Исследовательская работа по экологии на тему Биотестирование фитонцидных свойств растений школьных кабинетов с использованием простейших микроорганизмову:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ГОРОДСКОГО ОКРУГА ГОРОД ДЕРБЕНТ"
"СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №11"

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
в городской научно-практической конференции школьников
"Экологические проблемы Дагестана глазами детей"
на тему:
"Биотестирование фитонцидных свойств растений школьных кабинетов с использованием простейших микроорганизмов"
Выполнила: ученица 9 класса
Багомедова Патимат.
Руководитель: учитель биологии
Гаджиева Л.З.
Избербаш 2016
Содержание
Введение…………………………………………….………………….3
1. Обзор литературы………………………………….…………………..5
2. Практические исследования ..........................................................6
2.1. Этапы работы.........................................................................7
2.2. Ход исследования……………………………………………..…7
3. Результаты исследования.................................................................8
Заключение и выводы....................................................................10
Список использованных источников...................................................11
4. Приложения...........................................................................................12
Введение
Биотестирование- это определение степени опасности среды с помощью биологических объектов: водорослей, простейших и пр. Т.е. в исследуемую среду помещают биологического тестировщика (биотест) и наблюдают, как исследуемая среда воздействует на него. В качестве биотестов применяют зеленые водоросли- хлорелла и сценедесмус, ракообразных- цериодафний и дафний , простейших- инфузории.
Воздушная среда помещений далека от идеальной. Помимо обычной пыли часто воздух помещений имеет повышенное содержание химических соединений, выделяемых стройматериалами, мебелью, не говоря уже о выхлопных газах. Одной из причин этого является некачественный воздух помещений, в котором обнаружено более 1000 вредных веществ, в том числе 250 высокотоксичных и 15 канцерогенных. Значительного улучшения воздушной среды закрытых помещений можно добиться, используя для озеленения определенные растения. Известно, что летучие вещества растений, которые они выделяют в процессе своей жизнедеятельности, уже в концентрации 5 мг/м3 изменяют воздух и могут улучшать самочувствие людей. Растения также служат фильтром вредных веществ, действуя как "зеленая печень".
Кроме того, воздушная среда содержит условно-патогенные микроорганизмы, такие как стафилококк, микроскопические плесневые грибы. Эти микроорганизмы, попадая в благоприятные условия на слизистые оболочки верхних дыхательных путей, могут вызывать острые респираторные или аллергические заболевания.
Летучие выделения многих растений обладают фитонцидными свойствами, т.е. способностью подавлять жизнедеятельность микроорганизмов. Механизм действия летучих фитонцидов заключается в том, что они вызывают разнообразные изменения микробной клетки: подавляют дыхание, растворяют и разрушают поверхностные слои и составные части протоплазмы (ферменты и др.) (Янович, Родина, 1956; Гродзинский, 1986). Фитонциды не позволяют микроорганизмам создавать собственные механизмы защиты. Существенно, что при этом генетический аппарат микроорганизмов не изменяется, то есть фитонциды не обладают мутагенными свойствами. Следовательно, широкое использование растительных выделений не способствует селекции видоизмененных, устойчивых форм бактерий
Целью нашей работы стало: изучить влияния фитонцидов  растений из кабинета биологии методом биотестирования на простейших микрооорганизмах. Исходя из цели работы, были определены следующие задачи:
Задачи:
1. Найти и изучить литературные источники о фитонцидных свойствах растений.
2. Изучить методику выполнения исследования.
4. В лабораторных условиях выявить фитонцидную активность разных растений на простейшие организмы, используя контактные и бесконтактные методы воздействия.
5. Оформить результаты исследования в виде таблиц и диаграмм.
1. Фитонциды.
Фитонциды (от греческого слова «фитон» - растение и от латинского «цедо» - убиваю)– это вещества, продуцируемые растениями и имеющие различные антимикробные свойства. Они играют значительную роль во взаимоотношениях организмов в растительных сообществах и являются одним из факторов естественного иммунитета растений.
Фитонциды были открыты профессором Б. П. Токиным в 1928 году. Со времени открытия фитонцидов накоплен большой фактический материал об антимикробных и противовирусных веществах высших растений. Доказано, что фитонцидная активность присуща всему растительному миру. Газовые выделения являются продуктами обмена растительной клетки, средством активного воздействия на среду и в то же время, как предполагают многие авторы, - регуляторами роста и развития самих растений.
