XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ИЗУЧЕНИЕ РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ И СОПУТСТВУЮЩИХ ИМ ВЕЩЕСТВ ЛЮЦЕРНЫ ПОСЕВНОЙ (MEDICAGO SATIVA)
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
В современных условиях в связи с быстрым, стремительным изменением технологий увеличивается ритм жизни. Чтобы организм был готов к такому ритму, человек часто употребляет кофеин содержащие напитки, энергетики, различные синтетические вещества, которые отрицательно влияют на состояние здоровья. Для получения высоких урожаев растений используются химические удобрения, что часто ведет к не предвиденным отрицательным результатам. Чтобы разрешить свои проблемы человек должен обращаться к природе. Сила зеленых растений известна с древних времен. Все млекопитающие во время болезни придерживаются зеленой диеты. Это объясняется содержанием в растениях большого количества биологически активных веществ, витаминов, микроэлементов, не маловажную роль играют фотосинтетические пигменты.
.Какими свойствами обладают фотосинтетические пигменты растений, как действует на живой организм? В ходе нашего исследования мы хотим ответить на эти вопросы.
Практическая значимость: Полученные результаты исследований позволяют оценить степень влияния фотосинтетических пигментов на состояние живого организма.
Объект исследования: Свойства фотосинтетических пигментов.
Предмет исследования: Влияние фотосинтетических пигментов на животный и растительный организм.
Гипотеза: Фотосинтетические пигменты способны положительно влиять на физические развитие живых организмов.
Цель работы Установить наличие влияния фотосинтетических пигментов и сопутствующих веществ люцерны посевной на процессы жизнедеятельности растений и животных.
Задачи исследования:
Экстрагировать фотосинтетические пигменты и сопутствующие им вещества из листьев люцерны посевной (Medicago sativa);
Испытать свойства фотосинтетических пигментов и сопутствующих им веществ на белой лабораторной мыши;
Испытать свойства фотосинтетических пигментов и сопутствующих им веществ люцерны посевной (Medicago sativa) на особенностях прорастания редиса;
Дать рекомендации по использованию фотосинтетических пигментов и сопутствующих им вещества люцерны посевной (Medicago sativa) .
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1. 1 Получение фотосинтетических пигментов из растений [3]
Пигменты определенным образом встроены в мембраны тилакоидов. При получении вытяжки пигментов из фотосинтетического аппарата растений происходит разрушение пигмент белковых комплексов, а свободные пигменты растворяются в органических растворителях.
Процедура извлечения пигментов фотосинтетического аппарата состоит в механическом разрушении клеточных структур (гомогенизация тканей растений), например, путем растирания их с кварцевым песком и использования органических растворителей, хорошо отделяющих пигменты от их липопротеинового носителя. При этом следует соблюдать меры предосторожности. Для предотвращения фотохимической деструкции процесс выделения производится в затененном помещении, а для снижения активностей ионов Н+ и гидролитических ферментов, выделяющихся из вакуолей, в среду выделения добавляются буферы или немного мела.
1. 6 Лабораторная мышь как объект исследования [11]
Эксперимент с использованием лабораторных животных и других живых объектов является одним из ведущих методов познания в современной медицине, фармакологии, ветеринарии, биологии. Количество подобных процедур растет из года в год и, несмотря на огромное разнообразие модельных объектов в современной науке, лабораторная мышь уже больше века остается самым излюбленным экспериментальным животным: 66% исследований опираются на результаты, полученные в ходе опытов именно над этим модельным объектом.
Лабораторные мыши (Musmusculus L.) принадлежат к отряду грызунов (Rodentia) семейству мышевидных (Muridae).
Являются искусственно выведенным видом, берущим свое начало от серой домовой мыши. Несмотря на то, что опыты на лабораторных мышах проводились физиологами и микробиологами еще в XIX веке – годом появления данного вида считается 1909, когда Кларенс Кук Литл вывел первую инбредную линию мышей, известную как линия DBA.
