Роль фитонцидных растений в улучшении экологической

Исследовательская работа
Тема:
«Роль фитонцидных растений в
улучшении экологической обстановки в
городе»
Номинация: биология
Выполнена:
Мешковой Валерией,
Ученицей 9 «А» класса,
МБОУ «СОШ № 15»,
г.Майкопа.
Научный руководитель:
Чернова Т.И. – учитель биологии высшей
категории.
МБОУ «СОШ № 15»
2014 год.
План
1. Вступление.
2. Представление о фитонцидных растениях.
3. Методика определения фитонцидной активности
зеленых растений.
4. Исследование в лаборатории и их результаты.
5. Перспективы использования древесных растений
для улучшения экологической обстановки.
6. Приложения к работе.
Цель работы:
Выявить среди древесных растений, используемых в озеленении г.Майкопа,
растения, обладающие фитонцидными свойствами и оценить возможности
их использования для улучшения экологической обстановки.
Задачи:
1. Сформировать представление о фитонцидных растениях, их влиянии на
микроорганизмы.
2. Овладеть методиками определения фитонцидной активности зеленых
растений.
3. Установить видовой состав фитонцидных растений, используемых в
озеленении города.
4. В лабораторных условиях исследовать влияние на простейших фитонцидов
сока и летучих фитонцидов отдельных видов древесных растений,
используемых в озеленении города.
5. Оценить перспективы их использования для улучшения его экологической
обстановки.
Объект исследования: фитонциды зеленых растений.
Предмет исследования: влияние фитонцидов древесных растений на
простейших.
Актуальность работы: привлечение внимания жителей города к проблеме
использования зеленых растений в качестве санитаров воздушной среды.
В настоящее время во всех городах, особенно крупных, резко ухудшилась
экологическая обстановка. А это значит, что растет число заболеваний,
которые возникают в результате нарушения баланса в окружающей среде.
Современная технология обладает рядом методов и приборов, позволяющих
очищать воздух от микробов. Широко применяются физические и химические
методы обеззараживания воздуха в хирургических операционных, в
лабораториях и помещениях, где производятся лекарственные препараты.
Исключает ли это поиски новых методов? Конечно, нет! Поиски
продолжаются, и будут продолжаться. Запросы практики непрерывно
возрастают, а к тому же не везде можно пользоваться, например,
бактерицидными лампами или химическими дезинфицирующими веществами,
обладающими нередко неприятным запахом, а главное: эти препараты не
оказывают действенного влияния на микробы, а лишь пагубно влияют на всё
живое!
Перед людьми встали вопросы: как же все-таки улучшить экологическую
обстановку в городах? Значит ли, что мы бессильны уменьшить свое
разрушительное воздействие на природу.
Фитонциды (от греческого слова «фитон» - растение и от латинского
«цедо» - убиваю) – это образуемые растениями биологически активные
вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие бактерий,
микроскопических грибов, простейших. Фитонциды играют важную роль в
иммунитете растений и во взаимоотношениях организмов.
Проблема фитонцидов-новая, родившаяся в нашей отечественной науке
область биологических знаний. Идейным отцом всех исследований по
фитонцидам низших растений и бактерий является русский биолог
И.И.Мечников – один из основателей современной медицины.
Летучие фитонциды высших растений впервые были обнаружены в природе в
1928-1930 гг. Одними из первых исследователей фитонцидов были Б.П.Токин,
А.Г.Филатова и А.Е.Тебякина. Эти исследователи доказали, что некоторые
вещества, содержащиеся в пищевых растениях, обладают мощными
фитоцидными свойствами по отношению к болезнетворным для человека
бактериям.
Фитонциды были обнаружены во всех растениях. Например, бактерицидные
вещества, убивающие многие бактерии, обнаружены в чесноке, хрене, зверобое
пронзеннолистном, луке.
Фитонциды около 500 видов растений способны убивать одноклеточные
организмы. Фитонциды разных растений имеют различный химический состав.
Одни растения вырабатывают летучие фитонциды, другие нелетучие.
Фитонциды одних растений обладают бактерицидными свойствами, т.е.
могут убивать бактерии, а фитонциды других растений лишь задерживают
рост и размножение микроорганизмов, но не убивают их.
Было доказано, что и так называемые тканевые соки растений обладают
фитонцидными свойствами. Это явление свойственно всему растительному
миру. Проблема фитонцидов стала достоянием науки и ею занимаются в
разных городах нашей страны и за рубежом.
