VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние антибиотиков на всхожесть и прорастание семян пшеницы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
На протяжении многих веков человечество атаковали многочисленные инфекции, унося миллионы жизней. Спасение пришло лишь в двадцатом веке с появлением антибиотиков. Однако спустя некоторое время об антибиотиках заговорили как о враге, убивающем все живое. И до сих пор ученые не могут прийти к однозначному мнению, что же такое антибиотики - добро или зло. Заболевания, вызываемые микроорганизмами, долгое время были бичом всего человечества. И после того, как было доказано, что инфекционные заболевания вызываются болезнетворными бактериями, еще почти сто лет не существовало хороших антибактериальных средств. Препараты, которые использовались в тот период, отличались токсичностью и низкой эффективностью. Лишь спустя десять лет были синтезированы антибиотики. Появление этих препаратов произвело настоящую революцию в медицине, так как врачи впервые получили возможность эффективно лечить инфекционные заболевания.
Однако у любой медали, как известно, есть и обратная сторона. Из лучших побуждений, чтобы вылечить больше, быстрее, эффективнее, врачи назначали антибактериальные средства всегда и везде, где был намек на инфекцию. Но практически сразу появились неожиданные проблемы: формирование у бактерий устойчивости, появление нежелательных побочных эффектов - аллергия, дисбактериоз. Все это способствовало возникновению различных заблуждений относительно антибактериальных препаратов. В данной работе мы хотим изучить влияние антибиотиков на всхожесть и развитие семян пшеницы, т.к. если антибиотик способен улучшить всхожесть, то используя его можно повысить производительность.
Цель исследования: определение влияния антибиотиков на всхожесть и прорастание семян пшеницы.
Для достижения данной цели необходимо решить ряд задач:
проанализировать имеющуюся литературу по теме исследования;
провести эксперимент по влиянию антибиотика «Амоксицилин» на всхожесть семян и длину проростка пшеницы.
Предмет исследования – влияние антибиотика «Амоксицилин» на всхожесть и длину проростка пшеницы.
Объект исследования - семена пшеницы сорта «Памяти Азиева».
Исследование проводилось на базе МБОУ «Новосельская СОШ» с сентября по декабрь 2018 г.
Методы исследования:
накопление теоретического материала;
экспериментальные;
математические
анализ результатов эксперимента.
ГЛАВА 1. Общая характеристика антибиотиков
История открытия и получения антибиотиков
Много веков назад было замечено, что зеленая плесень помогает в лечении тяжелых гнойных ран. Но в те далекие времена не знали ни о микробах, ни об антибиотиках. Первое научное описание лечебного действия зеленой плесени сделали в 70-х годах 19 века русские ученые В.А.Манассеин и А.Г. Полотебнов. После этого на несколько десятилетий о зеленой плесени забыли, и только в 1929 году она стала настоящей сенсацией, перевернувшей научный мир. Феноменальные качества этого неприятного живого организма изучил профессор микробиологии Лондонского университета Александр Флеминг.
Опыты Флеминга показали, что зеленая плесень вырабатывает особое вещество, обладающее антибактериальными свойствами и подавляющее рост многих болезнетворных микроорганизмов. Это вещество ученый назвал пенициллином, по научному названию вырабатывающих его плесневых грибов. В ходе дальнейших исследований Флеминг выяснил, что пенициллин губительно действует на микробы, но вместе с тем не оказывает отрицательного действия на лейкоциты, принимающие активное участие в борьбе с инфекцией, и другие клетки организма. Но Флемингу не удалось выделить чистую культуру пенициллина для производства лекарственных препаратов.
Учение об антибиотиках - молодая синтетическая ветвь современного естествознания. Впервые в 1940 году был получен в кристаллическом виде химиотерапевтический препарат микробного происхождения – пенициллин - антибиотик, открывший летоисчисление эры антибиотиков.
Многие учёные мечтали о создании таких препаратов, которые можно было бы использовать при лечении различных заболеваний человека, о препаратах, способных убивать патогенных бактерий, не оказывая вредного действия на организм больного.
