Влияние фитонцидов растений на рост и развитие гриба мукор



Статья содержит научные результаты участия авторов в школьном этапе Всероссийского конкурса исследовательских работ и рефератов «Я — исследователь» 2023 года.

В статье авторы изучают плесень и ее строение, причины, по которым она образуется на хлебе, а также фитонциды и растения, в которых они содержатся. Также авторы предлагают варианты хранения хлеба, которые позволят сделать так, чтобы плесень на нем не образовывалась как можно дольше.

Ключевые слова: плесень, гриб мукор, фитонциды, растения.

Этим летом было очень жарко, и мы заметили, что продукты, в частности хлеб, постоянно покрываются плесенью. Причем плесень эта была похожа на белый мох, а потом стала чернеть. Чуть позже мы прочитали, что виновник образования этой плесени — гриб мукор.

Поскольку есть такие продукты нельзя, нам приходилось его выбрасывать. Поэтому мы решили узнать, из-за чего появляется плесень и как предотвратить или уменьшить ее рост на хлебобулочных изделиях, чтобы как можно дольше сохранить его годным для употребления.

Актуальность работы обусловлена с тем, что люди регулярно сталкиваются с плесенью на продуктах, причем не только семьи при покупке и хранении хлебобулочных изделий, но и, например, магазины, рестораны. Из-за этого количество выброшенных продуктов увеличивается. А это уже приводит к тому, что требуется производить еще больше хлеба.

В то же время производство хлеба влияет на окружающую среду. В первую очередь это удобрения, которые используют для выращивания еще большего количества зерна для изготовления хлеба. Ведь удобрения отравляют почву. Получается, что проблема с плесенью на хлебе вызывает уже более глобальные проблемы. Кроме того, плесень создает неприятное впечатление о ресторанах и магазинах, а значит, негативно влияет на их репутацию.

Область исследования. Биология.

Объект исследования. Фитонциды растений.

Предмет исследования . Влияние фитонцидов растений на рост и развитие гриба мукор на хлебе, при хранении его при прочих равных условиях с чесноком, луком и горчицей и без них.

Цель исследования. Исследование влияния фитонцидов трех видов растений (горчицы, чеснока и лука) на рост и развитие гриба мукор.

Гипотеза. Если продукты хранить рядом с чесноком, луком или горчицей, то плесень на хлебе появится позже и ее рост будет менее интенсивным, чем на тех изделиях, которые рядом с ними не хранили при прочих равных условиях.

Задачи исследования :

1. На основе научной литературы изучить строение гриба мукор и узнать, при каких условиях происходит рост плесени.
2. На основе научной литературы изучить, что такое фитонциды растений и в каких растениях они присутствуют.
3. Провести эксперимент по выращиванию плесени на хлебе, который хранится рядом с чесноком, луком и горчицей и без них при прочих равных условиях.
4. Проследить за ростом плесени и влиянием фитонцидов на ее рост, а также составить по этим данным таблицы;
5. Провести опрос и узнать, как много окружающих нас людей сталкивались с плесенью на хлебобулочных изделиях и знают ли они, как увеличить срок хранения хлеба без плесени.
6. Провести анализ ответов опрошенных и разработать варианты решения проблемы, благодаря которым можно было бы как можно дольше сохранить хлеб без плесени.

Методы исследования . Анализ материалов из научных публикаций в печатных изданиях и Интернете, наблюдение, онлайн — опрос.

История появления царства грибов

Многие из нас не раз сталкивались с плесенью на хлебобулочных изделиях. Эта плесень относится к царству грибов к особой группе, которая так и называется «плесневые грибы». Это микроскопические грибы, которые поселяются на продуктах питания, кормах, бумаге, коже, древесине и на изделиях из них [3, с. 100].

Грибы появились на нашей планете около 1,3 млрд лет назад в протерозойской зоне. В осадочных образованиях этого периода обнаружены грибоподобные организмы, которые были похожи на дрожжи и мукоровые грибы [4, с. 17]. Таким образом, они являются одними из древнейших организмов на нашей планете.

