Исследовательская работа "Самые древние обитатели планеты"

10

Самые древние обитатели планеты

Рогалева Виктория Александровна

Российская Федерация

Забайкальский край

с. Шаранча

МОУ Шаранчинская СОШ, 5 класс

«Научная статья»

Руководитель: Маркова Лариса Николаевна

Цель работы: Изучить особенности строения бактерий и выяснить, как они выглядят.

Задачи:

1. Изучить строение и систематику бактерий, используя научную литературу и интернет ресурсы.

2. Изучить методы выращивания бактерий.

3. Провести опыты по выращиванию бактерий и рассмотреть их под микроскопом.

4. Обобщить полученные знания и сделать выводы.

Гипотеза: я предполагаю, что самые древние обитатели Земли – бактерии обитают рядом с нами и их можно рассмотреть в микроскоп.

Методы исследования:

1. Сбор информации и литературы по данной теме.

2. Обработка информации.

3. Выполнение опытов.

4. Моделирование.

5. Оформление информации.

Предмет исследования – бактерии.

Введение

Когда на уроке биологии мы изучали бактерии, мне стало интересно, и я решила более подробно познакомиться с самыми древними обитателями нашей планеты. Ведь в настоящее время ученые уделяют большое внимание изучению бактерий.

Размеры бактериальных клеток настолько малы, что рассмотреть невооруженным глазам не возможно. Только с изобретением микроскопа ученые смогли изучить их строение и разнообразие.

Слово «бактерии» произошло от древнегреческого «палочка». У бактерий отсутствует ядро. Поэтому их называют прокариоты, что означает – безъядерные [1].

Строение бактерий

Бактериальная клетка сверху покрыта стенкой, под которой располагается цитоплазматическая мембрана. Внутреннее содержимое бактериальной клетки – цитоплазма с включениями. В центре бактерии располагается нуклеоид. Кроме прочего клетки могут иметь жгутики, фимбрии, пили, капсулу и запас питательных веществ.

Клеточная стенка придает характерную форму бактериям и осуществляет роль защиты и опоры. Она проницаема для питательных и других веществ. Существуют виды бактерий, которые вырабатывают слизь, предохраняющую их от высыхания. Данная слизь образует капсулу.

В зависимости от строения клеточной стенки бактерии подразделяются на грамположительные и грамотрицательные. Их называют так в честь датского ученого Ганса Христиана Грама. Он предложил особый метод окраски бактерий. Грамположительные бактерии по методу Грама окрашиваются в фиолетовый цвет, а грамотрицательные не окрашиваются.

Клеточная стенка бактерий имеет сетчатую структуру. Она различается у разных бактерий толщиной и химическим составом. У грамположительных бактерий клеточная стенка состоит из многослойного муреина – органического вещества, в который вплетены белки, полисахариды и другие компоненты. Такая клеточная стенка имеет наибольшую толщину.

У грамотрицательных бактерий муреин однослойный и покрыт наружной мембраной. Толщина такой клеточной стенки в несколько раз тоньше, чем у грамположительных бактерий.

У бесформенных бактерий клеточная стенка отсутствует. К ним относятся микоплазмы [2].

Когда наступают неблагоприятные условия, большинство бактерий образуют капсулу, которая плотно прилегает к клеточной стенке. Капсула – слизистое образование, на 98% состоит из воды.

У отдельных бактериальных клеток имеются жгутики. С их помощью бактерии передвигаются. Число жгутиков бывает разным: один (монотрихомы), пучок жгутиков на одном конце клетки (лофотрихомы), жгутики на разных концах клетки (амфитрихомы) или по всей поверхности (перитрихомы).

Кроме жгутиков, бактерии могут иметь длинные, тонкие и прямые нити – фимбрии. Они состоят из белка пилина. Одна бактериальная клетка имеет от 100 до 200 фимбрий. С их помощью бактерии прилипают к другим клеткам. Половые фимблии – пили, передают генетический материал от одной клетки к другой. Пили, также обеспечивают слипание с клетками. Их количество у одной бактериальной клетки может доходить до нескольких тысяч.

Под стенкой расположена цитоплазматическая мембрана, которая состоит из двух плотных слоев фосфолипидов, разделенных промежутком. Слои пронизаны белками, которые обеспечивают транспорт веществ в бактериальную клетку. Цитоплазматическая мембрана принимает участие в образовании спор.

Внутреннее содержимое бактериальной клетки – цитоплазма. Цитоплазма на 75% состоит из воды, и 25% приходится на минеральные соединения, белки, углеводы, жиры и РНК. Цитоплазма густая и неподвижная. В ней содержатся ферменты, некоторые пигменты, сахара, аминокислоты, запас питательных веществ, рибосомы, мезосомы, гранулы и всевозможные другие включения.

