Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Биология / Другие методич. материалы / Научно-исследовательский проект на тему: "Чайный гриб и берёза: что общего?"
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Биология

Научно-исследовательский проект на тему: "Чайный гриб и берёза: что общего?"

библиотека
материалов

Российский конкурс детских научных работ

«СОВЁНОК - исследователь»



Секция: Биология



Тема: «ЧАЙНЫЙ ГРИБ И БЕРЕЗА:

ЧТО ОБЩЕГО?»



Автор работы: Дворников Никита Викторович



Возраст: 15 лет

hello_html_25e230eb.pnghello_html_m1556f75d.png













Место выполнения работы: МОУ «Луховский лицей», Мордовия, г.о. Саранск

Научный руководитель: учитель биологии – Дворникова Татьяна Александровна

2014



Актуальность исследования

Целлюлоза – это полимер, прежде всего растительного происхождения, продукт фотосинтеза, самый крупнотоннажный из биополимеров. Растения образуют его в фантастическом количестве, около триллиона тонн в год. Помимо растений, способностью синтезировать целлюлозу обладают простейшие – слизевики, а также некоторые животные, например низшие хордовые – асцидии. Удивительное явление – образование бактериальной целлюлозы (БЦ). Микроорганизмы продуцируют чистую внеклеточную целлюлозу, которая не содержит лигнина, смол, восков и не требует отбелки. БЦ не загрязняет окружающую среду, так как способна к биоразложению и абсолютно нетоксична. БЦ проявляет два, казалось бы, несовместимых качества – тончайшую пористость и механическую прочность. Благодаря своим уникальным свойствам, БЦ может использоваться в пищевой промышленности, в производстве бумаги, в технике и медицине как биоматериал для тканевой инженерии и создания раневых покрытий.

Наиболее известным производителем БЦ являются уксуснокислые бактерии. Их можно обнаружить в чайном грибе. Это слоистый коврик желтого цвета, плавающий на поверхности подслащенного чая. Вопреки своему названию, чайный гриб – это вовсе не особый гриб, а целлюлозная гель-пленка с включенными в нее клетками уксуснокислых бактерий и нескольких видов дрожжей. Чайный квас известен как прохладительный и тонизирующий напиток. Считается, что он обладает лечебным действием.

Цель работы: получение бактериальной целлюлозы с помощью бактерий, выделенных из чайного гриба, и изучение их свойств.

Задачи работы:

1. Изучить состав чайного гриба и условия его роста.

2. Изучить свойства уксуснокислых бактерий, выделенных из чайного гриба и образующих целлюлозу.

3. Получить гель-пленки бактериальной целлюлозы.

Теоретическая часть



Целлюлоза — это полимер, прежде всего, растительного происхождения, продукт фотосинтеза. Растения образуют его в фантастическом количестве, около триллиона тонн в год. Макромолекула целлюлозы состоит из тысяч остатков глюкозы (рис. 1), соединенных в спирально закрученную цепь; 20–200 цепей образуют кристаллический пучок, или микрофибриллу. Микрофибриллы собираются в лентовидные волокна, погруженные в толщу цементирующих полимеров — лигнина, ксиланов, арабинанов, пектинов и белков.



hello_html_m619376ef.png



Рисунок 1 – Химическое строение целлюлозы

Помимо растений, способностью синтезировать целлюлозу обладают простейшие – слизевики, а также некоторые животные, например низшие хордовые – асцидии. При редкой болезни, кератодерматите, она образуется даже в организме человека.

Микроорганизмы продуцируют внеклеточную целлюлозу, которая не содержит лигнина, смол, жиров, восков и не требует отбелки. Бактериальная целлюлоза не загрязняет окружающую среду, так как способна к биоразложению и абсолютно нетоксична. Молекулы БЦ лежат строго параллельно друг другу. Поэтому образующиеся кристаллические микрофибриллы в 100 раз тоньше микрофибрилл растительной целлюлозы, то есть это структурные элементы наноуровневого размера (рис. 2, 3).



hello_html_m3feba4bf.jpg



Рисунок 2 – Бактериальная целлюлоза (×20000)



hello_html_339f35e3.jpg



Рисунок 3— Растительная целлюлоза (×200)

Микрофибриллы БЦ по одной через особые отверстия выдавливаются из клетки, где 10 – 100 микрофибрилл самопроизвольно объединяются в ленту. Множество лент переплетаются в сеть, в которой запутываются бактерии, и все это в виде слизистой пленки всплывает на поверхность. Толщина гель-пленки за месяц может дойти до 2,5 см.