Ученые спешат получить ответы на многие возникшие вопросы, связанные с
пониманием роли фитонцидов в самой природе. В отношении высших растений
получены многочисленные доказательства роли фитонцидов в их иммунитете
в экспериментах школы Д.Д.Вердеревского. Любопытные наблюдения сделали
М.Н.Ханин, А.Ф.Прокопчук, Л.А.Николаева, Л.В.Криволазова, Ю.И.Сметанин –
работники Кубанской медицинской академии. Однако одно поколение ученых не
сможет изучить фитонцидные свойства всех растений, ныне живущих на
земном шаре.
Фитонциды выглядят как небольшая часть, каких-то сложных процессов,
небольшой страничкой в толстой книге природы, маленьким штрихом в
сложных взаимоотношениях растений, животных и микробов.
Растения оказывают в нашем организме не
только влияние на здоровье, болезнь и
смерть, но действуют помимо телесного
состояния еще и на духовное.
Теофраст
Сегодня вряд ли кто-то будет спорить с великим флористом древности –
в защиту лечения с помощью целительных сил природы и использования
внутренних резервов человеческого организма все энергичнее раздаются
голоса представителей научной медицины.
Ученые согласны: любить «зеленых друзей» полезно для здоровья, и не
только в традиционном качестве - в виде настоек, отваров, примочек и
пр. более того, можно использовать растения, не извлекая их из их
естественных условий.
Ученые подсчитали: растения Земли ежегодно выделяют в атмосферу
около 490 млн. тонн фитонцидов, летучих веществ, убивающих или
подавляющих рост и развитие микроорганизмов. Насколько они
биологически активны, каждый из нас не раз убеждался, принося в дом
букет сильно пахнущих цветов. Аромат лилий, ландышей или черемухи
через несколько часов даже у самых здоровых голов способен вызвать
весьма неприятные болезненные ощущения. Животным от этих веществ,
во всяком случае, в сильной концентрации, и того хуже. Нарезанные
листья черемухи, помещенные под стеклянный колпак вместе с мухой,
мышью и даже крысой, способны через некоторое время убить животное.
А жители Кавказа берегут свой сон от дерева грецкого ореха - и сон
плохой, и гарантированная головная боль на следующее утро. Но вот
несколько листочков этого растения в кладовке или комнате всегда
можно увидеть в их доме: фитонциды листьев ореха отпугивают мух,
комаров и других насекомых, даже моль.
Этот «убойный эффект» давно заинтересовал ученых. Первые же
исследования показали: летучие фитонциды деревьев выдвигают мощный
заслон болезнетворным микроорганизмам: гектар лиственного леса
летом ежегодно выделяет 2 кг летучих фитонцидов, хвойного – 5 кг, а
можжевельника – 30 кг. Этого количества вполне достаточно, чтобы
уберечь населённый пункт средней величины от многих напастей.
Понятно, что такая дезинфекция города, дома или собственных легких
куда приятней (а часто, и эффективней) химических дезрастворов.
Летучие вещества устанавливают свой порядок не только вокруг нас.
Проникая через легкие и кожу в организм человека, она убивают и
затормаживают развитие болезнетворных микроорганизмов,
предохраняют его от инфекционных заболеваний, бальзамируют ткани.
Биологически активные фитонциды нормализуют сердечный ритм и
артериальное давление, участвуют в обмене веществ, благоприятно
действуют на психику человека. Люди, которые живут в лесных районах,
гораздо меньше подвержены заболеваниям верхних дыхательных путей по
сравнению с горожанами.
А если к этому добавить эстетическую компоненту, активно влияющую
на рождение положительных эмоций – одного из важнейших факторов
состояния здоровья – то можно смело утверждать, что красота природы
наверняка спасет, если не мир, то здоровье доминирующего биовида.
Ароматерапия – это уже хорошо, но растения создают и вторую линию
обороны нашего здоровья – нелетучие бактерицидные веществ. Сок хвои
сосны, ели, можжевельника, тополя, дуба, березы и многих других
растений является прекрасным антисептическим средством.
Можжевельник, пожалуй, в этом чемпион среди растений. Он выделяет
фитонцидов примерно в 6 раз больше, чем остальные хвойные породы, и в
15 раз больше, чем лиственные. В нашей стране более двух десятков видов
можжевельника. Среди них есть и деревья, и кустарники. Сейчас все они в
той или иной мере нуждаются в охране. Можжевельник очень
чувствителен к загрязнению воздуха промышленными выбросами: вокруг
многих городов он практически исчез. А растут можжевельники медленно,
и у большинства видов из-за различных нарушений не происходит
семенного возобновления.
