Влияние фитонцидов на микроорганизмы

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АДМИНИСТРАЦИИ
АЛЕКСЕЕВСКОГО РАЙОНА И ГОРОДА АЛЕКСЕЕВКИ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ
ВЛИЯНИЕ ФИТОНЦИДОВ
НА МИКРООРГАНИЗМЫ
Выполнил:
учащаяся 9б класса МОУСОШ №1
Хижняк Анна
Руководитель:
Харченко Е.П. учитель
химии МОУСОШ №1
г. Алексеевка 2010
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1 Постановка проблемы
Фитонциды – защитные вещества, образованные высшими растениями. Выделение
фитонцидов является приспособлением растений, выработавшимся в процессе
исторического развития. Открыты советским ученым Б.П. Токиным в 1928 году.
Фитонциды способны подавлять рост бактерий, простейших. Большинство
исследованных учеными - биологами растений продуцируют фитонциды. Эти
биологически активные вещества разных видов растений различны по своему составу
и действию в зависимости от сезона года, почвенных и климатических условий,
времени суток, стадии вегетации растений ит.д. Мощность и диапазон действия
фитонцидов весьма разнообразны. Так, например, фитонциды чеснока убивают
грамположительные и грамотрицательные бактерии, аэробные и анаэробные
бактерии, фитопатогенные бактерии и грибы, патогенные для человека
микроорганизмы (холерный вибрион, возбудители брюшного тифа, газовой гангрены,
дизентерии и др.) погибают в первые минуты после воздействия на них.
Фитонциды влияют и на состав биоценозов. В зависимости от типа леса изменяется
состав микрофлоры воздуха. Известно, что в сосновых и кедровых лесах, вне
зависимости от географической широты и близости населенных пунктов, воздух
практически стерилен (содержит 200-300 бактериальных клеток на 1м2).
Химическая природа фитонцидов разнообразна. Чаще это не одно какое – либо
вещество, а комплекс органических соединений, что крайне затрудняет получение
очищенных лечебных препаратов фитонцидов. Например, фитонцидные действия
черемухи на насекомых объясняется наличием синильной кислоты, бензойного
альдегида, но состав названными веществами не исчерпывается, что доказано
экспериментально (советским фармакологом К.Л. Суккей, 1954). Выяснено (Н.В.
Новотельнов, 1954), что летучие фитонциды шиповника образуются при их ранении.
Свойства фитонцидов используются в медицине, сельском хозяйстве, пищевой
промышленности. Например, фитонцидный препарат из чеснока – сативинприменяется для лечения дизентерии, фитнциды чеснока, лука, эвкалипта – при
гнойных хирургических заболеваниях (применение фитонцидов в этом случае дает
хорошие результаты, так как наряду с действием на микрофлору, фитонциды
стимулируют регенерацию тканей; препарат иманин (получен советским ученым В.Г.
Дроботько с сотрудниками в 1954) применяется при лечении инфицированных ран,
ожогов.
Перспективно использование фитонцидов для очистки воздуха от патогенных
микроорганизмов как в отдельных домах (например, в больничных помещениях,
детских учреждениях), так и в городах и селах. Механизм действия фитонцидов
состоит в их способности к окислению, так как вследствие жизнедеятельности
зеленых растений в окружающей среде увеличивается количество озона. Озон, как
известно, соединение нестойкое и легко распадается на молекулярный и атомарный
кислород. Атомарный кислород – сильный окислитель. Соединяясь с водой, он
образует еще более мощный окислитель – перекись водорода, которая, вступая в
реакцию с вредными веществами, окисляет их и тем самым способствует очищению
окружающей среды.
Зеленые насаждения могут весьма эффективно влиять на чистоту воздуха. Источники
загрязнения во всех населенных пунктах примерно одинаковы – это промышленные
предприятия, автотранспорт и т.д.Загрязненная выбросами воздушная среда более
чем другие факторы наносит вред здоровью человека. Велик и материальный ущерб:
ускоряется разрушение сооружений, зданий, памятников культуры.
