VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изучение влияния фитонцидов цитрусовых на микроорганизмы и плесневые грибы.
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Экологическая обстановка на планете с каждым годом становится всё опаснее для здоровья и жизни человека. Присоединяются такие факторы, как гиподинамия, стрессы, вредные привычки. В результате здоровье населения ухудшается, а антибиотики, как панацея XX века, в XXI оказались с большим числом минусов, чем плюсов. Поэтому все больше внимания уделяется альтернативным источникам лечения, в том числе народным средствам, которые использовались испокон веков. Их изучают на научной основе, пытаются открыть их физиологические механизмы воздействия на организм, биохимию лечения.
Одним из таких альтернативных способов поддержания и восстановления здоровья является изучение и использование фитонцидов.
Целью работы является изучение влияния фитонцидов на микроорганизмы и плесневые грибки, которая реализуется через следующие задачи:
Изучить научно-популярную литературу о фитонцидах (биохимия и физиология)
Освоить методики выращивания микроорганизмов
Заложить опыт по влиянию фитонцидов растений на развитие плесневых грибков.
Выявить растения с наибольшей фитонцидной активностью.
Выступить с результатами работы на школьной научно-практической конференции
Предметом исследования являются органические соединения растений, оказывающие подавляющее действие на микроорганизмы и плесневые грибы.
Предполагаю, что народные средства, используемые исстари, а так же рекомендуемые современной медициной против простудных заболеваний, инфекций, обладают бактерицидными свойствами.
Используемые методы в работе: визуальное наблюдение, эксперимент, метод выращивания почвенных микроорганизмов.
Сроки работы: январь-февраль2016 год
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные знания по результатам этой работы помогут сохранять и поддерживать здоровье каждого из нас. К тому же актуальность подобных работ будет возрастать.
2. Основное о фитонцидах
2.1. История открытия
В 1928 г. студент Московского университета, Борис Токин наблюдал под микроскопом интересную картину: когда он на предметное стекло наносил кашицу из растертого чеснока, а рядом – капельку воды, в которой плавали инфузории, то в течение нескольких минут эти простейшие организмы погибали.
Он провел опыты с другими растениями и убедился, что многие из них, как и чеснок, способны на расстоянии угнетать бактерии. Это явление Токин объяснил тем, что многие растения в целях самозащиты выделяют специальные противомикробные вещества.
Образуемые растениями биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие бактерий, грибов и простейших, Борис Токин назвал фитонцидами (от греч. phyton – растение и лат. caedo – убиваю).
2.2. Химическая природа фитонцидов
Для определения химического строения данных веществ было проделано множество опытов. Однако известно на сегодняшний день все равно мало. Дело в том, что фитонцид - это целый комплекс соединений летучего характера. Так, например, сюда можно отнести содержащиеся в растениях: гликозиды; терпены; флавоноиды; фенольные соединения; катехины; антоцианы; дубильные вещества; фенолокислоты; составляющие эфирных масел. По строению - это сложные органические гетероциклические соединения, составляющие целые комбинации друг с другом. Свойства фитонциды проявляют вполне определенные - угнетающее воздействие на живые организмы микроскопического строения, а также на некоторые виды растений.
2.3. Особенности фитонцидов
В тканях растений фитонциды распределены неравномерно. Например, у томата их больше всего в листьях, меньше в корнях и совсем мало в плодах и стеблях. В луке и чесноке фитонциды накапливаются преимущественно в луковицах. Фитонциды лука, и листья черёмухи убивают грибок фитофтору, которая поражает картофель.
Устойчивость картофеля и моркови к грибковым заболеваниям определяется содержащимся в них фитонцидом – хлорогеновой кислотой. Болезнь «снежную плесень» на злаках, вызываемую грибом фузариумом, уничтожает фитонцид бензоксазолин, образующийся в тканях злаков при повреждениях.
