XI Вернадовские юношеские чтения (стр. 15 )

Хочу выразить искреннюю признательность (Тамбовский государственный университет) за помощь в подготовке данного сообщения, а также студентам Мичуринского государственного педагогического института за помощь в подготовке экспедиционной поездки и сборе материала.

Работа была выполнена при финансовой поддержке Управления по охране окружающей среды и природопользованию по Тамбовской области.

Литература

1.  Берг пресных вод СССР и сопредельных стран. Ч. 3. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1949. С. 469–925.

2.  Васильева атлас-определитель. Рыбы. М.: Дрофа, 20с.

3.  Доклад о состоянии окружающей природной среды Тамбовской области в 1996 году. Тамбов, 19с.

4.  Дубчак динамика питания ротана (Perccottus glenii Dybowski) в карьере городского парка // Биотехнология – охрана окружающей среды. М.: Изд-во – принт», 20с.

5.  Кошелев размножения рыб. М.: Наука, 19с.

6.  Лакин . М.: Высшая школа, 19с.

7.  Никольский рыб. М.: Высшая школа, 19с.

8.  Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. Т. 2. Ракообразные / Ред. . С.-Пб.: Зоологический институт РАН, 19с.

9.  Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. Т. 3. Паукообразные. Низшие насекомые / Ред. , , . С.-Пб.: Зоологический институт РАН, 19с.

10.  Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. Т. 4. Высшие насекомые. Двукрылые / Ред. , . С.-Пб.: Зоологический институт РАН, 19с.

11.  Правдин по изучению рыб. Л.: Ленинградский государственный университет, 19с.

12.  Сарычев и миноги Липецкой области. Воронеж: Воронежский государственный университет, 20с.

13.  Скопцов рыб, обитающих в водоемах Тамбовской области. Тамбов: Пролетарский светоч, 19с.

14.  , , Микляева животные Тамбовской области: учебно-методическое пособие. Мичуринск, 19с.

15.  , , Барсуков Тамбовской области как среда обитания рыб и их трансформация под влиянием антропогенного воздействия // Растения и животные Тамбовской области: кадастр и мониторинг. Мичуринск, 2002. С. 90–101.

16.  , , Скрылева Костные рыбы osteihthyes // Позвоночные Тамбовской области: Кадастр. Тамбов, 2007. С. 10–32.

Биомониторинг по показателю активности фотосистемы II в хлорофиллсодержащих тканях – индикатор состояния растений и экологической загрязненности среды

3 курс, Институт естествознания ТГУ им.

Воздействие на растения различных стрессоров среды их обитания приводит к изменению физиологических показателей в растительном организме.

Известно, что главным поставщиком энергии и пластических веществ в растениях является фотосинтетический аппарат, поэтому эффективность его функционирования является одним из наиболее значимых признаков для определения общего состояния растений. (Тихонов, 1999; Рубин, 2000)

В свою очередь одним из наиболее адекватных индикаторов состояния фотосинтетического аппарата является такой параметр как степень индукции флуоресценции хлорофилла. Критерием активности работы фотосистемы-2 служит отношение Fv/Fm – флуоресценция хлорофилла в темновую и фотовозбуждённую фазы.

Отношение Fv/Fm для неповрежденных хлоропластов близко к 0,780-0,800 отн. ед. у плодовых, ягодных культур и травянистых растений. (Егорова, Бухов, Кренделева, и др., 2001). В связи с этим, отклонение на 0,1 отн. ед. считается значимым и свидетельствует о реакции фотосистемы-2 при действии внешних стрессовых факторов.

Поэтому целью нашего исследования является определение возможности индикации экологической загрязнённости районов города по состоянию фотосистемы-2 растений, произрастающих на данных территориях.

Для достижения поставленной цели нами в лабораторных условиях были проведены модельные опыты на проростках тимьяна ползучего.

Суть опытов заключалась в посеве семян выбранного растения на образцы почв, взятые из 25 исследуемых участков г. Тамбова, которые отличаются различной степенью экологической загрязнённости.

Результаты биомониторинга по показателю интенсивности работы фотосистемы II выявили значительные различия значений Fv/Fm в проростках в зависимости от района взятия почвенных образцов. Так величина данного показателя, в среднем за время исследований, у группы растений, высаженных на почвах, взятых из экологически благополучных районов (южная часть города, район набережной канала р. Цны, парк кардиологического санатория), колебалась в пределах 0,68-0,74 отн. ед.; у группы растений, растущих на почвах, взятых из экологически неблагополучных мест (перекрёсток ул. Советской и ул. Чичканова, район Комсомольской площади, телецентра, бульвара Энтузиастов), эти показатели были на уровне 0,34-0,45 отн. ед. (рис. 1).

