- AF CAROLINE-MARIE VANDT MADSEN OG KATRINE HULGARD, BIOLOGIFORMIDLING

Transkript

1 STRÅLINGSKADER - AF CAROLINE-MARIE VANDT MADSEN OG KATRINE HULGARD, BIOLOGIFORMIDLING BAGGRUND Alle levende organismer udsættes hele tiden for ioniserende stråling. Der er baggrundsstråling fra universet og stråling fra jorden samt radioaktive kilder på Jorden. Niveauet er dog så lavt, at de skader, som strålingen måtte medføre kan repareres af cellerne selv. Ioniserende stråling kaldes også radioaktiv stråling. Det er elektromagnetiske bølger eller meget små partikler, der har energi nok til at fjerne en elektron i et atom. På den måde opstår der en ion. Strålingen afsætter energi i vævet og dosis måles i enheden Gray (Gy). 1 Gy = 1 J/Kg. Et menneske på 80 kg, der bliver bestrålet med 160 J er blevet bestrålet med 2 Gy. Man beregner dosis (D) ud fra den afsatte energi i vævet (E) og massen (m) af vævet med formlen: D = E m Hvis det kun er en mindre del af en krop, der bestråles, så vil dosis være tilsvarende højere, fordi massen er mindre. I dette forsøg bruges frø, der er bestrålet. Et enkelt frø har en lille masse. Her er der brugt et mål for den absorberede dosis, som er angivet i kilorad. 1 rad = 0,01 Gy = 0,01 J/kg. 1 kilorad = 1000 rad, og 1 kilorad svarer derfor til 10 Gy. ORGANISMER OG FØLSOMHED Høje doser kan skade levende organismer. Strålingen skader nemlig kroppens celler. Ved meget høje doser, som følge af fx ulykker på atomkraftværker, får mennesker og dyr strålingssyge, mens planter går ud. Ved ubehandlet strålingssyge dør patienten med tiden pga. de skader, der er sket på cellerne. En dosis på over 5 Gy er dødelig pga. de effekter strålingen har på kroppen over tid. Stråling på over 20 Gy er dødelig på et par minutter til et par døgn, fordi centralnervesystemets celler ødelægges. Mindre doser kan også give skader på kroppens celler og kan fx medføre kræft. Ofte ser man ikke effekterne af mindre doser før efter lang tid. Kroppens forskellige væv har forskellig følsomhed over for stråling. De celler, der deler sig hurtigst i kroppen, er mest udsat. Cellerne i knoglemarven og tarmens slimhinde fornys hele tiden, og derfor er der større risiko for at udvikle kræft her som følge af stråling end fx i hjernen. Strålingsskader på kropsceller kaldes for somatiske strålingsskader. Figur 1. Blomst fra rapsplanten (Brassica rapa).

2 Pattedyrs, og dermed også menneskers, følsomhed over for stråling er anderledes end fx planter eller bakterier. Nogle bakterier kan tåle meget høje doser af stråling. Forskerne mener, at de simple bakterier kan tåle højere doser stråling, fordi bakterierne er mere simple end eukaryote celler. Der er simpelthen ikke så mange funktioner, der kan ødelægges i en bakteriecelle, som i en eukaryot celle. I dette forsøg er plantefrø (raps, Brassica rapa) blevet bestrålet med forskellige kilorad (helt op til 4000 kilorad), hvilket ville være dødeligt for mennesker. Plantefrø er mindre følsomme for ioniserende stråling end planter i vækst. EFFEKTEN PÅ CELLEN Cellekernen er særlig følsom for ioniserende stråling, der har så høj energi, at den kan ødelægge molekylerne i cellerne. Det betyder, at der kan opstå mutationer i DNA. Disse mutationer kan lede til ukontrolleret celledeling og dermed kræft hos mennesker. Høje doser af stråling giver nemlig mange skader på DNA et. Cellens reparationssystem p53 kommer derfor på overarbejde, og det betyder, at der kan opstå flere fejl og dermed mutationer. Det giver en øget risiko for udvikling af kræft. Hvis det skadede DNA er så ødelagt, at det ikke kan repareres, vil cellen dø. Strålingsskaderne kan også opstå i kønscellerne, og dermed bliver mutationerne arvelige. I forbindelse med ioniserende stråling kommer der radikaler i cellerne. Det er molekyler med en uparret elektron. Den frie elektron betyder, at molekylerne er meget reaktive, og de kan reagere med de molekyler, som de kommer i kontakt med i cellerne. Det betyder, at der kan dannes stoffer, som kan slå kroppens celler ihjel eller på anden måde ødelægge funktioner inde i cellen. Figur 2. Begge billeder viser raps, som er sået samtidig og har været udsat for de samme betingelser. Til venstre er planter, som stammer fra ubestrålede frø, til højre er planter, som stammer fra frø bestrålet med 500 kilorad.