Сосна относится к одному из самых популярных фитонцидных растений (
практически все виды, входящие в род сосновых, обладают
антимикробными свойствами).
Воздух сосновых лесов чист и благотворен. Недаром многие санатории и
больницы построены в сосновых борах. Фитонциды этого дерева, как
правило, увеличивают защитные силы организма – сосновый воздух как бы
тонизирует его. Дети, прожившие хотя бы несколько лет в местности,
богатой сосновыми борами, меньше подвержены простудным
заболеваниям. Пробы почвы (с поверхности, с определенной глубины) или
воздуха, взятые в сосновом ору, содержат в 10 раз меньше патогенных
микроорганизмов, чем пробы, взятые в березовом лесу.
Береза тоже добросовестно выполняет обязанности санитара
окружающей среды – беспощадно расправляется с микроорганизмами,
которые приносит ветер в березовую рощу.
В насаждениях, где растет береза бородавчатая, в одном кубическом
метре воздуха насчитывается всего около 450 микробов. А в
операционных, где все, в том числе и воздух, должно быть стерильным,
допускается по существующим нормам содержание в кубическом метре
воздуха 500 не болезнетворных микроорганизмов. Береза бородавчатая
целебна при бронхо-легочных заболеваниях. Выделяемые ею эфирные
масла, очно пледом, укутывают покоем.
Еще один весьма уважаемый представитель природного здравоохранения
– дуб. Отличный санитар леса. Фотохимические вещества этого дерева
помогают «обуздать» высокое артериальное давление. Прогулка по
дубраве – очень полезное лекарство для гипертоников.
Клен, как показали исследования биохимиков, не только обладает высокой
фитонцидной активностью, но и способен поглощать вредные для
человека химические вещества, например, бензол.
Туя, как заботливая няня, ухаживает за детьми – ее фитонциды
помогают неокрепшему организму бороться с возбудителями коклюша,
дифтерии, другими инфекциями.
Вокруг нашей школы и на улицах нашего города мы видим тополь, причем разные
его виды. И это собственно объяснимо. Для города это ценное растение, ибо
это дерево - самое устойчивое к загрязнениям атмосферы. Тополь
выдерживает большие концентрации выхлопных газов автомобилей,
производственных выбросов.
Самая главная ценность тополя состоит в очищении воздуха от пыли и оксидов
углерода, одно дерево тополя за 5 месяцев (май-сентябрь) поглощает 4,5 кг
углекислого газа, а 300 молодых тополей за лето задерживают на листьях
около 400 кг пыли.
Некоторые горожане негодуют по поводу тополиного пуха, но если сажать на
улицах тополя с мужскими цветками (напомню: это растение двудомное), пуха
в городе не будет. Тополь широко используется в озеленении и в лесных
посадках. Он относится к быстрорастущим и морозоустойчивым породам.
Во дворах, на дачных участках весной мы видим кисти белых цветов на
кустарниках и деревьях. Это черемуха, всем известная своими кистями черных
блестящих ягод-костянок, сладких и вяжущих. Нам знакома она, как
лекарственное растение некоторые любят кисели из ее плодов, соком
подкрашивают в зеленый или буро-красный цвет.
Кроме всего перечисленного, черемуха обладает исключительными свойствами.
Сильный, несколько опьяняющий аромат цветков и листьев очищает воздух от
микробов. Черемуха выделяет наиболее сильные фитонциды, содержащие
синильную кислоту. Кашица из растертых листьев черемухи выделяет
вещества, убивающие бактерии и споры плесневых грибов. В стеклянную банку с
измельченными листьями черемухи помещают комаров и слепней – через
несколько секунд они погибали, а четыре растертые почки черемухи убивают
наиболее стойких клещей через 15 минут. Особенно много фитонцидов
выделяют молодые листья весной и летом, осенью фитонцидов выделяется
значительно меньше.
Новые открытия в области взаимоотношений растений и животных
используются в интересах человека. Поэтому открытие фитонцидов зеленых
растений не может оставаться в стороне от жизни, от практики. Все
отрасли практической деятельности, где необходимо бороться с теми или
иными микроорганизмами, так или иначе могут заинтересоваться
фитонцидами.
Для эксперимента остановила свой выбор на некоторых видах местной флоры,
которые наиболее часто встречаются в нашем городе, республике, в
окрестностях нашей школы.
В экспериментах были использованы культуры простейших, которые я получила
в лабораторных условиях. Опытным путем мною проводилась оценка сока и
летучих фитонцидов древесных растений. В обоих случаях использовалась
кашица из листьев.
