Выявление мутагенов окружающей среды с помощью

растений – индикаторов

Муниципальное общеобразовательное учреждение Борисоглебского городского округа средняя общеобразовательная школа №5

Выявление мутагенов окружающей среды с помощью

растений – индикаторов

Автор , 9 «Б» класс

Руководитель:, учитель биологии, ВКК.

г. Борисоглебск-2013 год.

Содержание.

Введение………………………………………………………………………………….....стр.3

1.1. Методика работы………………………………………………………………….......стр.4

1.1.1. Характеристика объектов исследования. ………………………………………….стр.4

1.1.2. Методика выявления мутаций …………………………...........стр.5

1.1.3. Методика приготовления временных микропрепаратов ……….стр.6

1.1.4. Методика учета движения автотранспорта ………………………стр.7

1.2. Обзор литературы……………………………………………………………………..стр.7

1.2.1. Мутагенез и окружающая среда……………………………………………………..стр.7

1.2.2. Физические факторы.....................................................................................................стр.8

1.2.3. Химические факторы…………………………………………………………………стр.8

1.2.4. Биологические факторы. ……………………………………………………………..стр.9

1.2.5. Антропогенные факторы……………………………………………………………..стр.9

1.3. Экологическая индикация.……………………………………………………………стр.15

2. Результаты работы и их обсуждение…………………………………………………..стр.17

2.1. Изучение влияния химических мутагенов на хромосомный аппарат в клетках тычиночных нитей традесканции белоцветковой (Tradeskantia albiflora)…………….стр.17

2.2. Влияние химических мутагенов на жизнеспособность семян пшеницы посевной

(Triticum sativum) и процесс митоза в клетках корешков проростка………………….стр.18

2.3.Изучение жизнеспособности семян яблони культурной (Malus domestica), произрастающих в различных экологических условиях………………………………...стр.19

3.Выводы………………………………………………………………………… ………...стр.21

4.Рекомендации и перспективы...………………………………………………………....стр.21

Литература……………………………………………………………………….................стр.22

Приложение………………………………………………………………………………...стр.24

ВВЕДЕНИЕ.

В настоящее время на земном шаре практически нет уголков, где население не соприкасалось бы с созданными источниками радиации и синтетическими химическими соединениями. В связи с этим перед человечеством встала одна из самых крупных проблем - загрязнение окружающей среды. Ежегодно в атмосферу Земли поступают в значительных количествах вредные соединения.

Среди загрязнителей среды, окружающей человека, имеется целый ряд химических, физических и биологических факторов, которые способны проникать в клетки и изменять их генетическую программу, т. е. способны изменять наследственность организмов, что приводит к снижению жизнеспособности не только отдельных особей, но и целых популяций. Такие факторы получили название мутагенов средыОдним из главных вопросов в проблеме мутационного процесса является оценка суммарного эффекта загрязнения окружающей среды мутагенами разной природы (5).Одним из способов выявления мутагенов является экологическая индикация.(6)

Экологическая индикация основана на связи организма и среды его обитания. Её задача – определять свойства и изменения среды по признакам живых организмов. По живым организмам, по их внешнему виду, ритму жизни, присутствию или отсутствию можно судить о среде, в которой они живут, иначе говоря, использовать в качестве индикаторов (от латинского слова indice - указатель) этой среды, её общей характеристики и отдельных свойств. (3)

Актуальность нашей работы заключается в том, что предлагается достаточно простой способ регистрации хромосомных нарушений, вызванных действием различных факторов.

Гипотеза исследования: Используя растения – индикаторы в качестве тест – систем, можно оценивать реальную и потенциальную опасность изменения наследственного материала, а также строить предположения об уровне мутагенеза и жизнеспособности других биологических видов, в том числе и человека.

Цель работы – оценить мутагенное действие различных факторов окружающей среды, используя экологическую индикацию.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1.  Освоить методику микроскопического исследования хромосомных наборов некоторых растений.

2.  Выявить влияние химических мутагенов на жизнеспособность семян различных растений.

3.  Изучить мутагенное действие некоторых веществ на хромосомный аппарат традесканции белоцветковой (Tradeskantia albiflora) и пшеницы посевной (Triticum sativum) (лабораторный эксперимент).

4.Изучить влияние некоторых факторов окружающей среды на жизнеспособность семян.

Работа проводилась с марта по сентябрь 2013 года.

1.1 МЕТОДИКА РАБОТЫ.

1.1.1 Характеристика объектов исследования.