Переплетение волокон образует пористую губку, которая впитывает и долго удерживает огромное количество воды, в 200 раз больше собственной массы. Кроме того, за счет правильного расположения волокон степень кристалличности БЦ достигает 80%, и чтобы их разорвать, нужно приложить силу до нескольких килограммов на квадратный миллиметр.

Наиболее известным производителем БЦ является уксуснокислая бактерия Gluconacetobacter xylinus. «Ксилинус» по-гречески значит «древесная, хлопковая» (в данном случае это указывает на то, что бактерия может образовывать целлюлозу).

БЦ также могут синтезировать бактерии, образующие клубеньки на корнях растений и опухоли на стеблях. У клубеньковых и опухолеродных бактерий БЦ может способствовать прикреплению клеток к телу хозяина-растения. Возможно еще, что целлюлозная одежда спасает клетки от ультрафиолетового излучения и, как кольчуга, защищает их от нападения других микроорганизмов, а также от ядовитого воздействия металлов, например меди. В мокром виде БЦ предохраняет бактерии от высыхания. В сухом виде она, как парашют одуванчика, помогает им разлететься на далекие расстояния.

Благодаря своим особым свойствам БЦ находит применение в технике, промышленности и медицине.

Бактериальную целлюлозу издавна используют в пищевой промышленности. В Юго-Восточной Азии и на островах Тихого океана широко распространены вегетарианские пищевые продукты, которые готовят из растительного сырья (в первую очередь сои и риса) с помощью бактерий и низших грибов. В частности, в условиях теплого, влажного климата в растительном соке развивается сообщество уксуснокислых бактерий и дрожжей. Оно образует на поверхности гель – пленку целлюлозы сантиметровой толщины. В Индонезии и на Филиппинах этот студень режут на кубики, замачивают в сахарном сиропе и едят как деликатес (ната-де-коко на кокосовом молоке и ната-де-пино на ананасном соке) (рис. 4).


hello_html_m6b20b34f.jpg


Рисунок 4 – Пищевой продукт ната-де-коко


Во время Русско-японской войны 1905 г. в наши края был завезен чайный гриб – слоистый коврик желтого цвета, плавающий на поверхности подслащенного чая. Сам он в пищу не идет, но образует чайный квас. Вопреки своему названию, чайный гриб – это вовсе не особый гриб, а целлюлозная гель-пленка с включенными в нее клетками уксуснокислых бактерий и нескольких видов дрожжей (рис. 5). Чайный квас известен как прохладительный и тонизирующий напиток. Считается, что он обладает лечебным действием.


hello_html_m78a6330d.gif


Рисунок 5 – Чайный гриб

Бактериальная целлюлоза используется в производстве пищевых продуктов для придания им волокнистой структуры или как наполнитель. Известно, что полезно употреблять в пищу растительные волокна, так как они стимулируют пищеварение и действуют в качестве адсорбента. Диетические свойства БЦ в этом отношении выше, чем чистой растительной целлюлозы.

Микробная целлюлоза способна служить заменой растительной целлюлозы, а внедрение бактериального способа получения целлюлозы в будущем может уменьшить расход древесины на производство бумаги и волокон (рис. 6).


hello_html_md701c64.jpg


Рисунок 6 – Бумага из бактериальной целлюлозы


БЦ используется как медицинский материал для лечения поверхностных ран. В отличие от синтетических полимеров, БЦ является биологически совместимой, то есть она не наносит вреда человеческому организму, не токсична, не вызывает аллергии и физического отторжения. Плоская гель-пленка БЦ – это идеальная повязка при пересадке кожи, лечении ран, послеоперационных швов и язв, а также гнойных воспалений, потертостей и пролежней. Мы знаем, насколько трудно и мучительно излечиваются такие повреждения, а ожоги третьей степени, затрагивающие большую часть поверхности тела, чаще всего заканчиваются смертельным исходом. В клинических испытаниях установлено, что гель-пленка БЦ творит чудеса. Это прочная, но одновременно эластичная и комфортная повязка, хорошо прилегающая к пораженному участку тела.

Благодаря гель – пленкам БЦ восстанавливается кожный покров, из них можно делать протезы кровеносных сосудов (рис. 7).


hello_html_m19a0008c.jpg


Рисунок 7 – Кровеносные сосуды из бактериальной целлюлозы



Британские дизайнеры уже предлагают одежду из бактериальной целлюлозы (рис. 8).