Рис. 1. Реакция фотосистемы II проростков тимьяна ползучего на обработку иммуноцитофитом в зависимости от степени загрязненности среды обитания

вариант 1 - проростки, выращенные на почвах из районов с сильным загрязнением

вариант 2 - проростки, выращенные на почвах из районов со средней степенью загрязнения

вариант 3 - проростки, выращенные на почвах из экологически благополучных районов

В рамках проводимого эксперимента нами были получены результаты по реакции проростков на обработку их иммуноцитофитом, который является иммунокорректором растений. Была проведена двукратная обработка растений (с интервалом 10 дней) раствором с концентрацией препарата 0,02%. Было установлено, что реакция растений на такие обработки значительно отличается в зависимости от района взятия пробы почвы. Так растения, выращенные на почвах из загрязненных районов, положительно реагировали на данную обработку. В то же время у проростков, выращенных на почвах из экологически благополучных районов, наблюдалось угнетение фотосинтетической активности (рис. 1).

Таким образом, по результатам наших исследований можно сделать следующее заключение: показатель активности работы фотосистемы II хлорофиллсодержащих тканей может не только служить индикатором функционального состояния растений, но и достаточно адекватно отражает уровень стрессорности среды их обитания.

Список литературы.

1.  Егорова, переноса электрона от фотосистемы 2 к фотосистеме 1 в интактных листьях / , , и др. // Вестник башкирского университета.- 2001.- № 2 (i).- С. 35-37.

2.  Рубин, методы в экологическом мониторинге / // Соросовский Образовательный Журнал. Сер. биология. – 2000.- № 11.- С. 41-49.

3.  Тихонов, световых и темновых стадий фотосинтеза / // Соросовский Образовательный Журнал.- 1999.- № 11.- С. 8-15.

Константы скоростей реакции выделения водорода и его диффузии в углеродистую сталь в кислых хлоридных растворах.

,

аспирант ТГУ им.

Одним из наиболее распространённых методов защиты металлоизделий от коррозионного разрушения является применение ингибиторов коррозии. Наиболее перспективными считаются те, которые наряду с подавлением ионизации металла одновременно вызывают торможение проникновения выделяющегося в процессе коррозии водорода вглубь металла, вызывающего потерю механических свойств. Поэтому представляет практический интерес изучение влияния ингибиторов коррозии на реакцию выделения водорода (РВВ) и его диффузию в металл.

Цель данной работы :

•  Исследовать закономерности процесса выделения водорода и его диффузии в сталь Ст3 в кислых хлоридных растворах с различным значением рН,

•  Оценить влияние на эти процессы и коррозию ингибитора катамина АВ.

•  Рассчитать константы скоростей основных стадий этих процессов, степени заполнения поверхности стали адсорбированным водородом и его приповерхностную концентрацию.

•  Определить лимитирующую стадию РВВ.

В ряде работ Пикеринга с сотрудниками [1, 2] развита модель, связывающая проникновение водорода в металл с кинетикой реакции выделения водорода, известная как IPZ анализ. Она позволяет рассчитать константы скоростей основных стадий РВВ, степень заполнения поверхности металла адсорбированным водородом и его приповерхностную концентрацию, а также константу скорости, характеризующую кинетику абсорбции и десорбции водорода на поверхности мембраны и транспорт внутри мембраны.

Остановимся кратко на методике IPZ. Интегральная схема процесса разряда ионов водорода с последующим параллельным удалением адсорбированных атомов водорода с поверхности металла путем рекомбинации и абсорбции имеет вид:

H+ + e + Me MeHадс (1)

Hадс + Hадс H2 (2)

Hадс Habs (3)

Метод IPZ основан на допущении протекания РВВ по механизму Фольмера – Тафеля с соизмеримыми скоростями стадий (1) и (2) или с замедленной реакцией (1) и необратимой химической рекомбинацией.

Скорости стадий (1), (2) и (3) определяются, согласно Пикерингу[1]:

ic = F k1 сH+ (1 – θH) exp ()=

= Fk (1 – θH) exp ()= i (1 – θH) exp () (4)

ir = F k2 (5)

iH = F kabs θH – F kdes C0 (6),

где α – коэффициент переноса РВВ, рассчитываемый из измеренного Тафелевского коэффициента наклона, iH – поток твердофазной диффузии водорода, C0 – подповерхностная концентрация водорода Нabs в решётке металла. iH определяется стационарным массопереносом Нabs:

iH = ,

где D – решёточный коэффициент диффузии водорода, L – толщина мембраны.