На наш взгляд, проблема очистки воздуха в крупных населенных пунктах в
настоящее время стоит очень остро. Население страдает от аллергических
заболеваний, загрязнения воздуха промышленными отходами. Использование же
фитонцидов зеленых насаждений позволяет решить данную проблему. Деревья и
кустарники могут механически задерживать пыль, химические соединения и
усваивать их из окружающей среды. только одно дерево способно поглотить в
течение вегетации до 12 кг сернистого газа, а полноценный древостой, формирующий
4 т листьев на 1 га, способен в течение вегетационного периода очистить воздух от
10т токсичных газов. И не последнюю роль в очистке воздуха принадлежит
фитонцидам. Тем более, что финансовые затраты на озеленение меньше, чем на
лечение людей. Но и здесь есть некоторые трудности:
1. Действие фитонцидов одних растительных организмов кратковременно после
измельчения листа, а другие, правда, обнаруживаются через 24 часа (дикий пион),
200 часов, 700 часов (чеснок).
2. Многие растения являются источниками аллергенов.
3. Выращивание растений в условиях крупных городов весьма проблематично, так
как продолжительность их жизни гораздо меньше, чем в лесу или на открытых
пространствах.
Тем не менее, использование фитонцидов в борьбе с загрязнениями воздушной среды
очень перспективно и актуально. Озеленением заниматься под силу всем людям:
детям, взрослым, бизнесменам, пенсионерам и т.д.
1.2 Цель работы и ее задачи
Цель работы:
Изучить влияние фитонцидов на микроорганизмы.
Задачи:
1. Выявить изменение активности почвенных микроорганизмов до и после их
соприкосновения с фитонцидами разных видов растений.
2. Выяснить продолжительность действия фитонцидов нескольких видов растений,
встречающихся в сообществе городского парка, после измельчения листовой
пластинки..
3. Установить активность действия фитонцидов в зависимости от сезона года.
4. Установить, какое значение имеет изучаемое нами явление в сохранении свойств
окружающей природной среды.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
2.1 Дата и место проведения
Настоящая работа проводилась в черте города Алексеевка Белгородской области.
Алексеевка расположена на восточных склонах Средне – Русской возвышенности.
Отличительная черта рельефа – большее, чем в других частях области развитие
овражной сети. Климат засушливый, почвы – мощные черноземы. Промышленность
сосредоточена главным образом в городе. Промышленные предприятия
перерабатывают в основном сельскохозяйственное сырье. С 1954 года Алексеевка
преобразована в город и с того времени началось мощное развитие промышленности
– пищевой (молочноконсервный комбинат, сахарный завод, мясоптицекомбинат,
эфиромаслоэкстракционный комбинат).
Для осуществления данного проекта использовались древесные растения,
произрастающие в черте городского парка. Месторасположение парка - в центре
города. Вдоль северной стороны парка располагается река Тихая Сосна. Ближайший
населенный пункт – село Ильинка, расположенное на расстоянии пяти километров от
городского парка.
Для исследования была выбрана площадка 100:100 метров, так чтобы внутри
выбранной ограниченной территории произрастали следующие виды деревьев:
береза, сосна, дуб, клен, липа, тополь, черемуха. Работа проводилась в три этапа:
весной, летом, осенью. Для чистоты эксперимента замеры проводились в середине
сезона (апрель, июль, октябрь).
2.2 Методика проведения исследований
Для реализации поставленных задач проводились наблюдения действия фитонцидов
различных растений на жизнедеятельность микроорганизмов. С этой целью
проводились следующие исследования:
1. Обнаружение фитонцидов в растениях.
2.. Изучение изменения активности почвенных микроорганизмов до и после их
соприкосновения с фитонцидами различных видов растений.
3 Продолжительность действия фитонцидов в различные сезоны года (весной, летом,
осенью).
4 Изучение продолжительности действия фитонцидов после измельчения листовой
пластины различных видов растений.
Объектом исследования служили листовые пластины следующих растений: чеснока,
березы, тополя, дуба, липы, черемухи, сосны. Опыты проводились в середине весны,
лета, зимы.
Для обнаружения фитонцидов использовалась методика, описанная в методических
рекомендациях к выполнению лабораторных работ по микробиологии Тульского
государственного педагогического института имени Л.Н. Толстого, выпущенная в
1981 году В.Д. Рощиной. Фитонциды являются веществами вторичного
происхождения. Сущность их обнаружения заключается в следующем:
Обнаружение дубильных веществ: Кусочек растительного материала (листовые
пластинки) прокипятили в пробирке с 2-3 мл воды. Слили раствор в фарфоровую
чашечку и прибавили к нему 1-3 капли 3% раствора хлорида железа. В присутствии
дубильных веществ возникает синее (до сине-черного) или зеленое окрашивание.
