Лекция 4. ВОЗДЕЙСТВИЕ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА ПОПУЛЯЦИИ И ЭКОСИСТЕМЫ. ОСНОВНЫЕ ТОКСИКАНТЫ В ПРИРОДНЫХ СРЕДАХ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ. - презентация

1 Лекция 4. ВОЗДЕЙСТВИЕ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА ПОПУЛЯЦИИ И ЭКОСИСТЕМЫ. ОСНОВНЫЕ ТОКСИКАНТЫ В ПРИРОДНЫХ СРЕДАХ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

2 1.Воздействие химических веществ на популяции и экосистемы 2. Основные токсиканты в природных средах и сельскохозяйственной продукции: а) ТМ; б) пестициды; в)радиоактивное загрязнение; г) микотоксины; д) бактерии и актиномицеты; е) нитраты; ж) консерванты, красители; з) лекарства.

3 Под влиянием токсикантов снижается видовое разнообразие за счет выпадения видов, наиболее чувствительных к загрязнению, что приводит к снижению устойчивости экосистем. Под влиянием токсикантов снижается видовое разнообразие за счет выпадения видов, наиболее чувствительных к загрязнению, что приводит к снижению устойчивости экосистем.

4 Например: под влиянием свинцового загрязнения резко сокращается разнотравье, а в составе фитоценоза доминантом становятся виды, наиболее устойчивые к этому виду токсиканта (ежа сборная, волоснец песчаный, гречиха сахалинская и др.). под влиянием свинцового загрязнения резко сокращается разнотравье, а в составе фитоценоза доминантом становятся виды, наиболее устойчивые к этому виду токсиканта (ежа сборная, волоснец песчаный, гречиха сахалинская и др.). у животных отмечаются случаи нарушения саморегуляции, пространственной ориентации, приводящей к возрастанию плотности популяции и в этой связи - к возникновению стрессового состояния. у животных отмечаются случаи нарушения саморегуляции, пространственной ориентации, приводящей к возрастанию плотности популяции и в этой связи - к возникновению стрессового состояния. резко возрастает смертность, как непосредственный результат стрессового состояния, а в природных условиях и как результат резко усилившейся миграции животных в новые местообитания, где выше риск по самым разнообразным причинам. резко возрастает смертность, как непосредственный результат стрессового состояния, а в природных условиях и как результат резко усилившейся миграции животных в новые местообитания, где выше риск по самым разнообразным причинам.

5 Схема возможных последствий воздействия химических продуктов на экосистемы Полное разрушение экосистем в результате выпадения целостной интактной структуры (биотопа) и ее функций (биоценоза). Пример: уничтожение мангровых лесов в результате применения гербицидов в качестве химического оружия во Вьетнамской войне. Глубокие изменения биотопа. Пример: засоление пресноводных биотопов; "современное ухудшение состояния лесов". Постоянное загрязнение биотопов. Пример: эвтрофикация рек и озер в результате попадания в них значительных количеств растворенных и связанных соединений азота и фосфора. Массированные загрязнения. Пример: загрязнение побережья и рек нефтью при авариях танкеров. Широко распространившееся изменение видового разнообразия организмов. Пример: использование пестицидов и удобрений в аграрных экосистемах. Направленное уничтожение отдельных видов растений и животных. экосистемах. Пример: альгицидные, фунгицидные, акарицидные, гербицидные, инсектицидные мероприятия, в особенности в урбанизированных экосистемах. Степень вредногодействияСтепень вредногодействия

6 2. Основные токсиканты в природных средах и сельскохозяйственной продукции К тяжелым металлам относятся химические элементы с атомной массой более 40 единиц или с плотностью более 5 г/см 3. К тяжелым металлам относятся химические элементы с атомной массой более 40 единиц или с плотностью более 5 г/см 3. а) Тяжелые металлы (ТМ)

7 Содержание микроэлементов в клеточных структурах растений ЭлементЦито- плазма ЯдраПласти- ды Мито- хондрии Цито- плазма ЯдраПласти- ды Мито- хондрии мг/сухого вещества%от общего содержания Клевер МnМn10,55,04,41, Fe6,214,710,03, Zn7,53,22,81, СuСu1,81,00,90, Пшеница МnМn12,57,510,55, Fe2,015,914,66, Zn5,12,02,51, СuСu1,51,00, Со0,60,10,30,

