Влияние фитонцидов различных растений на жизнедеятельность колорадского жука

Колорадский жук (Leptinotarsa decemlineata) – повсеместно известный вредитель картофеля. Вредят как жуки, так и их личинки. За месяц каждый жук уничтожает 4 г листовой массы, а личинка 1 г. При средней плодовитости самки в 700 яиц, её потомство может достигнуть во втором поколении 250000 экземпляров. В большинстве районов Курганской области это насекомое главным образом наносит вред частному сектору, для которого выращивание картофеля основная статья дохода. Для уничтожения жука используются два способа: механический и химический. Механический способ малоэффективен, так как при нём большая часть насекомых остаётся в живых. Химический способ уничтожает во много раз больше жуков, но он опасен для окружающей среды. Химикатами нельзя обрабатывать картофель вблизи водоёмов, а также вблизи пасек, потому что пчёлы опыляя картофельные цветы, получают смертельные отравления, которые могут привести к гибели нескольких роёв. Химический метод опасен ещё и тем, что отравляющие вещества и продукты их распада возможно накапливаются в листьях , а соответственно и в клубнях. Значит нужно найти безопасный и эффективный способ. Одним из таких является биологический способ уничтожения, в основе которого лежат естественные механизмы взаимодействия живых организмов между собой. Особенностью биологического метода борьбы с колорадским жуком является отсутствие у него естественных врагов на территории Европы, в том числе и на территории Курганской области. Положительные результаты даёт применение культуры грибка боверии (Bauverira bassiana) , которая во влажные годы приводит к гибели колорадского жука. Но на территории Курганской области её не применяют. В литературе встречается описание способов использования некоторых растений в борьбе с колорадским жуком Знакомясь с различными литературными источниками, я заинтересовался вопросом, могут ли фитонциды растений влиять на жизнедеятельность колорадского жука?

1. Краткая теория

ФИТОНЦИДЫ – это образуемые растениями биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие микроорганизмов; играют важную роль в иммунитете растений и во взаимоотношениях организмов в биоценозах.

Этимология слова «фитонциды» происходит от греческого «phyton» — растение и латинского «caedo» — убиваю. Название означает, во-первых, что эти вещества растительного происхождения, а во-вторых, они способны убивать другие организмы. Фитонциды - это составляющая часть так называемого фитоиммунитета. Однако наука обнаружила, что летучие фитонциды способны стимулировать рост некоторых микроорганизмов. В основном эти вещества, содержащиеся в клеточном соке растений, действительно убийцы. Летучие фитонциды впервые обнаружены в природе в1928-1930 годах. Проблема фитонцидов стала достоянием науки, и ею занимаются специалисты многих стран. Фитонциды различных растений - это не одно вещество, а множество самых разнообразных. Фитонциды - целебные вещества для самих растений. Кроме всего перечисленного учёные предполагают, что эти вещества участвуют в теплообмене, притоке кислорода. Содержание фитонцидов в различных частях растения неодинаково. Кроме того, их содержание в растениях зависит от времени суток и года.

Химическая природа фитонцидов в настоящее время изучена очень слабо. Однако доподлинно известно, что действующие вещества в них небелковой природы. По данным учёных Тропцева и Камнева фитонциды такого растения как чеснок по своей природе близки к глюкозидам. Этими исследователями из чеснока было выделено веществ – аллиин, которое уничтожает микроорганизмы уже при разведении 1:250000. Аллиин состоит из углерода, кислорода, водорода и серы. Химики пишут его формулу так: C6H10SO. Однако, антибактериальные вещества растений могут оказаться очень простыми соединениями. Так, Р. М. Каминская выделила из можжевельника фитонцидное вещество С11Н18. Оно убивает кишечную палочку, возбудителей тифа и паратифа А и В, возбудителя дифтерии, дизентерийную палочку. Впрочем, думать что все вышеперечисленные вещества это фитонциды неправильно, в лучшем случае они лишь составляющая часть фитонцидов. В химии фитонцидов обнаружено много интересного. Особенно в этой области потрудились советские учёные Б. Е. Айзенман, С. И. Зелепуха, К. И. Бельтюкова и другие во главе с известным украинским микробиологом академиком Виктором Григорьевичем Дроботько. Противомикробными свойствами обладают вещества часто встречающиеся в растениях – дубильные вещества, алкалоиды, глюкозиды, органические кислоты, бальзамы, смолы, синильная кислота и другие. Но, как уже было сказано, фитонциды чаще всего представляют собой сложный комплекс химических соединений. Например: началом фитонцидов черёмухи является синильная кислота, кроме того, в них входят бензойный альдегид и неизвестные веществам.

