Реферат з теми випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета, завдання гіпотеза дослідження
• 3.Загальна характеристика поняття «Фітонциди»
• 4. Огляд діючих методик визначення фітонцидной активності рослин
• 4.1 Метод «Криниці»
• 4.2 Метод «Стікаючоі краплі»
• 4.3 Метод «Кількісноі оцінки фитонцидной активності"
• 4.4 «Контактний метод»
• 5. Методика експерименту і отримані на даний момент результати
• Висновки
• Перелік джерел

• Вступ

  Донецьк є одним з гіперпромислових розвинених центрів України. У Донецькій області сконцентровано близько 800 великих і середніх промислових підприємств гірничодобувної, металургійної, хімічної промисловості, енергетики, важкого машинобудування і будівельних матеріалів, експлуатується близько 300 родовищ корисних копалин. Техногенне навантаження на навколишнє природне середовище в багатьох регіонах Донецької області досягло рівня, який є загрозливим для навколишнього середовища і здоров'я населення. Область забезпечує близько 20% промислового виробництва України. На території області діє 177 хімічно небезпечних виробництв, 22 металургійного комплексу, 7 теплових електростанцій, розвинена мережа магістральних трубопроводів (нафтопроводів – 421 км, газопроводів – 658 км, аміакопроводів – 149 км), 136 вугледобувних підприємств. Незважаючи на скорочення загального обсягу промислового виробництва, зберігається високе техногенне навантаження на територію області. У зонах потенційної техногенної небезпеки проживають 3,8 млн. чол. (71% населення області). Значну екологічну загрозу створюють техногенні аварії екологічно небезпечних підприємств.

  Нинішню екологічну ситуацію в Донецькій області можна визначити як кризову, що формувалася протягом тривалого періоду через нехтування об'єктивними законами розвитку і відтворення природно-ресурсного комплексу України. Відбувалися структурні деформації народного господарства, коли перевага в області надавалася розвитку сировинновидибувній, енергогенеруючій, металургійній, хімічній та іншим найбільш екологічно небезпечним галузям промисловості.

  1. Актуальність

  Викиди підприємств міста, спільно з підприємствами Донецької агломерації, формують стійкі в атмосферному повітрі концентрації забруднюючих речовин. Джерелами надходження полютантів в атмосферу є не тільки промислові підприємства, але також транспорт, життєдіяльність людини і тварин. Не малу небезпеку становить собою біологічне забруднення атмосфери.

  Біологічне забруднення – це привнесення в екосистеми нехарактерних для них видів живих організмів, що негативно впливають на здоров'я людини і його господарську діяльність. Біологічне забруднення є не менш небезпечним, ніж хімічне забруднення. Епідемії грипу, інших хвороб є прикладами прояву мікробіологічного забруднення, викликаного мікроорганізмами. Висока концентрація біологічних забруднювачів в повітрі може викликати алергічні реакції, деякі забруднювачі є збудниками інфекційних хвороб: грип, кір, паротит, туберкульоз, які переносяться повітряним шляхом.

  У Донецькому регіоні провідне місце займають хвороби органів дихання та системи кровообігу. Це свідчить про різке зниження адаптаційних функцій населення у зв'язку з погіршенням екологічних умов проживання. Виникає питання про зниження рівня мікробіологічного забруднення повітряного середовища з метою мінімізація ризику захворюваності населення.

  Відмінною природньою зброєю проти біологічного забруднення атмосфери є фітонцидна активність рослин. Завдяки рослинному світу і його фітонцидній здатності здійснюється природне очищення атмосфери, що добре впливає на навколишнє середовище та здоров'я населення. Озеленення міста рослинністю, яка має високу фітонцидну активність, сприяє підвищенню санітарно-гігієнічних показників у цілому, і знизить рівень мікробіологічного забруднення атмосфери.

  Рослини відіграють провідну роль у житті людини, тому вивчення їх фітонцидної властивості є досить актуальним. З'ясування кількісних і якісних сторін дії фітонцидів на мікроорганізми має важливе теоретичне і практичне значення.

  2. Мета, завдання гіпотеза дослідження

  Мета роботи полягає у вивченні сезонної фітонцидної активністі деяких деревних листяних і хвойних рослин міста Донецька, які зростають на ділянках з різним антропогенним навантаженням по відношенню до тест-культури – бактерії роду Bacillus subtilis. Bacillus subtilis є рухомою грампозитивною паличкою, утворює капсули еліпсоїдної форми, аероб або факультативний анаероби, для людини не патогенна [1].

