Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель, задачи, гипотеза исследования
• 3.Общая характеристика понятия «Фитонциды»
• 4. Обзор действующих методик определения фитонцидной активности растений
• 4.1 Метод «Колодца»
• 4.2 Метод «Стекающей капли»
• 4.3 Метод «Количественной оценки фитонцидной активности»
• 4.4 «Контактный метод»
• 5. Методика эксперимента и полученные на данный момент результаты
• Выводы
• Список источников

• Введение

Донецк является одним из гиперпромышленных развитых центров Украины. В Донецкой области сконцентрировано около 800 больших и средних промышленных предприятий горнодобывающей, металлургической, химической промышленности, энергетики, тяжелого машиностроения и строительных материалов, эксплуатируется около 300 месторождений полезных ископаемых. Техногенная нагрузка на окружающую природную среду во многих регионах Донецкой области достигла уровня, который является угрожающим для окружающей среды и здоровья населения. Область обеспечивает около 20% промышленного производства Украины. На территории области действует 177 химически опасных производств, 22 металлургических комплекса, 7 тепловых электростанций, развита сеть магистральных трубопроводов (нефтепроводов – 421 км, газопроводов – 658 км, аммиакопроводов – 149 км), 136 угледобывающих предприятий. Невзирая на сокращение общего объема промышленного производства, сохраняется высокая техногенная нагрузка на территорию области. В зонах потенциальной техногенной опасности проживают 3,8 млн. чел. (71% населения области). Значительную экологическую угрозу создают техногенные аварии экологически опасных предприятий.

Нынешнюю экологическую ситуацию в Донецкой области можно определить как кризисную, которая формировалась в течение длительного периода через пренебрежение объективными законами развития и воссоздания природно-ресурсного комплекса Украины. Происходили структурные деформации народного хозяйства, когда преимущество в области предоставлялось развитию сырьедобывающей, энергогенерирующей, металлургической, химической и другим наиболее экологически опасным отраслям промышленности.

1. Актуальность

Выбросы предприятий города, совместно с предприятиями Донецкой агломерации, формируют устойчивые в атмосферном воздухе концентрации загрязняющих веществ. Источниками поступления поллютантов в атмосферу являются не только промышленные предприятия, но также транспорт, жизнедеятельность человека и животных. Не малую опасность представляет собой биологическое загрязнение атмосферы.

Биологическое загрязнение – это привнесение в экосистемы нехарактерных для них видов живых организмов, негативно влияющих на здоровье человека и его хозяйственную деятельность. Биологическое загрязнение является не менее опасным, чем химическое загрязнение. Эпидемии гриппа, других болезней являются примерами проявления микробиологического загрязнения, вызванного микроорганизмами. Высокая концентрация биологических загрязнителей в воздухе может вызывать аллергические реакции, некоторые загрязнители являются возбудителями инфекционных болезней: грипп, корь, паротит, туберкулез, которые переносятся воздушным путем. В Донецком регионе ведущее место занимают болезни органов дыхания и системы кровообращения. Это свидетельствует о резком снижении адаптационных функций населения в связи с ухудшающимися экологическими условиями проживания.

Возникает вопрос о снижении уровня микробиологического загрязнения воздушной среды сцелью минимизация риска заболеваемости населения. Отличным естественным оружием против биологического загрязнения атмосферы является фитонцидная активность растений.

Благодаря растительному миру и его фитонцидной способности осуществляется естественное очищение атмосферы, что благоприятно влияет на окружающую среду и здоровье населения. Озеленение города растительностью, которая обладает высокой фитонцидной активностью, поспособствует повышению санитарно-игиенических показателей в целом, и снизит уровень микробиологического загрязнения атмосферы.

Растения играют ведущую роль в жизни человека, поэтому изучение их фитонцидных свойств является весьма актуальным. Выяснение количественных и качественных сторон действия фитонцидов на микроорганизмы имеет важное теоретическое и практическое значение.