8 Прямое токсичное действие: - блокировка реакций с участием ферментов, - коагуляция белков, - снижение энергии фотосинтеза. 6СО Н 2 О С 6 Н 12 О 6 + 6Н 2 О + 6О 2 t ,8 ккал. свет 6СО Н 2 О С 6 Н 12 О 6 + 6Н 2 О + 6О 2 t ккал. свет Эффект прямого токсикоза Норма

9 Влияние ТМ (например, свинца) нарушается репродуктивная функция у актиномицетов; нарушается репродуктивная функция у актиномицетов; снижается нитрогеназная активность микроорганизмов, т.е. способность связывать атмосферный молекулярный азот; снижается нитрогеназная активность микроорганизмов, т.е. способность связывать атмосферный молекулярный азот; уменьшается биологическая активность почвы. уменьшается биологическая активность почвы.

10 Тяжелые металлы в почве С продуктами питания в организм человека поступает от 70 до 90% всех токсикантов. Период полуудаления ТМ из почвы варьирует в зависимости от вида металла: для Zn (цинк) от 70 до 510 лет; для Cd (кадмий) от 13 до 1100 лет; для Си (медь) от 310 до 1500 лет; для РЬ (свинец) от 740 до 5900 лет.

11 для свинца с 3,2 до 9,2%; для свинца с 3,2 до 9,2%; для цинка с 6,6 до 22%; для цинка с 6,6 до 22%; для меди с 9,8 до 22,8%. для меди с 9,8 до 22,8%. В кислой (как и в щелочной) среде подвижность ТМ, как правило, возрастает. Увеличение плотности почвы от 0,6-1,0 г/см 3 до 1,3-1,8 г/см 3 усиливает подвиж­ ность ТМ в несколько раз. Так, процент перехода в вытяжку 1,0 н. HNO 3 возрастает: Увеличение плотности почвы от 0,6-1,0 г/см 3 до 1,3-1,8 г/см 3 усиливает подвиж­ ность ТМ в несколько раз. Так, процент перехода в вытяжку 1,0 н. HNO 3 возрастает:

12 б) Пестициды. По данным ФАО, ежегодно в мире потери урожая от вредителей и болезней составляют примерно 35% урожая % погибает от насекомых, 13-14% погибает от насекомых, 12% обусловлено болезнетворными микроорганизмами, 12% обусловлено болезнетворными микроорганизмами, 8-9% снижается от сорняков. 8-9% снижается от сорняков.

13 Пестициды различаются по сферам применения: гербициды - против сорной растительности; гербициды - против сорной растительности; инсектициды - против насекомых-вредителей; инсектициды - против насекомых-вредителей; нематициды - токсичные для червей из класса нематод; нематициды - токсичные для червей из класса нематод; зооциды (родентициды) - против грызунов; зооциды (родентициды) - против грызунов; фунгициды - против грибковых заболеваний. фунгициды - против грибковых заболеваний.

14 Токсикологическая характеристика пестицидов нарушению сна и памяти; нарушению сна и памяти; раздражительности; раздражительности; трудности концентрации внимания. трудности концентрации внимания. Даже разовые контакты человека с некоторыми пестицидами ведут к:

15 Контакты с органофосфатными пестицидами приводят к: развитию депрессии; развитию депрессии; раздражительности; раздражительности; нарушению способности к абстрактному мышлению; нарушению способности к абстрактному мышлению; частичной потере памяти. частичной потере памяти.

16 Эффекты действия ДДТ: поражение нервной системы; поражение нервной системы; нарушение работы печени и желчных путей; нарушение работы печени и желчных путей; онкологические заболевания; онкологические заболевания; мутационные изменения; мутационные изменения; тератогенные эффекты. тератогенные эффекты.

17 в) радиоактивное загрязнение Под радиоактивностью понимают способность атомных ядер некоторых химических элементов и их изотопов (радионуклидов) самопроизвольно распадаться с испусканием характерного излучения: альфа (α)-, бета (β)-, гамма (γ)-, рентгеновское и нейтронное излучение. Под радиоактивностью понимают способность атомных ядер некоторых химических элементов и их изотопов (радионуклидов) самопроизвольно распадаться с испусканием характерного излучения: альфа (α)-, бета (β)-, гамма (γ)-, рентгеновское и нейтронное излучение.

