Исследовательская работа "БИОИНДИКАЦИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ ДРОЖЖЕЙ SACCHAROMYCES CEREVISIAE"

ДОНЕЦКАЯ НАРОДНАЯ РЕСПУБЛИКА

ОТДЕЛ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ ПЕТРОВСКОГО РАЙОНА ГОРОДА ДОНЕЦКА

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ШКОЛА № 108 ГОРОДА ДОНЕЦКА»

БИОИНДИКАЦИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ

ДРОЖЖЕЙ SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Исследовательская работа

Исполнитель:

ученица 7 класса

Селезень Елизавета Александровна

Руководитель:

Севостьянова О.В.

Донецк – 2016

АННОТАЦИЯ

Исследовательская работа: 8с., 6 табл., 1 фотография.

Объект исследования – хлебопекарные дрожжи  Saccharomyces cerevisiae фирмы «Pakmaya» и «Моршинская» вода.

Цель данного исследования заключается в выявлении возможности использования дрожжей saccharomyces

cerevisiae в качестве биоиндикатора изменения характеристик воды.

Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов.

Биологический метод оценки состояния водоема позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью гидрофизических и гидрохимических методов невозможно. Оценка степени загрязнения водоема по составу живых организмов позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищення.

Доступность, изученность дрожжей, их короткий цикл развития позволяют использовать эту культуру в качестве биоиндикатора загрязненности воды.

Объект и предмет исследования:

Обьъектом исследования являются промышленно изготовленные дрожжи «Pakmaya» saccharomyces cerevisiae. Дрожжи хлебопекарские сухие. Состав: дрожжи (Saccharomyces cerevisiae). Без ГМО. Сорт высший. Питательная (пищевая) ценность 100 г продукта: белков-47 г, жиров-5 г, углеводов-38 г. Энергетическая ценность 100 г продукта: 430 ккал.

Образцы дрожжей исследуются на предмет возможности их применетия в качестве биоиндикаторов изменения температуры «Моршинской» воды.

Методы исследования.

В работе используется методика, разработанная коллективом учеников исходя из описаний метаболизма дрожжей saccharomyces cerevisiae. Методика доступна в домашних условиях, основанная на том, что в процессе метаболизма дрожжи выделяют углекислый газ в количестве, пропорциональном количеству дрожжевых клеток.

Научная новизна полученных результатов заключается в использовании общедоступной культуры биоиндикаторов и методики, применимой в домашних условиях.

Практическая значимость полученных результатов. Если удастся выявить реакцию saccharomyces cerevisiae на изменения параметров воды, результаты работы позволят сделать биоиндикацию общедоступным методом контроля.

Личный вклад автора состоит в участии в разработке методики, проведении эксперимента, обработке полученных результатов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Описание эксперимента

В наших экспериментах мы подвергали исследованию хлебопекарные дрожжи  Saccharomyces cerevisiae фирмы «Pakmaya» и «Моршинскую» воду. Наблюдали за развитием дрожжей в воде и определяли количество выделившегося углекислого газа за определенные интервалы времени. Исследования проводились в домашних условиях.

В экспериментах использовалось 5 шприцов (объем каждого 2см³), в каждый из которых набирали свежеприготовленный раствор дрожжей. Раствор готовился следующим образом: в 100 мл воды, доведенной до нужной температуры, добавляли 1гр. хлебопекарных дрожжей и 4 гр. сахара. Количество сахара и хлебопекарных дрожжей отмерялось с помощью специальной мерной ложки. Количество воды определялось с помощью мерной колбы. Затем к концам всех шприцов присоединялись газоотводные трубочки диаметром 5 мм. Далее пробирки помещались в водяную баню той же температуры, что и температура раствора в пробирках. Вторые свободные концы газоотводных трубочек опускались в мерные стеклянные пробирки с водой (объем каждой 2 см³), которые были установлены в штативе. ( Рис. 2)

Наблюдали за развитием дрожжей. Во время брожения дрожжей в шприцах с раствором выделялся углекислый газ. Газ по трубке попадал в цилиндр и вытеснял из него воду. По высоте воды в цилиндре измерялось выделение углекислого газа.

Эксперименты проводились 5 раз. В каждом из пяти экспериментов температура раствора была различной. В первом эксперименте температура раствора и водяной бани, в которую погружались все 5 пробирок составляла t=20°С, во втором – t=22° С, в третьем – t=26° С, в четвертом – t=28° С и в пятом опыте – t=32° С. Вода нагревалась с помощью электрического чайника. Температура измерялась с помощью водяного термометра, путём помещения его в окружающую пробирки водяную баню, так как температура и в пробирках и в водяной бане одинакова.

Каждый эксперимент проводился в течение двух часов. Для того чтобы результаты были достоверными, температуру все время необходимо было поддерживать на одном уровне. В данном эксперименте использовалась водопроводная вода, температура водяной бани поддерживалась относительно постоянной благодаря тому, что в течение всего эксперимента шприцы находились в небольшом термосе. Температура водяной бани проверялась каждые полчаса с помощью водяного термометра, который опускался в термос. При необходимости добавлялось небольшое количество подогретой воды для уравновешивания температуры исследуемого раствора внутри шприцов и водяной бани.