  

  Рисунок 1 – Утворення колоній «Bacillussubtilis»

  Гіпотеза дослідження полягає в тому, що якщо фітонцидні властивості рослин нададуть бактеріостатичну або бактерицидну дію на даний не патогенний рід бактерій, то й на патогенні мікроорганізми буде такий же вплив. Відомо, що інтенсивність фітонцидної активності залежить від пори року, виду рослини і ділянки її проростання, тому вивчення фітонцидної активності рослин вимагає врахування даних факторів.

  Основними завдачами дослідження стали:

  1. Теоретичний аналіз літератури з теми дослідження;

  2. Підбір адекватних методів дослідження;

  3. Визначення здатності рослин проявляти фітонцидну активність по відношенню до бактерії роду Bacillus у різні сезонні періоди;

  4. Виявлення інтенсивності виділення фітонцидних речовин рослинами, які ростуть на територіях з різним антропогенним навантаженням;

  5. Здійснення порівняльного аналізу прояву фітонцидної активності за видовим різноманіттям рослин.

  6. Розробка рекомендацій та плану озеленення міста рослинами, що володіють найбільшою фітонцидною активністю.

  3. Загальна характеристика поняття «фітонциди»

  З найдавніших часів людину оточував багатий і різноманітний світ рослин і трав. Первісна людина намагалася відшукати в близько зростаючих від житла рослинах засоби проти численних хвороб. Відомості про використання цілющих властивостей рослин і трав можна знайти в пам'ятках найдавніших культур – санскритській, європейській, китайській, грецькій, латинській. Рослина, подібно до людини, наділена здатністю відчувати, хворіти, відтворювати собі подібних, вмирати, захищатися. Вчення про рослини, як і самі рослини беруть свій початок з давніх часів, це ми бачимо з різних історичних матеріалів які дійшли до наших днів. Дослідження різних властивостей рослин тривають і досі.

  Незважаючи на високі сучасні досягнення у вивченні властивостей рослин і трав, самі рослини і трави і раніше зберігали у собі безліч таємниць, дізнатися і пізнати які ще тільки належить. Однією з актуальних проблем на сьогоднішній день є вивчення такої властивості рослин як фітонцидна активність, тобто здатність рослин виділяти особливо специфічні речовини – фітонциди. Фітонциди – це речовини, які продукуються рослинами і мають бактерицидні, антифунгальні (активні щодо мікроскопічних грибів та актиноміцетів) і протистоцидні (активні щодо клітинних найпростіших) властивості.

  Фітонциди були відкриті професором Б. П. Токіним у 1928 році. З часу відкриття фітонцидів здобуто великий фактичний матеріал про антимікробні і противірусні речовини вищих рослин.

  У книзі Б.П. Токіна «Цілющі отрути рослин» автор проводить невеликий історичний екскурс у галузі досліджень фітонцидів [2].

  Серед радянських вчених одним з перших зацікавився такими властивостями рослин талановитий український вчений Н.Г. Холодний. До 1935 року він переконався, що здатністю до утворення органічних речовин, що виділяються в повітря, володіють багато, якщо не всі, рослини. Він припускав, що концентрація летючих речовин, що виділяються рослинами, може досягати порядку декількох міліграмів на один кубічний метр повітря [3].

  З іноземних вчених автор зазначає німецького ботаніка Ганса Моліша, що опублікував в 1937 році свою цікаву книгу «Вплив рослин один на одного – алелопатія». Він навів велику кількість доказів того, що рослини своїми летючими речовинами можуть стимулювати або, навпаки, гальмувати життя інших рослин [4].

  Фітонцидні властивості набувають особливу цінність в умовах міста, де в повітрі міститься в 10 разів більше хвороботворних бактерій, ніж у повітрі полів і лісів. З деревинно-чагарникових порід, що володіють антибактеріальними властивостями, які позитивно впливають на стан повітряного середовища міст, слід назвати: акацію білу, барбарис, березу, грушу, дуб, ялину, вербу, калину, каштан, клен, модрину, липу, ялівець, ялицю, платан, бузок, сосну, тополю, черемху, яблуню. Фітонцидною активністю володіють і трав'янисті рослини - газонні трави, квіти і ліани [5].

  На інтенсивність виділення рослинами фітонцидів впливають сезонність, стадії вегетації, грунтово-кліматичні умови, час доби. Максимальну антибактеріальну активність більшість рослин виявляють в літній період. Тому деякі з них можна використовувати як лікувальний матеріали [6].

  4. Методики визначення фітонцидной активності

  Для кожного дослідника, що займається пошуками нових фітонцідоносіїв у світі вищих рослин, необхідно враховувати наступні умови, які мають вирішальне значення для встановлення фітонцидної властивості будь-якої вищої рослини.

