Как провести оценку нарушения процессов роста на примере растительных объектов (например, колеоптилей злаковых культур) в рамках физиологического подхода биотестирования.
Оценка ПО РОСТОВЫМ СВОЙСТВАМ ОТРЕЗКОВ КОЛЕОПТИЛЕЙ ЗЛАКОВЫХ
Отрезки колеоптилей* злаковых получают из трехсуточных этиолированных проростков, отсекая на расстоянии 3 — 5 мм ниже верхушки проростка с помощью специального ножа (или лезвия) одинаковые по длине отрезки 4 мм. Отрезки помещают в испытываемую среду. В водной среде в течение нескольких часов происходит рост отрезков колеоптиля благодаря растяжению — продольному смещению целлюлозных микрофибрилл под действием давления в вакуолях клеток. Во время взаимного продольного давления микрофибрилл происходит разрыв поперечных полисахаридных сшивок между ними. Микрофибриллы помещены в связующее пектиновое вещество в клетке, которое создает высокую вязкость, препятствующую свободному перемещению микрофибрилл относительно друг друга. Способность их к разрыву проявляется в начальный период (несколько часов) пребывания отрезков колеоптилей в испытуемой среде. Затем происходит перестройка полисахаридных связей за счет синтеза целлюлозы и новых полисахаридов.
На верхнем рисунке показан рост растяжением декапитированного (декапитация – удаление верхушки) колеоптиля (для справки мезокотиль)
На нижнем рисунке клетка до (слева) и после (справа) окончания роста растяжением: клеточное ядро – черным цветом, цитоплазма серая, вакуоли белого цвета.
Скорость роста растяжением отрезков колеоптилей пропорциональна величине тургорного давления и относительному времени нахождения полисахаридных сшивок в разомкнутом состоянии.
где l – размер отрезка колеоптиля в конце опыта, мм;
kэф – эффективная константа скорости прироста отрезков колеоптилей,
t – время нахождения отрезка в испытуемом веществе.
Оценка степени загрязнения воды и почвы тяжелыми металлами по отрезкам колеоптилей
Тип одновалентных анионов не влияет на ростовые свойства отрезков колеоптилей. Замена одновалентного аниона на двухвалентный приводит к возрастанию токсичности. Токсичность сульфатов возрастает в ряду K2SO4; CoSO4; CuSO4; NiSO4; CdSO4 в соотношении 1:11:53:54: 55. Для свинца и цинка сравнение должно проводиться относительно нитрата калия.
Методические подходы биоиндикации качества атмосферного воздуха с помощью голосеменных. Оценочная шкала. Принцип метода. Индекс чистоты атмосферы. Особенности использования сосны для оценки радиационного воздействия на экосистему.
СОСНА В КАЧЕСТВЕ ТЕСТ-ОБЪЕКТА
Сосна по радиочувствительности близка к человеку (LD50=20 Гр), поэтому она является одним из основных природных тест-систем в радиоэкологических исследованиях.
Радиационные эффекты оцениваются по следующим критериям:
гибель и восстановление деревьев
сроки восстановления
морфологические изменения хвои и побегов
количественные характеристики (радиальный и вертикальный прирост, масса и размер хвои и побегов)
репродуктивная способность оценивается по изменчивости семян
Известно, что чувствительность клеток прямо пропорциональна степени дифференциации меристематических тканей.
Именно поэтому при высоких дозах облучения наблюдается гибель верхушечных побегов и появление побегов из боковых почек, находящихся на ранних стадиях дифференциации. Более глубокие причины различий радиочувствительности меристемных тканей следует связать с биохимическими нарушениями в метаболизме клеток.
При радиоактивном облучении наблюдаются
•гибель почек, хвои, побегов
•торможение роста побегов и хвои
•двойной прирост в течение одного года вегетации
•неравномерный рост хвои на побегах
•укороченность побегов при интенсивном росте хвои («метлообразные» побеги)
•многопочечность (появление на побегах верхних мутовок до 30 почек вместо 5 – 6 в норме)
•нарушение ориентации хвои и побегов в пространстве (появление «мятой» хвои)
•искривление побегов
•изменение формы хвои
•появление гигантизма и карликовости побегов и хвои
Метод оценки качества воздуха
Принцип метода основан на использовании зависимости степени повреждения хвои (некрозов и усыхания) от загрязнения воздуха в районе произрастания сосны обыкновенной.
Выбирают сосенки высотой 1 – 1,5 м на открытой местности с 8 – 15 боковыми побегами.