Фитонциды – универсальное явление в растительном мире. Нам известны сотни тысяч видов растений, и все обладают фитонцидами. Одни растения вырабатывают летучие бактерицидные вещества, а другие передают их через сок.   По химическому составу фитонциды являются не одним каким-либо веществом, а множеством самых разнообразных (алифатические  соединения, хиноны, гликозиды с фенолами, спиртами и т.д.).
Одна из важнейших особенностей фитонцидов – специфичность их действия. Способность летучих биологически активных веществ растений убивать и подавлять рост и развитие микроорганизмов, обусловлена химическим составом этих веществ. От него зависит во многом специфичность действия определенных видов растений на различные микроорганизмы. Даже в микроскопических дозах фитонциды могут задерживать рост и размножение одних микроорганизмов, стимулировать рост других и играть существенную роль в регулировании состава микрофлоры воздуха, почвы и воды.
Например, луковые – убивают туберкулезную палочку и бессильны против бактерий и грибков. Бактерицидные вещества, убивающие многие бактерии, обнаружены у чеснока, лука, хрена, горчицы, картофеля, редьки и других. Фитонциды также выделяются сине-зелеными водорослями.
Фитонциды – один из важнейших факторов естественного иммунитета растений. Это впервые было отмечено Б. П. Токиным и наиболее полно раскрыто Д.Д. Вердеревским (1962) и его школой на основе клеточной теории фагоцитарного иммунитета И.П. Менчикова. Б.М. Козополянский (1946), характеризуя роль фитонцидов в защите растений от возбудителей болезней, отмечает: «Летучие фракции фитонцидов – это первая линия обороны, соки (нелетучие или малолетучие фракции) – вторая линия обороны».
В ходе сопряжённой эволюции к каждому виду растений адаптировались определённые микроорганизмы, выделения фитонцидов обусловили взаимоотношения между растениями в сообществах.
Лечебное воздействие летучих выделений растений на человека.
Наряду с растениями, летучие выделения которых обладают выраженными фитонцидными свойствами, имеются растения, летучие выделения которых оказывают лечебный эффект на организм человека. Так, мирт обыкновенной — фитонцидное и лекарственное растение. В помещении, где растет мирт обыкновенный, не только снижается общее количество микроорганизмов в воздухе, но и повышается иммунитет у человека к острым респираторным заболеваниям. Фитонцидным и лечебным действием обладает и всем известное кофейное дерево. Пятилетнее деревце кофе аравийского на 30% снижает число микроорганизмов в воздухе жилой комнаты. Кроме того, летучие биологически активные вещества этого растения благотворно влияют на сердечную деятельность, а мякоть плодов укрепляет сердечную мышцу. Лимон и другие цитрусовые улучшают умственную работу, повышая амплитуду биотоков мозга. Запах лимонных листьев дает ощущение бодрости, способствует улучшению общего состояния. Это растение полезно иметь людям умственного труда. Всем известная герань душистая обладает успокаивающим действием, ее рекомендуют при заболеваниях нервной системы, бессоннице.
Чемпионом среди цветов является хлорофитум. Одного этого растения оказывается достаточно, чтобы ослабить воздействие окислов азота в помещении, где несколько часов работала газосварка.   Хлорофитум обладает и значительным бактерицидным эффектом. Специалисты Всероссийского института лекарственных и ароматических растений (ВИЛАР) выяснили, что за 24 часа этот цветок почти полностью очищает воздух от вредных микроорганизмов.   Растение это неприхотливое, оно хорошо растет как в прохладных комнатах, при температуре 10-12 градусов, так и в помещениях с центральным отоплением. Оно достаточно светолюбиво, но нормально переносит и затемнение. Летом хлорофитум требует обильного полива и в большом горшке может дать столько побегов, что кажется, будто растение раскинуло вокруг   себя  зеленый занавес.  Другое широко распространенное растение, которое выделяет биологически активные вещества (цитранелловое и гераниевое масла, а также ментол и терпентил, убивающие стрептококки и стафилококки), - это комнатная герань, или пеларгония. Вот почему этот цветок рекомендуют держать в спальне. Вдыхая эти целебные соединения, человек успокаивается, что очень важно при стрессах, неврозах и бессоннице.  Пеларгония - растение светолюбивое, хорошо себя чувствует на солнечном окне, почва ей нужна легкая и плодородная. Зимой цветок поливают умеренно, в феврале-марте обрезают. Удаленные верхушечные стебли используют как черенки: их слегка подсушивают и высаживают   в ящики.
Еще одна группа полезных, фитонцидных растений — кактусы и другие суккуленты, особенно с длинными иголками, — выходцы из Перу, Чили и горных районов Мексики. По мнению специалистов, эти растения не только убивают микробов, но и снижают вредную ионизацию воздуха, защищая нас от электромагнитного излучения. Место для этих цветов — вблизи телевизора и мониторов компьютеров. Для нормального роста им необходимо много тепла и света, но к прямым солнечным лучам их нужно приучать   постепенно.
Практические исследования.
 Уровень заболеваемости детей и взрослых острыми респираторными заболеваниями в настоящее время остаётся высоким. Особенно остро эта проблема стоит в детских организованных коллективах. При длительном пребывании даже практически здоровых детей в закрытых помещениях увеличивается общая обсемененность воздуха микроорганизмами.