Влияние фитонцидов на жизнь насекомых.

На каждый отдельный вид насекомого влияют фитонциды определённого вида растений. Однако, растения которые мы считаем особо ядовитыми могут не оказывать никакого влияния на насекомых. Интересные наблюдения делают садоводы – любители. Они, не зная ничего о фитонцидах, обсаживали культуры базиликом, мятой, коноплёй. Для защиты растений от вредителей оказалось достаточным выделение летучих фитонцидов. Данное мероприятие зачастую не используется в практике сельского хозяйства из-за большого выбора ядохимикатов.

2. Цель, задачи, методы исследования

Гипотеза. Мы предположили, что фитонциды выделяемые растениями способны отпугивать насекомых. Нас заинтересовал вопрос, фитонциды каких растений способны оказывать влияние на личинок и взрослых особей колорадского жука. В связи с этим был проведён лабораторный эксперимент.

Цель: изучить влияние фитонцидов некоторых видов растений на личинки и взрослые особи колорадского жука.

Задачи:

1. изучить литературу описывающую строение и воздействие фитонцидов на живые организмы;

2. собрать несколько видов растений содержащих фитонциды;

3. непосредственно провести опыты на колорадских жуках;

4. на основе проведённых опытов сделать соответствующие выводы и по возможности разработать рекомендации населению.

Объект исследования: личинки и особи колорадского жука.

Методы исследования:

• эксперимент

• работа с литературными источниками

Место и время проведения исследования:

Исследование проводилось в течение летнего периода времени 2007 года.

Методика эксперимента по определению растений, фитонциды которых влияют на колорадского жука.

Оборудование: стеклянная банка объёмом 500см2 с плотной крышкой, контейнер с растительной массой, хронометр.

Ход работы:

1. Загружаем в сосуд личинок и жуков количеством 50 штук.

2. Готовим растительную массу. Для этого свежесобранные листья растений измельчаем с помощью сечки, мясорубки, тёрки.

3. Помещаем растительную массу в контейнер.

4. Опускаем контейнер в банку и закрываем крышкой.

5. Включаем хронометр и наблюдаем за поведением жуков и их личинок.

3. Результаты эксперимента

Эксперимент проводился в лабораторных условиях в период с 2. 07. 07. по 15. 07. 07. В ходе эксперимента нами была выявлена реакция жуков и их личинок на фитонциды различных растений. Полученные результаты представлены в таблице 1 «Изменения в поведении насекомых под воздействием фитонцидов».

В ходе эксперимента были использованы растения, растущие в нашей местности: полынь горькая, чистотел, ноготки, конопля, красная и чёрная черёмуха.

На первых минутах каждого опыта наблюдалось повышение активности насекомых. Через несколько минут их активность снижалась. Так продолжалось до тех пор, пока жуки не погибали или не впадали в оцепенение. При действии различных фитонцидов оцепенение наступает в разное время. В случае с фитонцидами ноготков и чистотела оцепенение вообще не наступало, происходило лишь снижение двигательной активности личинок и взрослых особей колорадского жука.

Наиболее губительными для жуков и личинок оказались фитонциды красной и чёрной черёмухи. Уже через 10 минут после начала опыта с растительной массой из листьев чёрной черёмухи визуально признаки жизни насекомых не наблюдались. Но при вынесении на воздух они начали проявлять двигательную активность через 6 минут.