Гранулы состоят из соединений, которые являются источником энергии и углерода.

Мезосомы – производные клетки. Имеют разную форму: концентрические мембраны, пузырьки, трубочки, петли и др. Мезосомы имеют связь с нуклеоидом, участвуют в делении клетки и образовании спор.

Нуклеоид находится в центре клетки. В нем содержится ДНК – носитель наследственной информации в свернутом виде. Перед делением нуклеоид удваивается.

Рибосомы клетки участвуют в синтезе белков бактерий из аминокислот.

Включения представляют собой запас питательных веществ: гликоген, крахмал, сера и другие.

Систематика бактерий

Систематика – распределение микроорганизмов по группам в соответствии с признаками и установление родственных связей между ними. При классификации бактерий учитывают форму, подвижность, наличие капсулы, способность образовывать споры и окрашиваться по Граму, способ получения энергии.

Официально принятой классификации бактерий нет. Первоначально для этих целей использовалась искусственная классификация, основанная на сходстве их морфологических и физиологических признаков [3].

Бактерии подразделяют на два надцарства: Бактерии (Bacteria) и Архебактерии (Archaebacteria).

К бактериям относятся тонкостенные (грамотрицательные); толстостенные (грамположительные); без стенок клетки (микоплазмы).

Классификация по типу дыхания

По виду дыхания различают:

• аэробные;

• анаэробные организмы.

Аэробные бактерии способны к дыханию, т. е. в них происходит окисление органических соединений кислородом, в результате чего образуется углекислый газ, вода и выделяется энергия. Эти бактерии обитают на поверхности воды и земли, в воздушном пространстве.

Анаэробные бактерии существуют без кислорода, т. е. обходятся без дыхания. К ним относятся бактерии, участвующие в процессе разложения веществ при перегное. Дыхание заменяет брожение – разложение органических соединений без кислорода с выработкой энергии.

Классификация по типам питания

По использованию различных источников энергии бактерии делятся на фототрофы, потребляющие солнечный свет, и хемотрофы, энергетическим материалом для которых служат органические и неорганические вещества.

По типу потребляемого углерода бактерии подразделяются на гетеротрофов и автотрофов. Автотрофы используют солнечную энергию (цианобактерии) либо энергию неорганических соединений (серобактерии, железобактерии). Гетеротрофы обитают в бескислородной среде. Эта группа делится на сапрофитов – получают питательные вещества из отмерших организмов, и паразитов – питаются за счет живых организмов.

Классификация по ферментам

Ферменты выполняют значимую роль в обменных процессах клетки. Вырабатываемые ферменты располагаются внутри клетки (эндоферменты) либо выводятся наружу (экзоферменты). Другая группа ферментов участвует в поступлении в клетку углерода и энергии. Ряд ферментов относится к ферментам агрессии. Некоторые ферменты расположены в стенках клетки. Они выполняют транспортную функцию, т. е. переносят в клетку вещества.

Бактерии можно классифицировать, ориентируясь на их форму.

Выделяют несколько разновидностей форм:

• Шарообразная (кокки, диплококки, сарцины, стрептококки, стафилококки).

• Палочкообразная (бациллы, диплобациллы, стрептобациллы, коккобактерии).

• Витиеватая (вибрионы).

• Спиралеобразная (спириллы, спирохеты – тонкие, удлиненные, извилистые микроорганизмы с множеством завитков).

• Нитчатая [4].

Самые распространенные формы: шарики (кокки) и палочки (бациллы). Бактерии образуют большие скопления разного типа. Стрептококки, например, соединяются друг с другом в длинные нити. Стафилококки напоминают виноградную гроздь. Диплококки имеют одну слизистую капсулу на две клетки. Сочетания из четырех кокков представляют собой тетракокки. Скопления кубической формы называют сарцинами.

У вибрионов тело изогнуто в виде запятой. Передвигаясь при помощи жгутика, бактерия вибрирует с большой частотой.

Спиралевидные бактерии походят на змеек. Спирохета может двигаться вперед, назад и в стороны не только в жидкой, но и в вязкой среде. Например, в зубном налете. Лептоспиры похожи на закрученные веревки.

Бактерии обладающие выростами называют простекобактериями. Обнаружены клетки в форме шестилучевой звезды, куба, плоского диска и треугольника [5].

На сегодняшний день науке известно более 10000 видов бактерий, но предположительно их количество достигает миллиона.

Исследование бактерий

Исследование №1. «Выращивание сенной палочки»

Цель: изучить методику выращивания сенной палочки. Вырастить и наблюдать бактерии сенной палочки.

Оборудование и реактивы: кастрюля, колба, сено, вода, мел, световой микроскоп, цифровой микроскоп Applied Vision 4, предметное стекло, пипетка, проволочная петля, покровное стекло, раствор Люголя.