На возбудителей заболеваний человека и животных фитонциды действуют значительно сильнее, чем на возбудителей у растений. Например, фитонциды апельсина и лимона в 40 - 50 раз скорее убивают дизентерийную палочку, вызывающую заболевание у человека, чем вид бактерий, поражающий деревья лимона, апельсина и мандарина. Лимон – удивительный фрукт, убивающий вирусы. Их в природе более 500, вызывающих болезни у людей – около 40. Установлено, что многие микроорганизмы погибают в слабых растворах лимонной кислоты (1: 2000).
Фитонциды различных видов растений не одинаковы по своему составу и действию. Продукция фитонцидов изменяется в зависимости от сезона года, почвенных и климатических условий, времени суток, стадии вегетации растений и их физиологического состояния. В большинстве случаев выделение фитонцидов после разрушения (например, измельчения) растительных тканей прекращается в первые минуты, и даже секунды. Исключением являются летучие фитонциды корней дикого пиона, обнаруживающиеся даже через 24 часа, а также фитонциды чеснока, выделяющиеся спустя 200, а иногда 700 часов после их измельчения.
Профессором Б.П. Токиным проводились опыты с черёмухой. Кашица из натёртых листьев черёмухи выделяет вещества, убивающие бактерии и споры плесневых грибов. Измельчённые листья профессор Б.П. Токин помещал в стеклянную банку, в которую напускал комнатных мух, комаров и слепней. В несколько секунд они погибали. Раздавленные почки черёмухи, помещённые в сосуд с крысой, убивают крысу через 20 минут.
Но есть вредители самой черёмухи, на которых не действуют её фитонциды и ядовитые соки, - это довольно «нежная» черёмуховая тля. Особенно много фитонцидов выделяется молодыми листьями черёмухи весною и летом, осенью же значительно меньше.
2.4. Использование фитонцидов
Из фитонцидов высших и низших растений в настоящее время получены многие антибиотики, обладающие различной антимикробной активностью: из чеснока - аллицин, из шалфея лекарственного – сальвин, из зверобоя продырявленного – иманин, из чистотела большого – сагвинарин.
Фитонциды относятся к антибиотическим средствам. Многие фитонцидосодержащие растения широко используются при лечении ран, фурункулов, абсцессов, ожоговых поражений, бородавок, ангины, стоматитов, ларингитов, фарингитов и т.д. Местно фитонциды обладают раздражающим и обезболивающим действием. Поэтому кашицу или крупно измельчённый лук, чеснок и хрен прикладывают на лоб или затылочную область при головных болях. Этим же способом лечат мышечные и суставные боли.
В последнее время фитонциды многих растений стали успешно применять в лечебной практике при желудочно-кишечных заболеваниях и как противогельминтные средства.
Фитонцидные растения (лук, чеснок, крапива) в быту нередко используют для хранения рыбных и мясных продуктов. Завёрнутые в свежесорванные листья крапивы или лопуха большого рыба и мясные продукты сохраняются гораздо дольше, чем при хранении в обычных условиях. Хорошо очищенную луковицу или чеснок помещают в мешок с мукой или в пакет с рисом с целью защиты этих продуктов от различных насекомых.
Снижают количественное содержание микробов в воздухе до 250 раз на 1 м3. Поэтому прогулки в лесах, где растут подобные растения (хвойные, дубовые рощи, лиственные), улучшают состояние легких, нормализуют работу дыхательной системы. Они очень полезны для больных туберкулезом, другими заболеваниями в этой области.
Хорошее бронхолитическое действие у липы, чабреца, березы. Именно дубовые рощи обладают способностью нормализовать повышенное кровяное давление, поэтому такое лечение показано гипертоникам. Многие травы, содержащие фитонциды и витамины, укрепляют иммунитет, действуют седативно, нормализуют сон и психическое состояние (мелисса, душица и другие).
Гипотоникам для повышения давления рекомендуются вещества сирени и тополя. Многие фитонциды обладают сосудорасширяющим действием, благодаря чему избавляют от головных болей, спазмов (мята перечная). Данные соединения ионизируют воздух, осаждают молекулы пыли, очищают и обеззараживают окружающую среду. Соответственно, улучшают общую атмосферу для нормального развития живых существ. Ряд растений помогает в борьбе с простудными, инфекционными и вирусными заболеваниями (лук, чеснок, малина, черника, редька, горчица и другие). Таким образом, значение фитонцидов для животных организмов и человека важно.
