XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние физико-химических свойств среды обитания на активность простейших

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Мослякова А.А. 1

---

1МОУ гимназии №16 «Интерес», корпус им. Черёмухина А.М.

Корякина В.В. 1

---

1МОУ гимназии №16 «Интерес», корпус им. Черёмухина А.М.

Работа в формате PDF

2.3 MB

Введение

Проект по выращиванию инфузорий способствует пониманию экологических процессов в современном мире, изучению методов мониторинга окружающей среды, улучшению систем очистки воды.

Использование инфузорий, как тест-организмов для оценки токсичности различных сред.

Развитие навыков наблюдения, анализа данных и формулирования выводов.

Цель: изучить влияние физико-химических факторов среды обитания на активность простейших.

Задачи:

• подобрать и изучить литературу и сведения из интернет-источников об особенностях строения и жизнедеятельности простейших;

• познакомиться с методиками выращивания культуры простейших;

• отработать навыки работы с микроскопом и цифровым видео окуляром и с их помощью спланировать и провести эксперименты, выявляющие воздействие различных факторов на активность простейших;

• проанализировать полученные в ходе эксперимента результаты, сделать выводы;

Методы исследования:

• поиск, изучение и анализ теоретического материала;

• наблюдение;

• описание;

• экспериментирование;

• анализ полученных данных.

Материалы и оборудование:

• Микроскоп биологический: Мирокромед С-11, видео окуляр Микромед Эврика 2.0 МР;

• предметные и покровные стекла, лупа, пробирки, пипетка, фонарик, пинцет;

• культура простейших, сухая банановая кожура, аквариумная вода;

• поваренная соль, сахар, лимонная кислота, сода, жидкое мыло, индикаторные полоски.

Объект исследования: простейшие (инфузории).

Предмет исследования: факторы среды обитания, влияющие на активность простейших.

Гипотеза: проанализировав полученные в ходе экспериментов данные, получим подтверждение тому, что инфузории своим поведением могут указывать на изменения в среде обитания.

Практическая значимость проекта состоит в том, что его материалы и обобщения способствуют расширению знаний о простейшем одноклеточном организме, а исследовательские навыки, умения работать с цифровыми приборами развивают наши исследовательские возможности.

1. Основная часть

1.1. Теоретическая часть.

Представители простейших:

Инфузория-туфелька

Из учебников по биологии, научно-популярной литературы, интернет-источников я нашла материал об этом удивительном животном, необходимый для проведения изучения поведения простейших. Из них узнала, что Инфузория-туфелька (Paramecium caudatum или парамеция по систематике) является простейшим видом одноклеточных микроскопических организмов, у которых клетка функционирует как целостный организм. Это одноклеточное животное. По размерам она достигает от десяти микрометров до четырёх с половиной миллиметров, но подобные виды встретить можно редко. Чаще она бывает длиной - 0,5 мм и имеет веретеновидную форму тела, отдалённо напоминающую туфлю. (Приложение №1 «Строение инфузории-туфельки и пищеварительная система»)

Они постоянно находятся в движении, плавая тупым концом вперёд. На поверхности тела у них имеются органоиды движения – реснички, количеством до 15 тысяч штук. Скорость передвижения этого животного достигает 2,5 - 3 мм в секунду и за это время инфузория преодолевает расстояние, превышающее длину её тела в 15 раз!

По строению и жизнедеятельности инфузории обладают одинаковой формой и размером, вне зависимости от того, в каких условиях они находятся. Однако их жизнедеятельность меняется в зависимости от температуры и света.

Стилонихия

Часто встречающимся представителем интересной группы брюхо-ресничных простейших можно назвать стилонихию (Stylonichia Mytilus) – это довольно крупная инфузория, длинна до 0,3мм, живущая на дне пресноводных водоёмов на водной растительности. В отличие от туфельки у стилонихии отсутствует сплошной ресничный покров, а весь ресничный аппарат представлен ограниченным числом строго определённо расположенных ресничных образований.

Тело стилонихии (как и других брюхо-ресничных простейших) сильно сплющено в спино-брюшном направлении, у неё ясно различимы спинная и брюшная стороны, передний и задний концы. При рассматривании животного с брюшной стороны ясно видно, что в передней трети слева расположен сложноустроенный перистом и ротовое отверстие.

Все ресничные образования, связанные с движением и захватом пищи, сосредоточены на брюшной стороне животного. Здесь расположены брюшные цирры. Каждый из них – сложное ресничное образование, представляет собой кисточки. При помощи цирр животное довольно быстро передвигается, «бегает» по субстрату, кроме этого, стилонихия способна производить довольно резкие и сильные скачки, сразу отрываясь от субстрата (при помощи двух мощных хвостовых цирр).

(Приложение №2 «Строение инфузории-стилонихии»)

(Приложение №3 «Многообразие простейших»)

(Приложение №6 «Фото инфузорий, зафиксированных в процессе проведения исследования»)

Питание, дыхание, обмен веществ, размножение, раздражимость:

Внутреннее строение простейших, способы питания и размножения похожи. Они относятся к простейшим с очень широким диапазоном пищевых объектов: бактерии, жгутиконосцы, одноклеточные водоросли. Стилонихия может быть и хищником, нападая на другие более мелкие виды простейших и поглощая их.

