1) Временные препараты
Для изучения растительных объектов с помощью светового микроскопа необходимо приготовить микропрепарат. Микропрепараты, не предназначенные для длительного хранения, называются временными. Изучаемый объект помещают на предметное стекло в каплю воды, глицерина, раствора, реактива или красителя и накрывают покровным стеклом. Такие препараты можно хранить в течение нескольких дней, поместив во влажную атмосферу.
2) Постоянные препараты
Постоянные препараты готовятся по специальным методикам, обеспечивающих их хранение в течение десятков лет. К постоянным препаратам относятся мазки, тотальные препараты и срезы. Мазки используются при изучении клеток крови, культур микроорганизмов, изолированных тканевых клеток. Тотальные препараты представляют собой отдельные прозрачные и тонкие объекты Учебные срезы можно сделать вручную, с помощью бритвы. Однако качественные срезы с заданной толщиной 10...22 микрометра обычно изготавливают с помощью специальных приборов – микротомов. Такие срезы часто называют микротомными препаратами. Для получения более тонких срезов (0,01...0,05 мкм, или 10...50 нанометров) используют ультрамикротомы.
Кратко рассмотрим основные этапы приготовления постоянных препаратов.
1. Фиксация материала. Сразу после окончания фиксации производится промывка материала или водой (после водных фиксаторов), или 80%-ным спиртом (после спиртовых фиксаторов). Количество смен промывных жидкостей – не менее 3. Время – до 24 часов.
2. Обезвоживание в спиртах возрастающей концентрации. Параллельно происходит уплотнение материала. Последовательное перемещение материала через ряд растворов называется проводка. После водных фиксаторов используется 8 смен спирта: 20%, 40%, 80%, две смены по 96%, две смены по 100%. После спиртовых фиксаторов – 4 смены спирта: две смены по 96% и две смены по 100%. В каждой смене материал выдерживается по 1 часу.
3. Просветление. Это пропитывание материала растворителем парафина – ксилолом (бензолом, хлороформом). Образец помещается на 1 час последовательно в каждый из последующих растворов: 3 части спирта + 1 часть ксилола, затем 2 части спирта + 2 части ксилола, затем 1 часть спирта + 3 части ксилола, затем две смены ксилола.
4. Заливка в парафин. Это замещение ксилола парафином. Образец помещают в смесь ксилола и парафина при температуре 55...57 градусов и оставляют в термостате при этой температуре до полного испарения ксилола (от нескольких часов до нескольких суток). Затем при температуре 55...57 градусов производится проводка через парафин I (6...12 часов), парафин II (6...12 часов) и заливка в парафин III. Парафины I, II, III отличаются только чистотой: парафин III – это окончательная среда, которая должна обладать наибольшей чистотой. В итоге получаются парафиновые блоки, в которых заключены образцы материала. Эти блоки можно резать в любом направлении.
5. Окрашивание срезов. Парафиновые срезы наклеивают на чистое предметное стекло. В качестве клея можно использовать смесь белка куриного яйца с глицерином (в соотношении 1: 2) с добавлением антисептика (тимола или фенола). Обычно производят депарафинирование срезов. Для этого стекла с наклеенными срезами проводят через ксилол, спирты убывающей концентрации (100%, 96%, 80%, 70%) и дистиллированную воду. Время нахождения в каждой среде – 2...3 минуты. Далее окрашивают согласно методикам.
6. Обезвоживание и просветление окрашенных срезов. Выполняется путем проводки через спирты возрастающей концентрации, а затем через ксилол.
7. Заключение в среды (заливка). Для длительного хранения препаратов их необходимо заключить в среду, предохраняющую препарат от окисления воздухом и от поражения грибками. Для заливки используются специальные смолы (канадский бальзам, пихтовый бальзам), которые растворяют в ксилоле до консистенции жидкого меда. Каплю такого раствора наносят на срез и покрывают покровным стеклом.
6. Химический состав клеточного вещества. Микро и макроэлементы.
В составе клетки обнаружено более 80 химических элементов, при этом каких-либо спеуиальных элементов, характерных только для живых организмов, не выявлено. Однако, только в отношении 27 элементов известно, какие функции они выполняют. остальные 53 элемента, вероятно, попадают в организм из внешней среды.
1. Макроэлементы
Они составляют основную массу вещества клетки. На их долю приходится около 99% массы всей клетки. Особенно высока концентрация четырех элементов: кислорода (65-75%), углерода (15-18%), азота (1.5-3%) и водорода (8-10%). К макроэлементам относят также элементы, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента. Это, например, калий, магний, фосфор, сера, железо, хлор, натрий.
2. Микроэлементы К ним относятся преимущественно атомы металлов, входящие в состав ферментов, гормонов и
других жизненно важных веществ. В организме эти элементы содержатся в очень небольших количествах: от 0,001 до 0,000001%; в числе таких элементов бор, кобальт, медь, молибден, цинк, йод, бром и др.
3. Ультрамикроэлементы
Концентрация их не превышает 0,000001%. К ним относят уран, радий, золото, ртуть, бериллий, цезий и другие редкие элементы. Физиологическая роль большинства этих элементов в организмах растений, животных, грибов и бактерий пока не установлена.