  1. Зважаючи на велику відмінності в чутливості різних видів бактерій до дії фітонцидів має виключно важливе значення підбір бактеріального тест-об'єкта.

  Правильність судження про фітонцидну активність того чи іншого виду вищої рослини буде в значній мірі залежати від знаходження чутливого до випробовуваного фітонцидами бактеріального штаму. Це завдання вирішується шляхом випробування рослинного матеріалу на багатьох видах бактерій, що різко відрізняються один від одного за своїми біологічними властивостями.

  Найбільш чутливий з усіх випробуваних бактеріальних штамів може бути використаний як тест-об'єкт для вивчення антибактеріальних властивостей даної рослини.

  2. Для успішної роботи з вивчення фітонцидів слід звертати особливу увагу і на рослину. Відомо, що «фітонцидні речовини» вищих рослин розподіляються в рослинному організмі нерівномірно. У деяких рослин бактерицидні речовини концентруються головним чином в наземних частинах (листя, квіти, плоди і т.д.), у інших, навпаки, – в підземних (коріння, кореневища, цибулини і т.д.). Крім того, слід пам'ятати, що фітонцидна активність схильна до значних коливань в залежності від багатьох факторів (фізиологічний стан самої рослини й умови зовнішнього середовища). Тому при визначенні фітонцидної активності необхідно досліджувати різні органи рослин і вивчати їх фітонцидну активність в динаміці. Остання обставина має дуже істотне значення для використання фітонцидів в практиці [7].

  4.1 Метод «Криниці»

  Для виявлення антибактеріальних властивостей випробуваної рослини необхідно провести дослідження з кількома видами бактерій. Чашки з живильним агаром засівають 18-годинною бульйонною культурою мікроба. З метою кількісної оцінки дії рослинного матеріалу засіявши чашки виробляють бактеріальну емульсію, що містить в 0,1 м³ приблизно 500 мікробних тіл. Бактеріальну суспензію готують шляхом послідовних розведень бульйонної культури у фізіологічному розчині: мірною однокубовою піпеткою набирають 0,5 м³ бульйонної культури і переносять в пробірку з 4,5 м³ фізиологічного розчину (1-е розведення). Отриману бактеріальну суспензію ретельно перемішують шляхом повторних вдувань і видувань піпеткою; потім з цієї пробірки набирають 0,5 м³ культури і переносять у наступну пробірку з 4,5 м³фізиологічного розчину (2-е розведення) і т.д., до потрібної концентрації. Для отримання кожного нового розведення користуються окремою піпеткою. Але для того, щоб судити про ступінь розведення, необхідно приблизно знати вміст мікробів в м³ 18-годинної бульйонної культури. Для цього попередньо вивчають зростання випробуваного штаму в бульйоні. Так, наприклад, за даними деякого експерименту в лабораторії, в 0,1 м³ культурі з 5-го розведення міститься в середньому 500-600 клітин золотистого стафілокока. Така ж кількість клітин В. megatherium міститься в 0,1 м³ культури 4-го розведення. Таким чином, в кожному окремому випадку доводиться користуватися різним ступенем розведення, залежно від інтенсивності росту даного виду мікроба.

  Можна вирощувати культуру на косому агарі. У цьому випадку бактеріальний наліт змивають з поверхні скошеного агару стерильним фізіологічним розчином. Вихідну бактеріальну емульсію підводять до стандарту (наприклад, в 1 м³ міститься 1 млн. мікробних тіл). Потім суспензію певної концентрації поруч наступних розведень у фізіологічному розчині доводять до потрібної концентрації. Чашки з живильним агаром засівають 0,1 м³ розведеною 18-годинною культурою. У центрі засіяного середовища вирізають за допомогою свердла кружечок агару (діаметром, наприклад, 10мм) і видаляють його. У поглиблення поміщають 0,5 г свіжоприготовленої рослинної кашки.

  Випробуваний рослинний матеріал попередньо подрібнюють у фарфоровій ступці до стану кашки. Слід пам'ятати, що деякі рослини при обробці можуть швидко віддати в навколишнє середовище значну частину летючих бактерицидних речовин; тому рекомендується приготування рослинної кашки робити якнайшвидше.

  Чашки обережно перевертають, обгортають папером і ставлять у термостат на добу при температурі, оптимальній для зростання випробуваного мікроба. Контролем служать чашки, засіяні тією ж кількістю мікробних тіл, але без впливу на них рослинного агента.

  Через добу відзначають величину стерильної зони (в міліметрах), підраховують кількість колоній, що виросли і порівнюють з контролем.