В 30-х годах прошлого столетия в результате химического синтеза были получены новые органические соединения – сульфамиды, среди которых красный стрептоцид (пронтозил) был первым эффективным препаратом, оказавшим терапевтическое действие при тяжёлых стрептококковых инфекциях.
Он долгое время пребывал в гордом одиночестве, если не считать используемого индейцами Южной и Центральной Америки для лечения малярии хинина - алкалоида хинного дерева. Только спустя четверть века были открыты сульфаниламидные препараты, а в 1940 году Александр Флеминг выделил в чистом виде пенициллин.
В 1937 году в нашей стране был синтезирован сульфидин – соединение, близкое к пронтозилу. Открытие сульфамидных препаратов и применение их в медицинской практике составило известную эпоху в химиотерапии многих инфекционных заболеваний, в том числе сепсиса, менингита, пневмонии, рожистого воспаления и некоторых других.
Луи Пастер и С. Джеберт в 1877 году сообщили, что аэробные бактерии подавляют рост Bacillus anthracis.
В конце XIX века В. А. Манассеин (1841-1901) и А. Г. Полотебнов (1838-1908) показали, что грибы из рода Penicillium способны задерживать в условиях in vivo развитие возбудителей ряда кожных заболеваний человека.
И. И. Мечников (1845 - 1916) ещё в 1894 году обратил внимание на возможность использования некоторых сапрофитных бактерий в борьбе с патогенными микроорганизмами.
В 1896 году Р. Гозио из культурной жидкости Penicillium brevicompactum выделил кристаллическое соединение - микофеноловую кислоту, подавляющее рост бактерий сибирской язвы.
Эммирих и Лоу в 1899 году сообщили об антибиотическом веществе, образуемом Pseudomonas pyocyanea, они назвали его пиоцианазой; препарат использовался в качестве лечебного фактора как местный антисептик.
В 1910-1913 годах O. Black и U. Alsberg выделили из гриба рода Penicillium пеницилловую кислоту, обладающую антимикробными свойствами.
В 1929 году А. Флемингом был открыт новый препарат пенициллин, который только в 1940 году удалось выделить в кристаллическом виде.
В 70-х годах ежегодно описывалось более 300 новых антибиотиков. В 1937 году Вельш описал первый антибиотик стрептомицетного происхождения актимицетин, в 1939 году Красильниковым и Кореняко был получен мицетин и Дюбо – тиротрицин. Впоследующем число антибиотиков росло очень быстрыми темпами [6].
Таким образом, к моменту получения пенициллина в очищенном виде было известно пять антибиотических средств (микофеноловая кислота, пиоцианаза, актиномицетин, мицетин и тиротрицин). В последующем число антибиотиков быстро росло и к настоящему времени их описано почти 7000 (образуемых лишь микроорганизмами); при этом только около 160 используется в медицинской практике.
В настоящее время различают три способа получения антибиотиков: биологический, метод получения полусинтетических препаратов и синтез химических соединений — аналогов природных антибиотиков.
Биологический синтез. Одним из главных условий получения антибиотика в большом количестве является продуктивность штамма, поэтому используются наиболее продуктивные мутанты «диких штаммов», полученные методом химического мутагенеза. Продуцент выращивают в жидкой оптимальной среде, в которую и поступают продукты метаболизма, обладающие антибиотическими свойствами. Антибиотики, находящиеся в жидкости, выделяют, используя ионообменные процессы, экстракцию или растворители. За Международную единицу активности антибиотика (ЕД) принимают специфическую активность, содержащуюся в 1 мкг чистого препарата пенициллина Международная единица активности равна 0,6 мкг.
Полусинтетические антибиотики. Их готовят комбинированным способом: методом биологического синтеза получают основное ядро молекул антибиотика, а методом химического синтеза, путем частичного изменения химической структуры — полусинтетические препараты. препарат.
Синтетические антибиотики. Изучение химической структуры антибиотиков дало возможность получать их методом химического синтеза. Одним из первых антибиотиков, полученных таким методом, был полевомицетин. Большие успехи в развитии, химии привели к созданию антибиотиков с направленно измененными свойствами, обладающих пролонгированным действием, активных в отношении устойчивых к пенициллину стафилококков [7].
