 |
Практическая работа. Фитонциды – химическое оружие растений
|
|
|
|
Фитонциды (от греч. «фитон» - растение и лат. «цедере» - убиваю) — продукты жизнедеятельности растений. Это явление свойственно всему растительному миру. Фитонциды одних растений убивают микроорганизмы, а других — лишь задерживают их рост. Спектр противомикробного эффекта фитонцидов весьма широк — они губительно действуют на вирусы, бактерии и грибы. Опытами установлено, что отдельные фитонциды действуют на определённые микроорганизмы. Так, фитонциды пихты убивают коклюшную палочку, возбудителя дизентерии и брюшного тифа; сосновые фитонциды губительны для палочки Коха (туберкулёз) и для кишечной палочки; берёза и тополь поражают микроб золотистого стафилоккока. Особенно активные и универсальные фитонциды обнаружены в чесноке и луке.
Идейным отцом всех исследований по фитонцидам низших растений и бактерий является знаменитый русский биолог И.И. Мечников – один из основателей современной медицины. Летучие фитонциды высших растений впервые были обнаружены в природе в 1928-1930 гг. А. Г. Филатовой и А. Е. Тебякиной. Суть открытия, оказавшегося исходным в создании биологического учения о фитонцидах, состояла в том, что высшие растения при их ранении продуцируют летучие антимикробные вещества. Они образуются в результате обмена веществ и предохраняют растение от заражения бактериями или грибами. Чуть позже было доказано, что и так называемые тканевые соки растений также обладают фитонцидными свойствами.
По определению наиболее выдающегося ученого в области фитонцидов Б.П. Токина (1985), фитонциды - это продуцируемые растениями бактерицидные, фунгицидные и протистоцидные вещества, являющиеся одним из факторов иммунитета растений, играющие определенную роль во взаимоотношениях организмов в биоценозах. Б.П. Токин также называл их природными антибиотиками, они обнаружены почти во всех растениях. Но у некоторых из них они очень активны, а у других — слабы. Количество фитонцидов, выделяемых одним и тем же растением, а иногда и их качество зависят от времени года, почвы, погоды, часа дня и других факторов. В отношении высших растений в экспериментах школы Д.Д. Вердеревского получены многочисленные доказательства роли фитонцидов в их иммунитете. Любопытные наблюдения сделали М.Н. Ханин, А.Ф. Прокопчук, Л.А. Николаева, Л.В. Кривалазова, Ю.И. Сметанин – работники Кубанского медицинского института.
|
|
|
Химическая природа фитонцидов. В состав фитонцидных комплексов могут входить как неорганические, так и органические соединения: простые соединения типа синильной кислоты и аммиака, предельные и непредельные углеводороды, летучие алифатические альдегиды, эфиры низкомолекулярных жирных кислот, спирты, терпеноиды, алкалоиды, гликозиды, смолы и эфирные масла. т. н. вторичные метаболиты. Обычно в фитонцидах не обнаруживаются ни белки, ни нуклеиновые кислоты. Таким образом, фитонцидные комплексы имеют сложный химический состав, который и обуславливает специфичность их действия на разные группы микроорганизмов. Подсчитано, что лишь за один день можжевеловый лес выделяет в окружающую атмосферу около 80 кг эфирных масел, а растительность земного шара — около 175 млн. т эфирных масел ежечасно.
Один из компонентов сложного комплекса веществ, выделенного из чеснока и проявляющего фитонцидные свойства, подавлял рост и развитие бактерий при разведении даже в 250 тыс. раз. Его назвали аллилом. Аллил – маслянистая жидкость, растворяющаяся в спирте и эфире, но плохо растворимая в воде. Состоит аллил из углерода, кислорода, водорода и серы. Формула аллила:
|
|
|
Торопцев и Камнев выделили его из чеснока в чистом виде, американские ученые получили из чеснока антимикробный препарат аллицин (Аллил-изо-тиоционат C4H5NS)
Задание 1. Приведите химические формулы 5-7 активных компонентов фитонцидов растений.
