Введение к работе
Актуальность проблемы. Связь между организмами и средой в экосистемах осуществляют химические вещества, выполняющие при этом многообразные функции, которые называют химическими экорегуляторами или хемомедиаторами. Многие химические элементы, находящиеся в окружающей среде входят в состав растительных организмов. Между растениями и окружающей средой (почва, вода, воздух) имеет место обмен веществ, которые поступают в растительные ткани, где трансформируются в сложные органические соединения (Никитин С.И., Порохорова Н.В., 1992; Матвеев Н.М. и др., 1992, 1994, 1995; Добруцкая Е.Г. и др, 2008). Причиной многих патологических состояний растений и животных являются особенности, среды обитания. Известно, что 24 химических элемента относятся к необходимым элементам питания растений, а двадцать элементов считаются условно необходимыми. Биогенными химическими элементами являются металлы: Na, К, Ca, Ва, Mg, Zn, Fe, Mn, Cu, Co, Mo, Cr, Ni, V (Виноградов А.П., 1985), среди которых находятся и тяжелые металлы (ТМ).
Соединения ТМ в свою очередь в настоящее время являются наиболее распространенными загрязнителями, поступающими в биоценозы с промышленными отходами и представляющими значительную опасность для живых организмов разных уровней организации при достижении в них концентрации выше жизненно необходимой. Воздействие ТМ на биообъекты изучено достаточно полно, но имеющиеся данные в основном отражают изменение морфологических и некоторых физиологических показателей организмов в зависимости от токсичности металлов.
Среди методов исследования действия различных факторов на биообъекты широко используют биотестирование, которое позволяет оценить острую и хроническую токсичность используемых токсикантов. Известно о действии солей ТМ, имеющих разные катионы и анионы, на наземные и водные растения, ветвистоусых рачков – дафний (Prasad M.N.V. et al., 2001; Sandalio L.M. et al., 2001; Mendelssohn I.A. et al., 2001; Martinez Garcia M.J. et al., 2001; Zhang Z.Q. et al., 2001; Иванов В.Б. и др., 2003; Демченко Н.П.
и др., 2005). Однако имеющиеся данные не дают полной комплексной характеристики функционирования организмов и не позволяют в достаточной мере оценить ответные реакции представителей различных таксономических групп. Мало изучено действие ТМ на фотосинтетическую активность растений, изменения в цитогенезе растительных клеток, трофическую активность беспозвоночных животных. Поэтому представляется важным и актуальным исследование воздействия ацетатов Ni2+, Co2+, Сu2+ и Pb2+, т.е. солей с разными катионами и одинаковым анионом, на различные показатели растений и животных, по которым можно оценить комплексное экологическое действие ТМ на организм.
Цель и задачи исследования.
Целью работы является: изучить морфологические, физиологические и цитогенетические показатели организмов различных экологических групп при действии на них ацетатов Ni2+, Co2+, Сu2+ и Pb2+ .
В ходе реализации цели решались следующие задачи:
-
Определить влияние ацетатов Ni2+, Co2+, Сu2+, Pb2+ в различных концентрациях на прорастание семян и ростовые характеристики бархатцев тонколистных (Tagetes tenuifolia Cav.); на морфологические характеристики элодеи канадской (Elodea сanadensis Rich. et Michx.), ряски малой (Lemna minor L.).
-
Исследовать влияние различных концентраций солей ТМ на показатели жизнедеятельности Daphnia magna Straus.: время наступления половозрелости, время появления первого помета, общее количество родившейся молоди, показатели эмбриогенеза, частоту сердечных сокращений.
-
Изучить цитогенетические изменения в клетках растительных организмов при действии на них солей ТМ.
-
По изменению интенсивности флуоресценции хлорофиллов а и b, их содержанию и количественному соотношению определить влияние солей ТМ на пигментный комплекс растений T. tenuifolia, L. minor и E. сanadensis.
-
По интенсивности флуоресценции хлорофилла хлореллы (Chlorella vulgaris Beijer) оценить трофическую активность дафний при действии на них солей ТМ.
-
Изучить процесс фитопоглощения ацетатов Ni2+, Co2+, Сu2+ и Pb2+ водными растениями в зависимости от времени их экспозиции.
Научная новизна. Проведено комплексное сравнительное изучение морфологических, физиологических, цитологических показателей растений при действии на них ацетатов тяжелых металлов: Ni2+, Co2+, Сu2+ и Pb2+ в разных концентрациях и выстроены ряды по степени токсичности ацетатов ТМ на все изучаемые биообъекты. По интенсивности флуоресценции хлорофиллов а и b и их количественному соотношению установлено нарушение функционального состояния растений при воздействии катионов Ni2+, Co2+, Cu2+, Pb2+ на их пигментный комплекс. Определено ингибирующее действие ацетатов ТМ на показатели D. magna: время наступления половозрелости, сроки появления первого помета, а также на показатели эмбриогенеза. Показано подавление трофической активности дафний в зависимости от концентрации ацетатов различных ТМ. Определена высокая степень фитопоглощения E. сanadensis ацетата Cu2+.
Научно-практическая значимость работы. Полученные результаты расширяют представления о воздействии тяжелых металлов на живые объекты разных таксономических групп. На основе морфологических физиологических, цитогенетических показателей получены новые данные об ответных реакциях разнообразных биообъектов, позволяющие оценить действие ТМ. Результаты найдут применение при проведении мониторинга водных и почвенных сред.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференциях: II, IV и V Всероссийских научно-практических конференциях «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2005, 2009, 2011), Международной конференции «Проблемы биодеструкции техногенных загрязнителей окружающей среды» (Саратов, 2005), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (Киров, 2007), Международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения-2009» (Саратов, 2009), на I и II Всероссийском научно-практическом форуме «Экология: синтез естественно-научного, технического и гуманитарного знания» (Саратов, 2010, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
Личный вклад автора. Диссертантом выполнен весь объем экспериментальной работы, проведены обработка и анализ результатов, сформулированы положения, выносимые на защиту и выводы. В совместных работах доля участия автора составила 70-80%.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов. Работа изложена на 168 странице, содержит 64 рисунков, 11 таблиц и список литературы, включающий 338 источников, из которых 84 на иностранных языках.
Похожие диссертации на Экологическая оценка воздействия ацетатов Ni2+, Co2+, Cu2+ и Pb2+ на живые системы
