Лекция 5. ПОВЕДЕНИЕ ТОКСИКАНТОВ В ПРИРОДНЫХ СРЕДАХ И ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ. МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ТОКСИКАНТОВ. - презентация

1 Лекция 5. ПОВЕДЕНИЕ ТОКСИКАНТОВ В ПРИРОДНЫХ СРЕДАХ И ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ. МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ТОКСИКАНТОВ.

2 Вопросы: 1. Факторы опасности пестицидов. 2. Общий характер поведения токсикантов в окружающей среде. 3. Особенность поведения токсикантов в почве. 4. Механизм действия токсикантов : а) метаболические превращения. а) метаболические превращения. б) окисление, восстановление, дегидрохлорирование. б) окисление, восстановление, дегидрохлорирование. в) конъюгированные. в) конъюгированные. 5. Механизмы устойчивости (сопротивляемости) у растений.

3 1. Факторы опасности токсикантов рассеивание; рассеивание; биотрансформация; биотрансформация; перенос на большие расстояния; перенос на большие расстояния; биоаккумуляция; биоаккумуляция; миграция; миграция; гидролиз. гидролиз. В окружающей среде токсиканты подвергаются различным изменениям:

4 При этом степень опасности определяется рядом факторов, которые можно разде­лить на 4 группы: к 1 группе относят факторы, обусловленные свойствами загрязняющего вещества (элемента), такими как персистентность, растворимость, летучесть, способность сорбироваться почвой, мигрировать по профилю и т.д. к 1 группе относят факторы, обусловленные свойствами загрязняющего вещества (элемента), такими как персистентность, растворимость, летучесть, способность сорбироваться почвой, мигрировать по профилю и т.д. 2 группа характеризует территорию местности: площадь, вид и свойства почвы (тип, влагоемкость, рН, способность к самоочищению), покрытие растительностью, систему обработки, рельеф местности и др. 2 группа характеризует территорию местности: площадь, вид и свойства почвы (тип, влагоемкость, рН, способность к самоочищению), покрытие растительностью, систему обработки, рельеф местности и др. 3 группа - климатические условия, влияющие на скорость разложения: наличие и величина осадков (снег, дождь), время и условия их выпадения. 3 группа - климатические условия, влияющие на скорость разложения: наличие и величина осадков (снег, дождь), время и условия их выпадения. к 4 группе (применительно к пестицидам) относят способ применения, объем, нагрузку на 1 га и уровень содержания в почве, кратность внесения и в связи с этим возможность накопления. к 4 группе (применительно к пестицидам) относят способ применения, объем, нагрузку на 1 га и уровень содержания в почве, кратность внесения и в связи с этим возможность накопления.

5 Отмечая общий характер поведения токсикантов в окружающей среде, следует отметить особенности их поведения в зависимости от места нахождения (воздух, вода, почва). 2. Общий характер поведения токсикантов в окружающей среде.

6 Воздушное (аэрозольное) загрязнение зависит от : Скорость потока воздуха Турбулентность (смешивание) воздушных масс Направление ветра Роза ветров Фотохимический эффект

7 Водная среда - важный фактор в транспорте токсикантов. Поступление токсикантов в поверхностные воды Промышленныеотходы Случайные смывы Грязевыепотоки

8 8 Устрица Crassostrea virginica накапливает в своем организме ДДТ в концентрациях, превышающих содержание его в воде в раз. Разложение токсикантов в водной среде Фотолиз рН среды UV – радиация Факторы, влияющие на разложение токсикантов в воде Креветки накапливает в своем организме кадмий в концентрациях, превышающих содержание его в воде в 154 раза Превышение концентрации ТМ в моллюсках, водорослях и губках составляет – раз Особенность поведения токсикантов в водной среде заключается в их спо­ собности к высокой биоаккумуляции.

9 Поступление токсикантов в почву Полив Непосредственное внесение внесение Осадки Почва

10 Здесь они испытывают ряд превращений (рис.), определяющихся следую­щими факторами: летучесть; летучесть; выщелачивание; выщелачивание; влажность почвы; влажность почвы; температура; температура; фоторазложение; фоторазложение; микробный распад; микробный распад; тип почвы. тип почвы.

