XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Сравнение строения клеток живых организмов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Почему я выбрала эту тему?
Хочу понять, как устроены ткани живых организмов? Почему они быстро размножаются и почему умирают? Как используют эту способность организмов в быту?
Цель исследования.
Узнать больше о строении клеток живых организмов на примере грибов и бактерий.
Гипотезы исследования.
Возможно, ли при создании благоприятной среды вырастить группу простых организмов методом деления на примере дрожжевого гриба.
Где и когда данный метод используют в домашних условиях и в промышленности.
Задачи.
Провести лабораторные исследования и рассмотреть строение клеток.
Определить сходные особенности и различия в строении клеток живых организмов. Причины их гибели и возможность размножения.
Сделать выводы о особенностях строения тех или иных организмов
Собрать необходимые для сравнения материалы и систематизировать их.
Определить живые организмы какой группы используют для процесса выпекания хлеба, и нюансы данного процесса. Причины успеха и неудач.
Где и когда еще возможно использовать данные методы.
Методы исследования:
Теоретическое исследование;
Наблюдение.
I Вступление
Изучая данный вопрос в научно-популярной литературе, я выяснила, что клетка - целостная и сложная биологическая система, мельчайшая единица строения многоклеточных организмов. Части клетки обеспечивают её нормальную жизнедеятельность, а при размножении - передачу наследственных признаков от родителей детям. В отличие от растительных клеток в клетках животных нет пластид, отсутствует клеточная оболочка.
Тела всех живых организмов состоят из клеток. Есть организмы, тела которых состоят только из одной клетки, - это бактерии, одноклеточные водоросли и грибы, простейшие. Тела большинства животных состоят из множества клеток.
В своей работе я займусь анализом строения клеток простейших организмов.
II Основная часть.
1 Оборудование.
Аппаратура и материалы: микроскоп «Биомед-1» (объективы х4, х10, х40 и х100), готовые временные и постоянные биологические препараты; стекла предметные, стёкла покровные, чашка Петри, пинцет, игла.
2 Приготовления биологических препаратов
Выбор метода приготовления биологических препаратов зависит от цели и объекта исследования. В микробиологии чаще всего используют фиксированные препараты, в которых клетки убиты и прикреплены к предметному стеклу. Фиксированный мазок может быть окрашен методом простой или сложной окраски.
Рис 1 Исследовательская работа
3 Исследования.
Изучение строения клеток разных типов
Цель: изучить строение клеток, особенности строения и функционирования растительных и животных тканей.
Порядок и методика выполнения работы
Приготовить препараты типа «раздавленная капля», используя образцы растительных тканей.
Изучить строение клеток на примере клеток дрожжей под микроскопом, зарисовать препараты и подписать увиденные структурные компоненты клеток и тканей.
Изучить по плакатам и альбомам микроструктуру растительной клетки и ее строения.
Приготовить препараты клеток грибов (дрожжей, плесеней), просмотреть под микроскопом, зарисовать и подписать видимые структурные компоненты.
Изучить по альбомам ультраструктуру дрожжевой клетки.
Изучить по плакатам и альбомам микроструктуру животной клетки и ее строения.
Провести сравнительный анализ строения разных типов клеток.
Рис 4,5. Грибы на соке.
Рис 6,7 Грибы на хлебе.
Рис 8,9 Грибы под микроскопом.
4 Строение бактериальных клеток.
Бактерии – микроскопические одноклеточные организмы. Строение бактериальной клетки имеет особенности, которые являются причиной выделения бактерий в отдельное царство живого мира.
Большинство бактерий имеет три оболочки:
клеточная мембрана;
клеточная стенка;
слизистая капсула.
Непосредственно с содержимым клетки – цитоплазмой, соприкасается клеточная мембрана. Она тонкая и мягкая.
Клеточная стенка – плотная, более толстая оболочка. Её функция – защита и опора клетки. Клеточная стенка и мембрана имеют поры, через которые в клетку поступают необходимые ей вещества и удаляются ненужные.
Многие бактерии имеют слизистую капсулу, которая выполняет защитную функцию и обеспечивает слипание с поверхностями клеток других организмов.
Цитоплазма – это внутреннее содержимое клетки. На 75% состоит из воды. В цитоплазме находятся включения – капли жира и гликогена. Они являются запасными питательными веществами клетки.