18 Основные реакции, протекающие под действием облучения, связаны с радиолизом (распадом) воды, т.к. мягкие ткани организма состоят, главным образом, из воды. Основные реакции, протекающие под действием облучения, связаны с радиолизом (распадом) воды, т.к. мягкие ткани организма состоят, главным образом, из воды. Первичные действия облучения на организм человека могут появиться три вида нарушений: 1.раковые заболевания, 2.острый лучевой синдром, 3.генетические мутации у потомства.

19 Радионуклиды, попадающие в природную среду при работе АЭС или при испытании ядерного оружия, обычно встречаются либо в виде элементов, либо в виде оксидов. Наиболее опасные радиоактивные загрязнители - цезий-137 (Cs 137 ) и стронций-90 (Sr 90 ), которые имеют большой период полураспада (соответственно 30 и 28 лет), высокий коэффициент перехода из почвы в растение, интенсивное включение в биологические цепи.

20 Поведение радионуклидов в окружающей среде. Радиостронций накапливается, главным образом, в костях и молоке, радиоцезий - в мышечных тканях, а радиойод - в щитовидной железе. Радиостронций накапливается, главным образом, в костях и молоке, радиоцезий - в мышечных тканях, а радиойод - в щитовидной железе.

21 растениерастение Cs 137 (2 до 60%) Sr 90 (до 1%) атмосфераатмосфера

22 Деление территории сельскохозяйственного назначения по степени загрязнения На пахотных землях I зоны (плотность загрязнения менее 15 Ки/км 2 ) (кюри) выращивание картофеля, овощей и плодовых ведется без ограничений. Для заготовки сена и выпаса скота выделяются наименее загрязненные угодья. При этом особое внимание уделяется контролю содержания радионуклидов в молоке. Контроль растениеводческой продукции ведется выборочно.

23 Для получения экологически безопасной продукции во II зоне (плотность загрязнения от 15 до 40 Ки/км 2 ) необходимо ежегодно применять минеральные и органические удобрения в повышенных дозах. На сенокосах и пастбищах рекомендуется ежегодно вносить увеличенные в 1,5раза дозы фосфорных и калийных удобрений. Органические удобрения (навоз), полученные на этой территории, не должны применяться в I зоне. Сенокосы и пастбища до профилактики нельзя использовать для выпаса. Контроль за качеством продукции в этой зоне осуществляется на уровне текущего и предупредительного.

24 В III зоне (плотность загрязнения от 40 до 80 Ки/км 2 ) сельскохозяйственное производство строго регламентируется. Здесь могут выращиваться технические культуры или культуры семенного назначения, а также картофель, корнеплоды и кукуруза на корм скоту. Выпас животных на естественных неокультуренных пастбищах не допускается. В целях использования картофеля и овощей в пищу человеку выращивание их разрешается только с учетом данных радиоактивного контроля на конкретных участках.

25 В IV зоне (плотность более 80 Ки/км 2 ) ведение сельскохозяйственного производства запрещено. В IV зоне (плотность более 80 Ки/км 2 ) ведение сельскохозяйственного производства запрещено.

26 Мероприятия по снижению содержания радионуклидов в животноводческой и сельскохозяйственной продукции Для снижения содержания радионуклидов в животноводческой продукции необходимо переводить животных или птицу на чистые корма за 1,5-2 месяцев до убоя, использовать препараты, препятствующие или ограничивающие поступление токсикантов в продукцию. Для снижения содержания радионуклидов в животноводческой продукции необходимо переводить животных или птицу на чистые корма за 1,5-2 месяцев до убоя, использовать препараты, препятствующие или ограничивающие поступление токсикантов в продукцию. Использование кормов с повышенным содержанием щелочноземельных элементов (в том числе Са) снижает накопление Sr 90 в продукции, а добавки в рацион коров Nal в количестве 2 г уменьшает поступление I в молоко вдвое. Использование кормов с повышенным содержанием щелочноземельных элементов (в том числе Са) снижает накопление Sr 90 в продукции, а добавки в рацион коров Nal в количестве 2 г уменьшает поступление I в молоко вдвое. Существенное значение имеет и переработка продукции. Существенное значение имеет и переработка продукции. Промывка теплой питьевой водой сливок снижает содержание в них Sr 90 в раз. Промывка теплой питьевой водой сливок снижает содержание в них Sr 90 в раз.

