XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Бактерии плодородия
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение:
1.1Актуальность исследования.
Перед учеными стоит задача изыскать возможности управления процессом азотфиксации и на этой основе увеличить урожайность сельскохозяйственных культур. В природе существуют две группы азотфиксирующих микроорганизмов: одна из них находится в симбиозе с высшими растениями, образуя клубеньки на корнях -это клубеньковые бактерии. Микроорганизмы другой группы обитают в почве независимо от растений, к ним относятся азотобактер, клостридиум, бейеринкия и другие свободноживущие микроорганизмы.
В летнее время при школе был организован экологический лагерь по изучению почв своего района, были лекционные занятия и практические в лаборатории школьного кабинета биологии, а также полевые исследования.Мы делали почвенные срезы,подкопки, брали образцы почв, исследовали свойства почвы, у каждой группы было свое задание. Мы (Бутьянова Анастасия и Козлова Алена) изучали азотфиксаторы. У нас было оборудование для исследований и методичка с подробными инструкциями, что и где делать, т.к. учитель участвовала в проекте «Всероссийский атлас почвенных микроорганизмов»! В модуле «Охота за микробами» было зашито много базовой теоретической информации и рассказано об азотобактере — где он обитает, что делает, как его можно поймать, была прислана мини лаборатория и методичка исследований, а на уроках биологии была получена информация о симбиотических бактериях на корнях бобовых.
1.2 Цель работы: изучить строение и жизнедеятельность азотфиксирующих микроорганизмов.
1.3 Задачи:
1. Изучение литературы в области фиксации азота микроорганизмами,
2.Сбор почвы и определение наличия азотфиксаторов
3.Выявление различий между азотфиксаторами
1.4 Объект исследования : почвы Городецкого района, деревня Тарханово 39, деревня Архипиха.
1.5 Гипотеза: клубеньковые бактерии и азотобактер это одинаковые бактерии или нет.
1.6 Методы исследования:
Сбор информации из разных источников и ее обработка
Сбор почвы
Проведение эксперимента
Микроскопия
Наблюдение, сравнение, анализ
1.7 Обзор литературы
Сравнение азотфиксирующих микроорганизмов, живущих в почвах Городецкого района.[2.3.4]
Таблица №1
|
Признаки |
Азотобактер |
Клубеньковые бактерии |
|
Регион обитания |
Живут по всей планете вплоть до обоих полярных регионоввстречаются в пресных водоемах и в солоноватых болотах., |
Встречается в тех регионах, где растут бобовые |
|
Состав почвы |
В слабощелочных и нейтральных почвах |
Оптимальная температура для размножения всех 20-30°С, но рост продолжается и при 0-35°С. Лучшая среда (pH) – нейтральная, порядка 6,5-7,1, а вот кислая вызывает гибель колоний. |
|
Перенесе ние неблагоприятных условий |
Способны пережидать неблагоприятные условия в виде спор, в сухой почве могут сохраняться до 24 лет, не теряя жизнеспособности. |
Микроорганизмы способны пережить даже условия после атомного взрыва, выдержать гамма-излучение и ультрафиолет, солнечную радиацию, но не могут обитать при высокой температуре. |
|
размеры |
Микроорганизмы крупные , диаметром 1-2 мкм (0,001-0,002 мм) (1—2до 4 мкм в диаметре |
толстые и короткие (до 2 мк), покрыты слизью; у гороха и вики длина палочек достигает 3,5— 4 мк, а крупные бактерии люпина и фасоли (3,5 мк) |
|
Передвижение и развитие |
В свежих культурах клетки подвижны благодаря многочисленным жгутикам . Позже клетки теряют подвижность, становятся почти сферическими и выделяют толстый слой слизи , формируя клеточную капсулу . |