Обнаружение алкалоидов: растительную ткань (листовые пластинки) растереть в
фарфоровой ступке и прибавить к кашице 1-3 капли раствора йода. Появление
красно-бурого осадка указывает на присутствие алкалоидов.
Для изучения силы воздействия фитонцидов в разные сезоны года на
микроорганизмы использовался метод наблюдения. Для сравнения изучались
фитонциды растений, которые чаще встречаются в черте городского парка. При этом
результаты воздействия фиксировались визуально и затем анализировались. Порядок
работы был следующий:
1. В керамической ступке при помощи пестика растирались листья или хвоя того
вида растения, действие фитонцидов которого необходимо было проверить.
2. Отжималось через марлю несколько капель сока.
3. В небольшой химический стакан (100 мл) помещался комочек лесной почвы,
добавлялось немного дистиллированной воды. Содержимое стакана
перемешивалось, давалась возможность осесть почвенным частицам.
4. При помощи пипетки капля почвенного раствора из стакана помещалась на
предметное стекло, накрывалось покровным стеклышком и размещалось под
электронный микроскоп.
5. Препарат рассматривался сначала под малым, а потом под большим увеличением.
Были увидены разнообразные виды почвенных простейших организмов. Все
микроорганизмы активно двигались (см. приложение №2).
6. Добавлялось под покровное стекло капля приготовленного сока из листьев
растений сразу после приготовления и через 10 минут после приготовления.
7. Наблюдалось интенсивность движения микроорганизмов в свежеприготовленном
соке и в соке, который 10 минут находился в ступке.
8. Наблюдалось интенсивность движения микроорганизмов в начале
соприкосновения фитонцидов с почвенным раствором и засекалось время, когда
гибель простейших была примерно 50% ( см.таблицы №1-5, приложение №3).
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Прежде, чем приступить к изучению действия фитонцидов на различные
микроорганизмы, было доказано наличие в клеточном соке листьев различных
растений биологически активных веществ - фитонцидов при помощи методики,
описанной выше. Концентрация дубильных веществ оказалась значительно выше,
чем алкалоидов, особенно в листьях дуба (Приложение №1).
Каплю приготовленного почвенного раствора поместили на предметное стекло и,
накрыв его покровным стеклом, поместили на предметный столик микроскопа.
Рассмотрели препарат сначала при малом увеличении, а потом при большом. При
большом увеличении были ясно видны микроорганизмы, которые активно
перемещались (Приложение №2). Одновременно с изготовлением препарата
почвенных микроорганизмов готовилась вытяжка клеточного сока различных
растений, взятого из листовых пластинок. В эксперименте использовалась вытяжка
клеточного сока чеснока, березы, сосны, тополя, дуба, липы, черемухи. Опытным
путем изучалось изменение активности почвенных микроорганизмов после их
соприкосновения с фитонцидами разных видов растений. Эксперимент
осуществлялся в различные сезоны года: весной, летом, осенью. Экспериментально
было выяснено, что наиболее активны фитонциды чеснока, черемухи, сосны, березы
во все времена года. Наибольшая интенсивность воздействия фитонцидов летом. Это
объясняется тем, что именно летом количество органического вещества в клетках
максимально. Весной растения несколько ослаблены после зимы. Синтез
органических веществ зимой приостановлен, но растение живет, следовательно,
расход органической массы происходит, хотя и в очень небольшом количестве.
Осенью в листьях накапливаются продукты метаболизма и образование фитонцидов
несколько замедляется. У хвойных растений процесс старения хвои более длителен,
растянут на несколько лет (Приложение № 3, таблицы № 1-5).
Параллельно изучалась сила воздействия фитонцидов на почвенные микроорганизмы
по истечению времени. Приготовленная вытяжка из клеточного сока, содержащая
фитонциды, оставлялась на открытом воздухе в течение 10 минут. Затем помещалась
в почвенный раствор с микроорганизмами. Фиксировалось время, в течение которого
уменьшалась подвижность почвенных микроорганизмов. Сила воздействия
фитонцидов после нахождения на открытом воздухе значительно сокращалась.
