Исследовательская работа "Влияние антибиотиков на рост и развитие растений"

Направление науки: Биология

Номинация: Химическая экология

ТЕМА:

«ВЛИЯНИЕ АНТИБИОТИКОВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ»

Работу выполнила:

Распопова Дарья Васильевна,

Ученица 11а класса 

МБОУ «Оборонинская СОШ»,

Тамбовская область,  р.п Мордово

Руководитель:

Дорофеева Ольга Евгеньева,

учитель биологии

МОРДОВО 2023

Оглавление

Оглавление        2

Тезисы        3

Введение        5

Глава 1.Теоретическая часть        6

1.1 Что такое антибиотики        6

1.2 История изучения        6

1.3 Классификация антибиотиков        7

1.4 Механизмы биологического действия антибиотиков        9

1.5 Способы получения антибиотиков        9

1.6 Применение антибиотиков        10

1.7 Негативное воздействие антибиотиков на организм человека        11

Глава 2. Практическая часть        13

2.1 Исследование влияния антибиотиков на рост и развитие растений        13

Заключение        15

Источники информации        16

Приложение 1        17

Приложение 2        18

Приложение 3        19

Тезисы

Влияние антибиотиков на рост и развитие растений

Распопова Дарья ученица 11а класса МБОУ «Оборонинская СОШ», Тамбовская область,  р.п Мордово

Руководитель Дорофеева О.Е., учитель биологии

Антибиотиками называют группу лекарственных средств, которые применяются при лечении инфекционных заболеваний, возбудителями которых являются бактерии, грибки и прочие микроорганизмы. Действие антибиотиков заключается в том, что они приводят к гибели бактерий или препятствуют их размножению.

Предмет исследования: воздействие антибиотиков на растения.

Объект исследования: амоксициллин.

Гипотеза: антибиотики приносят пользу, так как борются вредными бактериями и помогают справиться со многими заболеваниями, но чрезмерное использование антибиотиков в больших концентрациях негативно влияет на биологические объекты.

Цель работы: изучить влияние антибиотиков на рост и развитие растений.

В исследовательской работе использовались методы: сбор информации из разных источников, экспериментирование, сравнение, анализ, обобщение.

Выполненная работа позволила сделать следующие выводы:

— еще некоторые древние цивилизации использовали плесень, содержащую антибиотики;

— антибиотики можно классифицировать по характеру воздействия на клетку бактерии, по направленности действия, по спектру действия и по химической структуре;

— по механизму биологического действия антибиотики разделяют на несколько типов: антибиотики, разрушающие клеточную стенку, антибиотики, блокирующие синтез белков и  антибиотики, растворяющие клеточную мембрану;

— существует три способа получения антибиотиков: биологический синтез, химический синтез и комбинированный метод;

— антибиотики широко используются в медицине, в современном сельском хозяйстве и пищевой промышленности, увеличивая срок хранения продуктов, спасая от смертельных заболеваний;

— неправильный прием и увеличение дозировки, без рекомендации врача, приводят к негативным последствиям, главным из которых является повышение риска возникновения побочных эффектов. Самые известные побочные эффекты от антибиотиков: диарея, тошнота, вздутие живота, рвота, боли в животе, потеря аппетита, сыпь.

— антибиотик амоксициллин не влияет на всхожесть семян. Он негативно влияет на дальнейший рост и развитие растений, но только в высоких концентрациях. Небольшая концентрация антибиотика амоксициллина стимулирует рост корневой системы растений;

— антибиотик амоксициллин негативно влияет на образование корней у черенков комнатных растений.

Введение

Актуальность данного исследования в том, что антибиотики появились в нашей жизни, как избавление от инфекций, которые мучали человечество в течение длительного времени. Но, наверное, каждый из нас не раз слышал от знакомых, читал статьи в интернете или смотрел передачи по телевизору о вреде антибиотиков. Многие люди боятся применять антибиотики, так как считают, что они негативно влияют на живые организмы. Меня заинтересовала данная тема, и я решила выяснить, так ли это на самом деле. Для своего исследования я выбрала растения, так как они были наиболее доступными для меня.

Цель: изучить влияние антибиотиков на рост и развитие растений.

Задачи:

1. Изучить литературу по данной теме
2. Познакомиться с историей открытия антибиотиков
3. Рассмотреть принцип классификации антибиотиков
4. Изучить свойства антибиотиков и их применение человеком
5. Рассмотреть правила использования антибиотиков
6. Исследовать действие антибиотиков на всхожесть и рост растения
7. Проанализировать результаты, сделать выводы

Предмет исследования: воздействие антибиотиков на растения.

Объект исследования: амоксициллин.

Гипотеза: антибиотики приносят пользу, так как борются вредными бактериями и помогают справиться со многими заболеваниями, но чрезмерное использование антибиотиков в больших концентрациях негативно влияет на биологические объекты.