27 При производстве сливочного масла уровень содержания радионуклидов снижается до % от их количества в молоке. При производстве сливочного масла уровень содержания радионуклидов снижается до % от их количества в молоке. В топленом сливочном масле содержание их снижается дополнительно на 10%. В топленом сливочном масле содержание их снижается дополнительно на 10%. Предварительное вымачивание мяса в пресной воде и далее 3-месячная выдержка продукта в 25%-м рассоле и последующая варка снижают содержание Cs 137 в мясе на 90%. Предварительное вымачивание мяса в пресной воде и далее 3-месячная выдержка продукта в 25%-м рассоле и последующая варка снижают содержание Cs 137 в мясе на 90%. При варке мяса в бульон переходит 70-80% Cs 137 и 0,04% Sr 90. При варке мяса в бульон переходит 70-80% Cs 137 и 0,04% Sr 90. Применение катионитов и анионитов снижает содержание радионуклидов в молоке на %. Применение катионитов и анионитов снижает содержание радионуклидов в молоке на %.

28 г) микотоксины Микотоксины - это низкомолекулярные соединения, метаболиты микроскопических токсиногенных грибов, относящихся к различным классам химических веществ Микотоксины - это низкомолекулярные соединения, метаболиты микроскопических токсиногенных грибов, относящихся к различным классам химических веществ Рис. Макроконидии гриба Fusarium graminearum

29 Поступление микотоксинов в организм человека при употреблении загрязненных продуктов питания растительного и животного происхождения, при употреблении загрязненных продуктов питания растительного и животного происхождения, при вдыхании зараженного воздуха, при вдыхании зараженного воздуха, а также посредством контакта с источником микотоксинов через кожные покровы. а также посредством контакта с источником микотоксинов через кожные покровы.

30 Пектиновые вещества фенолы меланины Влияние микотокиснов на сельскохозяйственные растения растения теряют тургор, растения теряют тургор, нарушается синтез хлорофилла, нарушается синтез хлорофилла, пептидаза ухудшаются обменные процессы, ухудшаются обменные процессы,

31 Влияние экологических факторов на рост токсинообразующих грибов и образование токсинов температура среды; температура среды; относительная влажность воздуха; относительная влажность воздуха; тип субстрата и его влажность; тип субстрата и его влажность; продолжительность хранения сельскохозяйственной продукции. продолжительность хранения сельскохозяйственной продукции.

32 Профилактика микотоксикозов Агротехнические мероприятия ранняя вспашка зяби; ранняя вспашка зяби; своевременное лущение стерни; своевременное лущение стерни; сжигание всего погибшего (пораженного) материала; сжигание всего погибшего (пораженного) материала; соблюдение севооборотов; соблюдение севооборотов; равномерное орошение посевов; равномерное орошение посевов; исключение сева в холодную влажную погоду; исключение сева в холодную влажную погоду; использование устойчивых сортов; использование устойчивых сортов; оберегание зерна от механических повреждений; оберегание зерна от механических повреждений; недопущение внесения чрезмерно высоких доз азотных удобрений; недопущение внесения чрезмерно высоких доз азотных удобрений; уборка урожая после полного созревания зерна и в сжатые сроки; уборка урожая после полного созревания зерна и в сжатые сроки; отказ от раздельной уборки в дождливую погоду. отказ от раздельной уборки в дождливую погоду.

33 Почвенно-экологические факторы сохранение гумуса в почве; сохранение гумуса в почве; ликвидация почвенной кислотности; ликвидация почвенной кислотности; недопущение переуплотнения почвы; недопущение переуплотнения почвы; оптимизация окислительно- восстановительных условий. оптимизация окислительно- восстановительных условий.

34 д) бактерии и актиномицеты как возможные токсиканты окружающей среды Влияние актиномицетов группы Niger отставание в росте; отставание в росте; снижение энергии прорастания; снижение энергии прорастания; уменьшение развития корневой системы. уменьшение развития корневой системы.

35 е) нитраты Ассимиляция нитратов в растениях осуществляется в три этапа: поступление нитрата в растительную клетку; поступление нитрата в растительную клетку; восстановление ионов NO 3 до аммиака; восстановление ионов NO 3 до аммиака; включение азота в восстановленной форме через кетокислоты в аминокислоты. включение азота в восстановленной форме через кетокислоты в аминокислоты.

36 Риск образования нитратов в продукции возрастал при: повышении температуры хранения с 10 до 35°С; повышении температуры хранения с 10 до 35°С; недостаточной аэрации складирования продукции; недостаточной аэрации складирования продукции; сильной загрязненности продукции; сильной загрязненности продукции; наличии механических повреждений; наличии механических повреждений; оттаивании свежезамороженных овощей в течение длительного времени при комнатной температуре. оттаивании свежезамороженных овощей в течение длительного времени при комнатной температуре.