Методика эксперимента:

•  Исследования проведены в водных растворах состава 0,1N HСl + 0,9N KCl (рН=1,1) и 0,9N HСl + 0,1N KCl (рН=0,14).

•  Электроды и мембраны изготовлены из стали Ст3, %: Fe 98,36, C 0,2, Mn 0,5, Si 0,15, P 0,04, S 0,05, Cr 0,3, Ni 0,2, Cu 0,2.

•  Диффузию водорода через стальную мембрану изучали по методике и в двухкамерной ячейке типа Деванатхана.

Экспериментальные результаты и их обсуждение.

Как следует из рис. 1, введение катамина АВ в исходную хлоридную среду повышает перенапряжение выделения водорода в растворах как с рН=0,14, так и с рН=1,1 пропорционально его концентрации. Аналогичное влияние оказывает ингибитор и на величину защитного эффекта Z (табл. 1), который достигает достаточно высокого значения лишь при максимальной используемой концентрации.

Рис. 1. Кривые перенапряжения выделения водорода на стали Ст3 в растворе 0,1N HCl + 0,9N KCl без и с добавками катамина АВ, мг/л: ● – отсутствует; ○ – 1; ▲ – 5; × – 50.

Таблица1
Токи коррозии стали Ст3, рассчитанные путём экстраполяции тафелевских участков поляризационных кривых на потенциал коррозии в исследуемых средах (числитель), и защитный эффект (Z,%,) (знаменатель) ингибитора.

Раствор	Добавка катамина АВ, мг/л	iкор А/см2, Z,%
0,1N HCl + 0,9N KCl	Отсутствует	2·10–4
1	1,6·10–4/20
5	1·10–4/50
50	0,25·10–4/87,5
0,9N HCl + 0,1N KCl	Отсутствует	5·10–4
1	3,2·10–4/36
5	2·10–4/60
50	1·10–4/80

В условиях катодной поляризации зависимость тока диффузии водорода через стальную мембрану от её величины как в фоновых, так и в ингибированных растворах, передается кривыми (рис. 2), на которых четко выделены 2 участка: восходящий участок, на котором iH увеличивается с ростом катодной поляризации, и плато, где ток диффузии водорода постоянен. В более кислых средах его величина выше. Во всех ингибированных растворах наблюдается уменьшение iH, пропорциональное росту концентрации ингибитора.

Рис. 2. Зависимость тока диффузии водорода от величины катодной поляризации Е, В стальной мембраны в растворе 0,1N HCl + 0,9N KCl без и с добавками катамина АВ, мг/л: ● – отсутствует; ○ – 1; ▲ – 5; × – 50.

Зависимость iн от величины катодной поляризации в координатах lgiн, Е, как следует из рис. 3, в растворах с различной концентрацией катамина АВ характеризуется кривыми, аналогичными таковой в фоновых растворах, где наблюдается плато по величине iн. Наклоны линейных участков кривых lgiс – Е и lgiн – Е удовлетворяют условию IPZ анализа.

Рис. 3 Полулогарифмическая зависимость тока диффузии водорода (1-4) в сталь от потенциала и стационарные катодные поляризационные кривые (5-8) в растворе 0,1N HCl + 0,9N KCl без и с добавками катамина АВ, мг/л: ● – отсутствует; ○ – 1; ▲ – 5; × – 50.

Из рис. 4 следует, что зависимости ic exp () от iн линейны как в отсутствие, так и в присутствии ингибитора, причем на прямую линию не укладываются значения, соответствующие величинам iн, приходящимся на области плато кривых рисунка 3.

Рис. 4. Зависимость функции f от тока диффузии водорода через мембрану в растворе 0,1N HCl + 0,9N KCl без и с добавками катамина АВ, мг/л: ● – отсутствует; ○ – 1; ▲ – 5; × – 50.

Прямолинейная зависимость iн = ƒ(ir)1/2 (14) (рис. 5), проходящая через начало координат, является другим важным условием применимости теории IPZ.

Рис. 5. Зависимость тока диффузии водорода iн через стальную мембрану от скорости рекомбинации в растворе 0,1N HCl + 0,9N KCl без и с добавками катамина АВ, мг/л: ● – отсутствует; ○ – 1; ▲ – 5; × – 50.

Рассчитаны степени заполнения поверхности водородом θH, приведенные на рис. 6(б) как функции потенциала. Рассчитана его приповерхностная концентрация С° на входной стороне мембраны, зависимость которой от Е показана на рис. 6(а). При введении ингибитора наблюдается снижение С°, пропорциональное росту его концентрации.