В качестве объектов изучения нами были выбраны такие растения, как традесканция белоцветковая (Tradeskantia albiflora) , пшеница посевная (Triticum sativum), яблоня домашняя, или культурная (Malus domestica).

Согласно литературным данным (10) в нашей стране и в США традесканция применялась в экспериментах, проводимых на космических кораблях. Отмечена высокая чувствительность этого растения к различным типам ионизирующего изучения и к химическим мутагенам. Традесканция прекрасно размножается вегетативным путём, поэтому в короткое время можно получить большое количество растений с одинаковым генотипом. Каждое растение имеет много побегов и ветвей, на каждом из них есть соцветия с несколькими почками, так что во время цветения каждый день расцветает по 1-2 цветка.(8)(Приложение 1, фото1)

Пшеница была выбрана нами исходя из того, что в короткие сроки при прорастании семян образуется большое количество корешков. По характеру протекания митозов в клетках этих корешков можно судить о мутагенном действии различных веществ. (Приложение 1, фото2)

Яблоня домашняя, или культурная (Malus domestica) широко используется в нашем городе для озеленения. При этом посадки яблони располагаются как вблизи автомагистралей, так и в местах с низкой загруженностью дорог транспортом. Это даёт возможность изучить мутагенный эффект автомобильных выхлопов непосредственно во внешней среде.

1.1.2 Методика выявления мутаций

Для изучения мутагенного воздействия химических веществ на процессы митоза в клетках растений мы воспользовались методикой, предложенной кандидатом педагогических наук (Московский педагогический государственный университет) (10). Для этого черенки традесканции, семена яблони и пшеницы обрабатывали растворами различных веществ.

Для выявления мутаций на стадии анафазы и телофазы под световым микроскопом учитываются хромосомы, растянутые между двумя полюсами делящихся клеток, и фрагменты хромосом без центромер, которые лежат отдельно от основной массы хромосом и не участвуют в общем движении. При этом регистрируется наличие данной мутации, но не определяется, в какой именно хромосоме произошла мутация. Данный метод широко используется для генетического мониторинга – оценки мутагенного действия факторов окружающей среды.

1.1.3 Методика приготовления временных микропрепаратов

Методика приготовления временных препаратов корешков традесканции и пшеницы.(9)

Для получения корешков традесканцию проращивают стеблевыми черенками, а семена пшеницы и яблони помещают между намоченными листами фильтровальной бумаги. По мере отрастания корешков, их срезают и помещают в уксусно-спиртовый фиксатор на 3-4 часа. (В ходе фиксации происходит быстрое умерщвление клеток, вследствие чего в них прерываются все процессы). Оптимальная длина корешков 1-2 см. объём фиксирующей жидкости должен превышать объём материала в 40 раз. После фиксации корешки промывают 2-3 раза в 70% спирте. Промытый материал можно оставлять в спирте на хранение. По мере необходимости корешки окрашивают. С этой целью их помещают в ацетолакмоид на 16-24 часа. В краситель добавляют 4-5 капель 1Н соляной кислоты для более быстрой мацерации, в ходе которой достигается более быстрое размягчение тканей растения, необходимое для приготовления давленых препаратов. Затем окрашенный препарат помещают на предметное стекло и препаровальной иглой отрезают кончик корня длиной 4-5 мм. На него наносят 2-3 капли 45% уксусной кислоты и накрывают покровным стеклом. Постукивая спичкой по покровному стеклу, тщательно раздавливают объект. Излишки влаги удаляют фильтровальной бумагой. Приготовленный препарат рассматривают при малом увеличении (х8, х10), затем микроскоп переводят на большое увеличение. Состав растворов: А) Уксусно-спиртовый фиксатор: 75 мл 96% этилового спирта и 25 мл ледяной уксусной кислоты. Б) 70% спирт: 75 мл 96% спирта и 25 мл дистиллированной воды. В) 45% уксусная кислота: 1 объём ледяной уксусной кислоты и 1 объём дистиллированной воды. Г) 1н соляная кислота: 8,5 мл концентрированной соляной кислоты и 90 мл дистиллированной воды. Д) Ацетолакмоид: 2.2г лакмоида и 100 мл ледяной уксусной кислоты нагреть до кипения, охладить, отфильтровать и разбавить в 2 раза дистиллированной водой.

1.1.4 Методика учета движения автотранспорта

Учёт движения автотранспорта проводили по методике (1). Наблюдения за интенсивностью движения автотранспорта вблизи школы мы проводили в марте, июне и августе 2012 года. Время проведения – интервал с 12 до 13 часов. Подсчёт машин выполняли в течение 15 минут. Местом наблюдения были ул. Матросовская, Свободы.