Наука, которая занимается изучением грибов, называется микология, от греческого слова «микос» — гриб, «логос» — учение. Грибы — обширная группа организмов. Так, ещё в 19 веке шведский ботаник и миколог Элиас Магнус Фриз считал грибы самой многочисленной группой растительных организмов. В настоящее время британский миколог Дэвид Лесли Хоуксворд предполагает, что существует около 1,5 миллионов видов грибов [4, с. 4].

Обычно грибы изучались попутно с другими организмами. Первым специалистом в области микологии считают итальянского ученого Пьера Антонио Микели. Совершенствуя оптические приборы, он в 1729 году сделал открытие, согласно которому грибы образуются в процессе прорастания мельчайших крупинок, названных позднее спорами. В результате грибы были причислены к царству растений. Затем некоторые ученые, например, Карл Линней, какое-то время относили их к царству животных.

Однако позднее в 1831 году шведский ботаник Элиас Магнус Фриз предложил выделить грибы в самостоятельное царство, поскольку это живые существа, которые сочетают в себе черты животных и растений, поэтому они отличаются и от тех, и от других. Например, грибы дышат, как растения, всасывая питательные вещества всей своей поверхностью. При этом грибы, как и животные, не способны к фотосинтезу. Поэтому для питания им нужны готовые органические вещества, созданные другими организмами, причем в растворенном виде [6, с. 106]. Но в отдельное царство грибы выделили только в 1970 году.

Открытие гриба мукор и его строение

Мукор (Mucor) — род микроскопических грибов. Он включает около 150 видов, широко распространенных в природе. Мукоровые грибы питаются на навозе, за счет растительных остатков, некоторые паразитируют на животных, растениях и человеке [2, с. 26]. Гриб мукор в 1729 году впервые обнаружил Пьер Антонию Микели, а описал его Карл Линней в 1753 году. Среди российских ученых большой вклад в изучение гриба мукор внес Николай Наумов (1888–1959). Основные его работы посвящены систематике мукоровых грибов, им описано около 200 новых видов [4, с. 10]. Именно мукоровые грибы образуют белый или серый налет на пищевых продуктах [2, с. 96]. На нем мы видим множество нитей, которые связаны между собой и в хлебе образуется как будто тонкая кружевная сеть, она называется мицелий. Затем мукор начинает подниматься вверх посредством гифов — тонких ниточек, на которых созревают спорангиеносцы — головки наверху (рис. 1). Они отвечают за размножение организма. В спорангии развиваются тысячи спор. Оболочка зрелого спорангия разрывается, освобожденные споры рассеиваются и при наличии тепла и влаги, прорастая, дают начало новому мицелию [1, с. 83].

Рис. 1. Строение гриба мукор

Что такое фитонциды растений

Фитонциды (от греч. phytón — растение и лат. caedo — убиваю) — образуемые растениями биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие бактерий, микроскопических грибов, простейших [8, с. 60]. Этот термин в 1928 году ввел советский ученый — биолог Борис Петрович Токин.

Открыл фитонциды он случайно. Борис Петрович Токин мечтал разрешить одну из больших проблем науки. Его интересовал вопрос, почему клетки, составляющие зародыш, могут размножаться. И вот в ходе эксперимента в 1928–1929 годах он обнаружил явление, послужившее началом учения о фитонцидах. Он убедился, что летучие вещества, выделяемые кашицей из луковицы, в небольших порциях могут временно усилить размножение дрожжевых клеток, а в больших дозах неизменно убивают их. С этого и началось его изучение фитонцидов.

