«Влияние различных экологических факторов на рост и развитие одноклеточной зеленой водоросли chlorella vulgaris» - Дипломная работа

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАЗВИТИЕ ВОДОРОСЛЕЙ 6

1.1. Особенности Chlorella vulgaris 10

1.2. Влияние реакции среды на развитие микроорганизмов 17

1.3. Влияние тяжелых металлов на развитие микроорганизмов 24

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 27

2.1. Объект исследования 27

2.2. Материалы исследования 29

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РЕАКЦИИ СРЕДЫ И СОЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ CHLORELLA VULGARIS 37

3.1. Оценка влияния реакции среды на морфологию клеток СЫогеПа vulgaris 38

3.2. Оценка влияния солей тяжелых металлов на морфологию клеток СЫогеПа vulgaris 44

ГЛАВА 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ УЧАЩИХСЯ ПО БИОЛОГИИ 52

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 61

ЛИТЕРАТУРА 63

ПРИЛОЖЕНИЯ 70

Введение

Актуальность данной работы. Давно известно, что некоторые микроорганизмы могут существовать при высоких или низких температурах, больших давлениях, высоких концентрациях различных растворенных веществ, в том числе и таких, которые обычно считаются ядовитыми, кислых или щелочных значениях pH, а также в условиях интенсивного облучения.

В условиях современного мира к негативным абиотическим факторам среды прибавились многочисленные факторы техногенного происхождения. Источниками загрязнений являются практически все виды деятельности человека — от бытовой до производственной (Бондаренко и др., 2008). Промышленные предприятия, увеличиваясь с каждым годом, производят все большее количество сбросов и выбросов, загрязняющих окружающую среду. Среди этих загрязнителей самыми устойчивыми являются тяжелые металлы (Миркин, Наумова, 2010).

Тяжелые металлы в высоких концентрациях могут подавлять рост и размножение микроорганизмов, проявляя статический эффект, либо вызывать их гибель (Дмитриева, Кожанова, 2012). В малых же концентрациях они необходимы всему живому, так как являются микроэлементами, входящими в состав различных соединений, участвуют в важнейших биологических процессах и таким образом поддерживают гомеостаз организма.

В современном мире стоит остро проблема охраны биоразнообразия. Водоросли относятся к числу организмов, которые распространены в наземных экосистемах и играют важную роль в их функционировании. В связи с этим, изучение влияния рН среды и солей тяжелых металлов на морфологию клеток Chlorella vulgaris имеет большое практическое значение.

Объект исследования: одноклеточная водоросль Chlorella vulgaris

Предмет исследования: оценка влияния реакции среды и солей тяжелых металлов на рост и развитие Chlorella vulgaris.

Цель исследования: провести оценку влияния реакции среды и токсичности солей тяжелых металлов на рост и развитие Chlorella vulgaris.

Задачи исследования:

1) Провести эксперименты по изучению влияния реакции среды на Chlorella vulgaris.

2) Провести эксперименты по изучению влияния солей тяжелых металлов FeSO4 x H2O, MnSO4 x H2O, CuSO4 x 5H2O, ZnSO4 x 7H2O, NiSO4x 7H2O на Chlorella vulgaris.

3) Рассчитать индекс токсичности фактора для каждого варианта опыта и определить пределы выносливости Chlorella vulgaris.

4) Разработать методические рекомендации для проведения научно-исследовательской работы учащихся по биологии.

Практическая значимость работы:

В работе определяется необходимость использования методики биотестирования. Главные достоинства биотестирования — простота и доступность приемов постановки опытов, высокая чувствительность тест- организмов к минимальным концентрациям токсических агентов, быстрота, отсутствие надобности в дорогостоящих реактивах и оборудовании. Она может быть использована при анализе почв и природных водоёмов, загрязнённых тяжёлыми металлами, рН среды и других загрязнителей. Полученные результаты выпускной квалификационной работы являются важными данными для мониторинга состояния окружающей среды.