3 KOBOLT 60 Kobolt 60 er en stærkt radioaktiv isotop, der udsender gammastråling. Den bruges fx til strålebehandling ved kræft og til sterilisering af ting, der ikke tåler høje temperaturer. I kræftbehandlingen bestråles en kræftknude med en høj dosis ioniserende stråling. Strålingen rettes præcist mod kræftknuden med en strålekanon. På den måde bestråles så lidt af det raske væv som muligt. Den høje dosis betyder, at der kommer så store skader på kræftcellernes DNA, at skaderne ikke kan repareres. Derfor dør kræftcellerne. De raske celler, der måtte blive ramt, dør også. De frø, som I skal bruge til forsøget, er også bestrålet med kobolt Figur 3. Her ses frø af raps, Brassica rapa. 60. I frøet ligger grundlaget for hele planten. Bestrålingen kan betyde, at molekyler, fx DNA, i frøet er i stykker. I skal nu lave et spirings- og vækstforsøg med bestrålede frø. FORMÅL At undersøge ioniserende strålings skadelige virkning, som årsag til mutationer ved et spire- og vækstforsøg. MATERIALELISTE Plantejord Vermiculite (VARENR.: ) Bestrålede rapsfrø (VARENR.: ) Minikap (VARENR.: ) Vand Engangspipette (VARENR.: ) Evt. flydende gødning Grotelt (VARENR.: ) Plantelys (VARENR.: ) METODE Fremsæt din egen hypotese på baggrund af din teoretiske viden inden forsøget. Planlæg et spire- og vækstforsøg. 1. I skal selv planlægge og udføre spire- og vækstforsøget. 2. Genopfrisk hvad formål og hypotese er. Lav nu en plan, hvor I skal inddrage overvejelser om, hvordan I kan opfylde formålet og eftervise hypotesen. Jeres forsøgsdesign skal sikre, at I ikke har

4 andre variable end frøenes strålingsdosis. Overvej hvorfor dette er vigtigt, samt om I skal have en kontrol, der ikke har været udsat for stråling. 3. Jeres plan skal desuden indeholde en metode til at måle, registrere og dokumentere, hvad der sker med planterne undervejs i forsøget. 4. Udarbejd desuden en metode til at fremstille jeres resultater på en overskuelig måde. 5. Lav en pasnings- og dokumentationsplan, hvor I på skift passer og dokumenterer, hvad der sker med forsøget. I skal helst tilse det dagligt (undtagen i weekender). Såvejledning Figur 4. I forsøget bruges rapsfrø fra Fast Plants. Her ses den forventelige livscyklus. 1. Jord blandes med vermiculite i forholdet 70% jord og 30% vermiculite (massefylde). 2. Opsæt lyskilden. Den skal placeres 5-10 cm over minikap og rykkes op efterhånden, som planterne vokser. 3. Saml minikap efter anvisningerne på pakken. Sørg for at dugen stikker ned i vandmagasinet på begge sider, så den kan suge vand. 4. Fyld jord i hvert rum i minikap. Jorden skal gå næsten til kanten. Tryk jorden forsigtigt sammen den må ikke presses hårdt. 5. Nu skal I så. Læg 2 frø i hvert rum. 6. Sørg for at markere, hvilke rum I sår de forskellige frø i. I kan med fordel så i rækker i hvert rum og markere med en dymostrimmel udenpå minikap, hvor der er sået hvad. 7. Pres frøene forsigtigt ned mod jorden. 8. Dæk med et tyndt lag vermiculite, så frøene lige er dækket. Det sikrer, at rodhalsen ikke rådner på de små spirer. 9. Vand forsigtigt med en engangspipette ovenfra i hvert rum. 10. Sæt det klare låg på minikap.