Грамотрицательные бактерии – это бактерии которые не окрашиваются, подвижные палочки в свободном состоянии и в молодых клубеньках, в дальнейшем развитии они приобретают неправильную форму и превращаются в разветвленные, булавовидные или сферические бактероиды. |
|
Форма клеток |
Обычно имеют овальную форму, сферическую, палочкообразную. |
Разнообразие форм — полиморфность, палочко видными и овальными, кокковидные неподвижные и подвижные организмы. |
|
Роль |
Аккумулируют азот из воздуха, превращая его в ионы аммония, которые выводятся в почву и легко усваиваются растениями Микроорганизмы обогащают почву биологически активными веществами, стимулирующими рост растений, 3.Способствуют очищению грунта от тяжелых металлов, в частности, от свинца и ртути. |
1.Клубеньковых бактерий имеют активность (эффективность), т. е. способность в симбиозе с бобовыми растениями ассимилировать молекулярный азот и удовлетворять в нем потребности растения-хозяина 2.Способны синтезировать витамины группы В 3.Синтезируют ростовые вещества типа гетероауксина 4.Обеспечивают самоочищение почв загрязненных тяжелыми металлами 5.Разлагают некоторые хлорсодержащие соединения |
|
Отношение к кислороду |
Кислород для азотобактеров является опасным и ядовитым поэтому азотобактеры выработали особые приемы для того, чтобы удалять из себя излишки кислорода — для этого они активно… дышат!:) В процессе активного дыхания накапливающийся у них кислород просто сжигает часть топлива вместо того, чтобы отравлять их организм. Также азотобактеры имеют особый белок, который защищает важную нитрогеназу от воздействия кислорода.Это аэробы. |
Развиваться при низком давлении кислорода в среде, но аэробы. [3] |
|
Условия работы |
Azotobacter («автономных», не требующих наличия растения) – ферментами, за счет кислорода в клетке; |
у Rhizobium (клубеньковые бактерии) – только в присутствии магния, серы, железа. |
|
Питание |
Для жизни способны использовать углеводы (например маннит, сахарозу, глюкозу), спирты (в том числе этанол и бутанол) и соли органических кислот, в том числе и бензоаты, в качестве источника углерода и энергии |
Клубеньковые бактерии отличаются высокой специфичностью по отношению к растениям-симбионтам [4] |
2.Основная часть.
Исследовательская работа .Забор образцов [приложение1]
Взяли почву с корневой системы растений - клевера и люпина
Почву с корней отделили и высушили.
По инструкции методички «Охотник за микробами» и присланного лабораторного оборудования провели работу:
«Посев и наблюдение за ростом колоний бактерий азотобактер и симбиотических растений с корней бобовых» [1]
А) Подготовительный этап - на чашках Петри заготовили трафарет и подготовка почвы для анализа
Б) вспомогательный раствор и среду Эшби
В) посев
Г )наблюдаемые эффекты
Ход работы:
П риготовили среду Эшби:
Р азлили её по чашкам Петри для 3-х видов почв: клевер, люпин, клевер+люпин. Разметили большую крышку Петри сеткой 1*1см, начертили на застывшей среде Эшби трафарет. Почву от Клевера, Люпина,
Клевер+Люпин положили на пересечение горизонтальных и вертикальных линий, с помощью зубочисток. Оставили их у влажной среды:
Оставили их во влажной среде на 3 дня и получили такой результат:
|
К левер: обрастание 20% |
Л юпин:обрастание 10 % |
К левер+Люпин |
Обрастание комочков почвы через 3 дня.
|
Клевер |
Люпин |
Клевер + люпин |
|||
|
Горизонталь |
Вертикаль |
Горизонталь |
Вертикаль |
Горизонталь |
Вертикаль |
|
6 |
1 |
4 |
6 |
5 |
2 |
|
1 |
2 |
5 |
3 |
6 |
3 |
|
5 |
2 |
2 |
6 |
7 |
3 |
|
4 |
6 |
5 |
6 |
7 |
4 |
|
4 |
4 |
6 |
6 |
||
|
3 |
6 |
3 |
|||
|
3 |
6 |
||||
Обрастание комочков почвы через 7 дней
Результаты:больше всего обрастаний комочков почвы в чашках Петри с люпином, клевер +люпин, меньше всего в чашках с клевером.