Данные исследования и расчеты могут быть использованы в учебном курсе по экологическому мониторингу окружающей среды.

Публикации работы. По теме диссертации опубликованы статьи:

Муфтиева Р.Р., Мусифуллина Г.А., Ч.З.Валиева. Оценка токсичности солей тяжелых металлов на рост и развитие Chlorella vulgaris // Вестник БГПУ им. М.Акмуллы. - 2019.-#2.- в печати.

Муфтиева Р.Р., Мусифуллина Г.А. Изменение морфометрических показателей у растений пшеницы Triticum aestivum l в зависимости от источника азотного питания в условиях кадмиевого стресса // Вестник БГПУ им. М.Акмуллы. - 2019.-#2.- в печати.

Структура и объем выпускной квалификационной работы. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (70 наименований), 5 приложений, включает 8 таблиц и 12 рисунков.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, к.б.н., доценту кафедры биоэкологии и биологического образования Фазлутдиновой А.И. Благодарю за всестороннюю поддержку сотрудников кафедры биоэкологии и биологического образования БГПУ им.М. Акмуллы, коллег, близких и родных людей.

Выдержка из текста работы

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАЗВИТИЕ ВОДОРОСЛЕЙ

Основными факторами, влияющими на развитие водорослей, являются свет, температура, наличие воды, источников углерода, минеральных и органических веществ. Водоросли широко распространены по всему земному шару, их можно встретить в воде, в почве и на ее поверхности, на коре деревьев, стенах деревянных и каменных построек и даже в таких негостеприимных местах, как пустыни и ледники (Михеева, 2013).

Факторы, влияющие на развитие водорослей, подразделяют на абиотические, не связанные с деятельностью живых организмов, и биотические, обусловленные этой деятельностью. Многие факторы, особенно абиотические, являются лимитирующими, т.е. они способны ограничивать развитие водорослей. Жизнь всех организмов, в том числе и водорослей, зависит от содержания в среде обитания необходимых веществ, значения физических факторов, а также диапазона устойчивости самих организмов относительно изменений условий среды. Уровень, при котором конкретный фактор может выступать как лимитирующий, для разных видов водорослей различен. В водных экосистемах к лимитирующим факторам относятся температура, прозрачность, наличие течения, концентрация кислорода, углекислого газа, солей и биогенных веществ. В наземных местообитаниях основными лимитирующими факторами являются климатические: температура, влажность, свет и т.д., а также состав и строение субстрата. Эти две группы факторов вместе с популяционными взаимодействиями определяют характер наземных сообществ и экосистем (Андреева, 2012).

Для большинства водорослей вода - постоянная среда обитания, однако многие их виды могут жить и вне воды. Среди растений, обитающих на суше, по устойчивости к высыханию выделяют пойкилогидрические, не способные поддерживать постоянное содержание воды в тканях, и гомойгидрические, способные поддерживать постоянную гидратацию тканей. У пойкилогидрических водорослей (синезеленые и некоторые зеленые водоросли) клетки при высыхании сжимаются без необратимого изменения ультраструктуры и, следовательно, не теряют жизнеспособности, при увлажнении у них восстанавливается нормальный обмен веществ. Минимальная влажность, при которой возможна нормальная деятельность таких растений, различна. Клетки гомойгидрических водорослей при высыхании погибают, поэтому такие растения, как правило, обитают при постоянно избыточной увлажненности. К гомойгидрическим водорослям относятся, например, некоторые виды зеленых и желтозеленых водорослей (Гусев, 2013).

Соленость и минеральный состав воды - это важнейшие лимитирующие факторы, влияющие на распределение водорослей.