Исследование, проведённое мною в школе , в которой я  учусь, показало, что большинство фионцидных растений находится в кабинетах начальной школы, а так же в кабинете биологии. Это свидетельствует о том, что дети этих классов более защищены от острых респираторных заболеваний, чем ученики средней школы, кабинеты  которых имеют меньшее количество фитонцидных растений.
Мною было установлено, что в старом корпусе нашей школы значительно меньше фитонцидных растений, а в некоторых кабинетах их просто нет. А ведь именно здесь они будут как нельзя кстати, так как там находятся кабинеты таких сложных предметов, как математика, русский язык, информатика. Много растений с ярко выраженной фитонцидной активностью в кабинете   биологии- очень много каланхое, герани, хлорофитумов, кактусов, лимонное дерево, один папоротник, что свидетельствует о том, что в этом кабинете хорошая экология.
В кабинете информатики особенно  необходимы растения потому, что там стоят компьютеры, при работе которых улучшается фитонцидная активность.
В целом, мне кажется, что количество растений в нашей школе следует увеличить, это поднимет настроение учащихся, повысит успеваемость и работоспособность.
Не все знают, что комнатные растения не только создают уют, но и приносят пользу. Они очищают воздух в помещениях от токсических веществ, которые выделяют пластиковые покрытия, лаки, аэрозоли, клей, моющие средства, синтетические смолы. Изучены разнообразные аспекты механизма влияния фитонцидов на окружающую среду, но еще много вопросов. В некоторых из них я попробую разобраться
2. Объекты и методы исследования
Исследования проводились в кабинете биологии.
В качестве объектов исследования использовались комнатные растения из кабинета биологии: Герань комнатная (Pelargonium), Хлорофитум хохлатый (Chlorophytum comosum), Консолея (Consolea), Каланхое Блоссфельда(Kalanhoe blossfediana), Лимон домашний (Citrus limon 'Ponderosa').
Методы: эксперимент, наблюдение, описание.
2.1 Этапы работы
Исследовательская работа включала в себя ряд этапов:
1. Выращивание культур простейших.
2. Сбор растительного сырья.
3. Проведение опытов по влиянию фитонцидов растений на простейших.
5. Статистическая обработка полученного материала.
6. Анализ полученных данных.
Оборудование и материалы: чашки Петри, колбы объёмом от 100 мл, химические стаканы, предметные и покровные стёкла, цифровой микроскоп, шпатели, растительное сырье, керамическая ступка, спиртовка, держатель.2.2 Ход исследования
А) Выращивание культур простейших.
В 100г аквариумной воды налила 150г сырой воды, поставила в теплое место, при этом, добавила корм в виде высушенной кожуры банана. Через несколько дней на поверхности воды образуется пленка с различными видами простейших (Приложение № 1)
Б) Приготовление свежей, мелко изрезанной кашицы из органов растений (непосредственно перед опытом) (Приложение ) и водных вытяжек органов растений. Приготовление водных вытяжек: мелко изрезанная растительная масса, полученная из исследуемого растения (масса 2г) переносится в пробирку, заливается 10мл воды и кипятится в течение 2-х минут, остужается и процеживается. (К.И. Гаврилов с.64)
В) Приготовление живых препаратов простейших и исследование действия на них водных вытяжек растений.
1) Метод раздавленной капли (контактный метод)
В каплю с вытяжкой из растений на предметном стекле помещала каплю воды с простейшими организмами. Покровное стекло ставила на ребро у края капли и постепенно опускала на нее таким образом, чтобы между стеклами не оставалось пузырьков воздуха. Капля должна быть небольшой, чтобы после раздавливания жидкость не выступала за края покровного стекла, излишки жидкости следует убрать фильтровальной бумагой. Препарат из-за высыхания не может долго храниться (Т. Н. Калганова с.11). (Приложение № 4)
2) Бесконтактный метод.
В центр предметного стекла помещала каплю сока из измельченной растительной массы, на расстоянии 5 миллиметров от них, помещала каплю воды, в которой находятся одноклеточные животные, видимые, как правило, только под микроскопом. Этих животных называют протозоа — простейшие. К ним относятся амёбы, инфузории и им подобные микроорганизмы.
Г) Наблюдение за поведением простейших.
Д) Оформление результатов исследований в виде таблиц и диаграмм.
3. Результаты исследования
А) Действие вытяжки растений на простейших
№ п/пНазвание вида растений Органы растения Сырье или вытяжка Время действия Результат
1. Герань комнатная (Pelargonium)
Листья Вытяжка 20 мин. Ускоряется движение простейших.
Образуются пузырьки. Гибнут с распадом тела
2. Хлорофитум хохлатый (Chlorophytum comosum) Стебли и листья
Вытяжка
15 мин.
Заметного действия не обнаружено
Гибель простейших
3. Каланхое Блоссфельда(Kalanhoe blossfediana) Листья Вытяжка 38 сек. Мгновенная гибель с образованием пузырей.
4. Консолея (Consolea)
Стебли Вытяжка Снижение двигательной активности.
Гибели простейших не произошло.
5. Лимон домашний (Citrus limon 'Ponderosa')
Листья и стебли Вытяжка 45 мин. Образуются пузырьки с последующим распадом простейших.