Стоит отметить, что на время он отложил свое исследование, но продолжил его позднее — после поездки в Ташкент в 1932 году. Там он попробовал пирожки, которые его обожгли специями. В своей книге «Целебные яды растений. Повесть о фитонцидах» он писал так:

«Эти пирожки оказались историческими в моей жизни. Когда я стал жевать остывшие пирожки, мне показалось, что я обжигаюсь. «Почему?» — с удивлением спросил я. К мясному фаршу более чем щедро были добавлены пряные растения. У меня мелькнула мысль: а может быть, открытые мною летучие вещества пищевых растений (лука, горчицы, перца и других) убивают самых страшных для людей бактерий? Может быть, фарш бактерициден, и подобные пирожки не только не опасны для людей, но и помогают убивать вредных микробов?» [7, с. 213]

Эта мысль так захватила его, что, вернувшись в Москву, он вместе с другими учеными незамедлительно поставил опыты по влиянию летучих веществ пищевых растений на болезнетворных для человека бактерий.

Он проводил следующие опыты. Он отрывал лист березы, дуба, чёрной смородины или апельсинового дерева, иглы пихты или можжевельника, брал свежий корень дикого пиона или корневище хрена, плоды черёмухи или других растений. Затем разрезал их на мелкие кусочки и на расстоянии нескольких миллиметров или сантиметров от них помещал каплю воды, в которой находились одноклеточные организмы, видимые только под микроскопом. Капля воды не соприкасалась с нарезанными растениями. И он обнаружил, что микробы через 5,10 или 20 минут гибли.

Причем фитонциды обнаружились практически в каждом растении. Полезные их свойства у одних видов оказались выраженными более сильно, у других менее. Например, фитонциды присутствуют в листьях дуба, липы, березы, луке, чесноке, горчице, лимоне и других растениях. Узнав это, мы решили проверить, повлияют ли фитонциды растений на образование плесени при хранении хлебобулочных изделий.

Экспериментальная часть

Провели опрос

В первую очередь мы решили проверить, сталкивались ли окружающие нас люди с образованием плесени на хлебобулочных изделиях, на каком хлебе и готовы ли они выполнять рекомендации, чтобы продлить срок хранения хлебобулочных изделий.

В опросе приняли участие 121 человек. Из них 52 процента, как правило, употребляют дрожжевой белый хлеб. На втором месте — белый бездрожжевой хлеб (25,6 процентов), а на третьем месте — ржаной дрожжевой, его покупают 23 процента опрошенных (см. рис. 2).

Рис. 2. Результаты ответа на вопрос, какой хлеб опрошенные чаще всего употребляют

Причем 95 процентов опрошенных хотя бы раз сталкивались с плесенью на хлебобулочных изделиях (см. рис. 3). А 91 процент не знает, рядом с какими продуктами растительного происхождения можно хранить хлеб, чтобы на нем как можно дольше не образовывалась плесень (см. рис. 4). 94, 2 процента из окружающих нас людей готовы следовать рекомендациям, чтобы продлить срок хранения хлеба (см. рис. 5).

Рис. 3. Ответы опрошенных на вопрос, сталкивались ли они с плесенью на хлебе

Рис. 4. Ответы опрошенных на вопрос, знают ли они, какие растения могут продлить сохранность хлеба

Рис. 5. Ответы опрошенных на вопрос, готовы ли они пользоваться рекомендациями, чтобы защитить хлеб от плесени

Провели эксперимент

Мы решили провести эксперимент на четырех видах хлеба, которые чаще всего покупают окружающие нас люди: белый дрожжевой и бездрожжевой, а также черный дрожжевой и бездрожжевой. Так мы сможем составить актуальные и полезные рекомендации для большинства. В качестве растений мы выбрали те, что есть почти в каждом доме: лук, чеснок и горчица. Соответственно наши экспериментальные образцы мы разместили следующим образом.

Таблица 1

Принцип размещения образцов хлеба с растениями и без

Номер образца по порядку	Принцип размещения хлебобулочных изделий
1	Контрольный образец, без растений
2	Кусок хлеба с цельной очищенной луковицей
3	Кусок хлеба с луком, натертым на терке
4	Кусок хлеба с цельными зубчиками чеснока
5	Кусок хлеба с натертым на терке чесноком
6	Кусок хлеба с кашицей горчичного порошка

Начали мы эксперимент 21 ноября и наблюдали за хлебом в течение 14 дней. Дальнейшие наблюдения были нецелесообразны, поскольку почти на всех кусках хлеба появилась плесень. Да и исходя из практического опыта, хлеб люди хранят не больше 10 -14 дней.