1.2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.2.1 Мутагенез и окружающая среда.

Среди загрязнителей среды, окружающей человека, имеется целый ряд химических, физических и биологических факторов, которые способны проникать в клетки и изменять их генетическую программу. Такие факторы получили название мутагенов среды (4).

Мутационные изменения чрезвычайно многообразны. Они могут затрагивать буквально все морфологические, физиологические и биохимические признаки организма. Они способны вызывать резкие или, наоборот, едва заметные фенотипические отклонения от нормы. Все мутагены обычно подразделяют на три большие группы: физические, химические и биологические. В последнее время многолетнее использование во всех сферах деятельности человека веществ, обладающих мутагенными свойствами, привело к формированию еще одного фактора мутагенеза – антропогенного (4).

1.2.2. Физические факторы.

Среди физических мутагенов наибольшее значение имеют ионизирующие излучения. Они делятся на электромагнитные (волновые), к которым относятся рентгеновские лучи ( длина волны от 0,005 до 2 нм ) и более коротковолновые гамма - лучи и космические лучи, а также корпускулярные, такие как бета - частицы ( электроны и позитроны ), протоны, нейтроны, альфа - частицы и другие (4).

Все формы живых существ характеризуются различной чувствительностью к ионизирующему излучению: летальная доза может колебаться от нескольких сотен рентген у млекопитающих до сотен тысяч миллионов рентген для бактерий и

вирусов (5).

1.2.3 Химические факторы.

Систематизация химических мутагенов начата в 1945 году, и с тех пор в список входят различные вещества, число которых возрастает по мере обнаружения мутагенного действия соединений, ранее в этом отношении не изученных. Наиболее сильные химические мутагены, увеличивающие частоту мутаций в сотни раз, называются супермутагенами.

К химическим мутагенам относятся:

·  азотистая кислота;

·  акридиновые красители;

·  алкилирующие агенты (например, иприт, диметилсульфат, нитрозометилмочевина, иодацетамид);

·  аналоги азотистых оснований нуклеиновых кислот (например, 5-бромурацил, 2-аминопурин);

·  лекарственные препараты (например, цитостатики, препараты ртути, иммунодепрессанты, некоторые алкалоиды);

·  некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды, цикламаты);

·  органические растворители;

·  перекись водорода;

·  пестициды (например гербициды, фунгициды);

·  продукты переработки нефти, бензол, биополимеры (чужеродная ДНК, а также, по-видимому, чужеродная РНК);

·  формальдегид.(7)

Природные вещества органического и неорганического происхождения обладают мутагенной активностью в том случае, если они содержаться в окружающей среде в непривычных для организмов количествах (5).

1.2.4. Биологические факторы.

Кроме мутагенов химической и физической природы, в окружающей среде имеются биологические факторы мутагенеза. Эти факторы наименее изучены, хотя эффект мутагенных влияний ( например, вирусов ) на гены и хромосомы известен давно (5).

Обращает на себя внимание группа непатогенных вирусов для человека, животных и растений. Они присутствуют почти во всех клетках, и их наличие ни чем не проявляется. Однако они создают поток чужеродной ДНК, который постоянно воздействует на клетки хозяина и способствует мутагенным эффектам (5). Большое значение имеет состояние внутренней среды организма человека. Значительное число генетических нарушений в обмене веществ человека создает условие для усиления мутагенности (5).

1.2.5. Антропогенные факторы.

Под антропогенным воздействием понимается любой вид деятельности человека в его отношении к природе (2).

Антропогенные факторы при любых формах своего проявления изменяют естественное равновесие в биосфере, что не может не отразиться на состоянии окружающей среды и здоровье человека.(7)

Основными источниками загрязняющих среду веществ являются различные производства, связанные с переработкой угля, нефти, газа; химическая, целлюлозно-бумажная, пищевая промышленности; добыча неметаллических полезных ископаемых; черная и цветная металлургия. В результате работы предприятий вышеуказанных отраслей промышленности в окружающую среду выбрасывается большое количество различных загрязняющих веществ, таких как алкилирующие агенты (эпоксины, этиленимиды, алкилсульфаты, сульфаты и другие). Этот класс соединений влияет на молекулу ДНК. Сущность их мутагенного эффекта связана с тем, что они являются источником введения в молекулу ДНК метиловых, этиловых, пропиловых и других радикалов (7).