  4.2 Метод «Стікаючої краплі»

  Поживний агар засівають 18-годинною культурою випробуваного мікроба. На посів з краю чашки наносять піпеткою 1-2 краплі випробуваного рослинного фільтрату або соку. Чашку обережно нахиляють, і крапля повільно стікає по поверхні агарової пластинки. Чашки перевертають і ставлять на добу в термостат при температурі, оптимальній для зростання випробуваного мікроба. Про бактерицидність соку судять на підставі величини стерильної зони, що утворилася по обидві сторони «стікаючої краплі» («доріжки»).

  4.3 Метод «Кількісноі оцінки фитонцидной активності»

  Для вивчення дії летючих фракцій фітонцидів на бактерії можна застосовувати наступний метод, що дозволяє дати кількісну оцінку фітонцидній активності. Чашки з живильним агаром засівають 18-годинний культурою. Після засіву чашки з культурою піддають обробці летючими фракціями фітонцидів (за винятком чашок, які є контролем). Обробку проводять при різних експозиціях в умовах термостата. Спочатку краще всього користуватися тривалою обробкою - 12-18 годин. Якщо при цій експозиції буде спостерігатися бактерицидний ефект, то слід зменшити експозицію (10, 30 хвилин, 1,2 години і т.д.).

  1 г рослинної кашки розподіляють тонким шаром на внутрішній поверхні кришки чашки з посівом. Щоб уникнути впливу летких фракцій фітонцидів на контрольні посіви і посіви, оброблені фітонцидами інших рослин, при проведенні дослідів в одному і тому ж термостаті кожну чашку ретельно загортають у щільний папір. У такому вигляді чашки поміщають в термостат при температурі, оптимальній для тест-об'єкта. Після закінчення певного проміжку часу рослинну масу видаляють разом з кришкою; останню замінюють новою.

  Через добу виробляють перший перегляд і в протоколі реєструють кількість і характер колоній, що виросли. Спостереження за чашками ведуть на протязі 5 діб. Якщо досліджувана рослина має бактерицидні властивості по відношенню до випробуваному штаму і чашки зберігають стерильність на протязі всього терміну спостережень, то з метою контролю слід робити наступний висів зі стерильною поверхні поживного субстрату.

  4.4 «Контактний метод»

  Для визначення фітонцидної активності тканинного соку або водяного витягу з рослин можна також користуватися «контактним» методом. Для отримання тканинного соку випробовану рослину подрібнюють спочатку на овочевій терці (якщо це можливо), а потім у фарфоровій ступці до стану кашки. Кашку віджимають через два шари марлі. Отриманий сік пропускають через бактеріальний фільтр при вакуумі. Таким способом одержують соки «соковитих» рослин. З рослин, для яких цей спосіб неприйнятний, готують водні витяги.

  Водні витяги можуть бути отримані різними способами. Рослинну кашку заливають дестільованою водою у відношенні 1:1 і залишають на добу при кімнатній температурі. Наступного дня кашку віджимають через марлю і отриману рідину пропускають через бактеріальний фільтр при вакуумі. У деяких випадках більший ефект досягається автоклавуванням. При цьому рослинний матеріал заливають дестильованою водою і піддають автоклавуванню на протязі 30 хвилин при тиску 0,5 атм. Після охолодження віджимають через марлю і фільтрують через бактеріальний фільтр.

  Спочатку рекомендується випробувати дію нативних соків або концентрованих водних витягів без попередніх їх розведень. У стерильну пробірку наливають з дотриманням правил асептики 5 м³ випробуваного соку або водного витяу і засівають однією краплею бактеріальної емульсії, яка містить в 1 м³ 2 млрд. мікробних тіл (по оптичному стандарту). В якості тест-об'єкта служить чутливий до випробованих соків штам. Останній може бути обраний шляхом попереднього дослідження «фітонцидної потужності» соку в дослідах з багатьма видами бактерій. Контролем служить пробірка з 5 м³ фізіологічного розчину, засіяна такою ж кількістю мікробної суспензії. Пробірки на протязі всього досвіду витримують у термостаті при оптимальній для росту тест-організму температурі. Через певні інтервали (через 1, 2, 3, 4, 5 і 24 години) з пробірок роблять висів по 0,05 м³ культури на чашки з поживним агаром. Після 24-годинної інкубації проводиться визначення результатів (підрахунок колоній, що виросли на чашках і вивчення морфології колоній).