Рис. 10. Схема строения бактериальной клетки.
Нуклеоид означает «подобный ядру». У бактерий нет настоящего, или, как ещё говорят, оформленного ядра. Это значит, что у них нет ядерной оболочки и ядерного пространства, как у клеток грибов, растений и животных. ДНК находится прямо в цитоплазме.
Функции ДНК:
сохраняет наследственную информацию;
реализует эту информацию, управляя синтезом белковых молекул, характерных для данного вида бактерий.
Отсутствие истинного ядра – самая важная особенность бактериальной клетки.
В отличие от клеток растений и животных, бактерии не имеют органоидов, построенных из мембран.
Но клеточная мембрана бактерий в некоторых местах проникает в цитоплазму, образуя складки, которые называются мезосомой. Мезосома- участвует в размножении клетки и обмене энергии и заменяет функции мембранных органоидов.
Единственный органоид, имеющийся у бактерий – рибосомы. Это маленькие тельца, которые размещены в цитоплазме и синтезируют белки.
У многих бактерий есть жгутик, с помощью которого они перемещаются в жидкой среде.
Форма клеток бактерий различна. Бактерии в виде шара называются кокками. В виде запятой -вибрионами. Палочкообразные бактерии -бациллы. Спириллы- имеют вид волнистой линии.
Рис. 11. Формы клеток бактерий.
Бактерии можно увидеть только под микроскопом. Средние размеры клетки 1–10 мкм. Встречаются бактерии длиной до 100 мкм. (1 мкм = 0,001 мм).
Спорообразование
При наступлении неблагоприятных условий бактериальная клетка переходит в спящее состояние, которое называется спорой. Причинами спорообразования могут быть:
пониженные и повышенные температуры;
засуха;
недостаток питания;
опасные для жизни вещества.
Переход происходит быстро, в течение 18–20 часов, а находиться клетка в состоянии споры может сотни лет. При восстановлении нормальных условий бактерия за 4–5 часов прорастает из споры и переходит в обычный режим жизнедеятельности.
Рис. 12. Схема образования споры.
Размножение
Бактерии размножаются простым делением. Одна клетка делится на две. Период от рождения клетки до её деления составляет 20–30 минут. Поэтому бактерии широко распространены на Земле.
5 Особенности строения грибной клетки.
У большинства грибов клетка по своему строению и выполняемым ею функциям в целом аналогична клетке растений. Она состоит из твердой оболочки и внутреннего содержимого, представляющего собой цитоплазматическую систему, окруженную цитоплазматической мембраной и содержащую митохондрии, рибосомы, ядро (или ядра), вакуоли и различные включения. Однако грибная клетка имеет ряд специфических особенностей, отличающих ее от растительной клетки и послуживших в числе других аргументов основанием для выделения грибов в самостоятельное царство живой природы.
Клеточная оболочка у грибов выполняет роль защитного барьера и, кроме того, непосредственно участвует в процессах питания гриба и обмена веществ между клеткой и внешней средой. Оболочка клетки может быть однослойной или многослойной, разнообразной по химическому составу. Они могут изменяться с возрастом, при переходе из одной фазы развития в другую, под влиянием условий питания и других факторов. Оболочки молодых клеток обычно тонкие, бесцветные, однородные по структуре. По мере старения оболочка может утолщаться, ослизняться, становиться более темной благодаря отложению пигментов. Наружные слои оболочки клеток (особенно спор) многих грибов пропитаны воском и жиром, что делает их не смачиваемыми. У трутовых грибов, особенно часто в плодовых телах, наблюдаются опробковение оболочек. Ядро в клетках грибов четко обособлено, снабжено оболочкой и содержит ядрышко. У грибов разных систематических групп число ядер в клетке неодинаково. Хорошо развитый мицелий низших грибов содержит много ядер. Своеобразная особенность грибов - отсутствие в цитоплазме их клеток растительного крахмала. В то же время важнейшая роль, принадлежит гликогену, который является основным запасным веществом грибной клетки и равномерно распределяется по всей цитоплазме в виде мелких гранул.
В клетках гриба есть свои кладовые, где хранятся запасы питательных веществ; гликоген в виде гранул содержится в цитоплазме, там же можно обнаружить капли масла и волютин (питательное вещество, состоящее из полифосфатов, а также соединений, близких к нуклеиновым кислотам), который играет важную роль в процессах обмена. Из других включений в клетках многих грибов содержатся жировые вещества; особенно богаты ими споры, плодовые тела, склероции, старые части мицелия. Жиры находятся в цитоплазме в мелко распылённом состоянии или образуют более крупные капли (липосомы).
Р ис. 14. Строение клетки грибов
Общие черты строения ядерных клеток
Снаружи все ядерные клетки покрыты тончайшей мембраной, которая защищает внутреннее содержимое клеток, связывает их между собой и с внешней средой.
Важнейший органоид всех клеток растений, животных и грибов — ядро. Обычно оно находится в центре клетки и содержит одно или несколько ядрышек. В ядре имеются хромосомы — специальные тельца, которые становятся видимыми только во время деления ядра. Они хранят наследственную информацию.
Обязательная часть клеток растений, животных и грибов — бесцветная полужидкая цитоплазма. Она заполняет пространство между мембраной и ядром. В цитоплазме, кроме ядра, находятся и другие органоиды, а также запасные питательные вещества. Общие черты в строении ядерных клеток говорят о родстве и единстве их происхождения.
Размер и форма клеток зависят от того, какую работу (функцию) они выполняют в организме.
Снаружи животная клетка покрыта эластичной клеточной мембраной. Она отделяет содержимое клетки от наружной среды и способна пропускать внутрь клетки одни вещества, а из клетки — другие, обеспечивая обмен веществ. В растительной клетке снаружи от мембраны расположена плотная оболочка, содержащая целлюлозу. В отличие от растительных клеток клетки животных такой оболочки не имеют.
6. Отличия клеток растений, животных и грибов
Несмотря на сходство, клетки растений, животных и грибов имеют существенные различия.
В клетках растений и грибов поверх мембраны расположена плотная оболочка, состоящая из углеводов. У растений она построена из целлюлозы, а у большинства грибов — из хитина. Животная клетка имеет только клеточную мембрану. Плотной оболочки у нее нет.
Отличительная черта растительных клеток — наличие в цитоплазме особых образований — пластид. В клетках листьев пластиды зеленые. В других клетках растений пластиды могут быть бесцветными, желтыми, оранжевыми или красными (клетки плодов). Зеленые пластиды — это хлоропласты (от греч. Chloros — зеленый). Их так много, что трудно обнаружить ядро. Зеленый цвет хлоропластам придает пигмент — хлорофилл. С помощью хлорофилла клетки растений улавливают энергию солнечных лучей и образуют органические вещества.
Животные питаются готовыми органическими веществами, созданными растениями. Вот почему в их клетках пластиды отсутствуют.
Вирусы.
Существуют организмы, не имеющие клеточного строения. Это вирусы. Вирусы паразитируют внутри клетки. Они способны жить и размножаться только в клетках других организмов. Вне клетки-хозяина вирусы не проявляют признаков жизни. В настоящее время известно более 500 видов вирусов животных и более 300 — у цветковых растений. У человека вирусы вызывают такие заболевания, как грипп, корь, ветряная оспа, СПИД, Ковид 19.
Грибы.
Грибы одно из царств живых организмов. Грибы соединяют признаки растений и животных. С растениями их сближают: способ поглощения питательных веществ (они не способны, как животные, заглатывать пищу), способность к неограниченному росту, наличие жёсткой клеточной стенки и размножение спорами. Сходство с животными определяют: отсутствие хлоропластов и гетеротрофный тип питания, хитин в клеточной стенке, запасной продукт – гликоген, мочевина в обмене веществ, необходимость в витаминах для процессов жизнедеятельности. Тело грибов состоит из ветвящихся нитей – гиф. По типу питания грибы бывают сапротрофами, паразитами и симбионтами. Сапротрофные грибы вырабатывают разнообразные ферменты, что позволяет им осваивать разные субстраты. Вместе с бактериями они образуют группу редуцентов, благодаря которой происходит обмен веществ в природе. Грибы-паразиты могут паразитировать на растениях и на животных. Некоторые из них бывают высокоспецифичны, другие способны заражать широкий круг хозяев. Грибы-симбионты принимают участие в образовании лишайников и микоризы.
