Содержание тяжелых металлов в организмах рыб, водной и прибрежноводной растительности

1.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ФРАНЦИСКА СКОРИНЫ»
БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ХИМИИ
СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНИЗМАХ РЫБ, ВОДНОЙ И ПРИБРЕЖНОВОДНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ
Курсовая работа
Исполнитель
студент группы БИ-22:
Н. Ю. Колпаков
Научный руководитель
ст. преподаватель:
О. В. Пырх
Гомель 2023

2.

Цель работы: провести обзор современной научно-методической литературы по актуальным
вопросам накопления, распрееления и влияния тяжелых металлов на прибрежно-водную
растительность, их основные физиологические процессы, а также физиологические процессы
рыб.
Объект
исследования: литературные источники, содержащие информацию о накоплении
тяжелых металлов в прибрежно-водной и водной растительности, в рыбах, а также влияние на их
основные физиологические процессы

3.

В настоящее время одной из актуальных проблем является проблема загрязнения
окружающей среды тяжелыми металлами. В последние десятилетия число тяжелых
металлов в окружающей среде растет, так как активно развивается промышленность.
Тяжелые металлы способны оказывать влияние на все живые организмы. В моей
работе рассматривается влияние ионов тяжелых металлов на прибрежно-водную и
водную растительность, а также на рыб, живущих в различных водных объектах.
Проанализировав литературные источники, было установлено много различных
классификаций прибрежно-водной растительности, но все они практически не
отличаются друг от друга и построены по одному принципу. Таким образом, все
растения принято делить на гидрофиты – растения, которые приспособлены к водной
среде; гелиофиты – растения (по Катанской), жизненный цикл которых может
проходить как в воде, так и на суше; гидатофиты – растения, которые полностью
погружены в воду, на поверхности воды может возвышаться лишь небольшая часть
растения.

4.

Термин «тяжелые металлы был употреблен в 1817
году
немецким
химиком
Леопольдом
Гмелином. К тяжелым металлам он относил те
химические элементы, которые оказывают
токсическое действие на живые организмы даже
в самых малых концентрациях. Существуют
различные критерии, по которым тот или иной
элемент относят к группе тяжелых металлов. К
таким критериям относят плотность химического
элемента ( 5 г/см3), его относительная атомная
масса (более 40), а также атомное число
(начиная с 23).
ЛЕОПОЛЬД ГМЕЛИН

5.

В настоящее время осуществляется активное развитие городов, а, следовательно,
и развитие многопрофильной промышленности. В таком случае для всей
окружающей среды характерно загрязнение не одним определенным
поллютантом, а их ассоциацией. В результате этого, ассоциации данных
загрязнителей оказывают комбинированное действие на различные организмы. В
качестве так называемых биоиндикаторов в большинстве случаев выступает
высшая водная и прибрежно-водная растительность, которая характеризуется
повсеместной встречаемостью, что не составляет труда в поисках материала для
будущих исследований. Прибрежно-водная растительность выступает в качестве
барьера, так как она не дает проникать в водоем сточным неочищенным водам,
что приводило бы к загрязнению водных экосистем. К сожалению, в данный период
времени происходит активное сбрасывание в водоемы сточных вод, что приводит к
значительному ухудшению экологического состояния водных экосистем во всем
мире.
К
наиболее частым источникам загрязнения водных экосистем относятся
хозяйственно-бытовые, промышленные и сельскохозяйственные стоки, в которых
также содержаться и тяжелые металлы. В результате данных процессов происходит
активное развитие различных водорослей и прибрежных растений.

6.

7.

Все источники загрязнения тяжелыми металлами делятся
на естественные источники и антропогенные источники,
то есть те, в результате которых загрязнение окружающей
среды осуществляется при достаточно активной
деятельности человека. К естественным же относятся
природные источники загрязнения. Сюда входят
извержения вулканов, космическая пыль, эрозия почвы, а
также растения сами могут выделять ионы данных
химических
элементов.
Если
рассматривать
антропогенные источники загрязнения, то к таким
источникам
относятся
в
основном
предприятия
угледобывающей промышленности, также сюда можно
отнести металлургическую промышленность, химическую
промышленность и другие. Помимо данных источников
загрязнения существуют также и источники загрязнения
транспортными средствами, если водоем расположен,
например, недалеко от трассы, где активно передвигаются
различного рода машины. Таким образом, в работе О. М.
Балаевой-Тихомировой говорилось о том, что тяжелые
металлы, которые попадают в окружающую среду в
результате активной антропогенной деятельности играют
очень важную роль среди поллютантов, так как они
способны приводить к значительным последствиям

8.

ТРАНСПОРТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ПО РАСТЕНИЮ.
Процесс миграции данных химических элементов по проводящим тканям растения может
проходить и по апопласту, и по симпласту. Согласно литературным данным, апопластный пусть
передвижения ионов тяжелых металлов способен проходить только в той области корня, где
отсутствуют пояски Каспари. В качестве таких зон в пример можно привести зону
меристематических клеток, зону растяжения. Но, как видно из источников, вклад апопласта в
поступление различных тяжелых металлов очень мал. В литературе очень мало данных и
исследований на эту тему.
Существует еще так называемый симпластный пусть передвижения токсических элементов по
ксилеме растения, который осуществляется через плазмалемму. В данном процессе участвуют
белки переносчики. По ксилеме транспорт ионов осуществляется по ксилемному соку в
большинстве случаев с комплексами органических кислот (цитрат, малат) или же с
аминокислотами, такими как аспарагин, глутамин и гистидин. Кроме ксилемы, тяжелые металлы,
как описано в литературе, могут транспортироваться и по сосудам флоэмы у различных видов
растений. При исследованиях, которые были основаны на радиографических методах, было
установлено, что транспорт изотопов 109Cd, 63Ni, 65Zn осуществлялся как раз-таки по флоэмному
механизму и транспортировался из листьев в цветки и плоды.