Снятие результатов проводилось 4 раза в каждом из пяти экспериментов. Через 10 минут, 30 минут, 60 минут и 120 минут от начала эксперимента. Измерение времени производилось с помощью таймера. Такие интервалы времени были выбраны с целью, проследить изменение интенсивности выделения углекислого газа, в соответствии с динамикой развития колоний дрожжей.

Через определенные промежутки времени записывались результаты эксперимента. Для этого снимались значения вытесненной воды в мерных стеклянных пробирках, стоящих в штативе. Эти значения соответствуют количеству выделившегося CO_2. Показания снимались по шкале, имеющейся на пробирках, на уровне глаз экспериментатора. Записывался уровень выделившегося CO₂ (в см), интервал времени (в мин) и номер пробирки (N: 1, 2, 3, 4, 5). Измерения проводились по 4 раза для каждой пробирки для 5 значений температур.

Из рабочего журнала результаты были внесены в компьютерную программу Excel. В ней были рассчитаны стандартное отклонение и среднее значение для каждого значения температуры. После этого были построены графики зависимости среднего количества выделившегося углекислого газа от времени для всех 5 температур.

Стандартное отклонение и среднее значение рассчитывалось по сумме 5 пробирок для определенного промежутка времени (10 мин, 30 мин, 60 мин, 120 мин) при определенном значении температуры (t=20°С, t=22° С, t=26° С, t=28° С, t=32° С).

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В проведенных экспериментах исследовалось влияние температуры на скорость метаболизма дрожжей, которые развивались в водопроводной воде.

Значения температур: 20 °С, 22 °С, 26 °С, 28 °С, 32 °С были взяты с учетом удобства проведения исследований, так как они попадают в интервал оптимальных температур для брожения дрожжей, который находится в промежутке 20-32 °С.

Из графика видно, что количество выделившегося углекислого газа растет со временем. Нелинейность роста может быть связана с процессом размокания дрожжей в первые минуты эксперимента и с увеличением количества организмов в процессе размножения. (Рис. 3.1)

Количество выделившегося углекислого газа также нелинейно растет со временем. (Рис. 3.2)

Количество выделившегося углекислого газа нелинейно растет со временем. (Рис. 3.3)

На рисунке 3.4 представлена полученная в четвертом опыте зависимость количества выделившегося углекислого газа от времени при температуре брожения t=28 °С. Количество выделившегося углекислого газа нелинейно растет со временем.

На рисунке 3.5 представлена полученная в пятом опыте зависимость количества выделившегося углекислого газа от времени при температуре брожения t=32 °С. Количество выделившегося углекислого газа также нелинейно растет со временем.

На рисунке 3.6 представлены одновременно зависимости уровня выделения углекислого газа от времени для всех проведенных в работе экспериментов. Из графика видно, что количество выделившегося при брожении дрожжей углекислого газа увеличивается со временем не одинаково для экспериментов при разных температурах. Зависимость количества выделившегося углекислого газа от времени брожения не линейная. Это объясняется различными процессами, происходящими в растворе. Сначала препарат дрожжей размокает, организмы начинают перерабатывать питательные вещества, выделяя углекислый газ. Затем начинается размножение – увеличение количества организмов. Можно ожидать, что когда питательные вещества закончатся, скорость роста количества выделенного углекислого газа замедлится, а потом, с вымиранием популяции, график выйдет на прямую, параллельную оси абсцисс.

Активнее всего углекислый газ выделяется при температуре 28 °С. Это говорит о том, что при такой температуре наблюдается наивысшая активность используемых в работе дрожжей. Наименьшая активность брожения наблюдалась при температуре 22 °С. Зависимости активности брожения от температуры в ходе эксперимента не обнаружено. Что может быть следствием недостаточно отработанной методики и будет дополнительно исследовано в следующей работе.

ВЫВОДЫ

1. Биоиндикация – это быстрый и легкодоступный метод выявления изменений параметров водной среды.

2. Дрожжи saccharomyces cerevisiae благодаря быстрому метаболизму и доступности могут стать удобным биоиндикатором качества воды.

3. Разработанная в работе методика позволяет увидеть влияние температуры воды на метаболизм дрожжей, но нуждается в уточнении и доработке.

4. В работе выявлено влияние температура воды на скорость процессов метаболизма дрожжей saccharomyces cerevisiae. Количество выделившегося при брожении дрожжей газа увеличивается со временем не одинаково в экспериментах при разных температурах. Большее количество углекислого газа выделяется при температуре 28 °С. Это говорит о том, что при такой температуре наблюдается наивысшая активность используемых в работе дрожжей. Наименьшая активность брожения наблюдается при температуре 22 °С. Зависимости активности брожения от температуры в ходе эксперимента не обнаружено. Что может быть следствием недостаточно отработанной методики и будет дополнительно исследовано в дальнейшей работе.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Фотография 1. Установка для измерения количества выделившегося углекислого газа при брожении дрожжей.

Рис. 3.1 Зависимость количества выделившегося углекислого газа от времени при температуре брожения t=20 °С

Рис. 3.2 Зависимость количества выделившегося углекислого газа от времени при температуре брожения t=22 °С.

Рис. 3.3 Зависимость количества выделившегося углекислого газа от времени при температуре брожения t=26 °С

Рис. 3.4 Зависимость количества выделившегося углекислого газа от времени при температуре брожения t=28 °С

Рис. 3.5 Зависимость количества выделившегося углекислого газа от времени при температуре брожения t=32 °С

Рис. 3.6 Зависимости уровня выделения углекислого газа от времени при разных температурах