Водоросли обитают в водоемах самой различной солености: от пресных водоемов, минерализация которых не превышает обычно 0,5 г/л, до крайне засоленных (гипергалинных) водоемов, концентрация солей которых находится в пределах от 40 до 347 г/л. Несмотря на то, что в целом водорослям свойственна такая широкая амплитуда солеустойчивости, конкретные виды в большинстве своем стеногалинные, т.е. способны обитать лишь при определенном значении солености. Эвригалинных видов водорослей, способных существовать при разной солености, сравнительно немного.

Заключение

Общеизвестно, что зеленая водоросль Chlorella vulgaris распространена практически во всех типах почв и водоемов по всему миру. Однако специальные исследования, направленные на изучение изменений, происходящих в клетках водорослей Chlorella vulgaris, не проводились.

Загрязнение окружающей среды увеличивается с каждым годом. Этому способствует все возрастающее количество промышленных предприятий, осуществляющих сбросы и выбросы загрязняющих веществ в окружающую природную среду. К числу опаснейших загрязняющих веществ относятся тяжелые металлы.

Тяжелые металлы влияют на все живые организмы, так как являются микроэлементами и участвуют в важнейших процессах жизнедеятельности организмов. Однако высокие концентрации этих элементов могут вызвать гибель живых существ.

Серьезная экологическая проблема это кислотные дожди, причиной которой являются подкисление почв. Характеризует кислотные дожди пониженный уровень рН, для обычных осадков этот показатель равен 5,6. Даже небольшое нарушение нормы чревато серьезными последствиями для живых организмов, попавших в зону поражения. Состав кислотных дождей нарушает баланс природной среды, приводит к гибели всего живого.

В ходе проведенной работы по изучению влияния реакции среды и солей тяжелых металлов на Chlorella vulgaris нами были сделаны следующие выводы:

1) Установили границы устойчивости хлореллы к реакции среды. Эта граница определялась диапазоном значений рН от 4 до 8.

2) Экстремальные значения рН вызывали разнообразные морфологические нарушения Chlorella vulgaris, выражающиеся в грануляции и обесцвечивании цитоплазмы, появлении атипических и бесформенных клеток, разрушении клеточного содержимого. Анализ размерных признаков позволяет выявить даже небольшие изменения условий существования вида.

3) Высокой токсичностью обладали сульфаты меди, железа и цинка. Сульфат марганца оказался слабым токсикантом, он оказывал токсичное воздействие только при больших концентрациях.

4) В отличие от всех исследованных металлов, сульфат никеля оказывал не только негативное влияние на рост и развитие Chlorella vulgaris, но и проявлял дополнительное негативное воздействие на ее морфологические параметры, менялась форма клеток.

5) По результатам исследования составлена экотоксикологическая диаграмма, показывающая пределы выживаемости Chlorella vulgaris в условиях «металлического стресса».

6) Результаты исследования можно использовать в школе при проведении научно-исследовательской деятельности школьников в рамках экспериментальной лабораторной работы.

Список литературы

1. Андреева В.М. Почвенные и аэрофильные зеленые водоросли (Chlorophyta: Tetrasporales, Chlorococcales, Chlorosarcinales). - СПб.: Наука, 2008. - С.351.

2. Андреева И.И., Родман Л.С. Ботаника. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: КолосС, 2012. - С. 488.

3. Барашков Г.К. Сравнительная биохимия водорослей. - М.:

Пищевая промышленность, 2012. - С. 334.

4. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и

биотестирование: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О.П. Мелехова, Е.И. Егорова, Т.И. Евсеева и др.; под ред. О.П. Мелеховой и Е.И. Егоровой. - М.: Издательский центр «Академия». - 2011. - С. 288.

5. Богданов Н.И «НИИ Альгобиотехнологии» «Использование

хлореллы для выращивания и откорма сельскохозяйственных животных» Пенза 2004 г. Богданов Н.И. Хлорелла: зеленый корм круглый год / Н.И. Богданов // Комбикорма. - 2014. - № 3. - С. 66.

+ еще 65 источников

Примечания

Оригинал в pdf