Хорошим объектом для наблюдения является культура парамеций или
инфузории-туфельки.
Для их получения я взяла воду из пруда, из болота и аквариума. Все смешала,
поставила на подоконник, добавила туда опавшие листья и две луковицы в
шелухе. В кристаллизаторе через неделю появилось огромное количество
инфузорий-туфелек. Чтобы их хорошо рассмотреть я использовала микроскоп.
Инфузориям и другим простейшим создала препятствия – крошечный комочек
ваты, разделенный на отдельные волоски. При таких условиях их легче видеть,
т.к. они не могут быстро просунуться через поле зрения микроскопа,
задерживаясь в пространстве между нитями ваты.
Для проведения опыта необходимо:
1. В керамической ступке растереть листья или вою исследуемого
растения, действие фитонцидов которого необходимо проверить.
2. Отжать через марлю несколько капель сока исследуемого растения.
3. В небольшой стакан (50-100 мл.) поместить комочек лесной почвы
добавить немного воды, перемешать, дать осесть твердым почвенным
частицам. Взять пипеткой каплю воды из стакана, нанести ее на
предметное стекло и накрыть покровным стеклом. Посмотреть
препарат сначала под малым, а затем под большим увеличением. Можно
увидеть разнообразные виды почвенных простейших организмов и их
активное движение в капле воды.
4. Зарисовать различные виды почвенных простейших, обнаруженных в
препарате.
5. Добавить под покровное стекло каплю приготовленного сока из листьев
растений.
6. Наблюдать за движением простейших в течение нескольких минут.
Записать результаты наблюдений.
При изучении действия фитонцидов сока я пользовалась и другим опытом.
На предметное стекло наносила рядом 2 капли: одна с простейшими (хорошим
объектом служит парамеция), а другая с соком одного из растений. Их
соединения между собой водяным мостиком. При оценке силы действия летучих
фитонцидов растительную кашицу наносила на предметное стекло рядом с
каплей с простейшими, не соприкасаясь.
Для каждого растения опыт повторяла 3-4 раза. С помощью секундомера
отмечала время по следующим показателям реакции простейших на
фитонциды растений.
1. В момент соединения капель.
2. В момент нанесения кашицы на предметное стекло (для летучих
фитонцидов).
3. В момент замедления движения простейших.
4. В момент гибели всех простейших.
В эксперименте применила основные методы исследования:
-экспериментирование и метод наблюдений в сочетании с методами
математической обработки статистических данных.
-метод сравнений.
Наблюдения за простейшими и протистоцидными свойствами
растений проводила при помощи микроскопа с увеличением в 120 раз.
Методика работы с микроскопом – стандартная.
Результаты наблюдений заносила в таблицы.
Результаты исследований.
При проведении опытов выяснилось, что все исследованные мною
растения, используемые в зеленых насаждениях г.Майкопа, обладают
фитонцидной активностью: выделяют летучие фитонциды и
содержат их в соке, однако сила действия фитонцидов на простейших
различается по следующим показателям:
1. Фитонциды различных растений;
2. Фитонциды сока и летучие фитонциды одного растения.
Таблицы и диаграммы смотри в приложении.
При рассмотрении данных таблицы 1 и диаграммы 1 видно, что очень быстро
простейшие начинают реагировать на фитонциды сока можжевельника,
чуть медленнее на фитонциды рябины, черемухи, туи и ел. Время замедления
составляет, соответственно, 2 и 3 минуты.
Действие фитонцидов сока дуба, клена и сосны составляет 4 минуты,
каштана и тополя 5 минут, липы 6 минут, а вот береза обладает наименее
сильным протистоцидным действием из всех 12 исследованных растений.
Замедление движения простейших у нее составило 8 минут, а полная гибель
наступает лишь через 24 минуты.
Исходя из представленных данных, рассмотренные виды древесных растений
можно расположить в следующем порядке уменьшения действия фитонцидов
и их листьев: можжевельник, рябина, черемуха, туя, ель, дуб, клен, сосна,
каштан, тополь, липа, береза.
Данные таблицы 2 и диаграммы 2 показывают быструю реакцию
простейших в начале опыта на летучие фитонциды можжевельника 3 мин.,
достаточно быструю – рябины, черемухи, туи, ели (4 мин.), потом мы
наблюдаем, что действие летучих фитонцидов многих растений ослабевает.
У дуба оно составляет уже 5 минут, у клена, сосны и каштана 6 минут, еще
больше у тополя – 7 минут, у липы – 8 минут, а у березы резко ослабевает,
составляя 15 минут реакции замедления и полной гибели лишь через 27
минут.