Ход работы:

1. В кастрюлю объемом 2,5 литра поместила сено и залила его водой. Поставила кастрюлю с сеном на плиту и довела до кипения.

2. Половину столовой ложки измельченного мела поместила в отвар сена и кипятила еще 30 минут.

3. Полученный отвар остудила и перелила в колбу. Колбу с отваром закрыла пробкой и поставила в теплое место.

4. Через 5 дней в колбе с сенным отваром образовалась пленка.

5. Часть образовавшейся пленки поддела проволочной петлей, поместила на предметное стекло, подсушила и добавила раствор Люголя для окрашивания микропрепарата. Сверху положила покровное стекло.

6. Готовый микропрепарат рассмотрела под световым микроскопом, при увеличении окуляр – 20 раз, объектив – 10 раз. А так же с помощью цифрового микроскопа (Applied Vision 4), которым и сделала фотографии.

Вывод: Бактерии сенной палочки имеют прямую и вытянутую форму, тупые закругленные окончания.

Исследование №2. «Выращивание картофельной палочки»

Цель: изучить методику выращивания картофельной палочки. Вырастить и наблюдать бактерии картофельной палочки.

Оборудование и реактивы: колба, клубень картофеля, вода, почва, световой микроскоп, цифровой микроскоп Applied Vision 4, предметное стекло, пипетка, покровное стекло, раствор Люголя.

Ход работы:

1. Неочищенный клубень картофеля нарезала кубиками и поместила в колбу.

2. Картофель залила горячей водой. Колбу с картофелем поставила в теплое место.

3. На другой день раствор в колбе стал бурым, выделялся газ. В колбу добавила немного почвы и обратно поставила в теплое место на трое суток.

4. Через трое суток раствор в колбе помутнел, кубики картофеля всплыли, появился неприятный запах. Газ продолжал выделяться.

5. Взяла пипеткой раствор из колбы. Каплю раствора нанесла на предметное стекло, подсушила и окрасила препарат раствором Люголя. Накрыла покровным стеклом.

6. Готовый микропрепарат рассмотрела под световым микроскопом, при увеличении окуляр – 20 раз, объектив – 10 раз. Фотографии сделала цифровым микроскопом.

Вывод: Бактерия картофельной палочки имеет цилиндрическую форму с овальными концами.

Исследование №3. «Исследование молочнокислых бактерий»

Цель: изучить качественный состав молочнокислых бактерий.

Оборудование и реактивы: молоко, вода, стакан, световой микроскоп, цифровой микроскоп Applied Vision 4, предметное стекло, пипетка, проволочная петля, покровное стекло, раствор Люголя.

Ход работы:

1. Свежее молоко поставила в теплое место на сутки.

2. Через сутки молоко прокисло. Каплю прокисшего молока пипеткой перенесла в стакан с водой и перемешала.

3. Каплю исследуемого раствора проволочной петлей размазала по предметному стеклу. Препарат подсушила и окрасила раствором Люголя.

4. Готовый микропрепарат рассмотрела под световым микроскопом, при увеличении окуляр – 20 раз, объектив – 20 раз. Фотографии сделала цифровым микроскопом Applied Vision 4.

Вывод: микропрепарат содержал шаровидные клетки – молочнокислые стрептококки, палочковидные короткие клетки – болгарская палочка, палочки удлиненной формы – бифидобактерии.

Результаты исследования

В ходе своего исследования подтвердилась моя гипотеза. Я выяснила, что бактериальные клетки можно обнаружить всюду. Они микроскопичны, но с помощью микроскопа их можно рассмотреть и изучить.

Выводы

Используя научную литературу и информацию сайтов, изучила строение бактерий и их классификацию. В ходе работы научилась выращивать разные виды бактерий, готовить микропрепараты, сравнивать и анализировать. Еще я поняла, что наша планета – это планета, которую освоили и создали бактерии. Они обитают везде и даже в человеке. Для людей важно изучать бактерий, чтобы раскрыть их секреты жизнестойкости и долголетия. Материал из моей работы может быть использован учителем на уроке биологии и внеклассной работе.

Библиография

1. https://www.allvet.ru/knowledge_base/microbiology/stroenie-bakterialnoy-kletki.php

2. Научно-методический журнал Биология в школе, 1991, №6, 1-80, -М., «Педагогика».

3. http://mikrobiki.ru/virusy-bakterii/bakterii/sistematika-bakterii.html

4. https://probakterii.ru/prokaryotes/raznoe/klassifikaciya-bakterij.html

5. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1987. – 368 с.: ил.

6. Научно-методический журнал Биология в школе, 2008, №7, 1-50, -М., «Школа-Пресс».