Таблица 2
Содержание металлов в водотоках г. Уссурийска (мг/л), п=6, осень, 2019 г.
|
\ПДК, ^мг/л |
Zn |
Си |
N1 |
Сй |
РЬ |
Ре |
|
|
станциИ\ |
1,0 |
0,1 |
0,1 |
0,01 |
0,1 |
0,3 |
|
|
1 |
0.0096 |
0.0016 |
0.0020 |
0.0010 |
0.0009 |
0.39 |
|
|
0.002 |
0.00062 |
0.00059 |
0.00026 |
0.00032 |
0.04 |
||
|
2 |
0.0105 |
0.0081 |
0.0019 |
0.0002 |
0.0014 |
0.40 |
|
|
0.005 |
0.0032 |
0.00057 |
0.00005 |
0.0005 |
0.03 |
||
|
3 |
0.0110 |
0.0132 |
0,0042 |
0.0001 |
0.0012 |
0.55 |
|
|
0.004 |
0.00053 |
0,00125 |
0.00014 |
0.00035 |
0.04 |
||
|
4 |
0.0145 |
0,0017 |
0.0012 |
0.0006 |
0.0013 |
1.10 |
|
|
0.005 |
0.00068 |
0.00037 |
0.00002 |
0.00035 |
0.05 |
||
|
5 |
0.0082 |
0.0025 |
0.0024 |
0.0001 |
0.0032 |
0.27 |
|
|
0.003 |
0.001 |
0.00071 |
0.00009 |
0.00214 |
0.02 |
||
|
6 |
0.0115 |
0.0018 |
0.0007 |
0.0003 |
0.0061 |
0.64 |
|
|
0.004 |
0.00074 |
0.00022 |
0.00004 |
0.0011 |
0.07 |
Обучающиеся обработали материал, освоили методику определения содержания металлов в пресной воде, составили сводную таблицу, презентацию к докладу на конференцию.
Исследование речной воды на содержание тяжелых металлов показало их высокие концентрации в реках Комаровка и Раковка в центре города (станции № 2 и № 4) и в р. Раздольная после очистных сооружений канализации МУП «Уссурийск-водоканал» (станция № 6).
Превышение предельно допустимых концентраций наблюдалось только для железа. Присутствие в природной воде повышенной концентрации железа - распространенное явление, которое затрудняет ее использование как в быту, так и в промышленности.
Школьники сделали выводы: высокое содержание тяжелых металлов наблюдается в р. Комаровка и р. Раковка в центре города и в р. Раздольная после очистных сооружений канализации; превышение предельно допустимых концентраций наблюдалось только для железа. Гипотеза подтвердилась частично.
Проектная деятельность реально формирует у обучающихся умение самостоятельного конструирования работы, расширяет представление о предметных областях, дает возможность увидеть и осмыслить межпредметные связи учебных дисциплин, стимулирует мотивацию к обучению.
Второй проект был организован в рамках нашего исследования и выполнен учащимися 9-го класса МБОУ СОШ № 11 г. Уссурийска под руководством студентки Школы педагогики (профиль «Биология и химия) по теме «Цитогенетическая активность воды из водотока г. Уссурийска на тест-системе сои» [5].
Для привлечения обучающихся к выполнению проектов по генетике была проведена лекция-беседа с элементами визуализации на инновационной площадке для учеников с 9-го по 11-й класс по теме «Мутации, их скрининг и мониторинг» [6]. Из присутствовавших на лекции несколько человек заинтересовались работой в проектах по генетике.
Целью проектной работы была оценка на тест-системе «Соматический мозаицизм сои» цитогенетической активности воды из р. Комаровки после слияния с р. Раковкой. В обеспечение цели решали следующие задачи: изучение литературы по теме «Генетические тест-системы»; подготовка проб воды и растений для исследования; оценивание с помощью тест-системы «Соматический мозаицизм сои» цитогенетическую активность воды.
Была сформулирована гипотеза: в г. Уссурийске степень загрязненности водоемов способна вызвать цитогенетические нарушения. Генетический мониторинг является удобной системой контроля за уровнем генетической опасности для экосистем. Генетическое тестирование мутагенности компонентов среды осуществляется путем тестирования отобранных образцов в лабораторных условиях [7].
План реализации исследовательского проекта по теме «Цитогенетическая активность воды из водотока г. Уссурийска на тест-системе сои» включал следующие этапы: первый этап включал в себя подбор и изучение литературы в соответствии с темой проекта; вторым этапом стало знакомство с методикой выполнения исследования и ее освоение: изучались принципы использования тест-системы «Соматический мозаицизм сои», механизмы возникновения пятен; на третьем этапе состоялась закладка эксперимента (взятие пробы воды, подготовка и посадка семян); четвертым этапом стала обработка результатов; пятый этап заключался в подготовке проекта к защите на VI Региональной научно-практической конференции для старшеклассников и первокурсников; последний этап - рефлексия (самооценка и оценка результатов и процесса проведения исследования).
Работа над проектом началась с подбора литературы по генетике, в частности по мутагенезу, которую необходимо было изучить. Перед началом исследования нами были подробно объяснены методика использования выбранной тест-системы и генетические механизмы возникновения пятен на листьях сои [5]. Для определения генотоксического действия проб воды из водотоков используют тест-системы, направленные на учет различных типов генетических нарушений, что доказывает связь между цитогенетической активностью речной воды из водотоков в центре города с загрязнением тяжелыми металлами [8].