Всевозможные установки, работающие на сжигании ископаемого топлива для обогрева жилых и производственных помещений и в целях производства электроэнергии, также относятся к источникам поступающих в среду загрязняющих веществ. От данных типов установок загрязнение среды происходит вследствие неполного сжигания топлива, в результате чего твердые частицы и газы улетучиваются из печей и попадают в атмосферу. Это источники СО, СО2, SO2, NO2 и макрочастицы углеродосодержащие летучей золы, которые также могут содержать некоторые металлические микроэлементы и несгоревшие молекулы органических соединений (7).

Большой вклад в загрязнение окружающей среды вносят подвижные источники. Это все виды транспорта, в которых используется тот или иной двигатель внутреннего сгорания, приводимый в движение за счет сжигания продуктов жидкого ископаемого горючего. Оно содержит углеводород, бензин и дизельное топливо. Главными составными частями выхлопных газов автомобилей являются СО, СО2, водяной пар и окислы азота.

Доля автотранспорта во вредных выбросах в атмосферу доходит до 60%.

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы, картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (СХHY), окислы азота (NOX), бензапирен, альдегиды и сажу. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95% СО, 55% СХHY и 98% NOX, картерные газы по – 5% СХHY, 2% NOX, а топливные испарения – до 40% СХHY.

Основными токсичными веществами – продуктами неполного сгорания являются сажа, окись углерода, углеводороды, альдегиды.

Вредные токсичные выбросы можно разделить на два вида: регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NOX, CXHY, RXCHO, SO2, сажа, дым.

СО (оксид углерода) – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки, плохого распыления топлива и диссоциации СО2 на СО и О2 при высоких температурах.

Во время работы дизеля концентрация СО незначительна ( 0,1…0,2%). У карбюраторных двигателей при работе на холостом ходу и малых нагрузках содержание СО достигает 5…8% из-за работы на обогащенных смесях. Это достигается для того, чтобы при плохих условиях смесеобразование обеспечить требуемое для воспламенения и сгорания число испарившихся молекул.

NOX (оксиды азота) – самый токсичный газ из отработанных газов.

N2 – Инертный газ при нормальных условиях. Активно реагирует с кислородом при высоких температурах.

Выброс с отработанными газами зависит от температуры среды. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно увеличивается выброс оксидов азота.

Кроме того, температура в зоне горения (камера сгорания) во многом зависит от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при горении выделяет меньшее количество теплоты, процесс сгорания замедляется и сопровождается большими потерями теплоты в стенке, т. е. в таких условиях выделяется меньшее количество NOx, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому (1 кг топлива к 15 кг воздуха). Для дизельных двигателей состав NOx зависит от угла опереже­ния впрыска топлива и периода задержки воспламенения топлива. С увеличением угла опережения впрыска топлива удлиняется период задержки воспламенения, улучшается однородность топливовоздушной смеси, большее количество топлива испаряется, и при сгорании резко (в 3 раза) увеличивается температура, т. е. увеличивается количество NOx.

Кроме того, с уменьшением угла опережения впрыска топлива можно существенно снизить выделение оксидов азота, но при этом значительно ухудшаются мощностные и экономические показатели.

Углеводороды (СxНy) - этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные элементы. Отработанные газы содержат около 200 разных углеводородов.

В дизельных двигателях СxНy образуются в камере сгорания из-за ге­терогенной смеси, т. е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, пло­хого распыления.

ДВС выбрасывает большее количество СxНy, когда работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания.

Дым - непрозрачный газ, белого, синего, черного цвета. Цвет зависит от состояния отработанных газов.

Белый и синий дым - это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей конденсации.

Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоя­нии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего оп­ределяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый.

К факторам, определяющим возникновение белого и синего дыма, а также его запах в ОГ, относятся температура двигателя, метод образования смеси, топливные характеристики (цвет капли зависит от температуры ее образования: при увеличении температуры топлива дым приобретает синий цвет, т. е. уменьшается размер капли). Кроме того, бывает синий дым от масла. Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива. Черный дым состоит из сажи.

Дым отрицательно влияет на организм человека, животных и расти­тельность.

Сажа - представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в ОГ дизельного двигателя сажа состоит из неопределенных частице с размерами 0,3мкм.

Причина образования сажи заключается в том, что энергетические ус­ловия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, что­бы молекула топлива разрушилась полностью. Более легкие атомы водо­рода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реак­цию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислоро­дом.

Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгора­ния, типа топлива, отношения топливо-воздух.