37 ж) добавки к пищевым продуктам (красители, подсластители, вкусовые добавки, консерванты) красители; красители; отбеливающие вещества; отбеливающие вещества; консерванты; консерванты; средства, предотвращающие порчу фруктов; средства, предотвращающие порчу фруктов; антиоксиданты; антиоксиданты; подсластители; подсластители; антибиотики; антибиотики; нитрофураны; нитрофураны; гормональные препараты; гормональные препараты; сульфаниламины; сульфаниламины; регуляторы роста растений. регуляторы роста растений. Добавки к пищевым продуктам (контаминанты)

38 Цифровые индексы Е100-Е182красители; Е100-Е182красители; Е200-Е282консерванты; Е200-Е282консерванты; Е300-Е382антиокислители (антиоксиданты); Е300-Е382антиокислители (антиоксиданты); Е400-Е482стабилизаторы консистенции; Е400-Е482стабилизаторы консистенции; Е500-Е582эмульгаторы; Е500-Е582эмульгаторы; Е600-Е682усилители вкуса и аромата; Е600-Е682усилители вкуса и аромата; Е700-Е800запасные индексы; Е700-Е800запасные индексы; Е1000-Е1082 глазирующие агенты, подсластители, добавки, препятствующие слеживанию сахара, соли для обработки муки, крахмала и т.д. Е1000-Е1082 глазирующие агенты, подсластители, добавки, препятствующие слеживанию сахара, соли для обработки муки, крахмала и т.д.

39 Красители Е101 Рибофлавин; Е101 Рибофлавин; Е110 Желто-оранжевый; Е110 Желто-оранжевый; Е120 Кармин Е (в алкогольных напитках красный); Е120 Кармин Е (в алкогольных напитках красный); Е132 Индиготин (голубой); Е132 Индиготин (голубой); Е 133 Бриллиантовый голубой; Е 133 Бриллиантовый голубой; Е 140 Хлорофилл; Е 140 Хлорофилл; Е150 Лизамин зеленый; Е150 Лизамин зеленый; Е 151 Черный бриллиант; Е 151 Черный бриллиант; Е 154 Коричневый; Е 154 Коричневый; Е160а Каротин; Е160а Каротин; Е 163 Антоциан. Е 163 Антоциан.

40 Подсластители Применяются вместо сахара, обладают высоким подсластительным эффектом Применяются вместо сахара, обладают высоким подсластительным эффектом ВеществаЭффект подслащения (по отношению к сахару, раз) Год синтезирования Эффект воздействия на живые организмы Сахарин канцероген Цикламаты401937канцероген Аспартам Ацесульфам аллерген Тауматин * *Применяется в Японии с 1979 г. без ограничений.

41 Есть сведения о том, что "сладкие" вещества: связывают воду в прямой кишке; связывают воду в прямой кишке; разжижают стул; разжижают стул; повышают кровяное давление; повышают кровяное давление; влияют на обмен кальция; влияют на обмен кальция; модифицируют жизненные функции организма. модифицируют жизненные функции организма.

42 Антиоксиданты (L-аскорбиновая кислота (Е300) - нарушают обменные процессы в организме. Антиоксиданты (L-аскорбиновая кислота (Е300) - нарушают обменные процессы в организме. Эмульгаторы (лецитин (Е322), пищевая кислота (Е470) - токсикологическая оценка этих веществ проблематична. Эмульгаторы (лецитин (Е322), пищевая кислота (Е470) - токсикологическая оценка этих веществ проблематична. бензойная кислота (Е210-Е213) - Консерванты (сорбиновая кислота (Е200- Е203); бензойная кислота (Е210-Е213) - нарушают энзиматический аппарат блокируют каталазу и пероксидазу, нарушают клеточные мембраны.

43 з) лекарственные средства, применяемые в с.-х. как возможные контаминанты пищевых продуктов Особую опасность представляют такие вещества, как: антибиотики; антибиотики; гормоны; гормоны; сульфаниламиды; сульфаниламиды; нитрофураны. нитрофураны. Эти вещества могут вызывать аллергические реакции, дисбактериоз, подавлять ферменты, некоторые обладают мутагенным и канцерогенным действием.

44 Благодарю за внимание!