Как видно из эксперимента, на хлебе, который находился в холодильнике, плесень не образовалась. Дело в том, что для того, чтобы появилась плесень, необходимо тепло и влага. Что касается хранения хлеба рядом с луком, чесноком и горчицей, то у нас получились разные результаты в зависимости от вида хлеба (Таблица 2).

Таблица 2

Когда появилась плесень

Тип хлеба	Когда появилась плесень
	Контрольный образец	С цельным луком	С тертым луком	С чесноком	С тертым чесноком	С горчицей
Белый дрожжевой	6 день	7 день	8 день	-	-	-
Белый бездрожжевой	5 день	8 день	9 день	10 день	10 день	12 день
Черный дрожжевой	5 день	9 день	10 день	9 день	-	-
Черный бездрожжевой	4 день	6 день	8 день	10 день	-	-

Белый дрожжевой хлеб начал покрываться белым налетом на 6-й день хранения (рис. 6). А на 8-й день половина куска уже была покрыта плесенью. Хлеб, который хранился с цельным и тертым луком, помог продлить срок хранения на 1–2 дня. А тот кусок, что лежал рядом с тертым чесноком и порошком горчицы не покрылся плесенью за все 14 дней.

Белый бездрожжевой хлеб, который служил контрольным образцом, покрылся плесенью на 5-й день (рис. 7). А хлеб, который лежал рядом с луком — только на 8-й день. Хлеб, который мы хранили рядом с тёртым и цельным чесноком на 10-й день, а с горчицей — на 12-й.

Черный дрожжевой хлеб покрылся плесенью на 5-й день, если он хранился без растений, и только на 9-й день при хранении с луком и цельным чесноком (рис. 8). При хранении с тёртым чесноком и горчицей за 14 дней плесень так и не появилась.

Черный бездрожжевой хлеб, который был контрольным образцом, покрылся плесенью на 4-й день, а с луком на 6-й день. С чесноком появились первые пятнышки плесени только на 10-й день (рис. 9).

Рис. 6. Хранение белого дрожжевого хлеба с растениями и без

Рис. 7. Хранение белого бездрожжевого хлеба с растениями и без

Рис. 8. Хранение черного дрожжевого хлеба с растениями и без

Рис. 9. Хранение черного бездрожжевого хлеба с растениями и без

После проведенных экспериментов мы решили проверить, а как температура повлияет на образование плесени на хлебе, который мы будем хранить рядом с горчицей, чесноком и луком. Для эксперимента мы взяли белый бездрожжевой хлеб и черный дрожжевой. У нас получились следующие результаты (Таблица 3).

Таблица 3

Влияние температуры на хранение хлеба с растениями

Вариант хранения Тип хлеба	При комнатной температуре	Рядом с батареей
Белый бездрожжевой с луком цельным	Плесень появилась на 7 день	Плесень появилась на 3 день
Белый бездрожжевой с луком нарезанным	Плесень появилась на 8 день	Плесень появилась на 3 день
Белый бездрожжевой с чесноком цельным	Плесень появилась на 9 день	Плесень появилась на 4 день
Белый бездрожжевой с чесноком нарезанным	Плесень появилась на 9 день	Плесень появилась на 4 день
Белый бездрожжевой с горчицей	Плесень появилась на 14 день	Плесень появилась на 6 день
Черный дрожжевой с луком цельным	Плесень появилась на 8 день	Плесень появилась на 6 день
Чёрный дрожжевой с луком нарезанным	Плесень появилась на 9 день	Плесень появилась на 6 день
Чёрный дрожжевой с чесноком цельным	Плесень появилась на 8 день	Плесень появилась на 4 день
Чёрный дрожжевой с чесноком нарезанным	Плесень не появилась за 10 дней	Плесень появилась на 4 день
Чёрный дрожжевой с горчицей	Плесень не появилась за 10 дней	Плесень появилась на 7 день

Как видно из эксперимента, фитонциды растений не утрачивают своих антиплесневых свойств и при высокой температуре. Они продлевают срок хранения хлеба минимум на 3 дня.