•Выбирают участок со степенью вытоптанности 1 - 2. По степени вытоптанности участки подразделяют на:
1 – вытаптывания нет; 2 − вытаптаны тропы; 3 – нет ни травы, ни кустарников; 4 – осталось немного травы вокруг деревьев. При 3 и 4 степенях вытаптанности территории экспресс оценка воздушного загрязнения не возможна.
•У каждого дерева осматривают хвоинки предыдущего года (вторые сверху мутовки).
•Определяют продолжительность жизни хвои.
•Проводят оценку степени загрязнения воздуха по оценочной шкале, включающей возрастные характеристики хвои, а также классы повреждения хвои на побегах второго года жизни.
Оценочная шкала
Методы оценки изменения иммунологического гомеостаза под действием химических и радиационных факторов. Перечислить применяемые для анализа в данном подходе органы и ткани позвоночных и беспозвоночных животных.
Параметры иммунитета:
состав крови и гемолимфы,
наличие антител в жидкостях организма,
концентрация белков плазмы, перивисцеральной жидкости и гемолимфы,
динамика клеточного состава.
Обзор методов иммунологической оценки качества среды
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕЙКОЦИТАРНОЙ ФОРМУЛЫ КРОВИ
В качестве объектов исследования используют
лимфоидные органы и ткани - тимус, костный мозг, селезенку, лимфоузлы, клетки крови,
биологические жидкости - сыворотку крови, лимфу, секреты желез и слизистых оболочек организма.
Суть метода в установлении процентного соотношения клеток разных популяций в мазке, приготовленном из капли крови на предметном стекле.
Суммарное содержание лейкоцитов в крови определяется подсчетом клеток в определенном объеме в камере Горяева
РЕАКЦИЯ ГЕМАГГЛЮТИНАЦИИ
Принцип реакции гемагглютинации (РГА) основан на взаимодействии иммуноглобулинов с антителами, полученными против них, т.е. при взаимодействии эритроцитов и гемагглютининов в исследуемой жидкости происходит склеивание эритроцитов По результатам РГА судят о присутствии в исследуемой жидкости антител против поверхностных антигенов эритроцитов и говорят о титре антител — это последнее разведение исследуемой жидкости, при котором эритроциты склеиваются
МЕТОД ЭЛЕКТРОФОРЕЗА Принцип
1. Проводят электрофоретическое разделение смеси белков в забуференном агаровом геле
2. По направлению миграции белков вносят преципитирующую иммунную сыворотку
3. Антиген и антисыворотка диффундируют в геле навстречу друг другу
4. В месте их взаимодействия возникают дуги (линии) преципитации
5. Число, положение и форма этих линий дает представление о составе исходной смеси антигенов
Первый этап: электрофорез в агаровом геле материала, состоящего из смеси антигенов, а-б-в. Забуференный гель – белое поле; лунка с антигенами – черный цвет; разделенные фракции заштрихованы.
Второй этап: двойная диффузия с использованием подходящей иммунной сыворотки, А-Б-В. Получены дуги преципитации: антигена а с антителами А, антигена б с антителами Б, антигена в с антителами В
Основные клеточные популяции иммунной системы млекопитающих
1. Фагоцитирующие клетки обеспечивают захват и переваривание чужеродных или измененных собственных клеточных структур.
2. Т-лимфоциты регулируют взаимодействие клеток внутри системы, осуществляют распознавание и уничтожение генетически чужеродных и измененных клеток организма, дают сигнал В-лимфоцитам к продукции антител.
3. В-лимфоциты продуцируют антитела иммуноглобулиновой природы, которые нейтрализуют действие чужеродных агентов и блегчают фагоцитоз.
Фагоциты животных
У позвоночных нейтрофилы, эозинофилы, моноциты и макрофаги
У беспозвоночных гемоциты и амебоциты
При ухудшении условий среды обитания как в целомической жидкости беспозвоночных, так и в сыворотке крови позвоночных животных происходит нарастание фагоцитирующих клеток и, как следствие, антимикробных белков и катионных полипептидов, которые осуществляют нейтрализацию стресса или гибель внедрившихся чужеродных агентов
Суть иммунологических исследований
Изучение динамики реакций врожденного иммунитета у животных, например
1. определение концентрации гемоцитов и лизоцима,
2. обнаружение новых белков в сыворотке и целомической жидкости,
3. определение наличия специфических антител
Сравнение этих параметров с нормой позволяет сделать выводы об изменении условий среды обитания