Группы антибиотиков и их действие
Все антибактериальные препараты по эффекту воздействия на микроорганизмы можно разделить на две большие группы:
бактерицидные – непосредственно вызывают гибель микробов;
бактериостатические – препятствуют размножению микроорганизмов. Не способные расти и размножаться, бактерии уничтожаются иммунной системой больного человека.
Свои эффекты антибиотики реализуют множеством способов: некоторые из них препятствуют синтезу нуклеиновых кислот микробов; другие препятствуют синтезу клеточной стенки бактерий, третьи нарушают синтез белков, а четвертые блокируют функции дыхательных ферментов.
Несмотря на многообразие этой группы препаратов, все их можно отнести к нескольким основным видам. В основе этой классификации лежит химическая структура – лекарства из одной группы имеют схожую химическую формулу, отличаясь друг от друга наличием или отсутствием определенных фрагментов молекул. Классификация антибиотиков подразумевает наличие групп:
Производные пенициллина. Сюда относятся все препараты, созданные на основе самого первого антибиотика. В этой группе выделяют следующие подгруппы или поколения пенициллиновых препаратов: Природный бензилпенициллин, который синтезируется грибами, и полусинтетические препараты: метициллин, нафциллин. Синтетические препараты: карбпенициллин и тикарциллин, обладающие более широким спектром воздействия. Мециллам и азлоциллин, имеющие еще более широкий спектр действия. Цефалоспорины – ближайшие родственники пенициллинов. Самый первый антибиотик этой группы – цефазолин С, вырабатывается грибами рода Cephalosporium. Препараты этой группы в большинстве своем обладают бактерицидным действием, то есть убивают микроорганизмы. Отличия между разными группами состоят в основном в их эффективности – более поздние поколения имеют больший спектр действия и более эффективны. Цефалоспорины 1 и 2 поколений в клинической практике сейчас используются крайне редко, большинство из них даже не производится.
Макролиды – препараты со сложной химической структурой, оказывающие бактериостатическое действие на широкий спектр микробов. Представители: азитромицин, ровамицин, джозамицин, лейкомицин и ряд других. Макролиды считаются одними из самых безопасных антибактериальных препаратов – их можно применять даже беременным. Азалиды и кетолиды – разновидности макорлидов, имеющие отличия в структуре активных молекул. Еще одно достоинство этой группы препаратов – они способны проникать в клетки человеческого организма, что делает их эффективными при лечении внутриклеточных инфекций: хламидиоза, микоплазмоза.
Аминогликозиды. Представители: гентамицин, амикацин, канамицин. Эффективны в отношении большого числа аэробных грамотрицательных микроорганизмов. Эти препараты считаются наиболее токсичными, могут привести к достаточно серьезным осложнениям. Применяются для лечения инфекций мочеполового тракта, фурункулеза.
Тетрациклины. В основном этой полусинтетические и синтетические препараты, к которым относятся: тетрациклин, доксициклин, миноциклин. Эффективны в отношении многих бактерий. Недостатком этих лекарственных средств является перекрестная устойчивость, то есть микроорганизмы, выработавшие устойчивость к одному препарату, будут малочувствительны и к другим из этой группы.
Фторхинолоны. Это полностью синтетические препараты, которые не имеют своего природного аналога. Используются чаще всего для лечения инфекций ЛОР-органов (отит, синусит) и дыхательных путей (бронхит, пневмония).
Линкозамиды. К этой группе относятся природный антибиотик линкомицин и его производное клиндамицин. Оказывают и бактериостатическое, и бактерицидное действия, эффект зависит от концентрации.
Карбапенемы. Это одни из самых современных антибиотиков, действующих на большое количество микроорганизмов. Препараты этой группы относятся к антибиотикам резерва, то есть применяются в самых сложных случаях, когда другие лекарства неэффективны. Представители: имипенем, меропенем, эртапенем.
Противотуберкулезные средства. Это отдельная группа препаратов, обладающих выраженным действием на туберкулезную палочку. К ним относятся рифампицин, изониазид и ПАСК. Другие антибиотики тоже используют для лечения туберкулеза, но только в том случае, если к упомянутым препаратам выработалась устойчивость. Противогрибковые средства. В эту группы отнесены препараты, используемые для лечения микозов – грибковых поражений: амфотирецин В, нистатин, флюконазол[2].