Содержание сажи в ОГ уменьшается с увеличением угла опережения впрыска топлива, а при уменьшении угла опережения впры­ска топлива выделение сажи заметно возрастает.

Количество сажи зависит от температуры в зоне сгорания.

Существуют другие факторы образования сажи – наличие зоны обогащенной смеси и зоны контакта топлива с холодной стенкой, а также неправильная турбуленция смеси.

Скорость сжигания сажи зависит от размера частиц, например, сажа сжигается полностью при размере частиц меньше 0,01 мкм.

SO2 (оксид серы) - образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях); эти выбросы раз­дражают глаза, органы дыхания.

SO2 и H2S - очень опасны для растительности.

Главным загрязнителем атмосферного воздуха свинцом в Российской Федерации в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70 до 87 % общей эмиссии свинца по различным оценкам. РЬО (оксиды свинца) - возникают в ОГ карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин, чтобы увеличить октановое число для уменьшения детонации (это очень быстрое, взрывное сгорание отдельных участков рабочей смеси в цилиндрах двигателя со скоростью распространения пламени до 3000 м/с, сопровождающееся значительным повышением давления газов). При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу вы­брасывается приблизительно 0,5... 0,85 кг оксидов свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта - отказ от использования этилированных бензинов. По данным 1995Г.9 из 25 нефтеперерабатывающих заводов России перешли на выпуск неэтилированных бензинов. В 1997 году доля неэтилированного бензина в общем объеме производства составила 68%. Однако, из-за финансовых и организационных трудностей полный отказ от производства этилированных бензинов в стране задерживается.

Альдегиды (RxCHO) - образуются, когда топливо сжигается при низ­ких температурах или смесь очень бедная, а также из-за окисления тонко­го слоя масла в стенке цилиндра.

При сжигании топлива при высоких температурах эти альдегиды исчезают.

Загрязнение воздуха идет по трем каналам: 1)ОГ, выбрасываемые через выхлопную трубу (65%); 2)картерные газы (20%); 3)углеводороды в результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15%).(7)

Кроме того, к источникам загрязнения окружающей среды относятся народнохозяйственные и коммунально-бытовые объекты, на которых хранятся и используются сильнодействующие и ядовитые вещества.(7)

Таким образом, одним из главных вопросов в проблеме мутационного процесса является оценка суммарного эффекта загрязнения окружающей среды мутагенами разной природы.

1.3. Экологическая индикация.

Экологическая индикация основана на связи организма и среды его обитания. Её задача – определять свойства и изменения среды по признакам живых организмов. По живым организмам, по их внешнему виду, ритму жизни, присутствию или отсутствию можно судить о среде, в которой они живут, иначе говоря, использовать в качестве индикаторов (от латинского слова indice - указатель) этой среды, её общей характеристики и отдельных свойств. В настоящее время индикационные данные учитываются при составлении почвенных, гидрологических и некоторых геологических карт.

Имеется большое количество различных разделов индикации.

Гидроиндикация связана с гидрологическими изысканиями в районах умеренного климата. Применение в качестве индикаторов растений гидромезофитов и гидрофитов даёт возможность оценить особенности увлажнения территории. По постепенной смене названных групп растений можно судить о процессах увеличения влажности или сухости земель.

Педоиндикация, или индикация почв. Механический состав почв индицируют специальные группы растений. Различают растения песков – псаммофиты, глинистых почв – пелитофиты, суглинистые – алевритофиты, щебнистых - особые группы растений служат показателем кислотности почв, обогащения или обеднения её каким-либо элементом.

Галоиндикация широко применяется в районах жаркого климата: сухих степей, полупустынь, пустынь, где широко распространены засоленные почвы и материнские породы. Большая группа специфических растений – галофитов служит их индикаторами.

Растения – индикаторы имеют характерные признаки для определения нарушения окружающей среды. Так, усыхание хвойных пород свидетельствует о большом количестве пыли в воздухе, которая забивает устьица на многолетней хвое. Исчезновение лишайников на стволах деревьев говорит о примеси технических газов в воздухе. Исчезновение отдельных видов водорослей – признаки загрязнения водоёма.

Чрезвычайно важно обнаружить заражение воды и почвы радиоактивными элементами. Площадь и степень заражения местности могут быть установлены по анализу многолетних растений на содержание радиоактивных веществ (2).