В качестве места для взятия пробы воды для анализа был выбран пункт р. Комаровка (Приморский край), который подвержен техногенному прессу. Подготовка семян сои тесторной линии заключалась в замачивании их в тестируемой воде и в дистиллированной воде (это контроль) на 24 часа. Затем следовали посадка и выращивание растений в течение 4-5 недель до раскрытия второго сложного листа.
В ходе обработки результатов определены возможные генетические механизмы образования пятен на листьях растений сои разных генотипов (табл. 3).
Таблица 3
Индукция соматического мозаицизма на листьях сои под действием проб воды из р. Комаровки (Приморский край)
|
Эффект появления пятен на листьях растений сои |
Возможный механизм |
|||||
|
Упуп |
УпУп |
У11У11 |
||||
|
Темно зеленые пятна |
Желтые пятна |
Двойные пятна |
Светлозеленые пятна |
Светлозеленые пятна |
||
|
Октябрь, 2019 |
||||||
|
- |
+ |
+ |
+ |
+ |
СК, ХА, АП, |
|
|
ТМ, хл. ДНК |
Примечание: «+» - более чем трехкратная индукция; «+» - индукция слабая; «-» - нет эффекта; АП - анеуплоидия; СК - соматический кроссинговер; ТМ - точковые мутации; ХА - хромосомные аберрации; хл. ДНК - изменения в хлоропластной ДНК.
Результаты показали трехкратное увеличение частоты пятен по сравнению с контролем. Проба индуцирует все типы пятен, кроме темно-зеленых пятен у светло-зеленых растений, что говорит о широком спектре нарушений, таких как: соматический кроссинговер, хромосомные аберрации, анеуплоидия, точковые мутации, изменения в хлоропластной ДНК.
Проделанная работа позволяет установить цитогенетическую активность воды из водотока г. Уссурийска (р. Комаровка после слияния с р. Раковкой) в октябре 2019 г. [6]. В результате выполнения проектной работы были сделаны следующие выводы.
1. Проведен анализ литературы по теме «Г енетические тест-системы».
2.. Подготовлены проба воды и растительные объекты для исследования на мутагенность.
3. Установлена цитогенетическая активность воды из водотока г. Уссурийска в октябре 2019 г.
4. Выявлено, что тестируемая вода индуцирует цитогенетические нарушения, что подтверждает воздействие загрязнений.
Далее следовала подготовка обучающихся к выступлению на научно-практической конференции. Подготовка включала написание тезисов, текста выступления и создание слайд- презентации. Итоги исследовательских проектов были представлены на VI Региональной научно-практической конференции для старшеклассников и первокурсников «Первые шаги в науку». По итогам конференции школьники заняли призовые места и награждены дипломами. В ходе рефлексии каждый участник и руководитель проектов дал оценку совместной деятельности и выделил основные трудности, которые возникли на этапах при реализации проекта.
Выводы
Таким образом, была разработана и апробирована методика проведения исследовательских проектов с региональным компонентом на примере проектов «Тяжёлые металлы в водной среде» и «Цитогенетическая активность воды из водотока г. Уссурийска на тест-системе сои» для обучающихся средних общеобразовательных школ.
В ходе выполнения проектных работ учащиеся вовлекаются в активный познавательный научноисследовательский процесс. Студенты - руководители проектов получают опыт реализации методики исследовательских проектов, результаты их деятельности вносятся в выпускные квалификационные работы. Совместная деятельность преподавателей, студентов, учителей и обучающих средних школ в реализации проектов показывает результативность данной работы.
Список литературы
1. Полат Е.С., Бухаркина М.Ю. Современные педагогические и информац.технологии в системе образования. М.: Академия, 2010. 368 с.
2. Баженова К.А., Аронов А.М. Организация учебно-исследовательской деятельности школьников. Национальный книжный центр, 2016. 128 с.
3. Глушенков О.В. Организация исследовательской и проектной деятельности в школе. М.: Школьные технологии, 2017. 112 с.
4. Сульдина Т.И. Проектная деятельность в преподавании химии // Электронный научнообразовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2017. Т 19 (10). С.21-27.
5. Савченко Н.В. Цитогенетическое исследование водотоков в проектной деятельности по биологии в средней школе // Актуальные проблемы психолого-педагогических, социальногуманитарных и естественных наук:материалы студенческой научно-практической конференции Школы педагогики ДВФУ (г. Уссурийск, 29 апреля 2020 г.). Филиал ДВФУ в г. Уссурийске (Школа педагогики). Владивосток: ДВФУ, 2020. С. 296-301.
6. Быковская Н.В., Савченко Н.В. Методическое сопровождение лекции «Мутации, их скрининг и мониторинг» во внеурочной деятельности по биологии // Животный и растительный мир Дальнего Востока. Владивосток: ДВФУ, 2019. Вып. 32. С. 51-54.
7. Vig B.K. Soybean (Glycine max (L.) merrill) as a short-term assay for study of environmental mutagens: A report of the U. S. Environmental Protection Agency Gene-Tox Program. Mutation Research. 1982. Vol. 99. P. 339-347.
8. Быковская Н.В., Шишлова М.А., Шишлова Т.М. Использование растительной генетич. тест-системы сои для оценки состояния водотоков урбанизир. территорий // Успехи совр. естествознания. 2020. № 4. С. 68-72.