Предложили варианты решения

Людям намного проще будет защитить хлеб от плесени, если хранить его в холодильнике. В таком случае риск появления плесени минимален, ведь в холодильнике недостаточно влаги и тепла для появления и роста плесени.

Однако, даже если они хранят его на столе или в хлебнице продлить время, которое он пролежит без плесени тоже можно. Для этого достаточно поместить в хлебницу, или в пакет с хлебом одно из растений, которые обладают фитонцидами.

Мы понимаем, что не каждый готов положить кашицу лука или чеснока. Тем более, что эксперимент с луком показал не лучшие результаты и продлить срок его хранения удалось лишь на 1–2 дня. Но, например, зубчики чеснока смогут предотвратить появление плесени минимум на 3 дня. Другой вариант — обработать хлебницу порошком горчицы. Как видно из эксперимента это поможет продлить срок хранения хлеба без плесени на целых 14 дней.

Каждый из нас может помочь окружающей среде, если будет выбрасывать меньше продуктов. Поэтому мы составили памятку, которая поможет каждому из нас сохранять свежесть хлеба дольше (рис. 10).

Рис. 10. Пять правил хранения хлеба, чтобы защитить его от появления плесени

Результаты и выводы исследовательской работы

По результатам нашей работы:

1. Мы изучили научную литературу и узнали, когда появилось царство грибов, открыли гриб мукор, а также его строение. Кроме того, мы узнали, что такое фитонциды и в каких растениях они есть.
2. Мы провели эксперимент и узнали, что фитонциды растений замедляют рост и развитие плесени.
3. Мы провели опрос и узнали, что большинство людей сталкивались с появлением плесени на хлебобулочных изделиях и готовы применять рекомендации, чтобы продлить срок его хранения.
4. Мы проанализировали причины и придумали, чем мы лично можем помочь, чтобы окружающие нас люди могли дольше сохранять хлеб без плесени.
5. Мы составили памятку с правилами хранения хлеба, которой может пользоваться каждый.

Благодаря нашей исследовательской работе мы узнали, что лук, чеснок и горчица помогают продлить срок хранения хлеба. А значит наша гипотеза подтвердилась. Однако срок хранения хлеба увеличился на разное количество времени в зависимости от того, с чем именно (луком, чесноком или горчицей) мы его хранили.

Первоочередная задача каждого из нас, проинформировать окружающих нас людей как сделать так, чтобы на хлебе как можно дольше не появлялась плесень. Так мы сможем дольше употреблять хлеб, а не выбрасывать его. А это поможет нашему окружающему миру. Ведь от поступков каждого из нас, зависит будущее всей планеты.

Литература:

1. Германов Н. И., Микробиология, Просвещение, 1969, 227 с.
2. Захаров В. Б., Сонин Н. И. Биология, 7 класс, Дрофа, 2008, 255 с.
3. Пасечник В. В., Суматохин С. В., Калинова Г. С., Гапонюк З. Г., Биология, 6 класс, Просвещение, 2020, 224 с.
4. Переведенцева Л. Г., Микология: грибы и грибоподобные организмы, учебное пособие, Перм. гос. ун-т., 2009, 199 с.
5. Прохоров А. М., Советский энциклопедический словарь, Советская энциклопедия, 1981, 1600 с.
6. Теплякова Т. В., В третьем царстве, в грибном государстве, Наука из первых рук, 2010, № 3, 47 с.
7. Токин Б. П., Целебные яды растений, Повесть о фитонцидах, Лениздат, 1980, 280с.
8. Чубатова С. А., Фитонциды: история и перспективы применения, Бактериология, Москва, 2020, 67 с.
9. Гарибова Л. В., Большая российская энциклопедия, сайт www.bigenc.ru.