Растительная масса листьев красной черёмухи насыщена фитонцидами, которые очевидно обладают инсектицидными свойствами. Через 16 минут после начала опыта все жуки и личинки погибли. Результаты можно отразить графически. Фитонциды красной черёмухи практически полностью уничтожают жуков и личинок колорадского жука. Очевидно это связано с присутствием в фитонцидах синильной кислоты. Синильная кислота – НСN –бесцветная, очень летучая жидкость, кипящая при 26,7 градусах и обладающая характерным запахом миндаля, хорошо растворяется в воде. Синильная кислота – сильный яд, действующий смертельно даже при небольших дозах. Второе название синильной кислоты – циановодород.

«Изменения в поведении насекомых под воздействием фитонцидов»

Дата Продолжитель-ность Изменения в поведении насекомых эксперимента

Чёрная черёмуха

2. 07. 07. 3 минуты Заметное снижение активности

5 минут Активность личинок отсутствует, жуки имеют очень низкую активность

10 минут Визуально признаки жизни не наблюдаются

19 минут Вынесение насекомых на воздух

25 минут Замечены признаки двигательной активности жуков

Полынь горькая

4. 07. 07 1 минута Личинки стали менее активными

27 минут Взрослые особи и личинки стали вялыми

54 минуты Некоторые особи перестали подавать признаки жизни

84 минуты При открытии банки насекомые выходят из оцепенения

114 минут Полностью погибших нет

Конопля

6. 07. 07. 1 минута Личинки активны

5 минут Активность личинок снизилась

17 минут Низкая активность

44 минуты Активность незначительна

81 минута Погибло 8 личинок размером до 5 мм.

Красная черёмуха

10. 07. 07 2 минуты Активность снизилась

3 минуты Активность низкая

16 минут Погибли все

Чистотел

13. 07. 07. 2 минуты Жуки и личинки активизировались

5 минут Активность снизилась

20 минут Низкая активность

50 минут Погибших нет

Ноготки

15. 07. 07 2 минуты Активность повысилась

10 минут Активность заметно снизилась

44 минуты Активность низкая

53 минуты Погибших нет

4. Выводы:

1. Фитонциды некоторых растений действительно оказывают влияние на жизнедеятельность личинок и взрослых особей колорадского жука.

2. Фитонциды всех исследуемых растений снижают активность насекомых.

3. Наибольшим инсектицидным действием обладают фитонциды красной и чёрной черёмухи.

4. Фитонциды красной черёмухи в ходе лабораторных опытов убивают всех подопытных насекомых.

Заключение.

Проведённые нами опыты показали, как взаимодействуют и влияют друг на друга растения и насекомые. У колорадского жука нет естественных врагов в природе, но есть растения, выделяющие фитонциды, которые в свою очередь способны убить этого вредителя. Результаты этих опытов могут пригодиться жителям нашего села. Красная черёмуха в Курганской области встречается не повсеместно, так как является культурным растением. В нашей местности красная черёмуха появилась сравнительно недавно, около 20 лет назад. В то время силами колхоза « Заветы Ильича» и учениками Памятинской средней школы, была посажена лесополоса между сёлами Усть – Суерское и Волосниково. Жители прилегающих сёл приняли участие в расселении этого растения по садово-огородным участкам. Составная часть фитонцидов красной черёмухи – синильная кислота, прекрасно растворяется в воде, а это значит, что из растительной массы можно приготовить водную вытяжку, которой следует опрыскивать растения. Информацию о наших опытах мы довели до населения через местную газету «Береговушка». Готового рецепта использования фитонцидов в борьбе с колорадским жуком нет. Чтобы узнать, сколько растительной массы и воды необходимо для приготовления эффективно действующего раствора, нужно повести ряд экспериментов. Скорее всего, этот раствор будет лишь отпугивать колорадских жуков. Опыты будут продолжены.

