Использование фитонцидных растений в исследовательской работе школьников

Изучение степени влияния фитонцидов растений  на развитие плесневого гриба мукор на проростках пшеницы

Скиданенко В., 9а класс МАОУ СОШ   «Земля родная»

Научный руководитель: Мухаметова Д.Х., учитель биологии

Аннотация

Актуальность: Часто продукты покрываются налётом. Это значит, что они подверглись заражению плесенью. Для борьбы с ней мы решили использовать  биологические вещества природного происхождения – фитонциды.

Новизна данной исследовательской работы заключается в том, что впервые изучается  использование фитонцидов растений для  подавления роста плесневого гриба мукора именно на проростках пшеницы.

Цель работы: с помощью эксперимента выяснить степень влияния различных фитонцидных растений на развитие гриба мукор.

Методы исследования:

1.Изучение и анализ научно-популярной  литературы.

2.Проведение эксперимента:

а) приготовление раствора из вытяжки фитонцидных растений.

б) определение всхожести семян.

в) обработка семян пшеницы приготовленными растворами из вытяжки фитонцидных растений.

г)  Наблюдение за прорастанием семян и развитием проростков.

Результат. В ходе эксперимента установили следующую закономерность: степень подавления   развития мукора на проростках пшеницы фитонцидными растениями оказалась различной. Наибольшей фитонцидной способностью обладают дольки чеснока, на втором месте хвоя сосны, и на третьем -листья герани.

Выводы        

1. В результате анализа результатов собственных исследований мы подтвердили гипотезу о том, что фитонциды чеснока, сосны и герани подавляют развитие плесневых грибов на проростках пшеницы.

2.  В ходе эксперимента установили следующую закономерность: степень подавления   развития мукора фитонцидными растениями оказалась различной. Наибольшей фитонцидной способностью обладают дольки чеснока, на втором месте хвоя сосны, и на третьем - листья герани.

Пример использования  ффитонцидных растений в исследовательской деятельности школьников

Учитель биологии МАОУ СОШ «Земля родная» г. Новый Уренгой ЯНАО Мухаметова Дамира Хажинуровна                                                

Изучение степени влияния фитонцидов растений  на развитие плесневого гриба мукор на проростках пшеницы

естественные науки и современный мир:

биология

                                                                            Выполнила: Скиданенко Виктория, ученица 9а

                                                                             класса  муниципального        

                                                       автономного  oбщеобразовательного

                                                                  учреждения средней общеобразовательной

                                школы «Земля родная»

                                  Научный руководитель:

                                                                    Мухаметова Дамира Хажинуровна, учитель                        

                                        биологии муниципального

                                                          автономного  oбщеобразовательного

                                                                      учреждения средней общеобразовательной

                                    школы «Земля родная»

                                                          Российская Федерация

                                                                Новый Уренгой

2014

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………………….......3

1. Теоретическая часть…………………………..……………………………………………..4

    1.1. Плесневые грибы. Мукор……………………………………………………….............4

    1.2. Фитонциды…………………………………………….…………………………...……5

2. Экспериментальная часть…….……….……………………………………..........………....7

    2.1. Суть метода…………………………………………….………...…....………….…….. 7

    2.2. Ход эксперимента …………………………………….….……...…....………….…….. 8

Выводы……………… ….…………….……………………………………….……….….........12

4. Рекомендации……………….………………...........................................................................12

Список литературы…………………............................................…………...............................13

Основные понятия и определения……………………………………………………………..13

5. Приложение.………….……………..……...............................................................................13

    5.1. Фотография 1……….……………………………….......................................……..........15

    5.2. Таблица 1…………….…..……………………..................................................................15

    5.3. Фотография 2 ……….........................................................................................................16

    5.4. Фотография 3………...………………………………...........................………………....16

    5.5. Фотография 4..…..……………..........................................................................................17

    5.6. Фотография 5……………………………...............................................………...............17

    5.7. Фотография 6………………………………..................................................….....……...18

   5.8. Фотография 7..….................................................................................................................19

    5.9. Фотография 8..…………….………………………………..................................….........19

    5.10. Фотография 9.…………...................................................................................................20

Введение        

   Актуальность: В современных условиях нередко бывают случаи, когда продукты покрываются серо-голубым или белым налётом. Это значит, что они подверглись заражению плесенью. Плесневые грибы не только наносят материальный ущерб, но и вредны для здоровья человека. Опасность представляют собой токсичные продукты жизнедеятельности некоторых видов плесневых грибов, а так же их споры. Споры свободно распространяются вокруг. Они могут оседать в лёгких человека,  всасываться через кожу, попадать в пищу. Кроме этого, при контакте с человеческой кожей могут прорасти в ней, вызывая грибковые заболевания.