11 Превращение токсикантов в почве (на примере ТМ) Почвенный раствор Органические и неорганические ионы и комплексы Адсорбция Осаждение в виде кристаллических минералов Атмосферные осадки Разложение этих объектов Включение в микробиологические объекты Ограниченно растворимые и нерастворимые комплексы Поглощение растениями Разложение растительных остатков Основная роль в деградации токсикантов принадлежит микробной компо­ненте почвы, т.е. именно биологическая активность почв определяет ее само­очищающую способность.

12 3. Особенность поведения токсикантов в почве Период полу удаления ТМ из почв Zn - от 70 до 510 лет; Zn - от 70 до 510 лет; -"-Cd -от 13 до 1100 лет; -"-Cd -от 13 до 1100 лет; -"- Си - от 310 до 1500 лет; -"- Си - от 310 до 1500 лет; -"- РЬ - от 740 до 5900 лет. -"- РЬ - от 740 до 5900 лет. Одна из особенностей поведения токсикантов в почве - исключительно дли­тельное пребывание их в этой среде.

13 Компонентами почв, участвующими в сорбции ТМ, являются: оксиды, главным образом, железо и марганец и в меньшей степени алюминий и кремний; оксиды, главным образом, железо и марганец и в меньшей степени алюминий и кремний; органические вещества и живые организмы; органические вещества и живые организмы; карбонаты, фосфаты, фосфиды и основные соли; карбонаты, фосфаты, фосфиды и основные соли; глины. глины.

14 Накопление токсичных веществ (например, ТМ) характеризуется коэффи­ циентом загрязнения: отношение содержания вещества (элемента) в почве к фоновой концентрации данного вещества (элемента). Из почвы токсиканты поступают в растения, вызывая их загрязнения. Активность накопления веществ (элементов) в растительных организмах характеризуется коэффициентом биологического поглощения (КБП) или транслокационным показателем - отношение содержания веществ в растении к концентрации его в почве. У некоторых растений выявлена способность к биоконцентрированию. Так, морковь способна накапливать различные минеральные и органические соединения, в част­ности, различные пестициды (например, ДДТ). Дождевые черви могут накапливать ДДТ в концентрации, во много десятков раз превышающей содержание его в гумусе, которым питаются эти черви. Эту особенность необходимо учитывать при вермикультивировании и использовании биогумуса. Соединения ртути не обладают канцерогенным и мутагенным действием, однако в связи со способностью Нg проникать через плаценту известны многочисленные случаи эмбриотоксического эффекта.

15 4. Механизм действия токсикантов SO 2 и HSO 3 - очень опасные и агрессивные молекулы, так как: При реакции взаимодействия альдегидов и кетонов образуется гидрокси сульфоновая кислота, которая ингибирует многие ферменты. При реакции взаимодействия альдегидов и кетонов образуется гидрокси сульфоновая кислота, которая ингибирует многие ферменты. При реакции взаимодействия олефинов (ненасыщенные углеводороды, имеющие одну двойную связь С=С (этилен - СН 2 =СН 2 ), образуется сульфоновая кислота, при этом разрушается ее двойная связь. При реакции взаимодействия олефинов (ненасыщенные углеводороды, имеющие одну двойную связь С=С (этилен - СН 2 =СН 2 ), образуется сульфоновая кислота, при этом разрушается ее двойная связь. При реакции взаимодействия пиримидинов образуется дигидросульфоновая кислота, при этом разрушаются SS мостики. При реакции взаимодействия пиримидинов образуется дигидросульфоновая кислота, при этом разрушаются SS мостики.

16 Защитные реакции растения на действие токсикантов выведение чужеродного вещества из организма в неизменном виде; выведение чужеродного вещества из организма в неизменном виде; отложение (депонирование) в тканях; отложение (депонирование) в тканях; разрушение яда до более простых веществ с последующим выведением их или включением в общие процессы метаболизма. разрушение яда до более простых веществ с последующим выведением их или включением в общие процессы метаболизма.