  Після встановлення антибактеріальної дії тканинного соку або водного витягу активність його може бути визначена шляхом розведення випробуваної рідини за допомогою так званого методу розведень. Розведення соку або водного витягу виробляють в стерильних пробірках в певному обсязі. Можливі розведення: 1:10, 1:20, 1:40, 1:80, 1:160, 1:320 і т.д. Пробірки з різним розведенням засівають стандартною краплею 18-годинною культурою тест-об'єкта. Випробувана рідина розводиться в бульйоні. Контролем служить пробірка з нативним соком або водним витягом вихідної концентрації і пробірка з бульйоном. Об'єм рідини в досліді і контролі повинен бути однаковим. Пробірки поміщають на 5 годин у термостат при оптимальній для зростання мікроба температурі і після закінчення терміну інкубації проводять висів культури – по 0,05 м³ – на чашки з агаром. Чашки з посівом поміщають в термостат. Наступного дня визначають результати. Найбільше розведення соку, при якому відсутній ріст мікробів, показує ступінь активності піддослідних тканинних соків або водних витягів. Всі вищеописані способи вивчення антибактеріальних властивостей вищих рослин можуть служити для виявлення нових фітонцідоносіїв. При застосуванні всіх перерахованих методів, звичайно, потрібний контроль [8].

  5. Методика експерименту

  У даній роботі використовувався біологічний метод визначення фітонцидної активності деревних рослин. Суть методу полягає в наступному: у чашки Петрі розливався приготовления живильний агар для культивування мікроорганізмів. Зразок мікроорганізму Bacillus subtilis піддавався розведенню дистильованою водою до суспензії 1:100 млн.

  

  Рисунок 2 – Розведення в пробірках бактерії Bacillus subtilis до співвідношення 1:10 млн. (анімація, розмір 70,1 Кб)

  Потім, приготована суспензія в обсязі 0,5 см³ розливалася на живильне середовище в чашки Петрі. Далі в кожну чашку Петрі закладався зразок рослини навішуванням в 2 грами, і у кожної проби був свій контроль – чашка лише з суспензією мікроорганізмів. Після приготування проб всі чашки клали в термостат, температура в якому становила 35 градусів С на 48 годин.

  

  Рисунок 3 – Контрольна чашка Петрі з колоніями мікроорганізмів без листя рослин

  

  Рисунок 4 – Чашка Петрі з листям берези бородавчастої (Betula verrucosa) і колоніями мікроорганізмів

  

  Рисунок 5 – Чашка Петрі з листям акації білої (Robinia pseudo-acacia) і колоніями мікроорганізмів

  Як видно з малюнків 3,4,5 – в чашках Петрі, де знаходилися листя рослин колоній Bacillus subtilis набагато менше, ніж у контрольній чашці в якій листя не було. Тобто летючі фітоорганічні речовини даних рослин здатні зупиняти зростання бактерії роду Bacillus subtilis. Також з малюнків видно, що фітонцидні речовини берези бородавчастої (Betula verrucosa) виявили більшу фітонцидну активність, ніж речовини акації білої (Robinia pseudo-acacia).

  Після проростання бактерії Bacillus subtilis, підраховувалася кількість вирослих колоній мікроорганізмів в чашках з різними видами рослин, з різною місцевістю їх зростання, порівнювалися між собою і контролем. Таким чином, було виявлено, що фітонцидна активність досліджених видів деревних листяних рослин в пізній осінній період мінімальна. Говорити про інтенсивность виділення фітонцидних речовин залежно від місця зростання рослини також на даному етапі не можна, оскільки в даний сезонний період, листя практично не виділяли фітонцидних речовин. При вивченні фітонцидної активності хвойних рослин у зимовий період впливаючи на бактерію роду Bacillus (сімейство Bacillaceae) були отримані наступні результати, наведені на рисунку 6.

  

  Рисунок 6 – Фітонцидная активність хвої, яка була відібрана на ділянках з різним ступенем антропогенного навантаження

  Таким чином, було виявлено, що фітонцидна активність хвойних рослин у зимовий період проявляється досить добре, інтенсивніше фітоорганічні речовини хвойних рослин виділяються на ділянках з більшою забрудненістю, про це свідчать отримані дані експерименту, які показані на малюнку. У районі розташування Донецького металургійного заводу інтенсивність прояву фітонцидної активності вища, ніж на інших ділянках.

  Висновки

  На даний момент триває експеримент дослідження фітонцидних властивостей рослин у весняний та літній періоди. Остаточні результати будуть отримані до кінця літнього сезону, тоді можна буде зробити конкретні висновки щодо інтенсивності виділення фітонцидів різними видами дерев, порівняти інтенсивність виділення фітонцидів рослинами, що зростають на ділянках з різним антропогенним навантаженням і запропонувати рекомендації з озеленення міста рослинами, які володіють найбільшою фітонцидною активністю.

  Перелік джерел

• 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