   Для борьбы с плесневыми грибами мы решили использовать  биологические вещества природного происхождения – фитонциды. Они имеют явные преимущества перед химическими средствами. Последние вредны и опасны для здоровья человека.  

   Новизна данной исследовательской работы заключается в том, что впервые изучается  использование фитонцидов растений для  подавления роста плесневого гриба мукора на проростках пшеницы,

    Гипотеза:

1. Фитонциды таких растений,  как  чеснок, герань, сосна подавляют развитие плесневых грибов.

2. Большее влияние на рост плесени будет оказывать фитонциды, содержащиеся в дольках чеснока.

    Объект исследования: плесневый гриб мукор.

    Предмет исследования:  степень влияния фитонцидов растений (чеснок, герань, сосна) на развитие плесневого гриба.

    Цель работы: с помощью эксперимента выяснить степень влияния различных фитонцидных растений на развитие гриба мукор.

    Задачи исследования:

1. Провести исследования по влиянию фитонцидов растений на гриб мукор.
2. Ознакомиться с научной литературой по данному вопросу.
3. Обобщить, сравнить и проанализировать,  результаты исследования.

Методы исследования:

1. Изучение и анализ научно-популярной  литературы.
2. Проведение эксперимента:

а) Определение всхожести семян.

б) Приготовление раствора из вытяжки фитонцидных растений.

в) Обработка семян пшеницы приготовленными растворами из вытяжки фитонцидных растений.

г)  Наблюдение за прорастанием семян и развитием проростков.

         Оборудование: семена пшеницы, хвоя сосны сибирской, листья герани, дольки чеснока, чашки Петри, фильтровальная бумага, емкости для растворов, пестик со ступкой, лупа, пинцет, фотоаппарат, световой микроскоп. 

1. Теоретическая часть

       1.1. Плесневые грибы. Мукор.

Плесневые грибы* широко распространены в природе, они развиваются практически повсеместно. Большие колонии растут на питательных средах при высокой температуре и повышенной влажности, причем рост плесени не ограничен при условии наличия пищи. Плесневые грибы отличаются неприхотливостью.

К ним относятся организмы, вегетативное тело которых представляет собой мицелий (грибницу), состоящий из переплетающихся тонких нитей — гиф. Плесневые грибы на поверхности субстрата* дают ползучие, стелющиеся, бархатистые, пушистые, войлокообразные колонии, которые сливаются в сплошной налет. Плесневые грибы имеют характерный неприятный запах [2, стр. 35].

Они являются возбудителями пороков пищевых продуктов, так как вызывают глубокий распад белков и белковых веществ, разлагают жиры до жирных кислот, альдегидов* и кетонов*. Много видов плесневых грибов обладают патогенными* свойствами, то есть могут спровоцировать заболевания человека, животных, растений. Бесполое размножение с помощью спор – главный способ размножения плесневых грибов. Оно направлено на увеличение численности особей.

Плесень Мукор*

Систематика:    

         Мукор широко распространен в почве, развивается также в различных продуктах питания. Гифы нечленистые и обильно  ветвятся. Воздушными гифами называются те нити, которые поднимаются вверх на воздух и кажутся пушком. Они достигают длины 6-8 сантиметров. В ходе развития и роста грибка концы воздушных гифов расширяются, и, наконец, каждый гиф будет оканчиваться маленьким шариком, постепенно чернеющим. Черные шарики  называются спорангиями.  Они содержат споры. Споры развиваются в сферических спорангиях, расположенных на очень длинных вертикально растущих гифах, называемых спорангиеносцами.

1.2. Фитонциды*.

 Общие сведения о фитонцидах. Любой растительный организм в процессе своей жизнедеятельности вырабатывает вещества различной химической природы, в том числе и те, которые помогают в борьбе с болезнетворными микроорганизмами, способствуют выработке у растений иммунитета против различных заболеваний. К таким веществам относятся фитонциды, образуемые растениями биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие микроорганизмов. Они играют важную роль в иммунитете растений и во взаимоотношениях организмов в биоценозах* [1, стр. 521].

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.

Фитонциды относятся к антибиотическим средствам. Местно обладают раздражающим и обезболивающим действием. В последнее время фитонциды многих растений стали успешно применять в лечебной практике при желудочно – кишечных заболеваниях и как  противогель-минтные* средства [4, стр. 101].

Фитонциды повышают бактерицидную энергию воздуха. Соединяясь с легкими аэроионами воздуха, фитонциды превращаются в электроаэрозоли, обладающие активным биологическим действием. Поэтому благотворное влияние растений на здоровье и самочувствие людей зависит не только от химического состава фитонцидов, но и от электроаэрозолей фитонцидов.