2. Цель, задачи, гипотеза исследования

Цель работы состоит в изучение сезонной фитонцидной активность некоторых древесных лиственных и хвойных растений города Донецка, которые произрастают на участках с различной антропогенной нагрузкой по отношению к тест-культуре – бактерия рода Bacillus subtilis. Bacillus subtilis является подвижной грамположительной палочкой, не образующей капсул, образуюет споры эллипсоидной формы, аэроб или факультативный анаероб, для человека не патогенна [1].

Гипотеза исследования заключается в том, что если фитонцидные свойтсва растений окажут бактериостатическое или бактерицидное действие на данный не патогенной род бактерий, то и на патогенные микроорганизмы будет оказано тоже влияние. Известно, что интенсивность фитонцидной активности зависит от времени года, вида растения и участка его произрастания, поэтому изучение выделения фитонцидных вещест растениями требует учета данных факторов.

Основными задачами исследования стали:

1. Теоретический анализ литературы по теме исследования;

2. Подбор адекватных методов исследования;

3. Определение способности растений проявлять фитонцидную активность по отношению к бактерии рода Bacillus в разные сезонные периоды;

4. Выявление интенсивности выделения фитонцидных веществ растениями, которые произрастают на территориях с различной антропогенной нагрузкой;

5. Осуществление сравнительного анализа проявления фитонцидной активности по видовому разнообразию растений.

6. Разработка рекомендаций и плана озеленения города растениями, обладающими наибольшей фитонцидной активностью.

3.Общая характеристика понятия «Фитонциды»

С древнейших времен человека окружал богатый и разнообразный мир растений и трав. Первобытный человек старался отыскать в близко растущих от жилища растениях средства против многочисленных болезней. Сведения об использовании целебных свойств растений и трав можно найти в памятниках древнейшей культуры – санскритской, европейской, китайской, греческой, латинской. Растение, подобно человеку, наделено способностью чувствовать, болеть, воспроизводить себе подобных, умирать, защищаться. Учения о растениях, как и сами растения берут свое начало с древних времен, это мы видим из различных исторических материалов которые дошли до наших дней. Исследование различных свойств растений продолжаются и до сих пор.

Несмотря на высокие современные достижения в изучении свойств растений и трав, сами растения и травы по-прежнему хранят в себе множество тайн, узнать и познать которые еще только предстоит. Одной из актуальных проблем на сегодняшний день является изучение и следование такого свойства растений как фитонцидность, т.е способность растений выделять особо специфические вещества – фитонциды. Фитонциды – это вещества, продуцируемые растениями и имеющие бактерицидные, антифунгальные (активные в отношении микроскопических грибов и актиномицетов) и протистоцидные (активные в отношении клеточных простейших) свойства.

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.

В книге Б.П. Токина «Целебные яды растений» автор проводит небольшой исторический экскурс в области исследований фитонцидов [2].

Среди советских учёных одним из первых заинтересовался вновь обнаруженными свойствами растений талантливый украинский учёный Н.Г. Холодный. К 1935 году он убедился, что способностью к образованию органических веществ, выделяемых в воздух, обладают «весьма многие, если не все, растения, начиная от самых простых – бактерий и грибков – и кончая наиболее высоко стоящими в системе цветковыми растениями». Он предполагал, что концентрация летучих веществ, выделяемых растениями, может достигать порядка нескольких миллиграммов на один кубический метр воздуха [3].

Из иностранных учёных автор отмечает немецкого ботаника Ганса Молиша, опубликовавшего в 1937 году свою интересную книгу «Влияние растений друг на друга – аллелопатия». Он привёл большое количество доказательств того, что растения своими летучими веществами могут стимулировать или, наоборот, тормозить жизнь других растений [4].