hello_html_2cc8a9f7.jpghello_html_m7180c186.jpg

Рисунок 8 – Одежда из бактериальной целлюлозы




Методика исследования


Чайный гриб выращивали в подслащенном чае при комнатной температуре с различной концентрацией сахара (10, 20, 30 и 40%). Чистую культуру уксуснокислых бактерий выращивали на питательной среде с мелом в термостате при температуре 30 °С. Гель-пленки бактериальной целлюлозы получали на 7% растворе мелассы в открытых контейнерах различной формы. Для изучения микроморфологии бактерий готовили фиксированные микроскопические препараты. При окраске бактерий метиленовой синью на предварительно обезжиренных и высушенных предметных стеклах делали мазки. Препараты высушивали на воздухе, фиксировали над пламенем горелки и окрашивали в течение 1-2 мин метиленовой синью, затем краситель смывали водой и препараты высушивали на воздухе. Микроскопирование и фотографирование препаратов осуществляли с помощью видеомикроскопа MC 100 (XP) (Micros, Австрия) (рис. 9).

hello_html_m5b4eddd4.jpg


Рисунок 9- Микроскоп Micros MC 100

Количество бактериальной целлюлозы определяли весовым методом после ее высушивания при 105 °С до постоянной массы.

Результаты исследования


Первым этапом работы было изучение состава чайного гриба и оптимизация условий его роста.

В исследуемом продукте обнаружены палочковидные бактерии с круглыми концами: одиночные и в коротких цепочках, прямые и слегка изогнутые (рис. 10). Также обнаружены дрожжи овальной формы.


hello_html_m69298a7.jpg


Рисунок 11 – Бактерии и дрожжи в чайном грибе


Дрожжи сбраживают сахар в спирт, а уксуснокислые бактерии превращают его в уксусную кислоту. Максимальное количество биомассы чайного гриба образовывалось в среде с 30% сахарозы.

На втором этапе работы изучались культурально-морфологические свойства уксуснокислых бактерий, выделенных из чайного гриба. На агаризованной среде с мелом бактерии образуют мелкие колонии диаметром 0,5-1 мм, белого цвета (рис. 12). Вокруг колоний наблюдаются зоны просветления вследствие растворения мела уксусной кислотой.


hello_html_46c734de.jpg

Рисунок 12 – Колонии уксуснокислых бактерий на среде с мелом


Культура представлена палочками с закругленными концами, прямыми и слегка изогнутыми (рис. 13).


hello_html_m61a2266.jpg

Рисунок 13 – Уксуснокислые бактерии

На третьем этапе работы изучалось образование гель-пленок БЦ чистой культурой уксуснокислых бактерий. Получены гель-пленки БЦ на разведенной мелассе в количестве 1,530,01 г/л. Показано, что их форма зависит от формы используемых контейнеров (рис. 14,15).


hello_html_11de379d.jpg

hello_html_639c0887.jpg


Рисунок 14- Гель-пленка БЦ в контейнере прямоугольной формы

hello_html_m56035dba.jpg

hello_html_m23cdfa44.jpg

Рисунок 15- Гель-пленка БЦ круглой формы в колбе


Выводы

-В ходе проведенных исследований изучен состав чайного гриба и условия его роста.

-Изучены свойства уксуснокислых бактерий, выделенных из чайного гриба и образующих целлюлозу.

-Получены гель-пленки бактериальной целлюлозы. Показано, что их форма зависит от формы используемых контейнеров.























Список использованных источников


1. Пиневич А. В. Чудо - пленки, или Слово о бактериальной целлюлозе. Весник Санкт-Петербургского университета. 2007. № 3. С. 33-39.

2. Лияськина Е.В., Ревин В.В., Грошев М.В., Лияськин Ю.К. Биотехнология бактериальных экзополисахаридов. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2010. 120 с.

3. Баклагина Ю.Г., Хрипунов А.К., Ткаченко А.А. и др. Сорбционные свойства бактериальной целлюлозы. Ж. прикл. химии. 2005. T. 78. Вып.7. C. 1197-1202.




16




Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Краткое описание документа:

Целлюлоза – это полимер, прежде всего растительного происхождения, продукт фотосинтеза, самый крупнотоннажный из биополимеров. Растения образуют его в фантастическом количестве, около триллиона тонн в год. Помимо растений, способностью синтезировать целлюлозу обладают простейшие – слизевики, а также некоторые животные, например низшие хордовые – асцидии. Удивительное явление – образование бактериальной целлюлозы (БЦ). Микроорганизмы продуцируют чистую внеклеточную целлюлозу, которая не содержит лигнина, смол, восков и не требует отбелки. БЦ не загрязняет окружающую среду, так как способна к биоразложению и абсолютно нетоксична. БЦ проявляет два, казалось бы, несовместимых качества – тончайшую пористость и механическую прочность. Благодаря своим уникальным свойствам, БЦ может использоваться в пищевой промышленности, в производстве бумаги, в технике и медицине как биоматериал для тканевой инженерии и создания раневых покрытий.

Автор
Дата добавления 23.01.2015
Раздел Биология
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров681
Номер материала 331219
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх