XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ КЛЕТОК
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Актуальность.Знание цитологического материала необходимо для познания общих закономерностей живой природы, в том числе и организма человека. А правильность взятия образца материала является важной предпосылкой правильной морфологической оценки микропрепарата. Существует несколько способов взятия образцов: соскоб, аспирация, пункция и т. п. Существенные особенности процедуры взятия образца материала (с учетом специфических условий и требований: в школьной лаборатории) должны быть детально и четко сформулированы. От правильности выполнения этих процедур обучающимися научного общества, заинтересованными в достоверной лабораторной информации, зависит успешность данной деятельности.
Возникает вопрос, подлежащий исследованию: какая методика может быть использована для экспериментальных исследований клеток и клеточных организмов в условиях школьного научного общества обучающихся секции «Биология»?
Исследование основано на изучении и обобщении методических пособий, психолого-педагогической литературы, а также научных статей и периодических изданий. Изучены и проанализированы содержание, структура, технология и особенности применения методов микроскопического исследования.
Объект исследования – исследовательская деятельность обучающихся школьного научного общества СОШ №26.
Предмет исследования – методика использования экспериментальных исследований клеток и клеточных организмов для обучающихся научного общества секции «Биология».
Целью работы является адаптация методики экспериментальных исследований клеток и клеточных организмов для обучающихся научного общества СОШ №26.
Для достижения поставленной цели определены задачи:
1. Изучить, проанализировать и обобщить научную и научно-методическую литературу по проблеме исследования.
2. Рассмотреть эксперимент и микроскопию как основу организации исследовательской деятельности обучающихся школьного научного общества, секции «Биология».
3. Разработать инструкции, адаптированные для забора биоматериала, изготовления микропрепарата, проведения микроскопических исследований при изучении клеток слизистой, ротовой полости, ребятами школьного научного общества, секции «Биология».
Для решения поставленных задач были использованы методы исследования: а) анализ, синтез, обобщение справочной и научной литературы по проблеме исследования; б) экспериментальный – микроскопический метод исследования при изучении бактерий, растительной клетки и эпителиальных клеток слизистой ротовой полости человека и животного.
Основное содержание
Глава I. Теоретическое исследование методики экспериментальных исследований клеток и клеточных организмов
Методы исследования клетки и клеточной теории в современном научном мире
В Большой советской энциклопедии, эксперимент (от лат. experimentum – проба, опыт) обозначает «метод познания, с помощью которого в 20 контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности» [1]. В школе «учебный эксперимент», является средством обучения, при изучении естественно-научных предметов, в частности такого предмета, как биология [2, с. 112]. «Учебный эксперимент способствует пробуждению интереса к исследованию…, активизации восприятия учебного материала, развития мышления, самостоятельности, ответственности, творчества, формированию естественных понятий и научного мировоззрения» [3, с. 10].
Для исследования клетки и клеточной теории в современном научном мире мы рассмотрим методы, позволяющие изучать клетку. До изобретения микроскопов изучение клеток было невозможно. Считается, что голландский мастер очков Ханс Янсен и его сын Захарий Янсен изобрели первый микроскоп в 1590г. После чего английскому ученому Роберту Гуку, который усовершенствовал вышеназванный микроскоп, впервые представилась возможность увидеть клетку. В 1664г, Гука заинтересовал вопрос: почему пробковое дерево хорошо плавает? Рассматривая под микроскопом срезы пробки, Гук увидел множество крошечных ячеек, напомнивших ему соты в ульях медоносных пчёл, которые он так и назвал – англ. Cell («ячея). Впервые о существовании одноклеточных организмов рассказал Антони ван Левенгук в 1676г. Левенгук был исследователем из Голландии, создавший совершенную лупу-микроскоп, который мог увеличивать предметы в 270 раз. Он увидел бактерии в капле чистой, дождевой воды. В ХХ веке была изобретена электронная микроскопия, которая позволила изучить ультраструктуру клеток, сканирующий электронный микроскоп позволяет получать объемные изображения. [4] Для определения вирусов используют флуоресцентный микроскоп. Таким образом, мы можем говорить о микроскопии как об эффективном инструменте исследования.
1.2. Метод практического исследования микропрепаратов
Метод практического исследования микропрепаратов предполагает наличие специального оборудования. При работе на котором, формируются практические умения: работа с микроскопом, постановка опытов и т. д. В ходе данной исследовательской работы были рассмотрены различные методы, которые используются на современном этапе развития науки. В процессе выбора методики, удобной для адаптации к нашим условиям, выделен микроскопический метод исследования: метод оптической микроскопии; метод электронной микроскопии. Этот метод позволяет изучать разные объекты при помощи микроскопа. Для успешной исследовательской деятельности членов школьного научного общества «Эврика» и сформированности практических умений поставлены задачи: обучить пользоваться увеличительными приборами (лупой, микроскопом); готовить микропрепараты и рассматривать их под микроскопом.
Биологический микроскоп имеет основные системы: механическую, оптическую, осветительную. [5]
Мазки для цитологического исследования готовятся из клеточных элементов, которые легко слущиваются с поверхности слизистых оболочек. В условиях школьного научного общества обучающихся секции «Биология», для экспериментальных исследований клеток и клеточных организмов может быть использована методика забора цитологического материала одноразовыми ватными палочками из полости рта. Затем мазок наносится на предметное стекло и окрашивается по методике Лейшмана или Романовского – Гимзы.
Методика окрашивания по Лейшману:
1.Высушить мазок на воздухе.
2.Опустить в фиксатор-краситель Лейшмана на 3 минуты.
3.Промыть водопроводной водой.
4.Стряхнуть избыток воды.
5.Опустить в краску (или залить краской) 40 мл 0,1% красителя азур II, 30 мл 0,1% воднорастворимого эозина, 70 мл дистиллированной воды. Смесь красителей готовят перед работой. Мазки окрашиваются от 20 до 40 минут [6].
Практическая часть.
Для того, чтобы рассмотреть: бактерии, сравнить строение животной и растительной клетки, мы подготовили рабочее место в лаборатории: микроскоп и вещества для работы (прил. 1; фото 1 а, б, в, г). Подготовили микроскоп к работе. Посмотрели под микроскопом микропрепарат растительной клетки: окуляр х10, объектив 10. Определили увеличение объекта (10х10=100 раз).
Для того, чтобы рассмотреть клетки под микроскопом, а также сравнить строение эукариотической клетки (животной и растительной клетки) и прокариотической клетки (бактерии), мы провели следующие опыты:
Опыт №1 (прил. 2)
Для того чтобы увидеть какие бактерии обитают у нас руках, насколько они вредны и нужно ли мыть руки, мы провели эксперимент:
Взяли стерильной, влажной, ватной палочкой смыв с поверхности кожи (прил. 2, фото 2), грязных рук (руки после занятий в школе) и с чистых рук (руки, вымытые мылом)
Посмотрели бактерии под микроскопом (прил. 2, фото 3, 4).
Опыт №2 (прил. 3)
Приготовили микропрепарат растительной клетки (клетки кожицы лука) в лаборатории (прил. 3, фото 6 (а,б)):
- взяли стерильное предметное стекло;
- нанесли пипеткой 1 каплю воды на предметное стекло;
- при помощи иглы осторожно сняли маленький кусочек прозрачной кожицы с внутренней поверхности чешуи лука и положили на предметное стекло в каплю воды;
- капнули сверху на кожицу, помещенную на предметное стекло, капельку йода;
-покрыли кожицу покровным стеклом.
В микропрепарате растительной клетки чётко видны под микроскопом клетки кожицы лука, в которых можно отличить клеточную оболочку, цитоплазму, ядро, в некоторых клетках изменения окраски в цитоплазме, напоминающие вакуоль. Другие органоиды клетки при таком увеличении мы не смогли увидеть. Сделали фотографии объекта (прил. 3, фото 6 (в,г)):.
Опыт №3(прил. 4)
Опыт №3.1. Приготовили микропрепараты животной клетки:
1) клетки слизистой оболочки полости рта человека (12 лет; 38 лет; 72 года).
2) клетки слизистой оболочки полости рта собачки-пуделя;
2.2.1. Взятие мазка со слизистой оболочки полости рта у животного.
Опыт проводился в домашних условиях (фото 1).
- взяли стерильное предметное стекло;
- с помощью стерильной ватной палочки взяли соскоб со слизистой оболочки полости рта у собачки и аккуратно нанесли на стерильное предметное стекло;
- высушили предметное стекло с микропрепаратом на воздухе при комнатной температуре;
- доставили мазок на стекле в лабораторию.
2.2.2. Взятие мазка со слизистой оболочки полости рта у человека: 12 лет; 38 лет; 72 года (фото 2, 3, 4).
- взяли стерильное предметное стекло;
- с помощью стерильного одноразового шпателя взяли соскоб у меня со слизистой оболочки языка и аккуратно нанесли на стерильное предметное стекло;
- высушили предметное стекло с микропрепаратом на воздухе при комнатной температуре.
Два вида полученных микропрепаратов животной клетки: клетки слизистой оболочки полости рта человека (в количестве 3 шт.) и клетки микропрепарата полости рта собачки окрасили специальными красителями: (сначала нанесли на 3 минуты спиртовый раствор краски Лейшмана, смыли дистиллированной водой, затем нанесли водный раствор краски Романовского-Гимзы на 25 минут, опять смыли дистиллированной водой); высушили микропрепараты на воздухе при комнатной температуре.
Подготовили микроскоп к работе. Посмотрели под микроскопом микропрепараты клеток слизистой оболочки полости человека и собачки. Сначала посмотрели под малым увеличением окуляр х10, объектив 10. Определив увеличение объекта (10х10=100 раз). Затем капнули на микропрепарат иммерсионное масло и посмотрели под большим увеличением окуляр х10, объектив х100. Определив увеличение объекта (10х100=1000 раз).
Оба вида микропрепаратов животной клетки (слизистой оболочки полости рта человека и животного) дали чёткое изображение клетки под малым и под большим увеличением: (клетки многослойного плоского эпителия). Клетки полости рта человека и собачки абсолютно похожи. В клетках можно отличить цитоплазматическую мембрану, чётко видно цитоплазму и ядро. Другие органоиды клетки даже при увеличении 1000 раз мы не смогли увидеть. Зато при таком большом увеличении мы смогли рассмотреть бактерии, которые обитают на слизистых оболочках полости рта. У человека 12 лет – это небольшие клетки в форме небольших палочек, в которых видно только одну клетку, в связи с чем, можно предположить наличие клеточной стенки и цитоплазмы. А у собачки бактерии в полости рта оказались совершенно другие, это были тоже клетки в форме палочек, но гораздо крупнее в размерах, где также можно предположить наличие клеточной стенки и цитоплазмы. У человека 72 года, кроме клеток в форме палочек, были обнаружены кокки. Сделали фотографии объектов.
Выводы после проведения опытов, можно сделать следующие: 1. Клетки слизистой оболочки полости рта человека и собачки практически одинаковые – это клетки многослойного плоского эпителия. Клетки слизистой оболочки полости рта (животные клетки) и клетки кожицы лука (растительные клетки) имеют схожее строение, т.е. они гомологичны. Мы увидели под микроскопом три главных составных части клетки: клеточную (плазматическую) мембрану, цитоплазму и ядро, таким образом, мы доказали правдивость одного из положений клеточной теории, что клетки всех организмов (животные, растения) сходны по своему строению. 2. Мы выяснили, что все клетки отличаются по размерам и по форме. 3. Мы увидели отличительные особенности в строении и в размерах эукариотической клетки от прокариотической клетки и доказали это практическим путём. Под микроскопом клетки бактерий очень малы, во много раз меньше клеток кожицы лука и клеток слизистой оболочки полости рта, в отличие от этих клеток клетки бактерий не содержат ядро, также мы увидели, что у человека и у животных могут обитать разные бактерии на слизистой оболочке полости рта.
Инструкции по работе:
Порядок работы при самостоятельном взятии биоматериала (лучше забор проводить перед зеркалом):
Помыть руки;
Широко открыть рот и сделать глубокий вздох;
Чистой одноразовой ватной палочкой провести по языку или слизистой части щеки;
Порядок приготовления микропрепарата:
Подготовить предметное стекло, взяв его из контейнера за боковые грани;
Поместить в центр биологический материал;
Высушить предметное стекло с микропрепаратом на воздухе при комнатной температуре;
Окрасить специальными красителями:
а) сначала нанести на 3 минуты спиртовый раствор краски Лейшмана;
б) смыть дистиллированной водой;
в) нанести водный раствор краски Романовского-Гимзы на 25 минут;
г) смыть дистиллированной водой;
д) высушить микропрепараты на воздухе при комнатной температуре.