Мыши обладают чрезвычайно высоким обменом веществ, высокой интенсивностью роста и развития, малым размером тела, а также большой плодовитостью, непродолжительным сроком беременности, способностью выкармливать свое потомство в короткие сроки.
При продолжительности жизни 1-2 года (редко до 3 лет) физиологическая зрелость у этих животных наступает на 50-60 день постнатального онтогенеза, половая зрелость - в возрасте 30-35 дней. У самок продолжительность беременности составляет в среднем 21 сутки, лактация длится в течение 20-28 дней. В помете одна самка может принести до 12 мышат, однако в среднем цифра намного ниже – около 6.
Масса тела взрослой мыши колеблется от 15 до 60 грамм, в зависимости от линии, при этом масса новорожденных животный составляет всего 1-2 грамма. Из физиологических показателей наиболее важным является температура тела, составляющая 37-39 ˚С. Частота дыхания у мышей – 130-200 вдохов в минуту, пульс – 500-700 ударов в минуту. Систолическое кровяное давление в пределах 82-105 мм рт. ст., количество крови составляет 62-78 мл/кг живой массы.
Грызуны могут содержаться в специальных пластмассовых, стеклянных либо же железных емкостях. К емкости, в которой будет содержаться мышь, есть всего два требования – она должна плотно закрываться, чтобы зверек не сбежал, и в ней должна быть очень хорошая вентиляция. С точки зрения вентиляции, наиболее оптимальными являются железные клетки с прутьями. На дно жилья животного необходимо уложить слой опилок, которые следует регулярно менять. Характерная особенность мышей этого вида – сильный специфический запах. Именно он делает содержание мышей в квартирах и домах практически невозможным. Оптимальной является чистка жилья грызуна 1 раз в 2-3 дня. Эти зверьки являются практически всеядными. Они употребляют в пищу: насекомых; специальные корма для мышей; семена, крупы, хлеб; овощи и фрукты. При наличии разнообразного рациона животное будет хорошо себя чувствовать долгое время. Не рекомендуется кормить грызуна остатками со стола человека, что связано с непереносимостью ими запахов специй и избытка соли в пище. Минеральные подкормки применяются порядка 1 раза в месяц[13].
1.2 Критерии оценки меха и шерстяного покрова
Решающим критерием для меха является соответствующая длина и густота волоса, а также отсутствие пролысин. О качестве шерсти судят по таким показателям, как тонина, длина, уравненность, извитость, упругость и эластичность, цвет, блеск, состояние шерсти, наличие или отсутствие дефектов.
Тонина - среднее значение линейного размера поперечного сечения (диаметра) шерстяных волокон. Длина - протяженность отдельных волокон, соответствующая наибольшему расстоянию между их концами в расправленном, но не растянутом состоянии. Уравненностъ - степень однородности шерсти по тонине или длине. Извитость шерстяных волокон - способность образовывать вдоль продольной оси волнистую кривую, напоминающую синусоиду. Состояние шерсти - характеристика шерсти по прочности, пожелтению и содержанию растительных примесей.
волокнами до разрыва.
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В 2020 - 2021 г. прошли исследования по изучению действия фотосинтетических пигментов и сопутствующих веществ люцерны посевной (Medicago sativa) на процессы жизнедеятельности растений и животных.
2.1 Получение фотосинтетических пигментов
2.1.1. Источник фотосинтетических пигментов
На основании изученной литературы, как объект для получения вытяжки фотосинтетических пигментов была выбрана люцерна посевная (Medicago sativa). Она относится к растениям с наибольшим содержанием хлорофилла (в 1 кг содержится до 8 г хлорофила). Сбор люцерны был произведён в селе Гармашевка Кантемировского района Воронежской области 07 июля 2020 г..
2.1.2 Получение фотосинтетических пигментов
Получение фотосинтетических пигментов осуществлялосьпо методике П. Л. Феклистова, А. И. Фёдоровой, А. Н. Никольской [3, 7]. Свежие мелко нарезанные листья поместили в стеклянный сосуд, залили водой и кипятили 1-2 мин для того, чтобы убить протоплазму. Затем воду слили, налили спирт и вновь кипятили до тех пор, пока спирт не окрасился в зеленый цвет, а кусочки листа почти обесцветились. Для фильтрации гомогенат помещался в воронку фильтра Шотта, соединённую с колбой Бунзена. Колба соединялась при помощи силиконовой трубки с насосом Камовского.