Лабораторная работа №1
«Приготовление и описание микропрепаратов клеток»
Цель: научиться приготавливать и описывать микропрепараты на примере дрожжей и плесневых грибов.
Оборудование : микроскоп, предметные и покровные стекла, дистиллированная вода, препарировальные иглы, пипетки, фильтровальная бумага.
Методические указания:
1. Приготовить препараты и изучить морфологию .
Приготовление препаратов . Для микроскопирования дрожжей наносят на чистое предметное стекло каплю исследуемой культуры и покровным стеклом размазывают каплю по поверхности предметного стекла. Затем покровное стекло опускают на смоченную поверхность предметного стекла, избытки жидкости удаляют с помощью фильтровальной бумаги.
Для микроскопирования микроскопических грибов кусочек грибницы переносят в каплю воды, нанесенную на предметное стекло. Сверху накрывают покровным стеклом. Избыток жидкости убирают кусочками фильтровальной бумаги.
Описание микропрепаратов . Рассмотреть под микроскопом и зарисовать: форму и расположение клеток дрожжей, строение грибницы и органов размножения микроскопических грибов. Выявить различия и сходства в строении клетки дрожжей и микроскопических грибов.
2. Написать отчет о проделанной работе:
Указать номер лабораторной работы , тему, цели и оборудование
Записать способы приготовления микропрепаратов дрожжей и плесени, описать микропрепараты
Сделать вывод о проделанной работе.
Лабораторная работа №2
«Сравнение строения клеток животных и растений»
Цель: сравнить строение животной и растительной клетки, установить сходства и различия
Оборудование: лук репчатый, раствор йода, пипетки, предметные стекла, лист элодеи, готовые микропрепараты животной клетки, микроскопы, таблица «Растительная и животная клетка в поле зрения светового микроскопа»
Методические указания:
1. Отделите от чешуи луковицы кусочек покрывающей кожицы и поместите его на предметное стекло в каплю слабого раствора йода. После окрашивания препарата (1-2 мин). Излишки йода промокните салфеткой.
2. На другое предметное стекло поместите лист элодеи в каплю воды. Излишки воды промокните салфеткой.
3. Рассмотрите оба препарата под микроскопом, четко настроив изображение одной из клеток в каждом препарате.
4. Сделайте в тетради рисунок растительной клетки (одной) с обозначениями всех ее частей, видимых в световой микроскоп.
5. Рассмотрите препарат животной клетки (взять готовый) под микроскопом и сделайте рисунок с обозначениями всех ее частей, видимых под микроскопом.
6. Сравните строение растительной и животной клетки. Запишите выводы в тетради, закончив предложения :
Сходство. В растительной и животной клетке в поле зрения светового
Микроскопа можно увидеть:
Различие. В растительной клетке в отличие от животной клетки так же можно
Увидеть:
Лабораторная работа №3
«Сходства зародышей человека и позвоночных как доказательство их эволюционного родства»
Цель : познакомить с эмбриональными доказательствами эволюции органического мира, выявить сходства и различия зародышей позвоночных
Оборудование: учебник «Общая биология» , схема «Сходство зародышей человека и позвоночных»
Методические указания:
1. Прочитать текст в учебнике «Общая биология» , стр 101. «Обзор эмбриологических доказательств эволюции». Рассмотреть рисунок. Выявить черты сходства зародышей человека и других позвоночных на каждой стадии.
2. Написать отчет:
Указать номер лабораторной работы, тему, цели и оборудование
Зафиксируйте выявленные сходства и различия эмбрионов на каждой стадии развития
Сформулируйте и запишите вывод о проделанной работе, ответив на вопрос о чем свидетельствуют сходства зародышей?
Лабораторная работа №4
«Составление схем моногибридного и дигибридного скрещивания»
Цель: научиться решать задачи на составление схем моногибридного и дигибридного скрещивание
Методические указания:
Теория. Дайте определение понятиям: моногибридное скрещивание, дигибридное скрещивание; сформулируйте и запишите три законы Менделя.
Практика: решите задачи, составив схемы скрещивания.
1. Моногибридное скрещивание
Задача № 1. У крупного рогатого скота ген, обусловливающий черную окраску шерсти, доминирует над геном, определяющим красную окраску. Какое потомство можно ожидать от скрещивания гомозиготного черного быка и красной коровы?
Задача № 5. У человека ген карих глаз доминирует над геном, обусловливающим голубые глаза. Голубоглазый мужчина, один из родителей которого имел карие глаза, женился на кареглазой женщине, у которой отец имел карие глаза, а мать - голубые. Какое потомство можно ожидать от этого брака?
2. Дигибридное скрещивание
У собак черный цвет шерсти доминирует над кофейным, а короткая шерсть - над длинной. Обе пары генов находятся в разных хромосомах.
1. Какой процент черных короткошерстных щенков можно ожидать от скрещивания двух особей, гетерозиготных по обоим признакам?