Рассмотреть микропрепарат на малом, а затем на большом увеличении.
Порядок работы с микроскопом:
Работать с микроскопом сидя;
Установить на поверхности рабочего стола против своего левого плеча (тубусом к себе, предметным столиком от себя).
Привести микроскоп в рабочее положение; наклонить верхнюю часть штатива под углом 45 градусов;
Нижний край объектива установить на расстоянии 1-2 мм от предметного столика, плавно опустив тубус, пользуясь макровинтом;
Включить свет и направить его при помощи зеркала в отверстие предметного столика;
Работу с микроскопом начинаем ВСЕГДА! С малого увеличения;
На предметный столик поместить готовый микропрепарат в центре поля зрения микроскопа так, чтоб луч света просвечивал его. Закрепить предметное стекло зажимами;
Одним глазом смотреть в окуляр. Пользуясь макровинтом (поворачивая от себя), медленно поднимать тубус до четкого изображения объекта исследования;
По окончании работы, поднять тубус, пользуясь винтом. Снять микропрепарат с предметного столика. Привести микроскоп в нерабочее положение. Протереть чистой салфеткой все части микроскопа, накрыть полиэтиленовым футляром.
Заключение
В данной работе проанализирована научная и научно-методическая литература по проблеме исследования. Основу организации исследовательской работы обучающихся школьного научного общества, секции «Биология» составляют эксперимент и микроскопия. Разработаны инструкции для проведения микроскопических исследований при изучении клеток слизистой ротовой полости.
Я согласен с высказываниемЭдит Титмушш, который сказал:«В цитологии очевидное диагностировать легко, но не всё так очевидно». Действительно, глядя в микроскоп, мы видим небольшую клеточку, а на самом деле это «огромная империя» со своими правилами, законами и загадками, где постоянно и непрерывно происходят процессы, обеспечивающие жизнь каждого организма.
Список использованных источников и литературы:
Вермель Е.М. История учения о клетке. – М.: «Наука», 1970. – 257 с.
Трайтак Д.И. Биология: Растения, бактерии, грибы, лишайники: Пособие для учащихся 6-7 классов общеобразоват. учреждений. – М.: Мнемозина, 1998. – 272 с.
Ченцов Ю. С. Введение в клеточною биологию: Учебник для вузов. – 4-е изд. перераб. и доп./ Ю. С. Ченцов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. – 495 с.
Клетка // Биологический энциклопедический словарь / Гл. редактор Гиляров М. С.. – М.: «Советская энциклопедия», 1986. – С. 261 – 262. – 831 с.
http://biouroki.ru/material/plants/bakterii.html
https://www.sportobzor.ru/diety-pravilnoe-pitanie
http://deacademic.com
https://gufo.me/dict/biology_encyclopedia
Приложения
Приложение I
а б
в г
Фото 1. Рабочее место в лаборатории: а-микроскоп; б, в-оборудование и г-вещества для работы
Приложение II
а б
Фото 2. а- смыв влажной, ватной палочкой с поверхности кожи грязных рук (руки после занятий в школе) и чистых рук (руки помытые мылом); б- бактерии под микроскопом
Фото 3. Бактерии с чистых рук Фото 4. Бактерии с грязных рук
Приложение III
Опыт №1. Микропрепарат растительной клетки (клетки кожицы лука)
а б
в г
Фото 6. Подготовка препарата (а, б); в, г-Микропрепарат растительной клетки под микроскопом
Приложение IV
Опыт №3. Микропрепараты животной клетки
а б
в г
д е
Фото 7. Микропрепарат животной клетки (человека 38 лет); б, в, г, д, е-эпителий
а б
Фото 8. Микропрепарат животной клетки (человека 72 лет); а-эпителий; б-кокки
а б
Фото 8. Микропрепарат со слизистой оболочки полости пасти животного (пуделя); а-эпителий; б- клетки в форме палочек