С помощью них можно избавить себя от применения сильных антибиотиков, синтезируемых искусственно, не допустить формирования тех последствий, что они за собой влекут. Конечно, действие фитонцидов будет не таким быстрым, но зато более мягким, щадящим и эффективным.
Многие исследования, в том числе опыт закоренелых огородников и садоводов, показали, что разные растения неодинаково способны сосуществовать рядом друг с другом. Так, например, действуют отрицательно друг на друга: виноград и капуста; бобовые и лук, шпинат и чеснок; горох и помидоры; капуста и картофель; пастернак, хрен, сельдерей и капуста; картофель и дыни; горох и гладиолусы. Поэтому фитонциды и другие летучие соединения, вырабатываемые растениями, могут угнетать рост и развитие друг друга, а часто, напротив, помогать в этом. На таких сочетаниях основано успешное плодоводство и овощеводство.
Использование фитонцидов определило новое направление в создании искусственных насаждений - фитодизайн. Это источник свежести, чистоты и пользы воздуха. Оно подразумевает насаждения такого количества фитонцидсодержащих растений, которое способно справиться с загрязнителями воздуха и поддерживать его в достойном состоянии. То есть фитодизайн - способ улучшить экологическое состояние окружающей среды, укрепить здоровье людей и предотвратить развитие массовых микробных заболеваний.
3. Методика выращивания микроорганизмов
50г садовой почвы помещается в стакан. Добавляется 150г сырой воды, ставится в теплое время на сутки. На поверхности воды образуется пленка с различными видами почвенных простейших (Приложение 1 рис.1)
4. Изучение влияния фитонцидов
4.1. Влияние фитонцидов на плесневые грибки (мукор)
Для проведения опыта взяты примерно одинаковые кусочки чёрного хлеба. Каждый из них помещён в полиэтиленовый пакет (прилож.1рис.2), туда же добавлялись исследуемые фитонцидосодержащие растения по 2г (прилож.1рис.3): лук репчатый, зелёные перья лука, цедра лимона, листья комнатного лимона, чеснок. Хлеб и растения не контактировали. Фитонцидами насыщался воздух в целлофане. Для контроля: кусочки чёрного хлеба в пакете. В течение четырёх дней никаких изменений не наблюдалось. В понедельник, на шестой день обнаружены пятна плесени на всех объектах (прилож.1рис.4): различие по площади поражения и по окраске (одни плесневые пятна в виде белого налёта, другие черного цвета, что говорит о скорости роста грибка).
Табл.1
|
контроль |
Лук репчатый |
Лук зелёное перо |
Чеснок |
Лимон цедра |
Лимон зелёные листья |
|
2 место |
5 место |
4место |
Мак. -1м |
6 место |
3 место |
Максимальное поражение у чеснока, минимальное у цедры лимона (прилож.1 рис.5). Самые «спелые» пятна наблюдались у хлеба на контроле, что говорит о наиболее раннем появлении или более быстром развитии плесени.
4.2. Влияние фитонцидов на одноклеточных животных
Берем 2 грамма исследуемого объекта, измельчаем, помещаем в ступку и растираем. В полученную кашицу приливаем по 2 мл дистиллированной воды. Полученный раствор капаем на подопытных.
Готовим микропрепарат: водный раствор с почвенными микроорганизмами помещаем на предметное стекло, сверху покровное. Кладём под объектив. Наблюдаем несколько секунд. Затем добавляем под покровное стекло каплю приготовленного сока из листьев растений. Фиксируем время, в течение которого происходит гибель простейших после воздействия на них растительного сока. Данные эксперимента вносим в таблицу (прилож.1рис.6).