2. Охотник купил черную собаку с короткой шерстью и хочет быть уверен, что она не несет генов длинной шерсти кофейного цвета. Какого партнера по фенотипу и генотипу надо подобрать для скрещивания, чтобы проверить генотип купленной собаки?
Вывод: сформулируйте и запишите значение законов Менделя для генетики.
Лабораторная работа №5
«Анализ фенотипической изменчивости»
Цель: убедиться в существовании модификационной изменчивости путем описания и сравнения фенотипов конкретных растений.
Оборудование: два экземпляра натуральных или гербарных образцов злаковых растений одного сорта.
Методические указания:
Выполните задания:
Рассмотреть два экземпляра растений пшеницы (ржи, ячменя и др.) одного сорта, зарисуйте, сравните эти растения, найдите черты сходства и отличия. Результаты наблюдения фенотипов занесите в сравнительную таблицу, (критерии сравнения могут быть качественные и количественные); Выявите признаки, возникшие в результате модификационной изменчивости и обусловленные генотипом. Ответьте на вопросы:А) Дайте определение терминам – изменчивость, модификационная изменчивость, фенотип, генотип.
Б) Можно ли на садовых участках, имеющих разную экспозицию, при одинаковом уходе, вырастить одинаковый урожай овощей? Почему?
5. Сделайте вывод о причинах модификационной изменчивости.
Напишите отчет:
Выполните задания
Сформулируйте и запишите вывод о проделанной работе
Лабораторная работа №6
«Приспособленность организмов к среде обитания»
Цель: научиться выявлять черты приспособленности организмов к среде обитания и устанавливать ее относительный характер.
Оборудование: гербарные образцы растений, комнатные растения , чучела или рисунки животных различных мест обитания.
Ход работы
1. Определите среду обитания растения или животного, предложенного вам для исследования. Выявите черты его приспособленности к среде обитания. Выявите относительный характер приспособленности. Полученные данные занесите в таблицу «Приспособленность организмов и её относительность».
Приспособленность организмов и её относительность
Название вида | Среда обитания | Черты приспособленности к среде обитания | В чём выражается относительность приспособленности |
2. Изучив все предложенные организмы и заполнив таблицу, на основании знаний о движущих силах эволюции объясните механизм возникновения приспособлений и запишите общий вывод.
Лабораторная работа №7
«Анализ гипотез происхождения жизни»
Цель : ознакомиться и проанализировать различные гипотезы происхождения жизни на Земле.
Методические указания:
Прочитать текст «Многообразие теорий возникновения жизни на Земле». Заполнить таблицу:Теории и гипотезы | Сущность теории или гипотезы | Доказательства |
3. Сформулируйте и запишите вывод, ответив на вопрос: «Какой теории придерживаетесь вы лично? Почему?»
«Многообразие теорий возникновения жизни на Земле».
1. Креационизм.
Согласно этой теории жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом. Ее придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений.
Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Хотя все христиане признают, что Библия - это завет Господа людям, по вопросу о длине «дня», упоминавшегося в Книге Бытия, существуют разногласия.
Некоторые считают, что мир и все населяющие его организмы были созданы за 6 дней по 24 часа. Другие христиане не относятся к Библии как к научной книге и считают, что в Книге Бытия изложено в понятной для людей форме теологическое откровение о сотворении всех живых существ всемогущим Творцом.
Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место лишь однажды и потому недоступный для наблюдения. Этого достаточно, чтобы вынести всю концепцию божественного сотворения за рамки научного исследования. Наука занимается только теми явлениями, которые поддаются наблюдению, а потому она никогда не будет в состоянии ни доказать, ни опровергнуть эту концепцию.
2. Теория стационарного состояния.
Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды тоже существовали всегда.
Современные методы датирования дают все более высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам теории стационарного состояния полагать, что Земля и виды существовали всегда. У каждого вида есть две возможности - либо изменение численности, либо вымирание.
Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистеперых рыб - латимерию. По палеонтологическим данным, кистеперые вымерли около 70 млн. лет назад. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что, только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми остатками, можно делать вывод о вымирании, да и то он может оказаться неверным. Внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте объясняется увеличением численности его популяции или перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков.
3. Теория панспермии.
Эта теория не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвигает идею о ее внеземном происхождении. Поэтому ее нельзя считать теорией возникновения жизни как таковой; она просто переносит проблему в какое-то другое место во Вселенной. Гипотеза была выдвинута Ю. Либихом и Г. Рихтером в середине XIX века.
Согласно гипотезе панспермии жизнь существует вечно и переносится с планеты на планету метеоритами. Простейшие организмы или их споры («семена жизни»), попадая на новую планету и найдя здесь благоприятные условия, размножаются, давая начало эволюции от простейших форм к сложным. Возможно, что жизнь на Земле возникла из одной-едидственной колонии микроорганизмов, заброшенных из космоса.
Для обоснования этой теории используются многократные появления НЛО, наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и «космонавтов», а также сообщения якобы о встречах с инопланетянами. При изучении материалов метеоритов и комет в них были обнаружены многие «предшественники живого» - такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соединения, которые, возможно, сыграли роль «семян», падавших на голую Землю.