Полученная спиртовой раствор содержит четыре пигмента: зеленые (хлорофилл-а C55H7205N4Mg и хлорофилл-б C55H7005N4Mg), желтые (каротин С40Н56 и ксантофилы С40Н56О2). Витамины C, A, E, K, фолиевая кислота, железо, кальций и другие вещества.
Для выпаривания спирта, вытяжка была разлита по чашкам Петри и помещались в термостат. При температуре + 30 Со чашки Петри находились в термостате до полного испарения спирта.
2. 2 Влияние фотосинтетических пигментов и сопутствующих им веществ на организм животного
В ходе эксперимента мы хотели проследить влияние фотосинтетических пигментов и сопутствующих им элементов на физическое состояние животного организма.
Как тест объект для изучения действия фотосинтетических пигментов была взята лабораторная мышь. В живом уголке МБУДО ЦДО «Созвездия». Было отобрано по 5 спокойных самцов подростков в возрасте одного месяца. Мыши нелинейные. Для дальнейшего наблюдения, каждый зверёк был помечена зелёнкой.
Перед началом эксперимента мыши находились на двухнедельном карантине. Эксперимент длился 21 день. Животных содержали в стеклянных аквариумах, которые плотно закрывались (чтобы зверек не сбежал), и имели хорошую вентиляцию при естественном освещении и температуре 22-23ºС. Рацион питания опытных групп был одинаковым и в равном количестве. Для питья у каждой группы животных использовались сконструированные нами поилки. Поилки имели следующую конструкцию: в прорезиненную крышку стеклянной бутылки мы вставили пипетку и подвесили эту конструкцию так, чтобы каждой мышке было удобно доставать и пить. Так как опытная группа в ходе эксперимента получала раствор фотосинтетических пигментов и сопутствующих им веществ (1 г на 1 л воды), их бутылку мы изначально затонировали черной акриловой краской.
2. 2.1 Оценка качества и длины шерстного покрова
До и после эксперимента у каждого животного было оценено состояние шерстного покрова: цвет, блеск, длина шерстинок на холке, наличие или отсутствие дефектов.
На основании полученных данных составлена таблица 1. (см. приложение 1).
2. 2.2 Оценка веса мышей
Взвешивание мышей проводилось до, после и спустя неделю после эксперимента на весах Scout Pro.
На основании полученных данных составлена таблица 2 «Результаты взвешивания мышей» (см. приложение 1).
2.2.3 Оценка физического состояния мышей
С целью поиска объективной методики оценки изменения физической выносливости мышей, при употреблении 1% раствора фотосинтетических пигментов и сопутствующих им веществ, мы остановились на тесте вынужденного плавания (тест Порсолта (Porsolt) или тест отчаяния). Данные исследования проводили в динамике: первыми были сняты фоновые показатели животных контрольной и опытной групп, далее после окончания эксперимента (на 21-е сутки), 28-е сутки и спустя 30 дней после эксперимента.
На основании полученных данных составлена таблица 3. (см. приложение 1).
02.04.2021 г. был начат эксперимент. Раствор фотосинтетических пигментов и сопутствующих им веществ (1 г на 1 л воды) опытные животные употребляли ежедневно в течение 21 дня.
2. 3 Влияние фотосинтетических пигментов и сопутствующих им веществ на развитие растительного организма
2.3.1 Оценка биометрических параметров редиса
Для изучения влияния фотосинтетических пигментов и сопутствующих им веществ на растительный организм были посажены семена редиса «Жара». За растениями осуществлялся агротехнический уход, велось измерение температуры и влажности. Один раз в неделю производился полив растений: группа №1 0, 5 % раствором фотосинтетических пигментов, группа № 2 1% раствором, контрольные растения поливали отстоявшейся водопроводной водой. Опыт проводился трёхкратно. После сбора урожая были проведены измерения длины и ширины листьев опытных растений. взвешена биомасса сухих растений, проведено золирование.
На основании полученных результатов составлена таблица 5 «Биометрические показатели опытных растений» (см. приложение 2.).
2.3.1 Определение влажности
Листья опытных растений были засушены при комнатной температуре
25 ºС. Влажность сухих листьев представляет собой потерю в массе за счет гигроскопической влаги и летучих веществ. Влажность сухих листьев определяли методом высушивания до постоянной массы по методике Фроловой и Никольской [1].
Аналитические пробы сырья измельчали до размера частиц около 10 мм, перемешивали и брали навески массой 2 г. Навеску помещали в предварительно высушенный и взвешенный бюкс и ставили в сушильный шкаф. Высушивание проводили до постоянной массы при температуре 100-105ºС. Влажность сырья (X) в процентах вычисляли по формуле:
|
где, М – масса сырья до высушивания, г; М1 – масса сырья после высушивания, г. |
В ходе исследования использовали муфельную печь ЭКСПС – 10 аналитические весы Przedsie biorstwo.
2.2.3 Определение общей золы
Определение общей золы проводили по методике Фроловой и Никольской [2]. Для определения общей золы брали навески измельченного исследуемого сырья массой 2 г, помещали в предварительно прокаленный и точно взвешенный фарфоровый тигель, равномерно распределяя сырье по дну тигля. Затем тигли помещали в муфельную печь. Прокаливание проводили при температуре около 700 ºС в течении 20 минут. По окончании прокаливания тигли охлаждали и взвешивали. Содержание общей золы Х (%) вычисляли по формуле:
|
где М1 – масса золы, г; М2 – масса сырья, г; W – влажность листьев кипрея, % |
В ходе исследования использовали муфельную печь ЭКСПС – 10, аналитические весы Przedsie biorstw, электронные весы Scout Pro.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ
3. 1 Влияние фотосинтетических пигментов на организм животного
После окончания эксперимента были проведены измерения и оценка контрольных показателей. Отмечено более спокойное поведение животных опытной.
3.1.2 Оценка качества и длины шерстного покрова
После окончания эксперимента было отмечено, что у мышей опытной группы шерсть более шелковистая.
На основании полученных данных при измерении длины шерстного покрова построена диаграмма 1 «Изменение длины шерстного покрова модельных мышей». При анализе данных диаграммы можно отметить, что до эксперимента и после него средние значения длины шерстного покрова у животных контрольной и опытной группы близки по значениям.
Следовательно, фотосинтетические пигменты и сопутствующие им вещества влияют на качество шерстного покрова мышей и не влияют на интенсивность роста шерстного покрова.
3.1.3 Оценка результатов взвешивания модельных мышей
Взвешивание экспериментальных групп проводилось до начала , после и спустя неделю после эксперимента. На основании полученных данных построена диаграмма 2. «Результаты взвешивания опытных мышей». При сравнении изменения веса опытной и контрольной групп, можно отметить, что исследуемые параметры отличаются незначительно.
Несмотря на то, что средняя масса до эксперимента у контрольной группы больше (на 2,5%), к концу эксперимента масса контрольной группы была больше всего на 0,8%, а через неделю разница сократилась до 0,5%. Возможно это произошло за счет более спокойного поведения мышей опытной группы, которое было отмечено в ходе наблюдений. Мы предполагаем, что данные показатели массы экспериментальных мышей связаны с действием магния, входящего в состав хлорофилла. Он участвует в выработке таких переносчиков нервных импульсов, как серотонин, который уменьшает депрессию, регулирует беспокойство и тревогу [1]. Сокращение разницы в весе у экспериментальных групп до 0,5% говорит о накопительном эффекте анализируемого вещества.
На основании полученных результатов можно отметить, что мыши опытной группы после окончания эксперимента улучшили свой средний результат на 10,4 мин, а время контрольной группы на 3, 3 мин. При проведении теста плавающая мышь, через неделю после эксперимента время плаванья опытных мышей в среднем увеличилось на 53,4 мин., а время контрольной группы на 5,36 мин.. При проведении теста плавающая мышь, через неделю после эксперимента время опытных плаванья мышей в среднем увеличилось на 53,4 мин., а время контрольной группы на 5,36 мин.. При проведении теста плавающая мышь, через неделю после эксперимента время опытных плаванья мышей в среднем увеличилось на 53,4 мин., а время контрольной группы на 5,36 мин..
3.1.4 Оценка результатов физического состояния мышей экспериментальных групп по методу «плавающей мыши»
Фоновые средние результаты теста «плавающая мышь» у опытной и контрольной группы близки по значению. На основании полученных результатов после окончания эксперимента можно отметить, что мыши опытной группы улучшили свой средний результат на 10,4 мин, а контрольная группа-на 3,3 мин. Через неделю после эксперимента время опытной группы в среднем увеличилось на 53,4 мин., а время контрольной группы на 5,36 мин. Спустя месяц после эксперимента время плаванья у контрольной группы увеличилось на 20,35м , а у опытной-уменьшилось на 12,1 мин.
При анализе полученных результатов, можно отметить, что время плавания в контрольной и опытной группе в ходе эксперимента увеличивается связи с естественным ростом мышей. Но если в контрольной группе среднее время увеличивается на 3,3 мин., то в опытной группе среднее время увеличивается на 10,4 мин. Мы предположили, что увеличение среднего времени у опытной группы мышей связано с употреблением 1 % раствора фотосинтетических пигментов, содержащих магний, на протяжении 21 дня.В анализируемом растворе преобладают хлорофиллы, в состав которых входит магний. В присутствии магния, объединяются G-актины в филамент, который является составляющим мышечного волокна поперечно-полосатых мышц, которые располагаются на костях скелета и сокращением приводят в движения отдельные суставы и все тело [2]. Нужно отметить, что накопительный эффект действует на протяжении одной недели, через месяц употребления раствора физическая форма опытных мышей начинает снижаться.
3. 3 Влияние фотосинтетических пигментов и сопутствующих им веществ на развитие растительного организма
3.3.1 Оценка биометрических параметров редиса
На основании полученных результатов была построена диаграмма 4. «Биометрические показатели редиса» При анализе данных диаграммы можно отметить, что наибольшая длинна листа у растений группы 2, что на 0,61 см больше, чем у контрольной группы. Наибольшая ширина листа у растений группы 1, что на 0,18 больше, чем у контрольной. При сравнении биометрических показаний опытных групп 1 и 2 можно отметить, что исследуемые параметры отличаются незначительно. Средняя ширина листа изменяется на 0,1 см, средняя длина – на 0,03 см. На основании полученных данных, можно отметить, что биометрические показатели у опытных растений близки по значению.
3.3.2 Оценка веса биомассы
На основании полученных данных была построена диаграмма 5 «Вес биомассы»
Вес биомассы опытных образцов редиса различен. В контрольной группе растений вес биомассы 5,2 гр. В опытной группе №1 он составляет 6,58 грамм, что на 21% больше, чем в контроле. В опытной группе № 2 - 5,74 грамм, что на 9,5 % больше, чем в контрольной группе и на 13 % меньше, чем в группе №1.
Наибольший вес биомассы и минеральных веществ у растений группы №1 и №2, Это говорит о действии фотосинтетических пигментов и сопутствующих им элементов на развитие растительного организма. На основании изученной литературы мы предполагаем, что увеличение биомассы опытного редиса связано с действием магния, входящего в состав хлорофилла. Главной задачей магния является активация ферментов, особенно тех, которые участвуют в углеводном и белковом обмене внутри растения, расходуя при этом большое количество магния, поступающего в растение.
3.2.3Определение общей золы
Влажность растительного материала 5%.
При сжигании растительного материала углерод, азот и водород улетучиваются в виде углекислого газа, воды и окислов азота. Оставшийся остаток содержит зольные элементы. Разница между весом всего сухого образца и зольным остатком составляет органическое вещество. Результаты исследования отражены в таблице 1а. «Содержание золы и органического вещества в листьях модельных растений».
При анализе данных массы опытных образцов редиса и золирования, можно предположить, что для увеличения синтеза органических веществ можно вести полив 0,5% раствором фотосинтетических пигментов. Возможно, количество магния, поступающего с 1 % раствором-избыточное, так как при избыточном количестве листья незначительно уменьшаются.
Таблица 1а
Содержание золы и органического вещества в листьях модельных растений
|
Объекты исследования |
% золы |
% органического вещества |
|
Контрольная |
75,6±0,26 |
24,6±0,26 |
|
Редис - 0,5% раствор |
72 |
28 |
|
Редис - 1% раствор |
74,2±0,3 |
25,8±0,3 |
ВЫВОДЫ
1. На основании полученных результатов, можно предположить, что раствор фотосинтетических пигментов и сопутствующих им элементов люцерны посевной (Medicago sativa) положительно влияет на развитие растительного и животного организма.
2. Для улучшения физического состояния организма мы рекомендуем к употреблению зелёные коктейли с 1% содержанием фотосинтетических пигментов и сопутствующих им элементов люцерны посевной (Medicago sativa).. Для увеличения урожайности и биологической ценности пищевых растений рекомендуем полив 0,5% раствором фотосинтетических пигментов и сопутствующих им элементов один раз в неделю.
На основании полученных результатов будут проведены дальнейшие исследования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Мансурова С. Е., Практикум по общей биологии : 10-11 кл. / С.Е. Мансурова // Москва: ВЛАДОС (Великие Луки:Великолукская городская типография), 2006 - 79 с.
С. Зильбернагль, А. Деспопулос Наглядная физиология перевод с англ кбн А Синюшина, 2-е издание Москва, Лаборатория знаний 2020. 427с
Фёдорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды. // А.И. Фёдоров, А. Н. Никольская// - Воронеж, Воронежский госуарственный университет, 1997 - 314 с.
Якушкина Н. И., Физиология растений./ Н. И. Якушкина // М.: Просвящение, 1993. – 335 с.
Сигарева Л. Е., Хлорофилл в донных отложениях волжских водоемов/Отв. Ред. А.И. Копылов. М.: Товарищество научных изданий КМК 2012.- 6с.
Феклистов П. Л., Худяков В.В. Практикум по физиологии растений / П. Л. Феклистов, В. В. Худяков // Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002 - 52 с.
Каркищенко В.Н, Берзин И. А., Касинская Н.В., Деньгина С.Е.,
Степанова О.И., Фокин Ю.В., Ревякин А.О., Капанадзе Г.Д.,
Матвеенко Е.Л. Оценка физической выносливости мелких
лабораторных животных на фоне применения спортивного питания «МиоАктив Форсаж» [Текст] /В.Н. Каркищенко, И.А. Берзин, Н.В. Касинская, С.Е. Деньгина, О.И. Степанова, Ю.В. Фокин, А.О. Ревякин, Г.Д. Капанадзе,
Е.Л. Матвеенко//Биомедицина № 4, 2013, C. 66–69.
Где содержится хлорофилл—основные источники. [Электронный ресурс]. Режим доступа - (https://monamo.ru/zdorov-eda/zdorov-gryad/istochniki-hlorofilla)
История открытия каротинов. [Электронный ресурс]. Режим доступа - http://glazarf.ru/carotenoids#:
Хлорофиллы в растениях (Крапива как источник хлорофилла. [Электронный ресурс]. Режим доступа- (https://scienceforum.ru/2018/article/2018000829)
Лабораторная мышь как объект исследования. [Электронный ресурс]. Режим доступа - (https://scienceforum.ru/2017/article/2017032048)
Условия жизни лабораторных мышей. [Электронный ресурс]. Режим доступа - (https://yarus-spb.ru/gryzuny/mysh/laboratornye.html)
Азот в жизни растений. Его роль, недостаток и способы... [Электронный ресурс]. Режим доступа - agrodom.com