Состояние окружающей среды можно оценивать с помощью современных химико-аналитических методов, но использование метода биоиндикации имеет ряд преимуществ:

организмы – индикаторы суммируют всё без исключения биологически важные данные об окружающей среде, делают необязательным применение дорогостоящих трудоёмких химических методов, живые организмы постоянно присутствуют в окружающей среде и реагируют на кратковременные выбросы загрязнителей, которые может не зарегистрировать система контроля с периодическим отбором проб на анализ, отражают скорость происходящих в природе изменений, указывают места скопления различного рода загрязнений в природе и возможные пути их попадания в организм человека, позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека, дают возможность контролировать действие многих синтезируемых соединений.

2.РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

2.1. Изучение влияния химических мутагенов на хромосомный аппарат в клетках тычиночных нитей традесканции белоцветковой (Tradeskantia albiflora).

Волоски тычиночных нитей и волоски, расположенные у основания листа, представляют собой цепочку клеток, в которых под микроскопом прекрасно видны органоиды клеток и отдельные хромосомы в период митоза.

При моделировании мутагенного воздействия черенки с молодыми соцветиями (бутонами) мы ставили на 10 часов

А) в раствор СuSO4,

Б) в раствор Pb(NO3)2,

В) в воду, полученную от таяния снега, взятого от крупной автомагистрали (ул. Матросовская).

Г) для контроля использовалась водопроводная отстоянная вода.

После воздействия черенки традесканции помещались в сосуды с отстоянной водопроводной водой в течение двух недель. Затем с помощью микроскопа исследовались хромосомные наборы в волосках тычиночных нитей и в волосках, расположенных у основания листа, а также в отросших придаточных корнях. Выявляются клетки, находящиеся в фазе анафазы и телофазы, и подсчитывается количество клеток с хромосомами, которые лежат отдельно от основной массы хромосом и не участвуют в процессе движения. Наличие таких хромосом свидетельствует об интенсивности мутационного процесса (10).

В работе нами были получены следующие результаты: больше всего клеток с мутациями было обнаружено для случая, когда традесканция выдерживалась в растворе соли свинца (9,1%) и растворе сульфата меди (8,2%), чуть меньше (7,5%) их было обнаружено в клетках растений, обработанных талой снеговой водой. В контрольном варианте процент мутаций составил 0,3% (Приложение 2).

2.2. Влияние химических мутагенов на жизнеспособность семян пшеницы посевной

( Triticum sativum) и процесс митоза в клетках корешков проростка.

Под жизнеспособностью понимают энергию прорастания и всхожесть семян. В основе генетического мониторинга лежит подсчёт процента анафазных клеток с мутациями при проращивании семян на средах, загрязнённых различными химическими мутагенами.

Оценка жизнедеятельности семян после некоторых внешних воздействий – наиболее простой и старый критерий оценки токсичности и мутагенности изучаемых факторов.

Всхожесть семян – количество семян, давших нормальные проростки в оптимальных для них условиях за определённый срок.

Энергия прорастания определяется скоростью прорастания семян.

Семена пшеницы проращивали в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге при комнатной температуре. Фильтровальную бумагу смачивали растворами выше названных веществ. В качестве контроля использовались чашки Петри, в которых фильтровальная бумага смачивалась водопроводной водой. Одновременно в чашку Петри закладывалось 50 семян. На каждый вариант опыта было проведено по 8 повторностей (всего по 400 семян).

Для определения энергии прорастания семян подсчёт проросших семян проводили на 5, 10, 15 день эксперимента.

На 15 сутки подсчитывали число проросших семян и оставшихся нежизнеспособными, подсчитывая таким образом всхожесть семян.

Выше всего жизнеспособность была у семян, которые находились в водопроводной воде(91%). Низкой жизнеспособностью обладали семена, проросшие на фильтрах, смоченных талой снеговой(63%) и раствором солей свинца(46%).(Приложение 3)

Для определения степени мутагенеза рассматривались с помощью микроскопа клетки корешков проростков в стадии анафазы и телофазы. Для исследования мы брали проростки в возрасте 10 дней, т. к. в клетках 5-дневных проростков хромосомы были плохо различимы. Проводя подсчёты клеток с хромосомными нарушениями, мы пришли к выводу, что наибольшим мутагенным эффектом обладают растворы солей свинца(12,1%) и талая снеговая вода(9,3%). Меньшее количество мутаций наблюдается в семенах, проросших на фильтрах, смоченных водопроводной водой(2,1%) и раствором CuSO4 (4,7%). (Приложение 4).

2.3  Изучение жизнеспособности семян яблони домашней, или культурной (Malus domestica), произрастающих в различных экологических условиях.