Фитонцидные свойства приобретают особую ценность в условиях города, где в воздухе содержится в 10 раз больше болезнетворных бактерий, чем в воздухе полей и лесов. Из древесно-кустарниковых пород, обладающих антибактериальными свойствами, которые положительно влияют на состояние воздушной среды городов, следует назвать: акацию белую, барбарис, березу, грушу, дуб, ель, жимолость, иву, калину, каштан, клен, лиственницу, липу, можжевельник, пихту, платан, сирень, сосну, тополь, черемуху, яблоню. Фитонцидной активностью обладают и травянистые растения – газонные травы, цветы и лианы [5].

На интенсивность выделения растениями фитонцидов влияют сезонность, стадии вегетации, почвенно-климатические условия, время суток. Максимальную антибактериальную активность большинство растений проявляют в летний период. Поэтому некоторые из них можно использовать в качестве лечебного материала [6].

4. Обзор действующих методик определения фитонцидной активности растений

Для каждого исследователя, занимающегося поисками новых фитонцидоносителей в мире высших растений, необходимо учитывать следующие условия, которые имеют решающее значение для установления фитонцидных свойств любого высшего растения.

1. Ввиду большого различия в чувствительности разных видов бактерий к действию фитонцидов имеет исключительно важное значение подбор бактериального тест-объекта.

Правильность суждения о фитонцидной активности того или иного вида высшего растения будет в значительной степени зависеть от нахождения чувствительного к испытуемому фитонциду бактериального штамма. Эта задача разрешается путем испытания растительного материала на многих видах бактерий, резко отличающихся друг от друга по своим биологическим свойствам.

Самый чувствительный из всех испытанных бактериальных штаммов может быть использован в качестве тест-объектов для изучения антибактериальных свойств данного растения.

2. Для успешной работы по изучению фитонцидов следует обращать особое внимание и на растение. Известно, что «фитонцидные вещества» высших растений распределяются в растительном организме неравномерно. У некоторых растений бактерицидные вещества концентрируются главным образом в наземных частях (листья, цветы, плоды и т.д.), у других, наоборот, – в подземных (корни, корневища, луковицы и т.д.). Кроме того, следует помнить, что фитонцидная активность подвержена значительным колебаниям в зависимости от многих факторов (физиологическое состояние самого растения и условия внешней среды). Поэтому при определении фитонцидной активности необходимо исследовать различные органы растений и изучать их фитонцидную активность в динамике. Последнее обстоятельство имеет очень существенное значение для использования фитонцидов в практике [7].

4.1 Метод «Колодца»

Для обнаружения антибактериальных свойств испытуемого растения необходимо провести исследование с несколькими видами бактерий. Чашки с питательным агаром засевают 18-часовой бульонной культурой микроба. С целью количественной оценки действия растительного материала засев чашек производят бактериальной эмульсией, содержащей в 0,1 м³ примерно 500 микробных тел. Бактериальную взвесь приготовляют путем последовательных разведений бульонной культуры в физиологическом растворе: мерной однокубиковой пипеткой (концевой) набирают 0,5 м³ бульонной культуры и переносят в пробирку с 4,5 м³ физиологического раствора (1-ое разведение). Полученную бактериальную взвесь тщательно перемешивают путем повторных вдуваний и выдуваний пипеткой; затем из этой пробирки набирают 0,5 м³ культуры и переносят в следующую пробирку с 4,5 м³ физиологического раствора (2-е разведение) и т.д., до нужной концентрации. Дл я получения каждого нового разведения пользуются отдельной пипеткой. Но для того, чтобы судить о степени разведения, необходимо приблизительно знать содержание микробов в 1 м³ 18-часовой бульонной культуры. Для этого предварительно изучают рост испытуемого штамма в бульоне. Так, например, по данным некоторого эксперимента в лаборатории, в 0,1 м³ культуры из 5-го разведения содержится в среднем 500-600 клеток золотистого стафилококка. Такое же количество клеток В. megatherium содержится в 0,1 м³ культуры 4-го разведения. Таким образом, в каждом отдельном случае приходится пользоваться различной степенью разведения, в зависимости от интенсивности роста данного вида микроба.

Можно выращивать культуру на косом агаре. В этом случае бактериальный налет смывают с поверхности скошенного агара стерильным физиологическим раствором. Исходную бактериальную эмульсию подводят к стандарту (например, в 1 м³ содержится 1 млн. микробных тел). Затем взвесь определенной концентрации рядом последующих разведений в физиологическом растворе доводят до нужной концентрации. Чашки с питательным агаром засевают 0,1 м³ разведенной 18-часовой культуры. В центре из засеянной среды вырезают с помощью сверла кружочек агара (диаметром, например, 10 мм) и удаляют его. В углубление помещают 0,5 г свежеприготовленной растительной кашицы.

Испытуемый растительный материал предварительно измельчают в фарфоровой ступке до состояния кашицы. Следует помнить, что некоторые растения при обработке могут быстро отдать в окружающую среду значительную часть летучих бактерицидных веществ; поэтому рекомендуется приготовление растительной кашицы производить как можно быстрее.

Чашки осторожно переворачивают, обертывают бумагой и ставят в термостат на сутки при температуре, оптимальной для роста испытуемого микроба. Контролем служат чашки, засеянные тем же количеством микробных тел, но без воздействия на них растительного агента.

Через сутки отмечают величину стерильной зоны (в миллиметрах), подсчитывают количество выросших колоний и сравнивают с контролем.

4.2 Метод «Стекающей капли»

Питательный агар засевают 18-часовой культурой испытуемого микроба.На посев у края чашки наносят пипеткой 1-2 капли испытуемого растительного фильтрата или сока. Чашку осторожно наклоняют, и капля медленно стекает по поверхности агаровой пластинки. Чашки переворачивают и ставят на сутки в термостат при температуре, оптимальной для роста испытуемого микроба. О бактерицидности сока судят на основании величины стерильной зоны, образовавшейся по обе стороны «стекающей капли» («дорожки»).

4.3 Метод «Количественной оценки фитонцидной активности"

Для изучения действия летучих фракций фитонцидов на бактерии можно применять следующий метод, позволяющий дать количественную оценку фитонцидной активности. Чашки с питательным агаром засевают 18-часовой культурой. После засева чашки с культурой подвергают обработке летучими фракциями фитонцидов (за исключением чашек, служащих контролем). Обработку проводят при различных экспозициях а условиях термостата. Вначале лучше всего пользоваться длительной обработкой – 12-18 часов. Если при этой экспозиции будет наблюдаться бактерицидный эффект, то следует уменьшить экспозицию (10, 30 минут, 1,2 часа и т.д.).

1 г растительной кашицы распределяют тонким слоем на внутренней поверхности крышки чашки с посевом. Во избежание влияния летучих фракций фитонцидов на контрольные посевы и посевы, обрабатываемые фитонцидами других растений, при проведении опытов в одном и том же термостате каждую чашку тщательно заворачивают в плотную бумагу. В таком виде чашки помещают в термостат при температуре, оптимальной для тест-объекта. По истечении определенного промежутка времени растительную массу удаляют вместе с крышкой; последнюю заменяют новой.

Через сутки производят первый просмотр и в протоколе регистрируют количество и характер выросших колоний. Наблюдения за чашками ведут в течении 5 суток. Если исследуемое растение обладает бактерицидными свойствами по отношению к испытуемому штамму и чашки сохраняют стерильность в течении всего срока наблюдений, то с целью контроля следует делать последующий высев следует делать последующий высев со стерильной поверхности питательного субстрата.

4.4 «Контактный метод»

Для определения фитонцидной активности тканевого сока или водяного извлечения из растений можно также пользоваться « контактным» методом. Для получения тканевого сока испытуемое растение измельчают сначала на овощной терке (если это возможно), а затем в фарфоровой ступке до состояния кашицы. Кашицу отжимают через два слоя марли. Полученный сок пропускают через бактериальный фильтр при вакууме. Таким способом получают соки «сочных» растений. Из растений, для которых этот способ неприемлем, приготовляют водные извлечения.

Водные извлечения могут быть получены различными способами. Растительную кашицу заливают дестиллированной водой в отношении 1:1 и оставляют на сутки при комнатной температуре. На следующий день кашицу отжимают через марлю и полученную жидкость пропускают через бактериальный фильтр при вакууме. В некоторых случаях больший эффект достигается автоклавированием. При этом растительный материал заливают дестиллированной водой и подвергают автоклавированию в течении 30 минут при давлении 0,5 атм. По охлаждении отжимают через марлю и фильтруют через бактериальный фильтр.

Вначале рекомендуется испытать действие нативных соков или концентрированных водных извлечений без предварительных их разведений. В стерильную пробирку наливают с соблюдением правил асептики 5 м³ испытуемого сока или водного извлечения и засевают одной каплей бактериальной эмульсии, содержащей в 1 м³ 2 млрд. микробных тел (по оптическому стандарту). В качестве тест-объекта служит чувствительный к испытуемым сокам штамм. Последний может быть выбран путем предварительного исследования «фитонцидной мощности» сока в опытах со многими видами бактерий. Контролем служит пробирка с 5 м³ физиологического раствора, засеянная таким же количеством микробной взвеси. Пробирки в течении всего опыта выдерживают в термостате при оптимальной для роста тест-организма температуре. Через определенные интервалы (тотчас, через 1, 2, 3, 4, 5 и 24 часа) из пробирок делают высев по 0,05 м³ культуры на чашки с питательным агаром. После 24-часовой инкубации производится определение результатов (подсчет выросших колоний на чашках и изучение морфологии колоний).

После установления антибактериального действия тканевого сока или водного извлечения активность его может быть определена путем разведения испытуемой жидкости с помощью так называемого метода разведений. Разведение сока или водного извлечения производят в стерильных пробирках в определенном объеме. Возможны разведения: 1:10, 1:20, 1:40, 1:80, 1:160, 1:320 и т.д. Пробирки с различными разведениями засевают стандартной каплей 18-часовой культуры тест-объекта. Испытуемая жидкость разводится в бульоне. Контролем служит пробирка с нативным соком или водным извлечением исходной концентрации и пробирка с бульоном. Объем жидкости в опыте и контроле должен быть одинаковым. Пробирки помещают на 5 часов в термостат при оптимальной для роста микроба температуре и по истечении срока инкубации производят высев культуры – по 0,05 м³ - на чашки с агаром. Чашки с посевом помещают в термостат. На следующий день определяют результаты. Наибольшее разведение сока, при котором отсутствует рост микробов, показывает степень активности испытуемых тканевых соков или водных извлечений. Все вышеописанные способы изучения антибактериальных свойств высших растений могут служить для обнаружения новых фитонцидоносителей. При применении всех перечисленных методов, конечно, требуется контроль [8].

5. Методика эксперимента и полученные на данный момент результаты

В данной работе использовался биологический метод определения фитонцидной активности древесных растений [9]. Суть метода заключается в следующем: в чашки Петри разливалась приготовленная питательная среда для культивирования микроорганизмов. Образец микроорганизма Bacillus subtilis подвергался разведению дистиллированной водой до суспензии 1:100 млн.

Затем, приготовленная суспензия в объеме 0,5 см³ разливалась на питательную среду в чашки Петри. Далее в каждую чашку Петри закладывался образец растения навеской в 2 грамма, и у каждой пробы был свой контроль – чашка лишь с суспензией микроорганизмов. После приготовления проб все чашки направлялись в термостат, температура в котором составляла (33-35)градусов Цельсия на 48 часов.

Как видно из рисунков 3,4,5 – в чашках Петри, где находились листья растений выросших колоний Bacillus subtilis намного меньше, чем в контрольной чашке в которой листьев не было. То есть летучие фитоорганические вещества данных растений способны останавливать рост бактерии рода Bacillus subtilis. Также из рисунков видно, что фитонцидные вещества березы бородавчатой (Betula verrucosa) проявили большую фитонцидную активность, чем вещества акации белой (Robinia pseudo-acacia).