Применение антибиотиков в растениеводстве России
Стремление использовать антагонизм микроорганизмов против фитопатогенной микрофлоры возникло задолго до открытия антибиотиков. Еще в 20-х годах изучали возможность использования бактерий- антагонистов против возбудителей заболеваний растений [3].
Многочисленные экспериментальные исследования в России показали, что большинство используемых антибиотиков хорошо проникает в ткани растений через корни, стебли, листовую поверхность, впитывается в семена. Скорость проникновения в растение определяется свойствами антибиотика
Пенициллин при введении через корни обнаруживается в верхушечных листьях томатов через 30—40 мин, стрептомицин — через 2—3 суток; медленно распространяется в тканях растений хлортетрациклин [4]. Концентрация антибиотика в тканях растений зависит от свойств антибиотика, вида растений (что определяет скорость разрушения антибиотика) и от внешних условий. В лабораторных условиях возможны случаи хронического отравления растений даже слаботоксичными антибиотиками, которые применялись длительно и бессистемно. Антибиотики могут оказывать и стимулирующее влияние на рост и развитие растений, определенным образом активировать отдельные процессы и функции. Например, внесение в почву отходов производства пенициллина положительно влияло на урожай ячменя и зеленой массы [3].
Таким образом, антибиотики обладают всеми свойствами, которые необходимы для лечебных препаратов, применяющихся в растениеводстве. Использование антибиотических препаратов в растениеводстве дает значительный экономический эффект. Однако применение в народном хозяйстве, в том числе в растениеводстве, антибиотиков должно проводиться с известной осторожностью.
Глава 2. Материалы и методы исследования
В качестве антибиотика мы использовали таблетки Амоксициллин.
Амоксицилли́н — лекарственное средство, полусинтетический антибиотик широкого спектра действия группы пенициллинов. По своим фармакологическим свойствам близок к ампициллину, но, в отличие от него, обладает лучшей биодоступностью при пероральном приёме. Они представляют собой органические соединения, основой которых является 6-аминопенициллановая кислота, которую получают из культур плесневого грибка Penicillium chrysogenum.
Активен в отношении аэробных грамположительных бактерий: Staphylococcus spp. (за исключением штаммов, продуцирующих пенициллиназу), Streptococcus spp.; и аэробных грамотрицательных бактерий: Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, Escherichia coli, Shigella spp., Микроорганизмы, продуцирующие пенициллиназу, резистентны к действию амоксициллина. В комбинации амоксициллина с клавулановой кислотой, резистентность бета-лактамазы нейтрализуются. Действие развивается через 15—30 мин. после введения и длится 8 часов [1].
Объект исследования – пшеница сорта «Памяти Азиева». Сорт получен индивидуальным отбором f2 Саратовская 29 х Лютесценс 99/80-1. Отцовская форма является сестринской линией сорта Омская 20.
Авторы сорта: В.А.Зыкин, В.С.Сусляков, И.А.Белан, С.В.Пашков, Л.Я.Сивенкова, П.В.Поползухин, В.Я. Белевкин.
Сорт относится к лесостепной западносибирской экологической группе.
Сорт генетически однороден и представляет собой чистую линию.
Разновидность лютесценс. Колос веретеновиднопризматический, белый, безостый, неопушенный. На цветочных чешуях с середины колоса кверху видны остевидные заострения до 1,0 см. Плотность колоса средняя (до 18 колосков на 10 см, стержня). Длина колоса 9-11 см. Колосковая чешуя яйцевидной формы, среднегрубая, длиной до 9 мм, шириной до 5 мм, основание чешуи прямое, нервация слабо выражена. Килевой зубец острый, короткий, до 2 мм, плечо прямое, средней ширины, киль отчетливо выражен по всей длине, зазубрен. Заключение зерна чешуями плотное. Зерно овальное, крупное, красное, средней длины (7 мм), бороздка узкая, неглубокая, хохолок слабо выражен. Окраска фенолом темно-коричневая.
