие ксенобиотиков на геном хлоропластов злаковых культур»

Выполнил: ст.гр.МОС-15-01 Э.И. Хизбуллина

Проверил: к.б.н., доцент И.Г. Мигранова

Уфа 2015

Оглавление

Оглавление 2

Введение 6

1.Ксенобиотики 6

2.Геном хлоропластов 8

3 Генотоксичность тяжелых металов 9

Генотоксичность — это термин, описывающий вредоносные действия над клеточным генетическим материалом, влияющие на его целостность. Генотоксичные вещества потенциально мутагенны или канцерогенны, в частности, способны привести к генетической мутации или к развитию опухоли. К ним относятся как определенные типы химических соединений, так и определенные типы радиации. 9

4.Влияние тяжелых металлов на физиологические процессы растений. 13

Токсичность тяжелых металлов для растений связана с их физическими и химическими свойствами, cреди которых следует отметить: электроотрицательность (высокая электроотрицатель- ность позволяет ионам металлов взаимодействовать с ак- тивными центрами молекул ферментов, подавляя актив- ность последних); 13

степень ионизации (которая влияет на адсорбцию металла поверхностью клетки и на проникновение его через кле- точные мембраны); 13

гидратация ионов (за счет которой образуется оболочка, препятствующая взаимодействию с компонентами окружающей среды, но не влияющая на токсичность самого металла; поскольку и степень гидратации, и подвижность ионов снижаются с повышением атомной массы, то для более тяжелых элементов, расположенных в правой части периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева и имеющих бóльшее число электронных оболочек и бóльший радиус, токсичность увеличивается). 13

Рост 13

Развитие 13

Фотосинтез 13

Дыхание 13

Водный обмен 13

Минеральное питание 13

Формирование продуктивности 13

5. Механизмы устойчивости растений к действию тяжелых металлов 13

Устойчивость растений к тяжелым металлам принято рассматривать как способность переносить их действие в повышенных, токсичных концентрациях. В ответ на возрастание уровня тяжелых металлов в окружающей среде в растениях реализуется несколько различных защитно-приспособительных программ, направленных на их адаптацию и выживание. Принципиально устойчивость растений к тяжелым металлам может достигаться двумя основными путями: 13

1) предотвращением (ограничением) проникновения тяжелых металлов в клетку, в результате чего растение избегает их токсического действия на внутриклеточные процессы; 14

2) запуском внутриклеточных механизмов устойчивости. Способность растительных организмов адаптироваться к воз- действию тяжелых металлов без нарушения физиологических функций связана с определенными изменениями, происходящи- ми на разных уровнях организации: молекулярном, клеточном, тканевом, органном и организменном. Наиболее изученными являются клеточные и молекулярные механизмы металлоустойчивости. 14

Изменения, происходящие в растении под влиянием тяжелых металлов, затрагивают все уровни организации. В зависимости от поставленных задач исследователь выбирает методику проведения эксперимента и наиболее надежные и информативные методы. В настоящее время при оценке металлоустойчивости растений используют следующие группы методов: морфометрические, физиологические, анатомо-морфологические, цитологические, биохимические и молекулярно-биологические. 15

Морфометрические методы исследования основаны на визуальной оценке состояния отдельных растений и целых ценопопуляций по высоте побега, размерам листа, степени повреждения листовой поверхности, продуктивности растений, которые используются чаще всего в полевых экспериментах. 16

В вегетационных и лабораторных опытах одним из самых распространенных методов оценки металлоустойчивости растений является метод «корневого теста», предложенный Д. Уилкинсом (Wilkins, 1978). В его основе лежит сравнение прироста корня у опытных (выращенных в присутствии тяжелых металлов) и контрольных растений за определенный промежуток времени. При этом индекс устойчивости растений (It) рассчитывается по формуле: It = lоп/lк, где lоп – прирост корня у растений опытного варианта, lк – при- рост корня у растений контрольного варианта. 16

Еще один довольно простой и распространенный метод лабораторной оценки металлоустойчивости видов (сортов, генотипов) растений основан на изучении всхожести их семян в присутствии различных концентраций тяжелых металлов. При его использовании индекс устойчивости рассчитывают по следую- щей формуле: It = nоп/nк ·100 %, где nоп – число проросших семян в опытном варианте, nк – число проросших семян в контрольном варианте. 16

В основе физиологических методов лежит сравнение величин измеряемых физиологических процессов и показателей у растений, выращенных в присутствии тяжелых металлов, с контрольными растениями. Среди наиболее часто используемых физиологических параметров – интенсивность фотосинтеза и дыхания, показатели фотохимической активности и активности ФС II, интенсивность транспирации, устьичная проводимость и оводненность тканей. 16

Анатомо-морфологические методы. О степени повреждения растений тяжелыми металлами можно также судить по изменениям анатомо-морфологической структуры корня и листа. К числу диагностических показателей устойчивости при этом относят: число корневых волосков, число и размеры клеток эпидермиса и коры корня, количество слоев клеток мезофилла листа и их раз- меры, толщину кутикулы, количество устьиц, размеры устьичной щели, общее число хлоропластов в клетке, число хлоропластов на единицу площади клетки и т. д. 16

Цитологические методы позволяют выявить структурные изменения, происходящие в клетках растений в присутствии тяжелых металлов. При действии высоких концентраций металлов уменьшается общая протяженность мембран, а иногда они полностью разрушаются, наблюдаются повреждение ядра и деград ция хромосом. Кроме того, указанными методами в присутствии тяжелых металлов можно зафиксировать замедление интенсивности клеточных делений, увеличение времени прохождения отдельных фаз митоза, отсутствие расхождения хромосом к полю- сам клетки. 17

Биохимические методы получили в последние годы очень широкое распространение при изучении механизмов металлоустойчивости растений. Среди них есть довольно простые, не требующие дорогостоящего оборудования и реактивов (определение содержания фотосинтетических пигментов, пролина, активности ферментов антиоксидантной защиты и др) 17

Заключение 18

1.Прохорова Н.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях в условиях техногенеза/ Матвеев Н.М. – Вестник СамГУ 1996. – С. 125 – 148. 19

2.Саратовских Е.А. Мутагенез и канцерогенез/ Глазер В.М.,Костромина Н.Ю., Костелевцев С.В. – Экологическая генетика ,том 5 № 3,2007 – С. 46 -54. 19

3.Дабахов М.В. тяжелые металлы экотоксикология и проблемы нормирования./ Дабахова Е.В., Титова В.И. Нижненовгородская гос с.-х. академия. 2005- С .165 19

4.Титов. А.Ф. Физиологические основы устойчивости растений к тяжелым металлам/ Таланова А.Ф., Казнина Н.М. – институт биологии КарНЦ РАН, 2011. 77с. 19

5.Brahma B. Panda. Genotoxicity and mutagenity of metals ib plans, 2014 – 395с. 19

6.Ю.С.Ченцов. Введение в клеточную биологию./Ю.С. Ченцов.-М.:ИКЦ «Академкнига»,2005-495с.:ил. 19

7. Физиология растений: Учебник для студ.вузов/ Н.Д.Алёхина, Ю.В.Балнокин, В.Ф. Гавриленко, Т.В.Жигалова, Н.Р. Мейчик, А.М.Носов, О.Г.Полесская, Е.В.харитонашвили; Под ред. И.П.Ермакова.-М.:изд.центр «Академия»,2005.-640с 19

СПИСОК ИСПОЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………...……………....16