Сторонниками этой гипотезы были лауреаты Нобелевской премии Ф. Крик, Л. Оргел. Ф. Крик основывался на двух косвенных доказательствах:
Универсальности генетического кода;
Необходимости для нормального метаболизма всех живых существ молибдена, который встречается сейчас на планете крайне редко.
Но если жизнь возникла не на Земле, то как она возникла вне ее?
4. Физические гипотезы.
В основе физических гипотез лежит признание коренных отличий живого вещества от неживого. Рассмотрим гипотезу происхождения жизни, выдвинутую в 30-е годы XX века.
Взгляды на сущность жизни привели Вернадского к выводу, что она появилась на Земле в форме биосферы . Коренные, фундаментальные особенности живого вещества требуют для его возникновения не химических, а физических процессов. Это должна быть своеобразная катастрофа, потрясение самих основ мироздания.
В соответствии с распространенными в 30-х годах XX века гипотезами образования Луны в результате отрыва от Земли вещества, заполнявшего ранее Тихоокеанскую впадину, Вернадский предположил, что этот процесс мог вызвать то спиральное, вихревое движение земного вещества, которое больше не повторилось.
Вернадский происхождение жизни осмысливал в тех же масштабах и интервалах времени, что и возникновение самой Вселенной. При катастрофе условия внезапно меняются, и из протоматерии возникают живая и неживая материя.
5. Химические гипотезы.
Эта группа гипотез основывается на химической спе-дифике жизни и связывает ее происхождение с историей Земли. Рассмотрим некоторые гипотезы этой группы.
У истоков истории химических гипотез стояли воззрения Э. Геккеля. Геккель считал, что сначала под действием химических и физических причин появились соединения углерода. Эти вещества представляли собой не растворы, а взвеси маленьких комочков. Первичные комочки были способны к накоплению разных веществ и росту, за которым следовало деление. Затем появилась безъядерная клетка - исходная форма для всех живых существ на Земле.
Определенным этапом в развитии химических гипотез абиогенеза стала концепция, выдвинутая им в 1922-1924 гг. XX века. Гипотеза Опарина представляет собой синтез дарвинизма с биохимией . По Опарину, наследственность стала следствием отбора. В гипотезе Опарина желаемое выдастся за действительное. Сначала нее особенности жизни сводятся к обмену веществ, а затем его моделирование объявляется решенном загадки возникновения жизни.
Гипотеза Дж. Берпапа предполагает, что абиогенно возникшие небольшие молекулы нуклеиновых кислот из нескольких нуклеотидов могли сразу же соединяться с теми аминокислотами, которые они кодируют. В этой гипотезе первичная живая система видится как биохимическая жизнь без организмов, осуществляющая самовоспроизведение и обмен веществ. Организмы же, по Дж. Берналу, появляются вторично, в ходе обособления отдельных участков такой биохимической жизни с помощью мембран.
В качестве последней химической гипотезы возникновения жизни на нашей планете рассмотрим гипотезу, выдвинутую в 1988 году. Согласно этой гипотезе, возникновение органических веществ переносится в космическое пространство. В специфических условиях космоса идет синтез органических веществ (многочисленные орпанические вещества найдены в метеоритах - углеводы, углеводороды, азотистые основания, аминокислоты, жирные кислоты и др.). Не исключено, что в космических просторах могли образоваться нуклеотиды и даже молекулы ДНК. Однако, по мнению Войткевича, химическая эволюция на большинстве планет Солнечной системы оказалась замороженной и продолжилась лишь на Земле, найдя там подходящие условия. При охлаждении и конденсации газовой туманности на первичной Земле оказался весь набор органических соединений. В этих условиях живое вещество появилось и конденсировалось вокруг возникших абиогенно молекул ДНК. Итак, по гипотезе Войткевича первоначально появилась жизнь биохимическая, а в ходе ее эволюции появились отдельные организмы.
Лабораторная работа №8
«Антропогенные изменения естественных природных ландшафтов своей местности»
Цель: изучить экологические проблемы Тульской области и выявить меры по их улучшению.
Оборудование : методическое пособие, карта химического антропогенного загрязнения окружающей среды .
Методические указания:
1. Прочитайте текст.
Региональные экологические проблемы области обусловлены прежде всего тем, что на сравнительно небольшой ее территории сконцентрировано большое число предприятий машиностроения, химической и металлургической промышленности, несколько мощных тепловых электростанций.
Среди всех областей центра России Тульская область по концентрации промышленных и энергетических предприятий на 1 м 2 площади уступает только Московской. Три города - Тула, Новомосковск и Щекино - уверенно лидируют в скорбной шеренге 99 российских городов с неблагополучной экологической обстановкой.
Большое влияние на экологическую обстановку в Тульской области оказывают выбросы предприятий соседних областей, особенно Московской. К этому необходимо добавить, что регионы Восточной Европы (включая Тульскую область) получают до 40 % атмосферных загрязнений из Западной Европы. Экологическая ситуация в области крайне обострилась в результате радиационного загрязнения ее территории после аварии на Чернобыльской АЭС .