Куст промежуточный, опушение сильное, восковой налет слабый, окраска зеленая. В период колошения листья промежуточного типа, стебель прочный, достигает в длину 90 см, соломина светло-желтого цвета. При созревании колос незначительно поникает.
Памяти Азиева - сорт среднеранний, созревает за 79 суток.
Устойчивость к весенне-летней засухе высокая. На инфекционном фоне заражения Памяти Азиева поражается бурой ржавчиной на уровне районированных восприимчивых сортов, имеет преимущество перед ними по устойчивости к мучнистой росе и пыльной головне.
Устойчивость к полеганию средняя (на уровне стандарта Иртышанка 10).
Данный сорт обладает высокой потенциальной урожайностью по фонам и срокам посева, которая обеспечивается сочетанием засухоустойчивости, устойчивости к мучнистой росе, большего количества зерен в колосе и продуктивности колоса [5].
Для исследования влияния антибиотиков на всхожесть семена поместили в чашки Петри по 10 штук.
Приготовили растворы антибиотика с концентрацией 0,2%, 0,5%, 0,7%, 1%, 1,2%, 1,5%. Таблетки антибиотиков растерли в порошок и заливали водой до отметки 50мл. Смочили бинт растворами антибиотика. Контроль - обычная вода, которой растворяли таблетки.
Через 1 неделю подсчитали результаты всхожести и измерили длину проростка. Опыт провели трижды для получения более достоверных результатов.
Глава 3. Результаты и обсуждение
В эксперименте нами определялась всхожесть семян и длина проростка пшеницы.
Анализируя полученные данные по влиянию концентрации антибиотика на всхожесть семян пшеницы (Диаграмма №1), можно выявить, что наилучшая всхожесть семян наблюдается в растворах с концентрацией 1,2% и 1,5 % и составляет 90%. Низкая всхожесть семян наблюдается в растворе с концентрации 0,2 % и 0,5% и составляет 60%.
Анализируя полученные данные по влиянию концентрации антибиотика на длину проростка пшеницы (Диаграмма №2), можно выявить, что наибольшая длина проростка (10, 13 см) наблюдалась при наибольшей концентрации антибиотика (1,5%), а наименьшая (10,0 см) при самой маленькой концентрации (0,2%). Таким образом, можно выявить закономерность, чем выше концентрация антибиотика, тем больше длина проростка. Необходимо отметить, что длина проростка контрольного образца составляет 7,94 см., что на 2, 06 см. меньше длины проростка при самой маленькой концентрации антибиотика.
0,2
Диаграмма 1. Влияние концентрации антибиотика «Амоксициллин» на всхожесть пшеницы.
0,5 0,7 1 1,2 1,5 %
Диаграмма 2. Влияние концентрации антибиотика «Амоксициллин» на длину проростка пшеницы.
Заключение
На основе литературных источников нами была установлена история открытия антибиотиков, классификация и применение в растениеводстве России;
В ходе работы нами было установлено, что наилучшая всхожесть семян наблюдалась в растворах с концентрацией 1,2% и 1,5 % и составляла 90%; выявлена закономерность: чем выше концентрация антибиотика, тем больше длина проростка.
Список литературных источников
Амоксициллин Режим доступа https://ru.wikipedia.org/wiki/Амоксициллин Дата обращения октябрь 2018 г.
Антибиотики Режим доступа https://ru.wikipedia.org/wiki/Антибиотики Дата обращения октябрь 2018 г.
Гаузе Г.Ф.Антагонизм микробов и антибиотические вещества, М.: Изд-во АН СССР,1958;
Гаузе Г. Ф., Лекции по антибиотикам, 3 изд., М.: Изд-во АН СССР, 1958;
Инновации бизнесу. Новый среднеранний сорт яровой пшеницы Памяти Азиева Режим доступа http://www.ideasandmoney.ru/Ntrr/Details/121858 Дата обращения октябрь 2018 г.
История открытия антибиотиков Режим доступа http://biofile.ru/bio/4207.html Дата обращения октябрь 2018 г.
Классификация антибиотиков по происхождению и спектру действия. Режим доступа https://studfiles.net/preview/4022258/page:22/ Дата обращения октябрь 2018 г.