|
Клевер |
Люпин |
Клевер + люпин |
|||
|
Горизонталь |
Вертикаль |
Горизонталь |
Вертикаль |
Горизонталь |
Вертикаль |
|
4 |
2 |
1 |
1,2 |
3 |
1,3,6 |
|
4 |
3 |
2 |
1,2 |
4 |
1 |
|
2,3,6 |
6 |
4 |
3 |
1 |
5 |
|
4,3,2 |
7 |
5,4,6,7,3, |
6 |
2 |
2,7,4 |
|
3,4 |
4 |
4,4 |
3 |
||
|
1,2,6 |
5 |
2 |
5 |
||
|
33 |
3 |
7 |
2 |
6 |
|
|
7 |
5 |
||||
|
6 |
6 |
||||
|
П очва: Этапы: |
Клевер |
Люпин |
Клевер+Люпин |
|
На рисунке сетки 1*1 отметили какие 3 образца пойдут для исследования: |
|||
|
Выбранные 3 участка почвы, положили на предметное стекло с препаратом: Фукорцин+тушь 1:1: |
Вывод:количество обросших комочков почвы, где проявился азотобактер
( в числовом и % отношении).
|
Дни Растения |
Люпин |
Клевер |
Люпин +клевер |
|
Через 3 дня |
4 |
5 |
7 |
|
Через 7 дней |
20 |
8 |
15 |
В микроскопе увидели, следующие:Клевер:
Л юпин:
К левер+Люпин:
Микропрепараты показали, что азотобактер встречается в почвах нашего района, причем растение люпин было выкопано от города Городца в 10 км около дер.Архипиха, а клевер дер. Тарханово.Наиболее богата почва азотобактером , где растет люпин.
3.Заключение.
В ходе проделанной нами работы мы достигли поставленной цели , обнаружили в почве нашего района азотфиксаторы, убедились в их видовом многообразии, используя литературу,составили характеристики азотобактера и клубеньковых бактерий.У нас было прекрасная методичка , которую нам прислали из Новосибирска по программе «Всероссийский атлас почвенных микроорганизмов».
В ходе исследования и экспериментов увидели различия: азотобактер имеет сферическую форму, неподвижен и живёт колониями. А клубеньковые бактерии очень маленькие, также имеют сферическую форму, но не живут в колониях, они врастают в корни растений, в данном случае люпина,клевера изменяют ткани корней с образованием наростов - клубеньков, при применении окраски клубеньковые бактерии не окрашиваются, их можно обнаружить при срезе клубенька [ приложение 1].
Все выше сказанное даёт понять, что азотобактер и клубеньковые бактерии, абсолютно разные по строению, способу питания, условиям работы и жизнедеятельности.
На уроках биологии мы получали знания только о клубеньковых бактериях и их симбиозе с бобовыми, данная работа произвела большое впечатление,получили новые знания, убедились, что в почве есть все условия для нормального развития растений, не зря говорят «почва – это удивительное творение природы, это богатство природы».
4.Библиографический обзор.
1..Программа «Всероссийский атлас почвенных микроорганизмов», методичка «Охотники за микробами».Основной исполнитель Исследовательской программы – Институт химической биологии и фундаментальной медицины. Соисполнители Исследовательской программы – Фонд «Образование», Новосибирский государственный университет и др
2..https://noparasites.ru/protozojnye-organizmy/azotobakter.htm
3.https://mel.fm/blog/tsifrovaya-platforma/5684-mama-ya-poymal-azotobaktera-kak-prevratit-shkolnuyu-biologiyu-v-realnost
4.ttps://probakterii.ru/prokaryotes/in-nature/klubenkovye-bakterii-zhivut-i-razmnozhajutsja.html
Приложение 1
|
Забор образцов, приготовление микропрепарата клубеньковых бактерий |
|
|
Корни люпина |
|
|
Корни белового клевера |
|