Атмосферный воздух . Чистый воздух уже становится дефицитным ресурсом во многих индустриальных областях России, где загрязнение атмосферы представляет реальную опасность для жизни и здоровья человека.
По выбросам вредных веществ в атмосферу в расчете на 1 км 2 территории Тульская область превосходит Московскую в 1,7 раза, а Калужскую и Орловскую - более чем в 10 раз. На одного жителя области в 2000 г. приходилось около 182 кг вредных веществ, выброщенных в атмосферу.
Загрязнение атмосферного воздуха по специфике и количеству выбросов значительно различается по районам области. Наибольшее число промышленных предприятий, дающих около 94 % всех выбросов, расположено в Алексинском, Суворовском, Ефремовском, Новомосковском, Узловском, Щекинском районах и в г. Туле.
Одним из основных источников загрязнения природной среды является автомобильный транспорт. В 1999 г. выбросы загрязняющих веществ от автомобильного транспорта составили 155,1 тыс. т (40 % массы всех выбросов).
Водные ресурсы. Основным потребителем воды в Тульской области является промышленность (74 %); население потребляет 23 % воды и сельское хозяйство - 3 %.
Главными пользователями водных ресурсов в области являются предприятия г. Тулы и Новомосковска. Всего водопользователей Тульской области в 1999 г. зарегистрировано 880; ими было израсходовано из природных источников около 473 млн м 2 воды. В поверхностные водоемы при этом было сброшено 280,4 млн м 2 , в том числе загрязненных -259,5; а нормативно-чистых и нормативно-очищенных - всего 20,9 млн м 2 . Из всех очистных сооружений в области только 10 % работают в проектном режим
Несмотря на сокращение производства, поверхностные воды сильно загрязнены. Загрязнение промышленными и бытовыми отходами рек Воронка, Шат, Упа, Тулица, Мышега, Бешка, Сежа, верховьев Дона достигло такой степени, что об их самовосстановлении практически уже не может быть и речи. Во многих из них предельно допустимые концентрации (ПДК) для меди и никеля превышены в 10-50 раз, для лития и никеля - в 5-10 раз, для таллия и ртути - в 2 раза.
Естественным источником регионального хозяйственно-питьевого и производственно-технического водоснабжения являются подземные воды. В Тульской области разведано 77 месторождений пресных подземных вод, в эксплуатации с 1999 г. находится 40 месторождений.
Население области обеспечивается только подземной водой. Речная вода в населенных пунктах для питьевых целей не используется. Расход подземных вод в области составляет 1 250 тыс. м3 в сутки. В среднем на одного туляка в сутки приходится 300-350 л воды.
Почвы. Охранять почву - значит сберегать ее плодородие. Тульский край - старый земледельческий район. Основной категорией земельного фонда области являются сельскохозяйственные земли - около 1 845 тыс. га, или 71,8 % от ее общей территории. Эти земли используются в основном сельскохозяйственными предприятиями, организациями и гражданами, занимающимися производством товарной сельскохозяйственной продукции.
Одним из негативных процессов для почв области является эрозия. Проявление ее в значительной степени зависит от степени и характера хозяйственного освоения и использования земель. В результате деятельности человека и геологических процессов (в основном деятельности воды) в настоящее время в Тульской области около 43 % общей площади сельскохозяйственных угодий подвержены интенсивной эрозии/
В результате открытых разработок полезных ископаемых из сельскохозяйственного оборота изымаются огромные площади плодородных земель. Особое место в сбережении земельных богатств области занимает рекультивация, т. е. восстановление полей, находящихся под горными выработками.
Достаточно широко на территории области проявляются экзогенные геологические процессы. Растворение пластов известняка вызывает карстовые нарушения рельефа. В долинах рек Оки, Упы и Беспуты, в оврагах и балках Алексинского, Ясногорского, Ленинского и Щекинского районов наблюдаются крупные оползни. Участились случаи проседания грунта в местах расположения старых угольных шахт.
В результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. радиоактивному загрязнению подверглись 18 районов области, площадью 14,5 тыс. км2, что составляет более половины (56,3 %) ее территории. Особенно пострадали Плавский, Узловский, Арсеньевский и Новомосковский районы. Почвы загрязнены радионуклидами: цезием-137 и (в меньшей степени) стронцием-90. В настоящее время прослеживается тенденция к снижению уровня гамма-фона за счет естественного распада радионуклидов и их перераспределения во внешней среде с помощью воды и ветра.
Исследования последних лет показали, что примерно треть площади Тульской области характеризуется высоким уровнем ухудшения состояния почв, близким к катастрофическому.
Население . Демографическая ситуация. Условия существования людей на территории области оставляют желать лучшего. Большая плотность населения, насыщенность области вредными производствами, тяжелые последствия радиоактивного загрязнения в результате аварии на ЧАЭС объясняют низкий, в сравнении с соседними областями, уровень здоровья людей.
Одним из главных показателей состояния общества является динамика численности населения. При благоприятных условиях численность возрастает, при неблагоприятных - падает.