Черёмуха (Раdus) относится к семейству розоцветные. Это деревья, высотой до 10-15 м и более, с очередными листьями, цветки в кистях, белые, плод костянка жёлтая, красная или чёрная. Дико растёт повсеместно в странах северного полушария. Размножается посевом после продолжительной стратификации. Плоды у большинства видов съедобны, богаты дубильными веществами и применяются в народной медицине как вяжущее средство. Почти все части растения содержат гликозид амигдалин и эфирные масла.

Название «красная черёмуха» скорее всего народное, бытовое. В культуре используется два вида черёмух, имеющих красные плоды: черёмуха пенсильванская и черёмуха виргинская, родина которых – Северная Америка.

Территориально оба вида могут произрастать в Курганской области. Черёмуха пенсильванская выращивается в садах и парках от Прибалтики до Новосибирска. Черёмуха виргинская известна как зимостойкая порода. Однако первый вид имеет красивую оранжевую кору, тогда как в нашей местности кора дерева с красными костянками ничем не примечательна.

Очевидно, озеленители завезли на территорию Белозерского района черёмуху виргинскую. Во время цветения это дерево покрыто белой ажурной пеной соцветий длиной до 15 сантиметров. Нарядно оно и позднее, когда созревают оранжево-красные плоды, до 7-8 миллиметров в диаметре. Ягоды приятны на вкус.

Синильная кислота

Синильная кислота – (цианистый водород, нитрил муравьиной кислоты) HNC - бесцветная подвижная жидкость с запахом горького миндаля. В жидком виде и в растворе образует линейные ассоциаты благодаря водородным связям NH. Смешивается с водой и многими органическими растворителями. Синильная кислота – слабая кислота, образует с металлами соли – цианиды. Для синильной кислоты характерны реакции:

HCONH2HCOOH + NH3

RNHCH=NH

HC=CH,Cu

НСNCH2=CHCN

RCH(OH)CN

ClCN + HCl

RCN + HCl

Взаимодействует с оксидами и гидроксидами щелочных и щелочноеземельных металлов, не реагируют с их карбонатами. В присутствии оснований синильная кислота полимеризуется. Образуются аддукты. Основной промышленный метод получения синильной кислоты – окислительный аммонолиз смеси NH3 и CH4 в присутствии платины и иридия при 10000С.

Синильную кислоту применяют для производства неорганических солей – цианидов, аминокислот, гидроксинитрилов. Вещество горючее и взрывоопасное.

В свободном и связанном виде синильная кислота встречается в растениях, чаще всего в виде гликозида амигдалина, содержится в коксовом газе, табачном дыме. HNC – очень токсична, задерживает окислительные и ферментативные процессы, связывает гемоглобин и циангемоглобин, парализует дыхательный центр, вызывает удушье. В организм проникает через неповреждённую кожу. Предельно допустимая концентрация в воздухе 0,01 мг/м3, в воде – 0,1 мг/л.

МОУ «Памятинская средняя общеобразовательная школа»

Аннотация к учебно-исследовательской работе

Работа Сычёва Алексея Викторовича выполнена в условиях лабораторного эксперимента, под руководством двух педагогов: учителя биологии и учителя химии. Она имеет межпредметный характер и носит экологическую направленность. Вопросы, рассматриваемые в ходе выполнения работы актуальны, волнуют жителей села. При дальнейшей разработке результаты работы могут быть использованы на практике.

В ходе работы рассматривалось влияние фитонцидов различных растений на жизнедеятельность личинок и взрослых особей колорадского жука. Результаты экспериментальной деятельности положительные.

Материалы представленные в работе могут быть использованы в образовательном процессе на уроках биологии (раздел «Растения», «Животные») на уроках химии при обсуждении вопросов темы «Химия и жизнь». Продолжить эксперимент можно во время летней трудовой практики на школьном учебно-опытном участке.