Исходя из приведенных данных, исследованные древесные растения по
уменьшению действия летучих фитонцидов листьев можно расположить
так: можжевельник, рябина черемуха, туя, ель, дуб, клен, сосна, каштан,
тополь, липа, береза.
Анализ данных таблицы 3 и диаграммы 3 показывает, что фитонцидная
активность, как сока, так и летучих веществ исследованных растений
находится в соответствии. То есть, растения, сок которых имеет
протистоцидный эффект, вырабатывают и летучие фитонциды.
Исходя из полученных результатов, самым фитонцидосождержащим
растением, из рассмотренных, является можжевельник.
Достаточно много вырабатывают фитонцидов рябина, черемуха, туя, ель,
дуб. Несколько меньше клен и сосна. Наименьшей фитонцидной активностью
отличаются липа и береза (см. таблицу 3 и диаграмму 3).
Выводы и рекомендации:
1. Все исследованные древесные растения зеленых насаждений нашего
города, окрестностей нашей школы обладают фитонцидной
активностью: выделяют летучие фитонциды и содержат их в соке.
2. Сила действия фитонцидов различается как у разных растений, так и
между летучими и в соке.
3. Растения, сок которых имеет сильный протистоцидный эффект,
вырабатывают много летучих.
Полученные нами показатели фитонцидной активности древесных
растений, взятых в эксперимент, позволяют рекомендовать их для более
широкого использования при озеленении нашего города, для улучшения его
экологической обстановки – с целью обеззараживания воздуха.
Приложение 1. Таблица 1. Время реакции простейших на фитонциды сока
исследуемых растений.
Название
растения
Замедление
Гибель
движения простейших
(мин)
(мин)
Можжевельник
2
4
Рябина
3
5
Черемуха
3
7
Туя
3
8
Ель
3
8
Дуб
4
9
Клен
4
9
Сосна
4
10
Каштан
5
12
Тополь
5
13
Липа
6
18
Береза
8
24
Приложение 2. Таблица 2. Время реакции простейших на летучие фитонциды
исследуемых растений.
Название
растения
Можжевельник
Рябина
Черемуха
Туя
Ель
Дуб
Клен
Сосна
Каштан
Тополь
Липа
Береза
Замедление
Гибель
движения простейших
(мин)
(мин)
3
4
4
4
4
5
6
6
6
7
8
15
6
8
10
10
11
12
13
14
15
17
20
27
Приложение 3. Диаграмма 1. Время реакции простейших на фитонциды сока
исследуемых растений.
25
20
15
Гибель простейших
10
5
0
Замедление движения
Приложение 4. Диаграмма 2. Время реакции простейших на летучие фитонциды
исследуемых растений.
30
25
20
15
Замедление движения
Гибель простейших
10
5
0
Приложение 5. Таблица 3. Фитонцидная активность исследуемых растений.
Название
растения
Под
Под
влиянием
влиянием
летучих
фитонцидов
фитонцидов
сока
Можжевельник
16,6
25
Рябина
12,5
20
Черемуха
10
14,5
Туя
10
12,5
Ель
9,1
12,5
Дуб
8,3
11,1
Клен
7,6
11,1
Сосна
7,1
10
Каштан
6,6
8,3
Тополь
5,8
7,6
Липа
5
5,5
Береза
3,7
4,1
Фитонцидная активность (А) выражается в единицах,
рассчитанных по формуле:
А=100:Т, где Т-время гибели простейших.
Приложение 96. Диаграмма 3. Фитонцидная активность исследуемых растений.
25
20
15
Под влиянием фитонцидов сока
10
5
0
Под влиянием летучих веществ
Список использованной литературы:
1. Б С Э, т.27.
2. Вердерский Д.Д. «Иммунитет растений к паразитарным болезням». – М;
Сельхозиздат, 1959.
3. Журба О.В. «Лекарственные растения СССР», Москва, Планета, 1988.
4. «Лекарственные растения» (растения – целители) М. «Высшая школа»,
1975.
5. Макарчук Н.М. «Фитонциды в медицине», Киев, Наукова думка, 1990
6. Стрижев А. «Рассказы об овощах», Московский рабочий, 1985.
7. Телитченко М.М. и Тамбиев А.Х. «Летучие биологически активные
соединения биогенного происхождения». – М; изд-во МГУ, 1971.
8. Токин Б.П. «Целебные яды растений. Повесть о фитонцидах». – Л. 1980.
9. Чегодаев А.Е. «Рассказы о фитонцидах» серия «Биология», № 9, 1989.