Бактерицидные свойства воздуха, содержащего фитонциды, обусловливают и такую его характеристику, как свежесть. Свежий воздух улучшает состояние здоровья, излечивает многие заболевания. Однако воздух может быть чистым, но не свежим. Например, при кондиционировании воздуха за счет уменьшения содержания озона и трансформации ионов резко снижается его бактерицидная энергия [3, стр. 36].

В настоящее время проблема фитонцидов выросла в самостоятельное биологическое учение, разрабатываемое совместными усилиями ботаников, зоологов, химиков, микробиологов, растениеводов и медиков. Изучены разнообразные аспекты механизма влияния фитонцидов на окружающую среду.

История открытия фитонцидов.        Советский ученый Борис Петрович Токин впервые в 1928 г. описал интересное наблюдение: если на предметное стекло нанести кашицу из растертого лука или чеснока, а рядом капельку воды, в которой плавают инфузории, то через несколько минут клетки погибнут.

Подобные опыты ставили со многими растениями и различными микроорганизмами, и результат в той или иной степени повторялся. Ученый сделал вывод, имеющий большое биологическое значение: «В природе многие растения обладают замечательным свойством выделять летучие вещества, губительно действующие на живые существа различных классов: бактерий, микроскопических грибов, простейших» [5, стр. 12].

По определению Б. П. Токина фитонциды - это комплекс летучих и нелетучих веществ, убивающих или подавляющих рост и развитие микроорганизмов. Так в 1928-1930 гг. была поставлена проблема фитонцидов, изучением которой занимались многие ученые.

Помимо Б. П. Токина, пионерами исследований в области фитонцидов были такие ученые как А. Г. Филатова, А. Е. Тебякина и В. Г. Дробатько и другие, которые доказали бактериоубивающие свойства фитонцидов. Ученые установили, что растения способны выделять летучие фракции* фитонцидов и фитонциды тканевых соков [6, стр. 58].

Фитонциды чеснока. Рекордсменом по содержанию биологически активных веществ – фитонцидов является чеснок. Эфирные масла чеснока обладают такой мощной антисептической силой, что могут быть приравнены к продолжительной стерилизации при помощи высоких температур. Причем справляется чеснок со своей задачей значительно быстрее.

             В Древнем Риме чеснок входил в обязательный рацион легионеров, т.к. по мнению римлян, кроме целебных свойств он обладал способностью придавать воинам силу и мужество. В Египте на строительство пирамид сгоняли тысячи рабов, которым ежедневно давали лук и чеснок, чтобы они не болели. Древние греки, а также славяне в древние и средние века считали чеснок незаменимым средством против укусов ядовитых змей.

Интересно, что чеснок считался средством не только лечебным, но и профилактическим. Наравне с луком чеснок использовался как предохранительное средство от чумы, холеры и других моровых болезней во время эпидемий. Как лечебное средство чеснок применялся при очень многих заболеваниях: цинга, камни в почках и мочевом пузыре, желудочно-кишечные заболевания, отеки, простуда, ангина, гипертония, глисты, малярия, бессонница, укусы змей, всевозможные отравления, заболевания кожи,  гнойные раны, язвы и т. д.

Фитонциды хвойных деревьев. Люди, живущие в лесных районах, гораздо меньше подвержены заболеваниям верхних дыхательных путей по сравнению с горожанами.
Вдыхание летучих фитонцидов хвойных деревьев помогает спортсменам избежать так называемой спортивной анемии: летучие вещества повышают устойчивость эритроцитов к недостатку кислорода почти в два раза увеличивают срок их жизни, положительно влияют на функцию всей кровеносной системы. Фитонциды сосны, туи западной, лиственницы сибирской, ели обыкновенной, можжевельника, березы, дуба, рябины, сирени стимулируют кроветворение и деятельность сердечно-сосудистой системы, усиливают биотоки головного мозга, снижают уровень сахара в крови, снимают головную боль, усталость, улучшают самочувствие и настроение.

Фитонциды комнатных растений. Комнатные растения, так же как и их лесные собратья вырабатывают фитонциды и очищают воздух от присутствующих в нем микроорганизмов. Установлено, что  герань снижает содержание микрофлоры в окружающем воздухе на 43%. Для очистки и оздоровления воздуха в помещениях с успехом используются многие комнатные растения. В закрытых помещениях они способны бороться с вирусами и другими возбудителями болезней. 

                                                  Экспериментальная часть

                                                                  2.1 Суть метода

1. Определение всхожести семян.