Достаточно сильными оставались лишь фитонциды чеснока. В Большой Советской
энциклопедии в 45 томе на странице 209 сказано, что действие фитонцидов после
разрушения клетки значительно уменьшается. Исключение составляют фитонциды
корней дикого пиона, обнаруживающиеся через 24 часа, а также фитонциды чеснока,
еще выделяющиеся спустя 200, а иногда 700 часов после их измельчения.
Природа фитонцидов сложна и многообразна и не исчерпывается одиночными
веществами. Несомненно одно: фитонциды – это щедрый подарок природы
человечеству, это природное средство очищения воздушной, почвенной, водной
среды.
4.ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
На основе полученных данных можно сделать следующие выводы:
1. Растения продуцируют особые биологически активные вещества, называемые
фитонцидами, которые способны уничтожать различные микроорганизмы, очищая
тем самым окружающую среду.
2. Сила воздействия фитонцидов на микроорганизмы зависит от вида растения.
Установлено, от фитонцидов черемухи, чеснока микроорганизмы гибнут быстрее
всего, затем по силе воздействия располагаются в сторону уменьшения сосна и
дуб, береза и тополь.
3. Сила воздействия фитонцидов уменьшается по мере нахождения их на открытом
воздухе.
4. Действие фитонцидов наиболее эффективно летом.
5. Изучаемое явление имеет огромное значение в сохранении свойств окружающей
природной среды, так как, зная фитонцидные свойства различных деревьев,
можно более грамотно планировать озеленение населенных пунктов.
6. Рекомендуем высаживать на территории школ, детских дошкольных учреждений,
предприятий и домов, растения, обладающие бактерицидными свойствами:
черемуху и сосну.
5.ЛИТЕРАТУРА
1. К.К. Галимская, Л.И. Рондикова. «География белгородской области», Воронеж,
центрально- черноземное книжное издательство, 1986, 109 стр.
2. И.И.Гунар. «Практикум по физиологии растений», Москва, издательство «Колос»,
1972.
3. Научно – методический журнал «Биология в школе», №3 1994, №8 2005.
4. В.Д. Рощина. «Физиология растительной клетки. Дыхание, фотосинтез»,
методические рекомендации к выполнению лабораторных работ по
микробиологии, Тула, 1981, 45 стр.
5. Б. Токин. «Бактерициды растительного происхождения (фитонциды), Москва,
1942.
6. Большая Советская энциклопедия, т.45, второе издание, Москва, 1956
7. Энциклопедический словарь юного натуралиста, Москва, 1981
Приложение №1
Обнаружение дубильных веществ и алкалоидов в вытяжке растений
Приложение №2
Действие фитонцидов на почвенные микроорганизмы
2а. Фотография препарата почвенных микроорганизмов до введения вытяжки
клеточного сока, содержащего фитонциды.
2б. Фотография препарата почвенных микроорганизмов после введения вытяжки
клеточного сока, содержащего фитонциды.
Приложение №3
Таблица №1 Продолжительность действия фитонцидов весной
Виды растений Время начала изменения Время, за которое все t2-t1
активности
микроорганизмов (t1)
микроорганизмы
погибали (t2)
Чеснок
4
8
4
Береза
20
30
10
Тополь
18
30
12
Дуб
15
25
10
Липа
20
28
8
Черемуха
3
10
7
Сосна
5
8
3
Таблица №2 Продолжительность действия фитонцидов летом
Виды растений Время начала изменения Время, за которое все t2-t1
активности
микроорганизмы
микроорганизмов (t1)
погибали (t2)
Чеснок
2
4
2
Береза
15
20
5
Тополь
13
20
7
Дуб
10
15
5
Липа
12
25
13
Черемуха
3
5
2
Сосна
5
8
3
Таблица №1 Продолжительность действия фитонцидов осенью
Виды растений
Время начала изменения
Время, за которое все
t2-t1
активности
микроорганизмов (t1мин.)
микроорганизмы
погибали (t2 мин)
(мин.)
Чеснок
2
5
3
Береза
15
21
6
Тополь
12
18
6
Дуб
10
15
5
Липа
14
24
10
Черемуха
4
10
6
Сосна
5
8
3
Приложение №4
Интенсивность воздействия фитонцидов (с момента ослабления активности до
полной гибели микроорганизмов)
Количество
времени (чеснок)
Приложение №5
Интенсивность воздействия фитонцидов различных растений в летний период