Методы исследования: сбор информации из разных источников, экспериментирование, сравнение, анализ, обобщение.

Глава 1.Теоретическая часть

1.1 Что такое антибиотики

Антибиотики (от др.-греч. ἀντί — anti — против, βίος — bios — жизнь) — это небольшие молекулы природного, полусинтетического или синтетического происхождения, которые подавляют рост бактерий. Большинство популярных антибиотиков продуцируется грибами или бактериями, которые сами имеют устойчивость к антибиотику и обеспечивают себе конкурентное превосходство по отношению к другим бактериям. Открытие антибиотиков стало революцией в медицине и обеспечило человечеству несколько десятилетий сравнительно безопасного существования.

1.2 История изучения

Некоторые древние цивилизации использовали плесень, содержащую антибиотики. Так, в Древнем Египте, Китае и Индии заплесневевший хлеб применяли для дезинфекции, прикладывая его к воспалениям.

В начале 1870-х годов исследованием плесени занимались врачи Алексей Герасимович Полотебнов и Вячеслав Авксентьевич Манассеин, который подробно описал основные, в том числе, бактериостатические, свойства зелёной плесени. Полотебнов, выяснив лекарственное влияние плесени на гнойные раны и язвы, рекомендовал использовать плесень для лечения дерматологических заболеваний. Но идея на тот момент не получила дальнейшего практического применения.

Пенициллин был обнаружен в 1897 году французским военным доктором Эрнестом Дюшеном. Он заметил, что арабские конюхи использовали плесень, чтобы обработать раны на спинах лошадей. Работая с грибами рода Penicillium, он опробовал плесень на морских свинках и обнаружил её разрушающее действие на палочку брюшного тифа. Но его работа не привлекла внимания научного сообщества. В 1904 году русский учёный М. Тартаковский сообщил, что вещество, выделяемое зелёной плесенью, подавляет развитие возбудителя куриной холеры.

В 1913 году американские учёные Карл Альсберг и Отис Фишер Блек получили из Penicillium puberulum токсичную субстанцию, обладающую противомикробными свойствами.

В 1928 году английский врач Александр Флеминг сделал открытие, которое положило начало новой эпохе в медицинской науке. На плотной питательной среде в чашке Петри исследователь выращивал колонии бактерий. Во время эксперимента нечаянно попавшая из воздуха спора гриба положила начало росту грибной колонии среди бактерий. Но самое важное заключалось в том, что вокруг грибковых микроорганизмов бактерии вдруг прекратили размножаться. Флеминг сделал вывод, что плесень выделяет вещество, убивающее бактерии, которое он назвал «пенициллином». Об этом Флеминг доложил 13 сентября 1929 года на заседании Медицинского исследовательского клуба при Лондонском университете. Но обнаруженное вещество оказалось очень нестойким, оно разрушалось даже при кратковременном хранении.

В 1938 году двум учёным из Оксфордского университета, Говарду Флори и Эрнсту Чейну, вышло решить проблему устойчивости, получив соль пенициллиновой кислоты. В связи с большими нуждами в медикаментах во время Второй мировой войны глобальное изготовление этого лекарства началось уже в 1943 году. В 1945 году Флемингу, Флори и Чейну за их работу была присуждена Нобелевская премия.

1.3 Классификация антибиотиков

В современном мире существует огромное количество бактериальных инфекций и заболеваний. Это отит, ларингит, синусит, стоматологические инфекции, пневмония, цистит, сифилис, пиелонефрит, менингит, импетиго и другие. Из-за такого многообразия болезней необходимо было выведение большого количества новых антибиотиков.

Многочисленное разнообразие антибиотиков и видов их воздействия на организм человека стало причиной классифицирования и разделения антибиотиков на группы. По характеру воздействия на клетку бактерии антибиотики можно разделить на три группы:

• Бактериостатические (бактерии живые, но не в состоянии размножаться)
• Бактерициды (бактерии умертвляются, но физически продолжают присутствовать в среде)
• Бактериолитические (бактерии умертвляются, и бактериальные клеточные стенки разрушаются)

Для лечения инфекций мочевыводящих и дыхательных путей, к примеру, используются тетрациклины, для лечения сложных инфекций вроде сибирской язвы, бруцеллеза, туляремии.

По направленности действия различают:

• антибактериальные
• противоопухолевые
• противогрибковые

По спектру действия различают:

• антибиотики широкого спектра действия
• антибиотики узкого спектра действия

Классификация антибиотиков по химической структуре:

• Бета-лактамы (пенициллины, цефалоспорины, карбапенемы, монобактамы)
• Гликопептиды (ванкомицин, тейкопланин)
• Аминогликозиды (стрептомицин, мономицин, канамицин и т.д.)
• Тетрациклины
• Макролиды (и азалиды)
• Линкозамиды
• Левомицетин (хлорамфеникол)
• Рифамицины
• Полипептиды
• Полиены
• Разные антибиотики (фузидиевая кислота, фузафунжин и др.)

1.4 Механизмы биологического действия антибиотиков

По механизму биологического действия антибиотики разделяют на несколько типов:

• Антибиотики, разрушающие клеточную стенку. Именно таким свойством и обладает пенициллин и все его производные, молекулы этих антибиотиков блокируют специальные ферменты, исполняющие роль соединения каркаса бактерий. Так, бактерии прекращают расти и погибают.
• Антибиотики, блокирующие синтез белков: например, тетрациклин, линкомицин проникают в клетку бактерии и связываются со структурами, которые синтезируют бактериальные белки, и блокируют биохимические процессы, проходящие в клетках.
• Антибиотики, растворяющие клеточную мембрану: как мы знаем, клеточная мембрана определенных бактерий и грибов состоит из жиров, которые растворяются под действием некоторых антибиотиков, например, нистатина и леворина.

Все эти антибиотики играют огромную роль в разных сферах жизни.

1.5 Способы получения антибиотиков

Существует три способа получения антибиотиков:

• Биологический синтез. Антибиотики данным методом получают при помощи высокопродуктивных штаммов микроорганизмов, выращиваемых в специальных питательных средах. Так получают, например, пенициллин.
• Химический синтез. После исследования структуры некоторых природных антибиотиков стало доступным их получение путем химического синтеза. Одним из первых препаратов, синтезированных таким методом, был левомицетин. Кроме того, при помощи этого метода созданы все синтетические антибиотики.
• Комбинированный метод. Данный метод представляет собой совокупность двух предыдущих: с помощью биологического синтеза получают антибиотик, выделяют из него так называемое ядро (например, 6-аминопенициллановую кислоту из пенициллина) и химическим методом добавляют к нему разные радикалы. Антибиотики, полученные при помощи этого метода, называются полусинтетическими. Например, полусинтетическими пенициллинами являются оксациллин, азлоциллин. Достоинством полусинтетических антибиотиков является чувствительность к ним устойчивых к природным антибиотикам микроорганизмов. Кроме того, это наиболее экономически выгодный метод изготовления антибиотиков: из одного природного антибиотика, стоимость получения которого очень высока, можно создать приблизительно 100 полусинтетических препаратов с нужными качествами.

1.6 Применение антибиотиков

Антибиотики применяются в разных направлениях жизни.

Конечно, чаще всего мы встречаем их в медицине. Там они используются для борьбы с заболеваниями, вызванными болезнетворными бактериями. Самые известные из них: менингит, воспаление легких, гнойные ЛОР-болезни, кожные инфекции, кишечная палочка, болезни мочеполовой системы и т.д.

В растениеводстве антибиотики применяются в качестве гербицидов, инсектицидов, стимуляторов роста растений. Плюс антибиотиков по сравнению с биологически активными препаратами, полученными в результате химического синтеза, состоит в том, что первые не загрязняют окружающей среды.

В животноводстве антибиотики применяют для лечения инфекций животных, предупреждения у них заболеваний и стимуляции их роста. Причем в данном случае используются антибиотики тех же классов, которые применяются с медицинскими целями у людей.

Некоторые антибиотики (хлортетрациклин, сорбиновая кислота, субтилин, низин) нашли обширное применение в пищевой и консервной промышленности, главным образом для предотвращения порчи мяса, рыбы, фруктов и других скоропортящихся продуктов. Проводятся также удачные опыты по применению антибиотиков в виноделии (нистатин), сыроварении (низин), производстве косметических товаров и других отраслях промышленности.

1.7 Негативное воздействие антибиотиков на организм человека

Антибиотики спасают жизнь человеку, но при этом приносят целую палитру побочных явлений и состояний.

Дисбактериоз кишечника. Он возникает из-за того, что антибиотики уничтожают не только вредоносные, но и полезные бактерии, обитающие в кишечнике. Как только полезные бактерии (молочнокислые, бифидобактерии и т.д.) гибнут, на их место могут заселяться другие бактерии. В итоге нарушается пищеварение, всасывание, начинаются запоры или диарея, а могут развиться и тяжелые кишечные инфекции.

Авитаминоз — частое состояние, развивающееся на фоне дисбактериоза

Именно бактерии в кишечнике вырабатывают целый ряд витаминов, поэтому после назначения антибиотика рекомендовано пройти курс витаминотерапии.

Инфекционно-токсический шок. Многие антибиотики разрушают клеточную стенку возбудителя. При этом организм приобретает в виде бонуса содержимое мертвой бактериальной клетки.

Там содержится масса неприятных веществ (ферменты и радикалы и т.д.).

Поражение тканей печени и почек из-за токсического действия антибиотиков.

Нейротоксический эффект характеризуется поражением нервной системы. Легкие формы нейротоксичности проявляются головной болью, головокружениями. Тяжелые случаи нейротоксичности проявляются необратимым повреждением слухового нерва и вестибулярного аппарата, глазных нервов.

Прием антибиотика может вызвать аллергические реакции.

Глава 2. Практическая часть

2.1 Исследование влияния антибиотиков на рост и развитие растений

Эксперимент №1. Влияние антибиотика на всхожесть и дальнейший рост семян арбуза.

Для своего исследования я взяла антибиотик амоксициллин.

Для того, чтобы узнать, какое влияние оказывают антибиотики на рост и развитие растений, помимо антибиотика мне так же понадобилось: 2 небольших емкости, семена арбуза, вата, вода, пищевая пленка.

Антибиотик растворили в воде (100 мл), раствором смочили вату и расположили ее на дне емкости. Второй кусочек ваты смочили водой и расположили на дне другой емкости. На вату поместили одинаковое количество семян (10 штук) и оставили в равных условиях. Емкости накрыли пленкой. (Приложение 1)

Через день после замачивания семена набухли в обеих емкостях.

На 3 сутки эксперимента семена, замоченные в воде, заметно разбухли, 4 семя выпустили корешки. В растворе амоксициллина проросли 3 боба, а остальные сильно набухли.

На 5 сутки все семена, замоченные в воде, проросли, у некоторых выросли стебли длиной 2 сантиметра. В растворе амоксициллина пустили корешки все семена, но они заметно отставали в развитии от ростков в воде.

На 6 день я снизила концентрацию антибиотика.

Через 3 дня ростки в антибиотике сравнялись с ростками в воде и имели более развитую корневую систему.

Фотографии изменения роста растений представлены в приложении 2.

Вывод: данный эксперимент показал, что антибиотик амоксициллин не влияет на всхожесть семян. Он негативно влияет на дальнейший рост и развитие растений, но только в высоких концентрациях. Небольшая концентрация антибиотика амоксициллина стимулирует рост корневой системы растений.

Эксперимент №1. Влияние антибиотика на образование корней у черенков комнатных растений

Для изучения влияния антибиотиков на образование корней у черенков комнатных растений, я нарезала 6 черенков фиалки. 3 черенка я поместила в стаканчик с обычной водой, а 3 остальных поставила в раствор антибиотика амоксициллина. Через неделю черенки, находящиеся в растворе антибиотика, начали загнивать, а оттенок раствора стал желтоватым. Через 3 недели от начала эксперимента на всех 3 черенках, находящихся в воде, образовались корни. (Приложение 3)

Вывод: антибиотик амоксициллин негативно влияет на образование корней у черенков комнатных растений.

Заключение

Антибиотиками называют группу лекарственных средств, которые применяются при лечении инфекционных заболеваний, возбудителями которых являются бактерии, грибки и прочие микроорганизмы.

Данный исследовательский проект позволил мне узнать много нового. Я узнала много интересных фактов об антибиотиках и историю их появления. Проведя эксперименты, я сделала вывод о том, что большая концентрация антибиотиков негативно влияет на рост и развитие растений, а небольшая концентрация антибиотика амоксициллина стимулирует рост корневой системы растений. Также я выяснила, что черенки комнатных растений в растворе антибиотика загнивают. В процессе исследования были достигнуты все цели и выполнены главные задачи. Мне очень понравилась данная деятельность, т.к. тема соответствовала моим интересам, и я смогла ответить на вопросы, которые возникали у меня в процессе исследования.

Соответственно, можно сделать вывод большинство современных антибиотиков негативно влияет на живые организмы, нарушает их нормальную жизнедеятельность, если неправильно их использовать. Поэтому важно правильно их применять, тогда не возникнет никаких проблем со здоровьем.

Источники информации

1. Пасечник В.В., Суматохин С.В. Биология 5 – 6 классы: учебник-М.: Просвещение, 2014. – 161 с.
2. Пономарева И.Н, Корнилова О.А., Чернова Н.Н. Биология 9 класс: учебник-М.: Вентана-Граф, 2015. – 272 с.
3. Интернет энциклопедия «Википедия» - www.ru.wikpedia.org
4. http://antibiotest.ru/2017/03/07/kormovye-antibiotiki-mnogo-nazvanij-odna-sut/
5. https://studopedia.ru/10_129827_sposobi-polucheniya-antibiotikov.html
6. https://www.vikids.ru/articles/chto-takoe-antibiotiki
7. https://studfile.net/preview/4311166/
8. https://medaboutme.ru/articles/antibiotiki_osnovnye_gruppy/
9. https://instinctsun.com/articles/antibiotikoterapiya-i-antibiotikogramma
10. http://www.antibiotic.ru/

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3