Размножаются грибы вегетативным, бесполым и половым путём. Вегетативное размножение происходит частями мицелия, у дрожжевых грибов – почкованием. Бесполое размножение осуществляется с помощью неподвижных (спорангиоспоры) и подвижных (зооспоры) спор, развивающихся в спорангиях, или конидиями – экзогенными спорами, формирующимися на конидиеносцах – специальных гифах мицелия. У шляпочных грибов половой процесс размножения (соматогамия) заключается в слиянии содержимого вегетативных клеток.
Шляпочные грибы имеют вегетативное тело – мицелий, или грибницу, расположенное в субстрате и состоящее из шляпки и пенька (в обиходе – гриб). У одних грибов (напр., у белого, подосиновика, подберёзовика) нижний слой шляпки пронизан трубочками, у других (напр., у сыроежек, шампиньона, мухоморов) покрыт многочисленными пластинками. В трубочках и на пластинках плодовых тел образуется множество спор, которыми эти грибы размножаются. Высыпаясь, споры подхватываются токами воздуха или разносятся животными. Попав в благоприятные условия, они прорастают в гифы. В субстрате очень скоро происходит половой процесс – соматогамия.
Жизнедеятельность одних грибов (съедобные, почвообразующие, пеницилл, чага, дрожжи ) имеет для человека положительные последствия, других ( ядовитые грибы, домовые грибы, головнёвые грибы, спорынья, мукор, ржавчинные грибы, мучнисторосяные грибы, склеротиния) – отрицательные.
7. Создание благоприятной среды для выращивания простых организмов методом деления на примере дрожжевого гриба.
Дрожжи
Представителями одноклеточных грибов являются, например, дрожжи.
Дрожжевых грибов известно около 500 видов. Дрожжевые грибы встречаются в природе на поверхности растений, в нектаре цветков, на плодах,, в почве. Они не образуют типичного мицелия. Тело дрожжей — одиночная округлая клетка. Дрожжам характерно размножение почкованием: на теле гриба образуется выпячивание (как почка), которое растёт, а затем отделяется от матерински клетки и ведёт самостоятельный образ жизни. Почкующиеся клетки дрожжей похожи на ветвящиеся цепочки.
С давних пор человек использует дрожжи для приготовления хлеба.
При благоприятных условиях дрожжи размножаются и растут очень быстро, так как отличаются высокой интенсивностью обмена веществ. При этом они значительно изменяют химический состав окружающей среды. В клетках дрожжей происходит спиртовое брожение. Дрожжи питаются сахаром, превращая его в спирт. При этом выделяется углекислый газ, который способствует подниманию теста, делает его лёгким и пористым.
Некоторые дрожжевые грибы люди используют в пивоварении, виноделии и как белковый корм в животноводстве.
Как размножить дрожжи
Вопрос как размножить дрожжи может возникнуть, если у вас имеется проверенный штамм культурных дрожжевых грибков, и вы хотите им поделиться с другом, или имеющегося количества микроорганизмов недостаточно. Недостаток дрожжевой массы может не только затормозить процесс сбраживания, но и привести к гибели культурного штамма, поскольку в некоторых видах сусла (из свежевыжатого сока фруктов и ягод, в частности) могут содержаться молочнокислые микроорганизмы, которые подавят действие дрожжевых грибков.
Для предотвращения подобных проблем существуют различные способы разведения, или размножения культурных штаммов дрожжевых грибков.
Технология разведения дрожжей различными способами
Обзавестись дополнительными дрожжами в домашних условиях можно, создав для имеющихся штаммов благоприятную питательную среду для размножения.
После опорожнения тары, где хранилось приготовленное в домашних условиях пиво, остается осадок, в котором содержатся пивные дрожжевые грибки. Хранение этого осадка в холодильнике возможно, если поместить его в чистую банку и залить водой. Но срок сохранности их низок, а эффективность резко снижается с каждым днем хранения. Размножение пивных турбо дрожжей непростой, но возможный процесс не только для опытного пивовара, главное — аккуратность и стерильность.