Автотранспорт – один из основных источников загрязнения воздуха в городе. Движение транспорта рядом со школой представляет собой опасность и как причина дорожно-транспортных происшествий. Выхлопные газы автомобилей дают основную массу свинца и кадмия, при износе шин в воздух попадает цинк. Эти тяжёлые металлы являются сильными токсикантами. Кроме того, в литературе имеются данные о мутагенном эффекте, вызываемом ионами данных металлов (11).

Наблюдения за интенсивностью движения автотранспорта вблизи школы мы проводили в июле 2012 года по методике (1).Местом наблюдения были ул. Матросовская, Свободы (от пересечения с ул. Павловского до пересечения с улицей Матросовской).

В течение нескольких дней, путем подсчета было определено количество автомобилей, прошедших за определенные промежутки времени.

В результате подсчета получилось количество автомобилей следующее:

По ул. Матросовская -575 автомобиля, по ул. Свободы-469. (Приложение 5, таблица1).

Формула расчета выбросов:

М = n × (mCO + mCO2 + mNO2 + mсажи) (Приложение 5, таблица 2)

М - количество выхлопных газов от автомобилей;

n - число автомобилей.

Выяснилось, что за минуту количество выхлопных газов от автомобилей по ул. Матросовская в среднем составило:

575×(0.035+0.217+0.002+0,04)=169,05 г / мин.

От автомобилей по ул. Свободы (от пересечения с ул. Павловского до пересечения с улицей Матросовской) за тот же промежуток времени, в среднем, составило:

469×(0.035+0.217+0.002+0.04)= 137,9 г / мин.

Для изучения были собраны семена яблони, растущей вблизи крупной автомагистрали (ул. Матросовская, Свободы) и вдали от автодороги (пришкольный участок МБОУ БГО СОШ №5). Семена были собраны в одно время в августе 2012 года. Проращивались семена в чашках Петри на фильтровальной бумаге, смоченной водопроводной водой. В каждую чашку помещалось по 50 семян. Подсчёт проросших семян производился в 3 срока: 10, 15, 20 суток. Нами было обнаружено, что энергия прорастания семян и всхожесть их выше у яблонь, растущих вдали от автодорог (Приложение 6). В клетках зародышевых корешков проростков яблонь, растущих вдали от автодорог число мутаций в стадии анафазы меньше, чем в корешках проростков второй группы (Приложение 7).

На основании полученных данных можно говорить о снижении жизнеспособности семян яблони домашней, или культурной (Malus domestica), произрастающей в зоне крупной автомагистрали. Ослабление жизнеспособности может быть вызвано многими причинами. Одна из них состоит в том, что меристемные клетки корня зародыша или погибают, или утрачивают способность нормально делиться, т. к. в них образуются хромосомные перестройки, затрудняющие деление клеток.

3.ВЫВОДЫ.

1.  Оценку мутагенности окружающей среды можно производить с помощью растений – индикаторов.

2.  Основной источник химических мутагенов в городской черте - автомобильный транспорт.

3.  Химические мутагены снижают жизнеспособность семян растений, т. е. их всхожесть и энергию прорастания. Снижение жизнеспособности семян может быть обусловлено многими причинами. Одна из них состоит в том, что в меристемных клетках корня зародыша образуются хромосомные перестройки, затрудняющие деление.

4.  Хромосомный анализ можно проводить на клетках зародышевого корешка, находящихся в стадии анафазы, т. к. в этих клетках наблюдается расхождение хромосом и выявляются отклонения от нормального протекания митоза.

5.  Используя растения – индикаторы в качестве тест – систем, можно оценивать реальную и потенциальную опасность изменения наследственного материала, а также строить предположения об уровне мутагенеза и жизнеспособности других биологических видов, в том числе и человека.

4.РЕКОМЕНДАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ.

Деревья обладают избирательной способностью по отношению к вредным примесям в воздухе и различной устойчивостью к ним.(3) Поэтому для снижения действия мутагенных факторов на различные организмы, в том числе и на человека, рекомендуем:

1.Высаживать по обочинам дорог березы, липы, акацию желтую, т. к. они являются хорошими поглотителями соединений свинца.

2. Дуб хорошо улавливает пыль; клен, осина и ольха – сернистый газ; вяз обыкновенный – сернистый газ и пыль. Поэтому вышеперечисленные породы деревьев рекомендуем высаживать в промышленных районах, использовать в качестве «живых изгородей» в жилых районах, по периметру территорий школ, детских садов, больниц и т. д.

3. Белая акация, береза, ель, тополь являются источниками фитонцидов. Поэтому также рекомендуем использовать данные породы для озеленения городов, но необходимо помнить о том, что ель очень чувствительна к загрязненной атмосфере городов.