Рис. 6. Зависимость степени заполнения поверхности стальной мембраны водородом θн (а) и приповерхностной его концентрации С° (б) от величины катодной поляризации в растворе 0,1N HCl + 0,9N KCl без и с добавками катамина АВ, мг/л: ● – отсутствует; ○ – 1; ▲ – 5; × – 50.

Аналогичная зависимость θH от потенциала наблюдалась и в кислых сульфатных растворах. При введении катамина АВ θH увеличивается, пропорционально концентрации, и больше в тех растворах, где концентрация кислоты выше.

Из данных таблицы 3 следует, что уменьшение рН раствора способствует росту кинетико-адсорбционной константы k, что, очевидно, обусловлено увеличением проникновения водорода в металл. Введение в раствор катамина АВ и рост его концентрации сопровождается снижением величины k в исследуемых растворах. Это свидетельствует о торможении процесса абсорбции водорода металлом. При этом также уменьшается ток обмена водородного электрода i0' и константы скоростей стадий РВВ.

Таблица3
Кинетические параметры РВВ и диффузии водорода в сталь в растворах 0,1N HCl + 0,9N KCl и 0,9N HCl + 0,1N KCl без и с добавками катамина АВ (1 – 50 мг/л).

Раствор (рН)	Синг. мг/л	k, моль/ см2с	k1/,моль/см2с	k2,моль/см2с	i0/ , А/см2	α
0,1N HCl + 0,9N KCl (1,1)	0	7,9*10-10	2*10-11	1,2*10-7	0,19*10-5	0,45
1	5,6*10-10	1,4*10-11	6,2*10-8	0,135*10-5	0,45
5	4,1*10-10	1,2*10-11	2,6*10-8	0,12*10-5	0,45
50	2,8*10-10	9,8*10-12	9,4*10-9	0,9*10-6	0,45
0,9N HCl + 0,1N KCl (0,14)	0	8,1*10-10	5,7*10-11	3,5*10-8	0,57*10-5	0,45
1	6,2*10-10	3,1*10-11	2*10-8	0,3*10-5	0,45
5	4,2*10-10	2,5*10-11	7,4*10-9	0,24*10-5	0,45
50	3,1*10-10	1,2*10-11	2,9*10-9	0,12*10-5	0,45

Константа скорости переноса заряда является потенциалозависимой. Значения kразр в исследуемых растворах при различных перенапряжениях приведены в таблице 4, откуда видно, что они соизмеримы с величинами константы скорости рекомбинации k2. Это, согласно Пикерингу и Бокрису [2, 3], указывает на механизм “разряд-рекомбинация, сдвоенный контроль скорости”.

Таблица4
Константы скоростей разряда kразр в РВВ на стали Ст3 при различных рН в фоновых растворах и растворах с добавками ингибитора катамина АВ.

Раствор (рН)	η, В	kразр, моль/(см2с) при Синг, мг/л
0	1	5	50
0,1N HCl +0,9N KCl (1,1)	0,23	1,28*10-9	8,6*10-10	7,7*10-10	5,7*10-10
0,25	1,72*10-9	1,22*10-9	1,1*10-9	8,2*10-10
0,29	3,67*10-9	2,53*10-9	2,2*10-9	1,6*10-9
0,33	7*10-9	5,2*10-9	4,4*10-9	3,35*10-9
0,9N HCl + 0,1N KCl (0,14)	0,24	4,1*10-9	2,2*10-9	1,5*10-9	8,6*10-10
0,27	7,3*10-9	3,7*10-9	3,15*10-9	1,4*10-9
0,31	1,4*10-8	8,94*10-9	5,9*10-9	2,9*10-9
0,33	2,3*10-8	1,04*10-8	8,4*10-9	4,5*10-9

Уменьшение тока диффузии водорода в металл iн и его подповерхностной концентрации С° в присутствии ингибитора сочетается с одновременным снижением константы скорости рекомбинации k2 и увеличением θH. Очевидно, диффузия водорода в сталь не связана с величиной степени заполнения поверхности водородом, как это было показано ранее в водно-этиленгликолевых кислых хлоридных средах [4] и кислых сульфатных растворах [5, 6], вопреки существующему мнению о том, что увеличение θH должно способствовать усилению проникновения водорода в металл. Полученная картина непротиворечиво может быть объяснена с учётом существования на железе и ряде других металлов двух форм хемосорбированного водорода – надповерхностного Нr и подповерхностного Нs, находящихся в равновесии: