VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние абиотических факторов на рост и развитие плесневых грибов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Актуальность темы заключается в том, что, несмотря на множество научных исследований, активное развитие микробиологии, плесень остается одной из загадок окружающего мира, до конца не изучена и приносит человеку как пользу, так и вред.
Плесневые грибы могут быть причиной серьезных заболеваний. Они могут вызвать аллергию, кожные заболевания, головную боль, снижение иммунитета, болезни легких и т.д. Мы, увидев плесень на продуктах, стараемся убрать лишь эту "пушистую" часть, а остальное едим. Этого делать нельзя ни в коем случае, поскольку плесневые споры быстро проникают внутрь всего продукта, а следовательно, попадают в наш организм. Это неудивительно, поскольку маленькая плесень весьма живуча.
Цель исследования: разработать перечень рекомендаций по предотвращению порчи продуктов плесенью, на основе выявления влияния абиотических факторов появления и развития плесени на продуктах питания (хлебе).
Задачи:
Изучить научную литературу, познакомиться со строением и жизнедеятельностью плесневых грибов;
В процессе проведения опытов выяснить условия появления плесени;
Выяснить, как предотвратить порчу продуктов;
Разработать перечень рекомендаций по предотвращению порчи продуктов от плесни.
Гипотеза: определяющими факторами возникновения и роста плесени являются оптимальные для этого значения температуры и влажности.
2. Обзор литературы
2.1 Строение плесени.
Пле́сневые грибы́, или пле́сень, — различные грибы, образующие ветвящиеся мицелии без крупных, легко заметных невооружённым глазом, плодовых тел.
Клетки плесневых грибов соединяются в нити (гифы), которые могут быть разделены перегородками на отдельные клетки или нет. Гифы объединяются в мицелий — «вегетативное» тело гриба. На поверхности находятся органы размножения, содержащие огромное количество спор.
2.2 Размножение плесени
Вегетативное — часть мицелия может отделиться и прорасти в новый самостоятельный организм;
Половое — с образованием гамет;
Бесполое — самый предпочтительный способ размножения грибов — плесени. В специальных органах — выростах грибницы —образуются споры.
2.3 Факторы, влияющие на рост и физиологическую активность
плесневых грибов
Плесень любит высокую влажность и умеренные температуры, а также грязь.
Свет. Прямой солнечный свет ингибирует рост плесневых грибов. Чередование освещения и темноты, наоборот, стимулирует рост и спорообразование многих из них. Мутагенный эффект оказывают ультрафиолетовые лучи, а видимый свет влияет на фотозащитные и фотохимические процессы. Большинство грибов растет с примерно одинаковой интенсивностью на свету и в темноте. Однако под влиянием яркого света наблюдается угнетение роста мицелия и прорастания спор у представителей
Температура. Температура является одним из главных факторов регулирования роста и физиологической активности плесневых грибов. Оптимальная температура роста плесневых грибов большинства видов не всегда бывает оптимальной для образования репродуктивных органов и физиологической активности. Амплитуда оптимальной температуры роста у разных видов грибов неодинакова. Так, для многих видов пенициллов она находится в пределах 26—28°С, для некоторых видов аспергиллов составляет 25—40°С. Виды аспергиллов более теплолюбивы по сравнению с видами пенициллов.
Плесневые грибы не убивает даже арктический холод, они не боятся даже большой дозы радиации. Плесень, наряду с космонавтами, были в открытом космосе- ее споры были на наружной части космического корабля. Они не только не пропали, но и "закалились", получив устойчивость к различным внешним факторам.
Влажность.
Наличие воды в той или иной форме — одно из главных условий жизни грибов. Отношение к этому фактору связано с принадлежностью гриба к определенной экологической группе. От влажности питательного субстрата во многом зависит возможность его заселения. Многие представители почвенной микофлоры, в цикле развития которых образуются зооспоры, лучше всего развиваются в насыщенной влагой почве. Однако для грибов, требовательных к кислороду, избыточное увлажнение почвы неблагоприятно, так как при этом резко ухудшается ее аэрация. Почти все наземные грибы требуют повышенной влажности субстрата во время роста мицелия.
Влияние фитонцидов
Фитонциды (от греч. phiton – растение и лат. caedo – убиваю) – это образуемые растениями биологически активные вещества, убивающие микроорганизмы или подавляющие их рост и развитие. Фитонциды играют важную роль в иммунитете растений.Действиефитонцидных веществ зависит от их состава и от степени зрелости колонии плесневых грибов.
2.4 Разновидности плесени
Плесневые грибы имеют множество разновидностей, отличающихся друг от друга внешним видом, расцветкой, свойствами.
Пенициллин:
Вегетативный мицелий данного растения прозрачный и ветвящийся. Состоит он, как правило, из большого числа клеток. Грибница у пеницилламногоклеточная. Грифы пеницилла либо располагаются на поверхности субстрата, либо проникают внутрь его. От этой части гриба отходят приподнимающиеся и прямостоячие конидиеносцы. Подобные образования, как правило, в верхнем отделе ветвятся и формируют кисточки, которые несут окрашенные одноклеточные поры. Это конидии. Определенный вид пеницилла образует из конидий пучки, которые называются коремии. Размножение грибка осуществляется путем распространения спор.
Особое значение имеет зеленая кистевидная плесень – пенициллзолотистый, так как используется человеком для производства пенициллина. Естественной средой обитания пенициллов является почва. Пенициллы часто можно увидеть в виде зеленого или голубого плесневого налета на разнообразных субстратах.
Еще в 19 веке ученые заметили, что некоторые племена лечат раны лошадей плесенью, взятой с седел. А в 1928 году ученый Александр Флеминг заметил, что из-за ненадлежащих условий в помещении в некоторых лабораторных сосудах с бактериями стафилококка завелась нитчатая зеленая плесень (Penicilliumnotatum). Прошло немного времени, и она убила стафилококковые колонии, считавшиеся доселе непобедимыми. Флеминг назвал лечебное вещество этого плесневого гриба пенициллином, а спустя десятилетие люди научились добывать его в чистом виде и использовать для лечения. Плесень используется также при производстве лимонной кислоты.
Мукор, или белая плесень:
Это аэробный гриб, то есть для жизни и размножения ему необходим кислород. Его мицелий не разделен на клетки, но имеет много ядер. Этот класс включает в себя более шестидесяти видов. Все разновидности грибов этого вида, как было сказано выше, обитают в верхних слоях почвы, продуктах питания, конском навозе, органических остатках. Плесневый гриб мукор является паразитом. Тело его напоминает тонкие бесцветные волоски или паутинки – это грибница. Несмотря на то что тело грибницы сильно разросшееся, по сути, это одна клетка, которая содержит много ядер. На тонких отростках грибницы (гифах) образуются головки черного цвета (спорангии). В них находятся споры.
Мукор – гриб-сапрофит, то есть он питается готовыми органическими веществами. Его еще называют грибом-мусорщиком, так как после него не остается органических отходов. Иногда такие грибы появляются на еще живом, но уже больном организме, после гибели которого останки будут полностью переработаны.
Данный гриб может представлять опасность как для людей, так и для животных. У человека некоторые виды этой плесени могут спровоцировать возникновение такого заболевания, как мукоромикоз. Мелкие споры гриба представляют опасность для людей, склонных к аллергии. Еще из-за заражения данным паразитом зерна, овощей и фруктов человечество ежегодно теряет большое количество продуктов питания.
Определенные виды этого гриба, наоборот, очень полезны для человека. Так, из него готовят некоторые антибиотики (рамицин). Еще этот гриб используют в пищевой промышленности в качестве закваски (китайские дрожжи). С помощью него делают «темпе», «соевый сыр», производят картофельный спирт.
Желтая плесень:
Плесень желтого цвета, образующаяся на некоторых продуктах (зерно, орехи, семена, плоды с большим содержанием масла, чай), самая ядовитая. В ее составе есть смертельно опасное вещество-афлатоксин, которое не теряет своих "убийственных" свойств даже после термической обработки. Афлатоксин вызывает быстрое поражение печени и смерть человека буквально через несколько дней.
Благородная плесень:
Под названием "благородная плесень" скрывается особый вид плесневых грибов, которые высоко ценятся. Известно более 130 тысяч таких грибов, но только несколько подходят для приготовления сыров. Чаще всего белая плесень поражает почву (в том числе и ту, в которой обитают комнатные растения), деревья, различные растения, а также сыр и хлеб. Некоторые виды используются для изготовления благородных сыров. Существует три основных вида благородной плесени: белая, голубая и красная.
Белая - поверхностная, имеет плотную сухую консистенцию (разные виды Камамбера), нежный запах.
Голубая (на самом деле - сине-зелёная) используется для "инъекций внутрь сыра" (Рокфор, Баварский голубой, Горгонцола и подобные), она вязкая, влажная, острая.
Краснаясамая острая, её обычно удаляют (влажную) при употреблении сыра, но иногда и оставляют (сухую).
Особо славятся французские мягкие сыры с благородной плесенью.
Используются определённые сорта белой сухой плесени и при производстве салями, так, например, практически на всех сортах итальянской салями поверхность обрабатывают белой плесенью.
Белая плесень представлена следующими штаммами:
Sclerotinia – сумчатые грибы из рода дискомицетов, являющиеся возбудителями так называемой белой гнили. Они чаще всего поражают овощи и фрукты. Этот штамм может встречаться и на открытых пространствах, и в закрытых помещениях.
Aspergillus – высшие плесневые грибки, грибницы которых (без спор) окрашены в белый цвет.
Serpulalacrymans. Часто его называют дымовым грибом. Хотя для людей такой вид опасности не представляет, но он является самым злейшим врагом деревянных конструкций (поэтому и обнаруживается чаще всего именно в деревянных зданиях).
Эта белая плесень хоть и используется для изготовления антибиотиков, но патогенна и опасна для людей. Чаще всего данный грибок обнаруживается в почвах.
Зелёная плесень:
Зелёная плесень – род грибков из группы аскомицетов. Она тоже может считаться весьма распространённой. Её споры чаще всего обнаруживаются в почве или в самых разных органических материалах, например, в компосте. Грибки выглядят как светло-зелёный налёт с неровной поверхностью. Нередко зелёная плесень поражает овощи и фрукты, а также другие продукты (особенно кисломолочные). Она довольно быстро развивается и почти сразу проникает вглубь тканей, тем самым заражая их полностью. Именно поэтому употребление испорченных фруктов может привести к серьёзным отравлениям. Нередко зелёная плесень обосновывается на строительных материалах (особенно на дереве) и начинает постепенно разрушать их.
Зелёная плесень довольно прихотлива, так как любит повышенную влажность, а также относительное тепло. Оптимальная для размножения температура – это 20-25 градусов.
Розовая плесень:
Розовая плесень представлена родом трихоцетий, который включает в себя около 70 различных видов грибков. Она выглядит как светло-розовый матовый или слегка пушистый налёт. Чаще всего такие грибки безобидны и безопасны для людей, но всё же употреблять их в пищу не стоит. Данный вид в большинстве случаев поражает растительные остатки, а также продукты разложения или гниения, например, гниющие растения, испорченные овощи или фрукты, неправильно хранящиеся крупы и зёрна.
Черная плесень:
Чёрная плесень зачастую пугает людей больше всего, так как она является более заметной на многих поверхностях. На фото она выглядит как чёрные пятна небольших размеров. Чёрная плесень – это не один конкретный вид, а целая группа, так как такой цвет могут приобретать разнообразные штаммы на разных этапах развития. Также оттенок может зависеть и от поверхности, на которой грибок поселился.
Итак, чёрная плесень включает следующие штаммы:
Сама грибница окрашена в белый цвет, но споры обычно имеют чёрный. Данный штамм обитает чаще всего на различных поверхностях в помещениях. Такой вид может вызывать у людей или животных такое опасное заболевание как аспергиллёз.
Phoma – грибки четвёртой группы патогенности. Споры данного штамма чаще всего белые, а вот грибницы имеют чёрный цвет.
Эта плесень почти всегда чёрная. Особенно она опасна в случае попадания в органы пищеварения. Возможны аллергические реакции и серьёзные отравления.
Этот вид для людей практически не опасен, то является одним из самых живучих и быстро приспосабливаемых. Такие грибки могут размножаться даже при невысокой влажности, так что борьба с ними весьма сложна.
Это очень важные грибы, именно из них впервые были получены антибиотики. Важны они и для окружающей среды. Кроме того, некоторые разновидности используются для изготовления сыров. Но есть и штаммы, которые представляют опасность для человека.
На ранних этапах развития такой грибок бесцветен и почти не заметен на фото. Но затем он меняет свой цвет и может принимать разные оттенки, в том числе и чёрный. Часто такая разновидность встречается на открытых пространствах, она не требовательна, поэтому отличается высокой жизнеспособностью. А некоторые виды питаются керосином и дизельным топливом, а также прочими материалами.
Такие грибки могут выглядеть как серый или чёрный налёт. Чаще всего они поражают фрукты или овощи.
Серая плесень:
Серая плесень относится к сапрофитныммикрогрибам и очень опасна для людей. Выглядит она как серый налёт. Стоит отметить, что серая плесень может поражать как любые поверхности и материалы, так и продукты питания.
Аспергилл:
Асперги́лл (лат. Aspergillus) — род высших аэробных плесневых грибов, включающий в себя несколько сотен видов, распространённых по всему миру в различных климатических условиях. Аспергиллы хорошо растут на различных субстратах, образуя плоские пушистые колонии, вначале белого цвета, а затем, в зависимости от вида, они принимают разную окраску, связанную с метаболитами гриба и спороношением. Мицелий гриба очень сильный, с характерными для высших грибов перегородками. Аспергиллы распространяются спорами, образующимися бесполым путем, что характерно для всего класса вообще.
3. Экспериментальная часть
3.1 Методы исследования
Объект исследования: образование хлебной плесени.
Предмет исследования: хлебная плесень.
Методы исследования:
изучение литературы,
наблюдение,
исследование- эксперимент.
Опыт № 1.Цель опыта: выявить влияние фитонцидов на развитие плесени.
Для наблюдения взяли кусочки «темного» хлеба, разложили их в банки и в каждую банку добавили соответственно: № 1- лук, № 2-чеснок, № 3- соль, № 4- сухую горчицу, № 5- лист герани, № 6- контроль ( только хлеб).
На кусочки хлеба во все банки поместили плесень диаметром 10 мм. Наблюдали в течение 10 дней.
Опыт № 2. Цель опыта: выявить влияние условий (температуры и влажности) на развитие плесневых грибов.
Оборудование:9 кусочков хлеба, 8 блюдец, 5 полиэтиленовых мешочков.
Описание опыта: отрезали 9 кусочков от обычной буханки. Кусочки № 1 и № 5 положили в стаканы; кусочки № 2 и № 6 намочили водой и положили в стаканы; кусочки № 3 и № 7 поместили в полиэтиленовый мешочек и положили на блюдечки; кусочки № 4 и № 8 намочили водой, поместили в полиэтиленовый мешочек и поместили в морозильную камеру. Блюдечки с образцами под №№ 1, 2, 3, 4 поставили на шкаф при комнатной температуре (+ 20 – 22). Блюдечки с образцами под №№ 5, 6, 7, 8 поставила на верхнюю полку холодильника (+5).
Наблюдали за происходящим и фотографировали изменения.
Опыт № 3. Выявление оптимальных материалов для хранения хлеба.
Взяли 2 кусочка хлеба одной буханки. 1-ый кусочек поместили в полиэтиленовый пакет, 2-ой завернули в пищевую пленку.
Опыт № 4. Выявление влияния качества приготовления хлеба на развитие плесени.
Взяли два сорта пшеничного хлеба. Образцы завернули в полиэтиленовые пакеты, и поставили в теплое место.
Опыт № 5. Влияние электромагнитного излучения СВЧ – печи на развитие плесени.
Один кусок хлеба поместили в микроволновую печь на 30 секунд. Контрольный кусок хлеба не подвергался воздействию электромагнитных лучей. Исследуемый и контрольные образцы оставили для наблюдения при комнатной температуре.
3.2 Обсуждение и анализ полученных результатов.
Опыт №1.Цель опыта: выявить влияние фитонцидов на развитие плесени.
Предположение, что фитонциды лука, чеснока и герани тормозят развитие плесени, не подтвердилось. Из проведенного опыта можно сделать следующий вывод, что для лучшего хранения хлеба в хлебнице, чтобы хлеб в ней не портился, следует помещать порошок горчицы, соль. (Соль, предполагаем, впитывает влагу, которая необходима для развития плесени).
Опыт № 2. Цель опыта: выявить влияние условий (температуры и влажности) на развитие плесневых грибов.
В первый день эксперимента хлеб в морозильной камере замерз: затвердел и немного побелел. Дальше никаких изменений не происходило.
На сухом хлебе, независимо от температуры, плесень не росла. Следовательно, для развития плесени большое значение имеет влажность.
Фотография показывает, что на рост плесени большое влияние оказывает температура: как сухой, так и влажный хлеб не покрывался плесенью на верхней полке холодильника.
Данные опыта №2 показывают, что необходимым условием для роста плесени является влага. Поэтому, если возникает необходимость сохранения хлеба на продолжительное время, то его надо высушит
Хлеб, смоченный водой и помещенный в полиэтилен, плесневеет значительно быстрее, чем сухой хлеб в полиэтиленовом пакете.
Несмотря на то, что влажный хлеб при комнатной температуре плесневеет быстрее, чем сухой, при низких температурах (в холодильнике) эти различия не обнаружены.
По окончании наблюдения сделан следующий вывод: подтвердилось, что плесневые грибы появляются и начинают быстро расти, если условия для их обитания подходящие: температура воздуха выше 20, относительная влажность – более 80%;
Опыт № 3. Выявление оптимальных материалов для хранения хлеба.
Вывод: Рост плесени не зависел от того, в чем хранился хлеб.
Опыт № 4. Выявление влияния качества приготовления хлеба на развитие плесени.
Вывод: наиболее подвержены плесени пшеничный хлеб на закваске, хлеб на густой пшеничной опаре плесневеет позже. От сорта хлеба зависит скорость развития плесени. (Качество приготовления хлеба тоже влияет на развитие плесени).
Опыт № 5. Влияние электромагнитного излучения СВЧ – печи на развитие плесени.
Вывод: электромагнитное излучение в СВЧ-печи значительно задерживает развитие плесени на хлебе.
4.Выводы.
1.Основными причинами появления плесени следует считать следующие: температура воздуха более +20 и относительная влажность воздуха – 80%; поддерживает рост грибков и плохой воздухообмен.
При комнатной температуре в условиях повышенной влажности и неэффективной вентиляции плесень активно размножается не только на хлебе, но и на многих материалах и покрытиях, используемых внутри помещений, включая бетон, штукатурку, дерево, пластики, резину, тканевую основу линолеума, окрашенные поверхности, ковровые покрытия, книги и т.д. Благоприятные условия для развития плесени образуются в цветочных горшках. Микроспоры могут подниматься по вентиляции с разложением растительности.
2.Время образования плесени на различных сортах хлеба неодинаковое. Оно может зависеть от содержания влаги в хлебе, от добавления в него различных консервантов – ингибиторов плесени или же от первоначального заражения зерна и муки спорами плесневых грибов.
3.Влажная и теплая среда – основное условие для развития плесени.
4.Большего всего замедляют рост плесневых грибов фитонциды горчицы и соль.
5.Нахождение хлеба в СВЧ – печи в течение 30 сек. Существенно задерживает образование на нем плесени.
6.На хлебе в основном развиваются два вида плесневых грибов: белая и сизая хлебная плесень.
5.Рекомендации.
Лучший способ долговременного хранения хлеба - в полиэтиленовом пакете, на верхней полке холодильника.
Если вы собираетесь в поход, то необходимый вам хлеб, следует вначале высушить, а затем положить в полиэтиленовый пакет.
Список литературы.
Журнал "Наука и жизнь", №10, 2009 год, Статья «Многоликая плесень»
Я познаю мир. Детская энциклопедия, Москва, «АСТ», 1996 год
Иллюстрированный энциклопедический словарь/Сост. А.П. Горкин. – М.:
Изд-во Эксмо; Большая Российская энциклопедия, 2003.
Большая школьная энциклопедия, Изд-во Махаон, 2001
7. «Биологический эксперимент в школе». М., «Просвещение», 1990
Агафонов И.Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. «Общая биология».М. «Дрофа» 2005
Грибы. Под редакцией Горленко М.В. М., Просвещение 1976 г.
Дымшиц Г. М., Шумный В. К. «Общая биология». М., «Просвещение». 2004г.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Penicillium_camemberti
http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%F3%EA%EE%F0
http://ru.wikipedia.org/wiki/%C0%F1%EF%E5%F0%E3%E8%EB%EB
http://www.gardenia.ru/