Число постоянных жителей области с каждым годом уменьшается. За период с 1995 по 2000 гг. это сокращение составило более 65 тыс. человек, или 3,6 %. Это произошло за счет увеличения смертности (общей и младенческой), а также снижения рождаемости населения. Смертность превышает рождаемость в три раза.
В настоящее время на первом месте среди причин смертности находятся болезни системы кровообращения (инфаркты, инсульты, гипертоническая болезнь) и органов дыхания. За ними идут новообразования. Эти классы болезней в значительной мере зависят от характера питания и состояния среды обитания. Из всех контролируемых на территории области инфекционных болезней ведущей причиной смерти (свыше 90 %) является туберкулез.
В 1986 г. экологическая ситуация в регионе резко ухудшилась вследствие аварии на Чернобыльской АЭС, когда более 50 % территории Тульской области оказались в зоне радиоактивного загрязнения. В связи с этим среди населения пострадавших районов все большее распространение получают эколого-зависимые болезни (болезни верхних дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, эндокринной системы), нарушения иммунитета, психологические расстройства, болезни системы кровообращения, злокачественные новообразования и пр.
По мнению специалистов, чернобыльский "след" растянется, как минимум, на 70 лет и приведет к росту лейкозов, онкозаболеваний и увеличению бесплодия людей репродуктивного возраста.
Одной из серьезных проблем в области является загрязнение грунтовых вод . Проходя через неотработанные отходы, вода образует ядовитый фильтрат, в состав которого входят остатки разлагающейся органики, различные красители, моющие средства , соли тяжелых металлов: железа, ртути, свинца и др.
Исследования показали, что высокое содержание в тульской воде железа, ее повышенная жесткость и наличие солей тяжелых металлов являются причинами нарушений работы почек, печени, щитовидной железы. Плохое качество воды увеличивает риск инфарктов, угнетает репродуктивную функцию организма.
В области прослеживается связь между повышенным содержанием марганца в атмосфере и ростом психических расстройств. Высокая концентрация фенола в атмосфере четко коррелирует с уровнем заболеваемости детского населения фарингитами, бронхитами .
С ростом парка автомобилей постоянно растет объем выбросов в атмосферу, составив в 1999 г. 40 % массы всех вредных выбросов в атмосферу. Опасной для здоровья населения составляющей выбросов от автотранспорта является не только свинец, окислы углерода и азота, углеводороды, но и бензапирен, который является сильным канцерогеном.
В области резко возрастает риск различных патологий у детей школьного возраста. Так, за время учебы в школе у детей в 3,5 раза ухудшается зрение, в 5 раз увеличивается заболеваемость пищеварительного тракта, в 8-9 раз - костно-мышечной системы. Уже в начальных классах у 40 % детей обнаруживаются признаки неврологических заболеваний, все больше детей страдают психическими расстройствами.
Исследования последних лет показали, что, несмотря на высокую напряженность экологической обстановки в Тульской области, ее можно стабилизировать и затем улучшить при увеличении затрат на природоохранные мероприятия. Большая работа в этом плане проводится администрацией области совместно с комитетом природных ресурсов Тульской области.
2. Ответьте на вопросы:
1. Чем обусловлена тяжелая экологическая обстановка в Тульском регионе?
2. Какова экологическая ситуация в Вашем районе, местности?
3. Какие предприятия влияют на экологическую обстановку в области?
4. Какие промышленные предприятия ухудшают окружающую среду местности, в которой Вы живете?
5. Воздух, каких районов области находится в наиболее загрязненном состоянии?
6. Каков "вклад" автомобильного транспорта в загрязнение атмосферы области?
7. Что является основным источником воды в Тульской области?
8. Какие районы области находятся в зонах катастрофического, чрезвычайно высокого и высокого уровней антропогенного химического загрязнения?
9. Какие районы Тульской области подверглись радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС в наибольшей степени?
10. Какова демографическая ситуация в Тульской области?
11. Как отразилось на здоровье людей радиоактивное загрязнение территории области?
Напишите отчет:
Указать номер лабораторной работы, тему, цели и оборудование
Дайте письменные ответы на вопросы
Сформулируйте и запишите общий вывод об экологической обстановке Тульской области
Лабораторная работа №9
«Создание искусственной экосистемы»
Цель : на примере искусственной экосистемы проследить изменения, происходящие под воздействием условий окружающей среды.
Методические указания:
Выполните задания и ответьте на вопросы:
1. Какие условия необходимо соблюдать при создании экосистемы аквариума?
2. Нарисуйте аквариум «вашей мечты».
3. Опишите аквариум как экосистему, с указанием абиотических, биотических факторов среды, компонентов экосистемы (продуценты, консументы, редуценты).
4. Составьте пищевые цепи в аквариуме.
5. Какие изменения могут произойти в аквариуме, если:
Падают прямые солнечные лучи;
В аквариуме обитает большое количество рыб.
Напишите отчет:
Указать номер лабораторной работы, тему, цели и оборудование
Выполните задания
Сформулируйте и запишите вывод о последствиях изменений в экосистемах
Материалы. Листья традесканции виргинской (Tradescantia virginica ), подсолнечника (Helianthus annuus ); тычинки из цветков мальвы (Malva sp .), зафиксированные в 90-96%-ном спирте; комплект постоянных микропрепаратов "Анатомия растений"; лактофенол, сернокислый анилин.