Задание 2. Познакомьтесь с результатами исследования фитонцидных свойств зеленых насаждений. Ответьте на вопросы, сделайте выводы.
Теоретическая база исследования - данные Бородиной Е.А., Дзюбы Л.В. (2000), Усенко Н.В.(1984) по изучению фитонцидных свойств зеленых насаждений г. Комсомольска-на-Амуре. В ассортименте зеленых насаждений г. Комсомольска-на-Амуре представлены фитонцидные древесные породы. Это черёмуха Мака; лиственница Каяндера; берёза плосколистная; рябина амурская; ильм низкий; клён ясенелистный; бархат амурский; груша уссурийская; орех маньчжурский; сосна обыкновенная; тополь Максимовича.
В эксперименте проводилась оценка действия сока и летучих фитонцидов древесных растений на культуры простейших, которые получали в лабораторных условиях, по методикам описанным Токиным Б.П. (1980), Федоровой А.И., Никольской А.Н. (2000). В обоих случаях использовалась кашица из листьев, которая готовилась путём растирания в ступке пестиком непосредственно перед работой. При изучении действия фитонцидов сока на предметное стекло наносилось рядом две капли: одна с простейшими, другая с соком одного из растений. Они соединялись между собой водяным мостиком. При оценке силы действия летучих фитонцидов растительная кашица наносилась на предметное стекло рядом с каплей с простейшими, не соприкасаясь. Опыты проводились в трёх повторениях для каждого растения. С помощью секундомера отмечалось время по следующим показателям реакции простейших на фитонциды растений:
1. В момент соединения капель (для фитонцидов сока).
2. В момент нанесения кашицы на предметное стекло (для летучих фитонцидов).
3. В момент замедления движения простейших.
4. В момент гибели всех простейших.
Для наблюдения за простейшими использовали микроскоп с увеличением в 120 раз. Методика работы с микроскопом – стандартная. Результаты наблюдений приведены в таблицах.
1. Исходя из представленных данных таблицы 1 постройте графики соответствующих зависимостей.
|
|
|
2. Расположите рассмотренные виды древесных растений, исходя из представленных данных в порядке: а) уменьшения действия фитонцидов их листьев б) уменьшения действия летучих фитонцидов листьев. Определите, какое растение является самым фитонцидосодержащим из рассмотренных.
3. Рассчитайте фитонцидную активность исследованных растений, результаты представьте в виде диаграмм.
Фитонцидная активность (А) выражается в единицах, рассчитанных по формуле: А= 100/Т, где Т - время гибели простейших.
4. Какие древесные породы целесообразно использовать в озеленении городов? Встречаются ли эти деревья в Вашем микрорайоне?
Табл. 1 Время реакции простейших на фитонциды сока и на летучие фитонциды исследуемых растений
| фитонциды сока | летучие фитонциды | |||
| Вид растения | Замедление движения, мин | Гибель простейших, мин | Замедление движения, мин | Гибель простейших, мин |
| Рябина амурская | ||||
| Ильм низкий | ||||
| Клен ясенелистный | ||||
| Сосна обыкновенная | 11,5 | |||
| Лиственница Каяндера | ||||
| Черемуха Маака | ||||
| Тополь Максимовича | 12,5 | |||
| Орех маньчжурский | 11,4 | |||
| Бархат амурский | 7,5 | |||
| Груша уссурийская | 3,3 | |||
| Береза плосколистная |
Задание 3. Познакомьтесь с материалами исследования фитонцидных свойств комнатных растений.
Для исследования была использована культура инфузории-туфельки, которую выращивали на настое лугового сена: мелко измельченное луговое сено заливают речной водой. Сосуд помещали в слабо освещенное место при температуре +20 – 22 градуса на несколько дней. После появления достаточного количества инфузории проводили эксперимент на сравнение силы действия летучих фитонцидов и фитонцидов сока при комнатных условиях с условиями повышенной и пониженной освещенности и температуры через одну и две недели экспозиции. При оценке влияния освещенности растения находились либо в полной темноте, либо на свету круглые сутки. При оценке влияния различных температур соблюдались следующие условия: пониженная температура - +7 – +9 градусов, повышенная - +27 - +30 градусов.
|
|
|
Для опытов использовалась кашица из листьев и стеблей растений. Кашица готовилась путем растирания соответствующих частей в ступке пестиком непосредственно перед работой.