Табл.2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
движение пассивное гибель через 2мин.13сек мин. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты показывают, что самые активные выделения у цедры лимона и лука репчатого (прилож.2рис.1). Слабое влияние оказывают зеленые листья лимона. Медленнее сработали зелёные листья лука. Возможно, это связано с тем, что они были проращены из головок репчатого в комнатных условиях: недостаточное солнечное освещение, длительное хранение исходного материала, что ослабило фитонцидные свойства. В любом случае, вместилища запасных питательных веществ растений, как то луковицы, плоды – обладают более сильными свойствами природных антибиотиков.
4.3. Сравнение результатов обоих опытов
Общее сравнение обоих опытов говорит в пользу плодов лимона и репчатого лука. Исключением стал чеснок – самое сильное развитие плесени (прилож.1рис.7). Возможные причины: ослаблен в результате длительного хранения, и уже сам был поражен спорами плесневых грибков. С другой стороны, известно, что максимально свои фитонцидные свойства это растение может проявлять спустя 200 часов после повреждения, а иногда и 700. В любом случае, опробованные в опытах растения обладают поражающим фактором против простейших и плесневых грибков, в данном случае мукор.
Возможные ошибки: весы технические, максимальной точностью не обладают, сроки и условия хранения луковиц, плодов различны, не учтены время максимальной физиологической активности данных объектов.
Заключение
На основе результатов проделанной работы можно сделать следующие выводы:
Во-первых, фитонциды – биологически активные вещества, вырабатываемые многими растениями, основным свойством которых является подавление жизнедеятельности или даже гибель многих болезнетворных микроорганизмов. Они являются природными антибиотиками, которые человек научился использовать в практических целях. Наиболее известными и доступными являются лук и чеснок.
Во-вторых, проведенное исследование по изучению влияния действия фитонцидов некоторых растений на распространенные микроорганизмы и плесневые грибки, подтвердили эти сведения. Однако наши результаты показали, что наряду с такими растениями как лук и чеснок, также очень сильным фитонцидным действием обладает и лимон (а возможно и другие цитрусовые)
В-третьих, рекомендовать учащимся употреблять в пищу растения с наиболее высокими фитоцидными свойствами (лимон, лук, чеснок), с целью профилактики вирусных и бактериальных заболеваний.
В-четвёртых, освоены методики выращивания микроорганизмов, плесневых грибков, наблюдения за ними.
Наряду с здоровым образом жизни и правильным питанием можно и нужно сохранять и поддерживать своё здоровье и здоровье окружающих.
Список литературы и источников
1. Калганова, Т. Н. Практикум по микробиологии и биотехнологии: лабораторные работы / Т. Н. Калганова. – Южно-Сахалинск: СахГУ, 2011. – 56 с.
2. Синяков А.Ф. О вершках и корешках. - М.: Физкультура и спорт, 1992, с. 211 – 246.
3. Токин Б.П. Целебные яды растений. Повесть о фитонцидах. Изд. 3-е, испр. и доп.— 5 Изд-во Ленингр. университета, 1980.—280 с.
4. Швечикова А.П., Косогова Т.М., Луценко А.И. Комнатные растения и чистота воздуха в помещении. Биология в школе, 1992. -№1-2, с. 66 – 67.
http://flora-karelia.ru/?p=1722
http://fb.ru/article/168875/fitontsid---eto-svoystva-fitontsidov-rasteniya-soderjaschie-fitontsidyi#image634680
Приложение1
Рис.1 Выращивание почвенной микрофлоры
Рис.2 Закладка опыта
Рис.3 Определение массы растений, обладающих фитонцидными свойствами
Рис.4 Появление плесени на хлебе
Рис.5 Минимальное поражение плесенью в присутствии цедры лимона
Рис.6 Наблюдение за изменениями, происходящими под воздействие фитонцидов
Рис.7 Высокая пораженность плесенью в опыте с чесноком
Приложение 2
Рис.1 Фитонцидная активность изучаемых растений
(Фитонцидность рассчитывается по формуле А=100:Т, где А – фитонцидная активность, Т – время гибели простейших).