Размножить пивные турбо дрожжи можно, сварив для них из солодового экстракта 6-8% питательную смесь. После 20-минутной стерилизации смеси путем кипячения ее остужают, сливают верхний слой жидкости без осадка, еще раз стерилизуют на водяной бане, охлаждают, заливают осадок с культурным штаммом. Банка помещается в темное место на несколько дней для брожения. В холодильник банку надо переместить, не дожидаясь окончания брожения. После того, как дрожжевая масса осядет на дно, слить воду, дрожжевую массу промыть 2-3 раза с интервалами в день для отстоя. Хранить в холодильнике при температуре 5 градусов.
Дрожжи в хлебопечении
В основе приготовления большинства хлебных изделий лежит пресное тесто, приготовленное на дрожжевой закваске с использованием готовых дрожжей либо выращенных в домашних условиях. Обычные хлебопекарные дрожжи (биол. «Saccharomyces cerevisiae») быстро размножаются во влажной среде. Эти организмы питаются как простыми (сахар), так и сложными углеводами (мука, крахмал – основные компоненты закваски), а один из продуктов их жизнедеятельности, постепенно выделяющийся углекислый газ, как раз и способствует рыхлению и подъему теста. Происходит это следующим образом. Клейковина, группа белков злаковых культур (особенно пшеницы, ржи, овса), при взаимодействии с влагой образует пространственную сетку, задерживающую молекулы углекислого газа, образуя рыхлую структуру, которая фиксируется в процессе выпечки хлеба. Особо богата клейковиной пшеничная мука. Выделяемый дрожжами этиловый спирт испаряется при выпекании.
Разновидности дрожжей
На данный момент немногие самостоятельно выращивают дрожжи в домашних условиях, то есть готовят закваску, так как это не совсем простой процесс и не всегда заканчивающийся успешно. Дрожжи производятся в промышленных масштабах, они доступны и при правильном использовании гарантируют хороший результат. На полках магазинов можно встретить так называемые «свежие дрожжи», продающиеся в виде брикетов и «сухие гранулированные дрожжи».
Свежие дрожжи должны иметь светло-коричневую окраску и быть плотными и холодными на ощупь. Крошение и темный цвет таких дрожжей говорит об их порче и непригодности для хлебопечения. Свежие прессованные дрожжи – продукт, которые долго не хранится. При температуре 0-4 градуса дрожжи определенных марок можно хранить 30-35 суток.
Как приготовить закваску?
Для активного размножения дрожжевых грибков, им нужна вода и пищевой компонент (мука, крахмал, иногда и сахар). Такие закваски довольно капризны, поэтому для пущей уверенности в успехе в закваску добавляют немного концентрированных дрожжей для затравки (простая кислая закваска). Но опытные хлебопеки получают полностью «дикие дрожжи», например смешиванием муки, тертого вареного картофеля, картофельного отвара и сахара с последующим выстаиванием смеси в течение 3 суток. Кислые закваски хранятся довольно долго, не теряя своих хлебопекарных свойств. От вас лишь требуется периодическое добавление в закваску муки, воды и выдерживание в теплом месте после каждого ее использования. Тут и преимущество – в доме всегда есть дрожжи, можно печь домашний хлебушек в любое время. Если вы используйте закваску реже одного раза в неделю, то каждые 3-4 недели выбрасывайте половину закваски и добавляйте столько же муки и воды. Перед использование закваску активируйте – добавьте муки и воды, оставьте на ночь в теплом месте. Очень часто для приготовления хлебного теста используют и закваску и промышленные дрожжи одновременно.
III. Вывод.
В результате своего исследования я поняла, что одноклеточные организмы имеют примитивное строение и представлены одной клеткой Она является целостным организмом.
В своей следующей работе я постараюсь изучить более сложные организмы.
IV Использованные источники.
|
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11. — 6 издание. — Москва: Дрофа, 2005. — С. 71-78. — 367 с. — ISBN 9785358085466. §18 Сходства и различия в строении прокариотических и эукариотических клеток, §19 Сходство и различия в строении клеток растений, животных и грибов |
|
Glenn Toole, Susan Toole. Essential Biology. — Trans-Atlantic Publications, Inc., 2004. — P. 20-21. — 280 p. — ISBN 0748785116. |
|
Mary K. Campbell, Shawn O. Farrell. Biochemistry. — 8 Edition. — P. 16-17. — 864 p. — ISBN 1285429109. |