Были использованы следующие растения:
1. Аспарагус Шпренгера
2. Бегония клубневая
3. Примула обратноконическая
4. Тредесканция белоцветковая
5. Традесканция зебровидная.
При изучении действия фитонцидов сока поступали следующим образом. На предметное стекло наносились рядом две капли: одна – с инфузориями, другая – сок одного из растений, они соединялись между собой водяным мостиком. При оценке силы действия летучих фитонцидов растительная кашица наносилась на предметное стекло, рядом с ней, не соприкасаясь, капля с простейшими. Наблюдения проводились с помощью микроскопа при увеличении в 120 раз. Опыты проводились в трех повторностях для каждого растения. С помощью секундомера отмечалось время по следующим показателям реакции инфузорий на сок растений:
1. погибла одна особь
2. погибли все особи.
Результаты исследования представлены в таблицах 2, 3, 4, 5.
По результатам опытов сделайте вывод о том, какие абиотические факторы, оказывают влияние на силу действия фитонцидов комнатных растений. Объясните различия, приведите аргументы. Визуализируйте результаты в соответствии с заданием преподавателя.
Задание 4. Размещение большого числа растений дома и в офисе, конечно, не сможет полностью обезопасить Вас от инфекционных заболеваний, но благодаря фитонцидам растения значительно снизят количество болезнетворных микробов в воздухе и улучшат другие характеристики. На помещение стандартного размера (15—25 м2) достаточно 5—7 хорошо развитых домашних растений.
Какие комнатные растения могут быть с успехом использованы для обеззараживания помещений? Подберите 2-3 примера, ориентируясь на следующую классификацию растений:
1-я группа — растения, летучие выделения которых обладают выраженной антибактериальной, антивирусной, антифунгальной активностью в отношении воздушной микрофлоры.
2-я группа — растения, летучие выделения которых улучшают сердечную деятельность, повышают иммунитет, обладают успокаивающим, противовоспалительным и другими лечебными действиями на организм человека.
3-я группа - растения-фитофильтры, поглощающие из воздуха вредные газы.
| Название растений | стебель | ||||||||||||
| комнатная | повышенная | пониженная | комнатная | ||||||||||
| 1 особь | все особи | 1 неделя | 2 недели | 1 неделя | 2 недели | 1 особь | все особи | не | |||||
| 1 особь | все особи | 1 особь | все особи | 1 особь | все особи | 1 особь | все особи | 1 особь | |||||
| Аспарагус Шпренгера | 12,40 | 26,30 | 10,20 | 25,00 | 0,30 | 6,50 | 2,50 | 19,00 | 3,00 | 9,55 | 3,50 | 14,30 | 8,35 |
| Бегония клубневая | 4,40 | 32,45 | 1,10 | 13,10 | 2,00 | 9,20 | 4,00 | 11,50 | 3,40 | 17,00 | 8,40 | 10,30 | 7,05 |
| Примула обратноконическая | 9,30 | 14,20 | 5,20 | 12,30 | 0,50 | 4,20 | 8,50 | 17,15 | 2,40 | 8,40 | 5,20 | 7,15 | 5,20 |
| Традесканция белоцветковая | 6,15 | 20,20 | 4,00 | 27,50 | 1,00 | 5,20 | 1,40 | 8,30 | 5,20 | 9,30 | 14,05 | 21,00 | 5,30 |
| Традесканция зебровидная | 14,10 | 28,20 | 5,50 | 17,00 | 1,10 | 7,50 | 6,30 | 10,50 | 3,30 | 13,20 | 4,10 | 27,15 | 5,00 |
Таблица 2.
|
|
|
|
|
|