Метод, используемый контрольно-семенными лабораториями. Таким образом устанавливают, пригодны ли семена для посева. Доля проросших семян из общего числа за данный срок характеризует их всхожесть.

2.  Приготовление вытяжки.

В ступке с помощью пестика измельчают до кашицеобразного состояния части растений. Для получения вытяжки кашицу отфильтровывают.

3.Приготовление растворов из вытяжки частей фитонцидных растений.

С помощью пипетки одну каплю вытяжки помещают в емкости для раствора, добавляют прокипяченную воду комнатной температуры в соотношении 1:30.

4. Закладка (постановка) эксперимента;

5. Наблюдение за развитием проростков;

6. Камеральная* обработка результатов опыта;        

7. Фотографирование.

                                                  2.2 Ход эксперимента

1. Приготовление растворов из вытяжки фитонцидных растений.

В качестве фитонцидных растений были выбраны листья комнатной герани, хвоинки сосны сибирской, дольки чеснока.  

В ступке с помощью пестика измельчили до кашицеобразного состояния листья комнатной герани, хвоинки сосны сибирской и дольки чеснока (по отдельности),  затем отфильтровали и получили вытяжки. С помощью пипетки из каждой вытяжки по одной капле поместили в емкости для растворов, добавили прокипяченную воду комнатной температуры в соотношении 1:30. Емкости с растворами пронумеровали.

№1 - раствор из вытяжки листьев герани;

№2 - раствор из вытяжки хвои сосны;

№3 - раствор из вытяжки листьев чеснока.

2. Определение всхожести семян.

Первое, что необходимо для работы с семенами – определить их качество. Для этого разработаны специальные методы. Пользуясь ими, контрольно-семенные лаборатории устанавливают, пригодны ли семена для посева. Наиболее верный способ выявить это – попробовать их прорастить. Мы проращивали их в течение 4-х дней. Число семян из 100, взошедших за данный срок, характеризует всхожесть семян. Всхожесть семян пшеницы составила 98%. Следовательно, семена, предназначенные для опыта, обладают высокой всхожестью и отвечают заявленным производителем  показателям на этикетке (Приложение; фотография 1, таблица1).

3. Питательная среда для развития гриба мукора.

Для развития и роста плесневых грибов в качестве питательной среды мы выбрали семена пшеницы. В чашки Петри положили несколько слоев фильтровальной бумаги, обильно смочили водой, поместили 20-30 семян. Все семена разделили на 4 группы. Одна из них – контрольная. Она  не подвергалась обработке раствором из вытяжки фитонцидных растений. Чашки Петри размесили их в контейнеры (Приложение; фотография 2).

  Семена необходимо было искусственно заразить спорами плесневых грибов. Для этого контейнеры с семенами пшеницы поместили в вестибюле школы на 20 минут (Приложение; фотография 3).

4. Обработка семян пшеницы раствором из вытяжки фитонцидных растений.

  Семена обработали растворами из вытяжки фитонцидных растений.

Первую группу обработали раствором, приготовленным из вытяжки листьев герани (Приложение; фотография 5); вторую соответственно хвоинками сосны; третью – чеснока. Контрольную группу семян  поместили в отдельный контейнер, она не подвергалась обработке. (Приложение; фотография 3)

Обработку семян повторили через сутки.

      5. Проращивание семян.

Проращивали семена в лаборантской по биологии при температуре + 19 С. Периодически смачивали семена водой  комнатной температуры  с помощью пульверизатора. Во всех группах семена проросли на третьи суки и дали дружные всходы.  

     6. Изучение  состояния проростков пшеницы.

Вели наблюдения, фотографировали, изучали развитие проростков в течение 14 дней.  

В ходе эксперимента получили следующие результаты:

 В первой группе семян пшеницы, обработанной раствором из вытяжки листьев герани, наблюдали появление проростков на третьи сутки. На пятые сутки среди проростков появились небольшие колонии мукора. На двенадцатые сутки посчитали число нормально развитых проростков, их оказалось всего 27, что составляет 27% от общего числа семян. Мукор подавляет рост и развитие проростков. Подавляющее число проростков погибли уже на 9-е сутки наблюдений. Следовательно, степень влияния фитонцидов герани на развитие мукора оказалась незначительной.

Во второй группе семена пшеницы обрабатывались раствором из хвои сосны. Появление проростков наблюдали так же на третьи сутки. На пятые сутки появились колонии мукора. На 7-10-е сутки наблюдали гибель проростков. Число нормально развитых проростков на 14-е сутки наблюдений составило 58 из 100, что составляет 58%.