17 Выведение яда из организма млекопитающих с экскрементами; с экскрементами; в процессе рвотного акта; в процессе рвотного акта; с грудным молоком. с грудным молоком.

18 Депонирование токсичного вещества приводит к временной локализации яда в тканях (например, в липидах). Депонирование токсичного вещества приводит к временной локализации яда в тканях (например, в липидах). При поступлении в организм токсичные вещества могут в абсорбироваться, аккумулироваться тканях и органах растений. Пути биоаккумуляции включают: биоконцентрирование; биоконцентрирование; биомагнификацию; биомагнификацию; экологическую магнификацию. экологическую магнификацию.

19 Биоконцентрирование - это накопление веществ внешней поверхностью тела и органами дыхания, исключая желудочно- кишечный тракт. Биоконцентрирование - это накопление веществ внешней поверхностью тела и органами дыхания, исключая желудочно- кишечный тракт. Биомагнификация заключается в накоплении веществ в организме прямым путем питания. Биомагнификация заключается в накоплении веществ в организме прямым путем питания. Экологическая магнификация - это накопление веществ посредством пищевых цепей. Экологическая магнификация - это накопление веществ посредством пищевых цепей.

20 Метаболические превращения включают процессы гидролиза, окисления, восстановления и дегидрохлорирования, способствующие появлению групп, повышающих полярность молекул. Гидролиз Химический Энзиматический Выход продуктов: амины, двуокись углерода (СО 2 ), спирты фенолы При гидролизе липофильные вещества превращаются в гидрофильные, что меняет поведение ядов в организме.

21 Окисление токсикантов, обычно связанно с ферментативной активностью оксидаз Реакции окисления включают: гидроксилирование ароматических колец или эпоксидацию; гидроксилирование ароматических колец или эпоксидацию; О-деалкилирование; О-деалкилирование; N-метилгидроксилирование; N-метилгидроксилирование; N-деалкилирование; N-деалкилирование; гидроксилирование с последующим окислением алифатических боковых цепей; гидроксилирование с последующим окислением алифатических боковых цепей; окисление тиоэфира до окиси сернистого алкила и сульфонов. окисление тиоэфира до окиси сернистого алкила и сульфонов.

22 Реакция конъюгированная представляет собой процесс взаимодействия токсичных веществ с эндогенными химическими соединениями, в результате которого образуются вещества - конъюгаты, как правило, более полярные, более подвижные и менее токсичные. Среди таких реакций различают: ацетилирование; ацетилирование; образование сульфатов; образование сульфатов; взаимодействие с аминокислотами, глюкозой и глутатионом; взаимодействие с аминокислотами, глюкозой и глутатионом; О- и S-метилирование. О- и S-метилирование.

23 5. Механизмы устойчивости (сопротивляемости) у растений Факторы сопротивляемости растений к токсикантам Внешние Внутренние Низкая растворимость и низкая подвижность катионов в окружающей корень среде; антагонизм ионов. селективное поглощение ионов; пониженная проницаемость мембран; иммобилизация ионов в корнях, листьях и семенах; удаление ионов из метаболических процессов путем отложения (образование запасов) в фиксированных или нерастворимых формах в различных органах и органеллах; удаление ионов из растений путем соковыделения, сбрасывания листьев; выделение через корни; вымывание из листьев; изменение характера метаболизма; увеличение антагонистических метаболитов.

24 Взаимодействие между макро- и микроэлементами в растениях Элемент Антагонизм с микроэлементами Синергизм Са AI, Zn, B, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cs, Cu, F, Fe, Li, Mn, Ni, Pb, Sr, Zn Cu,Mn, Zn МgМgAI, Ba, Be, Cr, Mn, F, Zn,AI, Zn Р AI, Se, As, B, Si, Sr, Be, Cd, Cr, Cu, F Zn, Fe, Hg, Mo, Mn, Ni, Pb, Rb, Se AI, B, Cu, F, Fe, Mo, Mn, Zn КAI, B, Hg, Cd, Cr, F, Mo, Mn, Rb SAs, Ba, Fe, Mo, Rb, SeFe NB, F, CuB, Cu, Fe, Mo CIBr, I-

25 Благодарю за внимание!