Для изучения растительных объектов с помощью светового микроскопа необходимо приготовить микропрепарат. Микропрепараты, не предназначенные для длительного хранения, называются временными . Изучаемый объект помещают на предметное стекло в каплю воды, глицерина, раствора, реактива или красителя и накрывают покровным стеклом. Такие препараты можно хранить в течение нескольких дней, поместив во влажную атмосферу.
Если объекты помещают в бальзам, глицерин с желатиной или целлоидин, препараты сохраняются годами и называются постоянными .
Некоторые растения или их органы (водоросли, споры, пыльца и др.) можно рассматривать под микроскопом целиком, без предварительного изготовления срезов. Такие препараты называются тотальными .
Однако число объектов, которые можно изучать на тотальных микропрепаратах невелико. Чаще приходится делать срезы органов, подлежащих изучению. Срезы изготавливают из свежих или фиксированных частей растений. Обычно для фиксации употребляют растворы спирта или формалина. Сделанные срезы должны быть очень тонкими и прозрачными. Различают следующие виды срезов: поперечный и продольный (радиальный , тангентальный , парадермальный ) (рис. 2, Б).
Поперечный срез проходит перпендикулярно оси органа и позволяет изучить строение органа в поперечном сечении.
Продольный радиальный срез проходит по радиусу оси органа и дает возможность изучить строение органа в продольном сечении.
Продольный тангентальный срез проходит перпендикулярно радиусу цилиндрической структуры, например, корня или стебля; в случае вторичных ксилемы и флоэмы проходит под прямым углом к сердцевинным лучам.
Парадермальный срез (греч. пара + дерма - кожа) - сечение, параллельное поверхности плоской структуры, например, листа (срез эпидермы листа).
Правила изготовления анатомических срезов
Для приготовления временных микропрепаратов необходимо иметь набор предметных и покровных стекол, препаровальные иглы, пипетку, безопасную бритву, скальпель, стеклянную палочку, фильтровальную бумагу, реактивы.
При изготовлении временных микропрепаратов необходимо соблюдать следующую последовательность операций:
Вымыть и тщательно вытереть предметное и покровное стекла. Чтобы не сломать очень хрупкое покровное стекло, надо поместить его в складку салфетки между большим и указательным пальцами правой руки и осторожно вытереть его круговыми движениями пальцев;
Нанести на предметное стекло пипеткой каплю жидкости (воды, глицерина, раствора, реактива или красителя);
Сделать срез изучаемого органа при помощи лезвия. Лезвие должно быть очень острым. Для изготовления срезов, мелкие объекты поместить между кусочками из сердцевины бузины или пенопласта (рис. 2, А). Лезвием выровнить верхнюю поверхность пенопласта вместе с объектом. Затем сделать тонкий срез, ведя лезвием к себе наискось одним плавным и быстрым движением. При этом объект держать строго вертикально, а лезвие - строго горизонтально. Обе руки должны быть совершенно свободны. Не следует ими опираться на стол или прижимать к груди (рис. 3). Сделать сразу несколько срезов. Лезвие и объект все время смачивать.
Выбрать самый тонкий срез, перенести его с помощью препаровальной иглы или тонкой кисточки в центр предметного стекла в каплю жидкости;
Закрыть срез покровным стеклом так, чтобы под него не попал воздух. Для этого покровное стекло взять двумя пальцами за грани и подвести под углом нижнюю грань к краю капли жидкости и плавно его опустить;
Если жидкости много, и она вытекает из-под покровного стекла, удалить ее при помощи фильтровальной бумаги. Если же под покровным стеклом остались места, заполненные воздухом, то добавить жидкость, поместив ее каплю рядом с краем покровного стекла, а с противоположной стороны фильтровальную бумагу.
Рис. 2. Закладка объекта в сердцевину бузины(А) и сечения цилиндрического органа (Б):
1 - поперечное, 2 - продольное радиальное, 3 - продольное тангентальное.
Рис. 3. Положение рук при изготовлении среза.
При необходимости окрашивания препарата реактивом воду из-под покровного стекла отсасывают с помощью фильтровальной бумаги, а капельку реактива наносят с противоположной стороны на край покровного стекла. Реактивами, часто используемыми при окраске растительных препаратов, являются такие:
Йод, растворенный в йодиде калия (для окрашивания крахмальных зерен);
Фуксин (для окрашивания цитоплазмы);
Гематоксилин (для окрашивания ядер);
Хлор-цинк-йод (для окрашивания целлюлозных клеточных оболочек);
Флороглюцин и соляная кислота (для окрашивания одревесневших оболочек);
Глицерин (для просветления препарата) и др.
Ход работы
Задание 1. Приготовить 2 тотальных микропрепарата пыльцы мальвы (Malva sp .): пыльца в воздухе (без покровного стекла) и в лактофеноле. Рассмотреть оба препарата при малом увеличении, отметив особенности сред, в которые помещены пыльцевые зерна. Исследовать строение пыльцы при большом увеличении микроскопа. Сделать рисунок.