После прорастания бактерии Bacillussubtilis, подсчитывалось количество выросших колоний микроорганизмов в чашках с разными видами растений, с разной местностью их произрастания, сравнивались между собой и контролем.

Было выявлено, что фитонцидная активность исследованных видов древесных лиственных растений в поздний осенний период минимальна. Говорить о интенсивности выделения фитонцидных веществ в зависимости от места произрастания растения также на данном этапе нельзя, поскольку в данный сезонный период, листья практически не выделяли фитонцидных веществ При изучение фитонцидной активности хвойных растений в зимний период воздействуя на бактерию рода Bacillus (семейство Bacillaceae) были получены следующие результаты, приведенные на рисунке 6.

Таким образом, было выявлено, что фитонцидная активность хвойных растений в зимний период проявляется достаточно хорошо, интенсивнее фитоорганические вещества хвойных растений выделяются на участках с большей загрязненностью, об этом свидетельствуют полученные данные эксперимента. В районе расположения Донецкого металлургического завода интенсивность проявления фитонцидной активности выше, чем на других участках.

Выводы

На данный момент продолжается эксперимент исследования фитонцидных свойств растений в весенний и летний период. Окончательные результаты будут получены к концу летнего сезона, тогда можно будет сделать конкретные выводы по интенсивности выделения фитонцидов различными видами деревьев, сравнить интенсивность выделения фитонцидов растениями произрастающими на участках с различной антропогенной нагрузкой и предложить рекомендации по озеленению города растениями, которые обладают наибольшей фитонцидной активностью.

Список источников

1. Блинкин, С. А. Вторжение в тайны невидимок / С. А. Блинкин. – М.: Просвещение, 1971. – 255 с.

2. Тульчинская, В. П. Растения против микробов / В. П. Тульчинская, Н. Г. Юргелайтис. – К.: Урожай, 1981. – 64 с.

3. Токин, Б. П. Целебные яды растений. Повесть о фитонцидах / Б. П. Токин. – Л.: Ленинградский университет, 1980. – 280 с.

4. Голубинский И. Н. Условия выделения фитонцидов высшими растениями / И. Н. Голубинский // Фитонциды, их биологическая роль и значение для медицины и народного хозяйства. – Киев: Наукова Думка, 1967. – С. 37-40.

5. Научные и практические аспекты фитодизайна / Н. В. Цыбуля, Ю. Л. Якимова, Л. Н. Чиндяева и др. – Н.: Новосибирское книжное издадельство, 2004. – 148 с.

6. Рощина, В. Д. Выделительная функция высших растений / В. Д. Рощина, В. В. Рощина. – М.: Наука, 1989. – 214 с.

7. Лахно, Е. С. О химическом составе летучих фитонцидов древесных растений / Е. С. Лахно, Н. В. Козлова // Фитонциды, их биологическая роль и значение для медицины и народного хозяйства. – Киев: Наукова Думка, 1967. – С. 135-138.

8. Данин, Е. М. Элементарные методики изучения антибактериальных свойств фитонцидов высших растений / Е. М. Данин // Фитонциды. Их роль в природе и значение для медицины. – Ленинград: Институт экспериментальной медицины, 1952. – С. 330-334.

9. Мовчан, Н. А. О влиянии фитонцидов на морфологию бактериальной клетки / Н. А. Мовчан, И. К. Лапина // Фитонциды. Экспериментальные исследования, вопросы теории и практики. – Киев: Наукова Думка, 1975. – С. 169-174.

10. Эффективность озеленения и его состояние в Кировском районе города Донецка [Электронный ресурс] / И. В. Поволотская, Донецкий нац. техн. ун.-т, фак. экологии и химической технологии. – Режим доступа : Эффективность озеленения и его состояние в Кировском районе