4. Принять участие в благоустройстве и озеленении г. Борисоглебска.

5.Вести разъяснительную работу среди жителей г. Борисоглебска о вредном влиянии мутагенных факторов на здоровье.

5.ЛИТЕРАТУРА.

1. и др. «Практикум по экологии», М: АО «МДС», 1996.

2.«Биологический энциклопедический словарь»,М, «Советская энциклопедия», 1989.

3. «Растительные индикаторы и их использование в изучении природных ресурсов», М, «Высшая школа», 1998.

4.. Избранные труды. Том 2. «Радиационный и химический

мутагенез», М., «Наука», 2002.

5. «Некоторые проблемы современной генетики», М, «Наука», 1994.

6., Кларк . Интегральная оценка здоровья экосистем и отдельных видов. М., 1993.

7.Маринченко : учебное пособие для студентов высших учебных заведений. Москва : Дашков и Кш, 2010.

8.Дорте Ниссен: Комнатные растения. Практическая энциклопедия. М., Мир книги,

2006 г.

9.Гидова . Методические указания к лабораторным работам.

Нальчик, 2003 г.

10. «Оценка мутагенности окружающей среды. Простейшие тест – системы»,Ж. «Биология в школе», №5, 1999.

11. «Генетические последствия загрязнения окружающей среды». М: «Наука», 1997.

12., ,

13.«Хромосомные исследования растений в проблемах селекции, клеточной инженерии и генетическом мониторинге».М: УДН, 1988.

Приложение 1.

Фото1. Традесканция белоцветковая (Tradeskantia albiflora).

Фото 2. Пшеница посевная (Triticum sativum).

Приложение 2.

Влияние химических мутагенов на хромосомный аппарат в клетках тычиночных нитей традесканции белоцветковой (Tradeskantia albiflora).

	CuSO4 (раствор)	Pb(No3)2 (раствор)	Талая снеговая вода	Контроль (водопровод вода)
Количество клеток, несущих мутации (%)	8,2	9,1	7,5	0,3

Приложение 3.

Влияние химических мутагенов на жизнеспособность семян пшеницы посевной

(Triticum sativum).

	CuSO4 (раствор)	Pb(No3)2 (раствор)	Талая снеговая вода	Контроль (водопровод вода)
Всего количество семян	400	400	400	400
Всего проросших семян	288	184	252	364
% всхожести	72	46	63	91

Приложение 4.

Влияние химических мутагенов на жизнеспособность семян пшеницы посевной

(Triticum sativum) и процесс митоза в клетках корешков проростка.

	CuSO4 (раствор)	Pb(No3)2 (раствор)	Талая снеговая вода	Контроль (водопровод воды)
Количество клеток, несущих мутации (%)	4,7	12,1	9,3	2,1

Приложение 5.

Таблица 1. Интенсивность движения

Интенсивность движения

	Ул. Матросовская ул. Свободы
Время	Легковые	Грузовые	Автобусы	Автобусы	Легковые	Грузовые
7-9	66	5	17	9	56	18
9-12	47	7	24	12	36	21
12-13	75	2	9	7	72	34
13-18	136	9	24	15	131	56
18-21	93	9	25	12	43	12
21-24	76	11	14	5	58	9
всего	493	43	39	60	366	43

Таблица 2. Состав выхлопных газов бензиновых двигателей(г/мин.)

№	компоненты выхлопных газов	количество (г/мин)
1	оксид углерода (II)	0,035
2	оксид углерода (IV)	0,217
3	оксиды азота (II, IV)	0,002
4	сажа	0,04

Приложение 6.

Жизнеспособность семян домашней яблони произрастающей в различных экологических условиях

Приложение 7.

Влияние химических мутагенов на хромосомный аппарат в клетках некоторых растений.

	CuSO (раствор)	Pb(No3)2 (раствор)	Талая снеговая вода	Вода из реки Ворона	Контроль (водопровод воды)
Количество клеток, несущих мутации у растений	--	--	--	--	--
А) традесканции – белоцветковой (Tradescantia albiflora)	7,9	8,6	7,2	2,4	0,2
Б) пшеница посевная ( Triticum sativum)	4,6	12,4	9,6	0,6	2,6
В)яблоня домашняя, или культурная (Malus domestica) (вблизи автомагистрали)	--	--	--	--	4,6
Г)яблоня домашняя, или культурная (Malus domestica) (пришкольный участок)	--	--	--	--	0,4