В третьей группе семян, обработанных раствором из вытяжки хвои сосны, проростки появились на 3-и сутки. Колонии мукора наблюдали на 5-е сутки. Постепенная гибель проростков наблюдалась только на 9-12-е сутки. К концу эксперимента из 100 семян наблюдали 92 нормально развитых проростков (Приложение; фотографии 6, 7, 8).

Анализ результатов эксперимента.

В ходе эксперимента установили следующую закономерность: степень подавления   развития мукора на проростках пшеницы фитонцидными растениями оказалась различной. Наибольшей фитонцидной способностью обладают дольки чеснока, на втором месте хвоя сосны, и на третьем -листья герани.

Так, проростки пшеницы, семена которых были обработаны раствором из вытяжки долек чеснока дали больше всех проростков - 92%, обработанные раствором из вытяжки хвоинок сосны дали 58% проростков, семена, обработанные раствором из вытяжки листьев герани всего 27% проростков.

Выводы        

1. В результате анализа результатов собственных исследований мы подтвердили гипотезу о том, что фитонциды чеснока, сосны и герани подавляют развитие плесневых грибов на проростках пшеницы.

2.  В ходе эксперимента установили следующую закономерность: степень подавления   развития мукора фитонцидными растениями оказалась различной. Наибольшей фитонцидной способностью обладают дольки чеснока, на втором месте хвоя сосны, и на третьем - листья герани.

Рекомендации

1. При проращивании зерновых культур в домашних условиях рекомендуется обрабатывать семена растворами из вытяжки доступных  фитонцидных растений для предотвращения развития в них плесневых грибов.

2. Фитонцидные растения необходимо более широко использовать для озеленения  пришкольных участков, жилых помещений, оздоровительных и детских учреждений,  приусадебных участков.

Список литературы

1. Научная разработка серии «Справочник школьника» выполнена «Филологическим обществом «СЛОВО»»

2. Биология: Справ. Материалы. Учеб. пособие для учащихся /Д.И. Трайтак, Н.И. Клинковская, В.А. Карьенов, С.И. Балуев; Под ред. Д.И.Трайтака. – М.: Просвещение, 1983.-208 с., ил.

3. Токин Б. П., Фитонциды, их роль в природе, Л., 2007;

4. Токин Б. П., Целебные яды растений. Повесть о фитонцидах, 2 изд., Л., 2004;

5. Фитонциды, их биологическая роль и значение для медицины и народного хозяйства. К., 1997;

6. Фитонциды. Эксперимент. Исследования, вопросы теории и практики, К., 2005

Основные понятия и определения.

Плесневые грибы (плесень) — различные грибы образующие ветвящиеся мицелии без крупных, легко заметных невооружённым глазом, плодовых тел.        

Альдегиды (от лат. alcohol dehydrogenatus — спирт, лишенный водорода) — класс органических соединений, содержащих альдегидную группу (–CHO). ИЮПАК определяет альдегиды как вещества вида RCHO, в которых карбонильная группа связана с одним атомом водорода и одной группой R.

Кетоны — органические вещества, в молекулах которых карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами.

Патоге́нность (от др.-греч. πάθος — страдание, болезнь и γένεσις — возникновение, перво-источник) - способность быть причиной (порождать) патологии (болезни, отклонения от нор-мы).

Субстрат (от средневекового лат. substratum-подстилка, основа) - химическое вещество, подвергающееся превращению под действием фермента.

Мукор (лат. Mucor) — род низших плесневых грибов класса зигомицетов, который включает около 60-ти видов. Широко распространены в верхнем слое почвы, также развиваются на продуктах питания и органических остатках. Некоторые виды вызывают болезни (мукороми-козы) животных и человека, другие используются для получения антибиотиков или в качест-ве закваски (так как некоторые мукоровые грибы обладают высокой ферментатив-ной активностью). Мицелий не поделён перегородками и представлен одной гигантской многоядерной разветвлённой клеткой.

Фитонци́ды (от греч. φυτóν - «растение» и лат. caedo  - «убиваю») — образуемые растениями биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие бактерий, микроскопических грибов, простейших.        

Биоценоз (от греч. βίος — «жизнь» и κοινός — «общий») — это исторически сложившаяся совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (определённый участок суши или акватории), и связанных между собой и окружающей их средой.

Фитонцидная фракция - это природные антибиотики которые представляют компонент АБИСИБа, обладающие выраженными противовоспалительными свойствами. 

Противогельминтные препараты — химиотерапевтические средства для лечения заболеваний, вызванных паразитическими червями и их личинками.

Камеральная работа — общий термин для обозначения работ, проводимых в помещении, в противоположность полевым работам.