5 11. Sæt minikap i groteltet. 12. Fyld vandmagasinet med vand. Det kan rumme 3 L. Pasningsvejledning 1. Indtil de første spirer viser sig (typisk i løbet af 2-3 dage) skal der vandes ovenfra hver dag med engangspipetten. Tilfør nogle dråber, så vermiculiten holdes fugtig. 2. Når spirerne kommer frem, stoppes vandingen ovenfra. Husk at sørge for, at vandmagasinet er fyldt. 3. Når de højeste spirer er omkring 5 cm, fjernes det klare låg fra minikap. 4. Der kan tilføres gødning til vandingsvandet, når det første rigtige sæt blade (ikke kimplade) er kommet frem. ARBEJDSSPØRGSMÅL 1. Skriv et metodeafsnit, så jeres metode kan genbruges af andre. 2. Indsaml data fra hele klassen og find en overskuelig måde at præsentere dem på. Hvad viser resultaterne? 3. Fortolk jeres data. 4. Hvor mange Gy er hver gruppe frø bestrålet med? Vis et beregningseksempel på omregning fra kilorad til Gy. 5. Er jeres hypotese be- eller afkræftet? Hvorfor? 6. Har I påvist mutationer? Kan I vha. jeres forsøgsdesign argumentere for, om I har påvist, at forskellene mellem frøenes spiring og vækst skyldes bestråling? Inddrag begreberne afhængige og uafhængige variable samt kontrol. 7. Er der nogen fejlkilder i forsøget? 8. Hvad er der sket med frøene ved de forskellige strålingsdoser? 9. Hvilken effekt har bestrålingen på spireevne og vækst? Hvorfor? 10. Er der tydelige strålingsskader i nogen frøgrupper? Hvordan kan det ses? Inddrag observationer og jeres kontrol i forklaringen. 11. Hvordan påvirkes plantefrø ifht. fx mennesker af bestråling? 12. Hvad ville der ske med frøets spireevne, hvis et rapsfrø blev bestrålet med 20 Gy, som er dødelig for mennesker? 13. Hvad betyder det for planters overlevelse efter fx en atomkraftulykke, at frøets spireevne er mindre påvirkelig end en plante i vækst?

6 STRÅLINGSSKADER LÆRERDEL - AF CAROLINE-MARIE VANDT MADSEN OG KATRINE HULGARD, BIOLOGIFORMIDLING MÅLGRUPPE Biologi C og B på STX og HTX samt Biologi A på STX Bioteknologi A, STX og HTX Evt. et tværfagligt forløb med Fysik BEKENDTGØRELSESMÅL Kernestof STX og HTX, biologi C: Genetik og molekylærbiologi: det centrale dogme og mutation Kernestof STX og HTX, biologi B: Genetik og molekylærbiologi: replikation, proteinsyntese, mutation og mitose Kernestof STX, biologi A: Genetik og molekylærbiologi: genregulering, replikation, proteinsyntese, mutation og mitose Supplerende stof biologi A, B og C: Sundhed, sygdom og medicin Kernestof STX og HTX, bioteknologi A: Genetik og molekylærbiologi: mitose, replikation, proteinsyntese, genregulering, mutation, og evt. evolutionsmekanismer, hvis der tilføjes viden om mutationer i kønsceller. Supplerende bioteknologi A: Sundhed, sygdom og medicin TIDSFORBRUG 45 minutter til opsætning og såning + 45 minutter til planlægning af forsøg. Eleverne skal herefter passe deres planter med vanding osv. De kan evt. lave en pasningsplan, hvor eleverne skiftes til at passe og dokumentere deres forsøg. Herudover kommer der databehandling. Tidsforbruget er et estimat og afhænger af, hvor lang tid man vælger at bruge på pasning og efterbehandling i klassen. Ved brug af den

7 rette lyskilde går der dage fra spiring til frøsætning. Hvis I ønsker frøsætning, så er det nødvendigt at lege bier med en blød pensel. FORBEREDELSE Tal med eleverne om, hvordan spiringen og væksten kan hæmmes (fx højde, udvikling af blade mv.), og hvordan de forventer, at dette vil komme til udtryk. I forsøget bruges frø fra Fast Plants. Se mere generel viden om disse og deres forventede udvikling samt råd til dyrkning i den danske vejledning her: file:///c:/users/cmvm/downloads/fast%20plants%20vejledning%20-%20kun%20fr%c3%b8.pdf Det er en fordel at bruge en speciel lyskilde (VARENR.: ) frem for en almindelig vindueskarm. Planterne vokser nemlig hurtigst herved. Lyskilden skal være sat til døgnet rundt for at nå planternes fulde vækstpotentiale. Der må påregnes længere væksttid uden denne form for lyskilde. Hav alle materialer sat frem, så eleverne kan danne sig et overblik, når de skal lægge deres plan. Det anbefales at dyrke planterne i et grotelt (VARENR.: ), og dette bør også være sat op på forhånd. Vermiculite (VARENR.: ) sikrer, at der ikke dannes rodhalsråd pga. overvanding af de små spirer. Brug gerne en sphagnumfri jord, da dette er mest bæredygtigt. I kan lade forsøget køre frem til planterne har sat blomster eller frø. Gød planterne undervejs, hvis der benyttes plantejord uden tilsat gødning. For at frøene skal dannes, skal blomsterne bestøves med en blød pensel, som stryges i hver blomst. I kan undersøge bladcellerne under et mikroskop (fx VARENR.: ) og se, om der er opstået forskelle ifht. kontrolplanterne. Køres forsøget helt til blomstring, kan blomsternes morfologi sammenlignes, ligesom graden af frøsætning kan sammenlignes. Tal evt. om bestøveres rolle generelt, og kom ind på, hvordan ændringer i blomsternes morfologi kan påvirke bestøvning og dermed frøsætning og diskutér konsekvenserne af dette.