Диаграмма зависимости времени гибели инфузорий от вида объекта исследовВыводы и рекомендации.
1. Многие растения вырабатывают фитонциды.
2. Биологически активных вещества растений убивают и подавляют рост и развитие микроорганизмов воздуха.
3. Комнатные растения могут использоваться для обеззараживания воздуха помещений.
Данный материал может быть использован для изучения влияния растений на микроорганизмы на уроках и факультативных занятиях. Мы считаем, что данная тема требует дальнейшего изучения.
Заключение:
Фитонциды — главный фактор иммунитета растений. Используя знания о фитонцидных свойствах растений, нужно умело использовать «целебные яды» растений в качестве биологических добавок к целебным силам нашего организма.
Список использованных источников:

Гаврилов К.И. Фитонцидные свойства некоторых растений ставропольской флоры. Материалы по изучению Ставропольского края выпуск 2-3. Крайиздат. Ставрополь 1950, с.64-70
Голышенков П.П. Лекарственные растения и их использование. – Саранск. Мордовское книжное издательство, 1990. – 179с.
Новиков В.С., Губанов И.А. Школьный атлас-определитель высших растений.-М.: Просвещение, 1991. – 240 с.
Калганова, Т. Н. Практикум по микробиологии и биотехнологии: лабораторные работы / Т. Н. Калганова. – Южно-Сахалинск: СахГУ, 2011. – 56 с.
Синяков А.Ф. О вершках и корешках. - М.: Физкультура и спорт, 1992, с. 211 – 246.
Токин Б.П. Целебные яды растений. Повесть о фитонцидах. Изд. 3-е, испр. и доп.— 5 Изд-во Ленингр. университета, 1980.—280 с.
Швечикова А.П., Косогова Т.М., Луценко А.И. Комнатные растения и чистота воздуха в помещении. Биология в школе, 1992. -№1-2, с. 66 – 67.
http://ru.wikipedia.org/wiki Фитонциды
Губарева Л.И., Мизирева О.М., Чурилова Т.М. Экология человека: Практикум для вузов. – М.:  Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2003
Полевой В.В. Физиология растений: Учеб. для  биол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1989
Реймерс Н.Ф.  Основные биологические понятия и термины: Кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1988
Я познаю мир: Дет. энцикл.:  Растения / Сост. Л.А. Багрова. – М.: ООО «Издательство АСТ – ЛТД», 1998
Приложение

Питательная среда простейших. Мутная пленка- это их скопление.

Фотография инфузории- туфельки, выполненная с помощью цифрового микроскопа.
Лимон домашний (Citrus limon 'Ponderosa')


Кабинет биологии


Герань комнатная (Pelargonium)


Каланхое Блоссфельда(Kalanhoe blossfediana)
Консолея (Consolea)

Cбор растительного сырья
и дальнейшее изготовление из него водных вытяжек.




Проведение опытов методом биотестирования фитонцидных свойств растений на простейших.