9.

Экспериментальным путем было установлено, что ионы тяжелых металлов не
только тормозят рост и развитие растений, но еще оказывают влияние на
структурно-функциональные изменения в фотосинтетическом аппарате, а также
нарушают процесс дыхания, транспорта веществ, транспирации и других
процессов. Торможение роста легко заметно невооруженным глазом, а значит,
это может свидетельствовать о том, что растение подверглось токсическому
воздействию тяжелыми металлами. На рост растений также влияет концентрация
данных химических элементов. Приводят к цитогенетическим нарушениям. Также
тяжелые металлы влияют на рост листовой пластины, которая напрямую связана с
функцией фотосинтеза. Под действием тяжелых металлов подавляются
ферменты цикла Кальвина и интенсивность фотосинтеза снижается.
На процессы дыхания ионы ТМ также оказывают негативное действие в результате
ингибирования активности ферментов путем связывания ТМ с сульфгидрильными
группами белков. К замедлению процессов дыхания у растений могут также
приводить и нарушения в структуре мембран митохондрий, в результате чего
понижается их проницаемость.

10.

Так как все водоемы подвергаются загрязнению тяжелыми металлами, то это приводит и к заражению
организмов, живущих в данных водоемах. В моей курсовой работе рассматривается влияние ионов на
основные физиологические процессы рыб. Элементы, которые оказывают влияние на эти процессы –
цинк, медь, ртуть, кадмий. Проникают в организмы рыб вместе с пищей. Вовлекаются в клеточный
метаболизм, нарушая при этом все функции клетки. Поступают в результате простой диффузии при
помощи транспортных белков. В цитоплазме способны связываться с высоко и низкомолекулярными
лигандами, в результате чего токсическое действие данных металлов увеличивается.
Существуют различные механизмы защиты клеток от высоких концентраций ионов тяжелых металлов. К
наиболее эффективному механизму относится механизм синтеза белков, в состав которых входит до 30
процентов цистеина – серосодержащего белка. Одна молекула такого белка может связать до 7 ионов
тяжелых металлов, что существенно снижает концентрацию данных химических элементов в цитоплазме
клеток.
Кроме этого, тяжелые металлы способны ингибировать активность пищеварительных ферментов,
нарушать липидный обмен, белковый и углеводный обмены. Среди элементов наиболее токсическое
действие оказывает ртуть, так как она может еще вызывать и мутагенные эффекты. Как уже говорилось
ранее, ионы тяжелых металлов могут связываться с сульфгидрильными группами белков, что, кроме
механизмов защиты может приводить также и к негативным последствиям.
Наиболее опасным является то, что ионы тяжелых металлов могут вытеснять определенные
макромолекулы из активных центров ферментов, что приводит к перекисному окислению липидов, а
также к нарушению процесса окислительного фосфорилирования.

11.

Исследования проводились на различных видах рыб, в
качестве примера был взят окунь желтый, у которого
наблюдалось истощение гликогена в мышцах при
длительном воздействии цинка на организм. Также
исследователями было установлено, что цинк вместе с
медью способны оказывать ингибирующее действие на
пищеварительные ферменты, ферменты кишечника. Так же
влияют на активность амилазы и мальтазы. Под действием
тяжелых металлов наблюдается расщепление глюкозы до
пирувата.
Под действием хлоридов ртути и кадмия наблюдается
снижение активности ферментов аминотрипептидазы и
глициллейциндипептидазы, которые участвуют в
гидролизе белков.
По результатам исследований Карпенко Л. Ю. было
установлено, что при действии на стенки кишечника карпа
ацетатом свинца слущивание живых клеток увеличивалось
на 24,68 процентов. Норма слущивания составляет 10,64
процента. При действии ацетатом кадмия процент
увеличился на 25,11, а при воздействии ацетатом меди – на
35,28 процентов.
КАРПЕНКО ЛАРИСА
ЮРЬЕВНА

12.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, тяжелые металлы занимают не самое последнее место среди загрязнителей
окружающей среды. Можно сделать вывод о том, что вскоре проблема загрязнения окружающей
среды тяжелыми металлами станет еще более актуальна, так как промышленность не прекращает
своего развития, а эффективных путей по защите экологического состояния планеты так и не
найдено, так как загрязнение среды тяжелыми металлами растет.
В результате анализа литературных источников было установлено, что ионы данных химических
элементов способны дезактивировать различные функции живых организмов, что приводит к
различным патологиям. Единственным биоиндикатором служит прибрежно-водная
растительность, так как они могут накапливать в себе высокие концентрации ионов ТМ. Что
касается рыб, то здесь нужно сказать о механизмах защиты, которые заключаются в синтезе
серосодержащего белка – цистеина, способного при помощи сульфгидрильных групп связывать
большое количество ионов тяжелых металлов, уменьшая их концентрацию внутри цитоплазмы
клеток.

13.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!