Последовательность работы. На середину предметного стекла пипеткой нанести каплю спирта с пыльцой. После высыхания спирта, препарат положить на предметный столик микроскопа и рассмотреть пыльцевые зерна в окружении воздуха. Показатели преломления стекла, воздуха и пыльцы существенно различаются. Поэтому в воздушной среде видны лишь грубые и сильно затемненные элементы структуры. Чтобы избежать не желательных оптических явлений, надо рассмотреть пыльцу в среде, показатель преломления которой близок к показателю преломления стекла. Такой средой служит лактофенол. Стеклянной палочкой на объект нанести каплю лактофенола, затем накрыть его покровным стеклом.
Готовый микропрепарат поместить на предметный столик и исследовать. При малом увеличении видны крупные шаровидные пыльцевые зерна с шиповидными выростами на поверхности (рис. 4). При большом увеличении и перемещении тубуса с помощью микрометренного винта пыльцевые зерна рассмотреть в разных плоскостях: то с поверхности, то в оптическом разрезе. На поверхности пыльцевого зерна хорошо видны выросты стенки. Ближе к периферии они кажутся удлиненными и заостренными, ближе к центру - более шаровидными, а в проекции они имеют вид небольших окружностей. Кроме выростов, на поверхности расположены ростковые поры, через которые в период прорастания пыльцы выходят пыльцевые трубки.
Слегка опустить тубус с помощью микрометренного винта и рассмотреть густое темное внутреннее содержимое (которое отстало от стенки вследствие обезвоживания его спиртом) и две стенки: внутреннюю тонкую - интину и наружную толстую с шаровидными выростами - экзину . После детального исследования при большом увеличении зарисовать одно пыльцевое зерно и обозначить экзину, шиповидные выросты, ростковую пору, интину, внутреннее содержимое.
Рис. 4. Пыльцевое зерно мальвы (Malva sp .) (часть зерна в оптическом разрезе):
1 - экзина, 2 - шиповидный вырост, 3 - ростковая пора (вид сверху), 4 - ростковая пора (вид сбоку), 5 - интина, 6 - внутреннее содержимое.
Задание 2. Приготовить временный препарат парадермального среза эпидермы с нижней стороны листа традесканции виргинской (Tradescantia virginica ) в капле воды, и рассмотреть его под микроскопом.
Последовательность работы. Для изготовления препарата лист традесканции обвернуть вокруг указательного пальца левой руки так, чтобы нижняя сторона фиолетового цвета была обращена наружу. Правой рукой при помощи препаровальной иглы надорвать эпидерму над средней жилкой в средней части листа и пинцетом снять ее кусочек. При этом невольно захватывается и часть мякоти листа (мезофилла), но обычно можно найти тонкий участок на периферии, состоящий из одного ряда клеток эпидермы. Сорванный кусочек положить на предметное стекло в каплю воды наружной стороной вверх и накрыть покровным стеклом. При малом увеличении рассмотреть вытянутые клетки в виде шестиугольников, бесцветные или окрашенные в бледно-фиолетовый цвет благодаря присутствию в вакуолях пигмента антоциана.
Задание 3. Научиться изготовлять разные виды срезов (поперечный, продольный радиальный, продольный тангентальный) из стебля подсолнечника (Helianthus annuus ) и делать из них микропрепараты. Рассмотреть их под микроскопом.
Последовательность работы. Свежесрезанные или фиксированные междоузлия стебля (длиной 2 - 3 см, толщиной 7- 8 мм) разрезать вдоль на 2 части. Невооруженным глазом или с помощью лупы на поперечном сечении стебля можно выделить две зоны: наружную - неоднородную, состоящую преимущественно из плотно сомкнутых клеток, и внутреннюю - рыхлую, построенную однородно.
Поперечные срезы. С выровненной поверхности одной из половинок сделать лезвием несколько поперечных срезов. Эти срезы должны захватить как периферическую часть, так и часть рыхлой сердцевины. С помощью препаровальной иглы или кисточки срез поместить в центр предметного стекла, окрасить его раствором сернокислого анилина, накрыть покровным стеклом и рассмотреть под микроскопом.
Продольные срезы. Для изготовления продольного радиального среза разрезать вдоль кусочек стебля подсолнечника так, чтобы разрез прошел через середину одного из крупных пучков, и с полученного радиального разреза сделать лезвием несколько тонких срезов. Срез поместить на предметное стекло, окрасить сернокислым анилином, накрыть покровным стеклом и рассмотреть под микроскопом.
Для изготовления продольного тангентального среза разрезать кусочек стебля подсолнечника перпендикулярно радиусу стебля, так чтобы он проходил под прямым углом к сердцевинным лучам. Произвести его окрашивание сернокислым анилином.
Одревесневшие оболочки клеток окрасятся в лимонно-желтый цвет.
Задание 4. Рассмотреть несколько постоянных микропрепаратов из комплекта "Анатомия растений". Сравнить временные и постоянные микропрепараты стебля подсолнечника.