Инфузории питаются бактериями и водорослям, которые обитают в мутной и грязной воде. На теле простейших имеется углубление - клеточный рот, который переходит в клеточную глотку. На дне глотки пища попадает в пищеварительную вакуоль. В пищеварительной вакуоли пища переваривается в течение часа, вначале при кислой, а затем при щелочной реакции среды. Пищеварительные вакуоли перемещаются в теле инфузории током цитоплазмы. Непереваренные остатки выбрасываются наружу в заднем конце тела через особую структуру - порошицу, расположенную позади ротового отверстия.

(Приложение №1 «Строение инфузории-туфельки и пищеварительная система»)

Дыхание происходит через покровы тела. В организме инфузории находятся две сократительные вакуоли, которые располагаются у переднего и заднего концов тела. В них собирается вода с растворёнными веществами. У пресноводных одноклеточных животных через сократительные вакуоли удаляется избыток воды, постоянно поступающей в их тело из окружающей среды.

В клетке у инфузории имеется два ядра: большое ядро (макронуклеус) отвечает за питание, дыхание, движение, обмен веществ, а малое ядро (микронуклеус) участвует в половом процессе. Этот одноклеточный организм обычно размножается бесполым путём - делением надвое. Ядра делятся на две части, и в каждой новой инфузории оказывается по одному большому и по одному малому ядру. Каждая из двух дочерних клеток получает часть органоидов, а другие образуются заново.

При недостатке пищи или изменении температуры инфузории переходят к половому размножению с помощью конъюгации (сближение), а при неблагоприятных условиях могут превратиться в цисту (неподвижный организм с дополнительными оболочками)

Инфузориям свойственны все признаки живого одноклеточного организма: обмен веществ, рост и развитие, размножение, раздражимость.

(Приложение №1 «Строение инфузории-туфельки и пищеварительная система»)

Чувствительность инфузорий:

Раздражимость – способность живого существа отвечать на воздействие окружающего мира активной деятельностью. В ответ на раздражение простейшие перемещаются в пространстве к источнику раздражения или от него. Движение к раздражителю – положительный таксис, от раздражителя – отрицательный.

Инфузории обладают очень тонким химическим чувством. Они могут различать в воде небольшие доли различных растворенных солей и кислот, а также тяжёлые металлы и ядовитые вещества. В связи с этим, в лабораториях инфузории применяются для обнаружения в воде примесей.
Этот факт должен пригодиться нам в исследовательской части работы.
Таким образом, инфузория относится к одним из самых простейших одноклеточных организмов, но под её оболочкой (мембраной) находится все необходимое для жизнедеятельности организма.

Инфузории чувствительно относятся к свету и изменениям температуры. Когда температура снижается до 15 градусов, инфузории не питаются и не размножаются, впадая в процесс анабиоза. То же самое касается света. Чем ярче светит солнце, тем быстрее одноклеточный организм впадает в анабиоз. В этом заключаются особенности её процесса жизнедеятельности.

2. Исследовательская часть

2.1. Освоение цифрового видеоокуляра, изучение правил работы с ним.

Для того, чтобы оборудование помогало нам в подробном изучении и рассмотрении поведения инфузории, надо сначала совершенствовать навыки работы с ним.

Работа по изучению простейших проведена с использованием микроскопа и специальной программы Micromed View – это удобная программа, с помощью которой можно выводить изображения на экран компьютера, делать фотографии и снимать видеоролики, редактировать файлы, проводить различные действия с наблюдаемыми объектами. (Приложение №5 «Оборудование»)

2.2. Получение чистой культуры инфузории.

Ознакомившись с существующими методиками из научно-популярной литературы и электронных источников по вопросам разведения простейших, в течение двух недель выращивала инфузории, поддерживая оптимальные условия для них: комнатная температура и полумрак. Использовала в своём эксперименте наиболее доступную методику (Приложение № 4 «Выращивание культуры инфузорий в домашних условиях»)

Отстоянную водопроводную воду в смеси с водой из действующего аквариума, в которую поместила кусочек высушенной банановой кожуры. Через неделю вода слегка потемнела, появилась взвесь – это образовались колонии бактерий – пища простейших). Постепенно в растворе появились кусочки прозрачной слизи. Рассмотрев их под микроскопом, обнаружила инфузории. Ещё через некоторое время вода посветлела — это «сработали» инфузории.

Наблюдения за количеством простейших велись в течение 2 недель при оптимальной комнатной температуре. Результаты представлены в таблице (Приложение №7«Оценка результатов эксперимента по выращиванию инфузорий»)

2.3. Наблюдение за воздействием на жизнедеятельность простейших различных факторов

Физических:

Температура.

Температура является одним из важнейших факторов, определяющим развитие организмов. Благоприятная температура для жизни и размножения инфузорий 20-25 градусов тепла. Провела следующие опыт:

На предметном стекле поместила в холодильник (температура до +5 градусов) каплю с инфузориями, через 30 мин. инфузории сохраняли жизнедеятельность, но сильно замедлили своё движение.

Повысила температуру (нагрела в посуде с горячей водой свыше 40 градусов) - происходит помутнение воды и инфузории гибнут.

Свет.

Для изучения реакции простейших на действие света воздействовали точечно на левую часть капли с инфузориями ярким искусственным светом фонарика. Через некоторое время (3 минуты) часть простейших переместились из освещённой части капли в затенённую.

Результаты представлены в таблице (Приложение № 8 «Поведение инфузорий при изменении условий среды»)

Химических:

Выяснение реакции инфузорий на химические раздражители:

нанесла пипеткой на предметное стекло культуру простейших и отслеживала характер движения простейших под микроскопом. Затем добавляла разные химические вещества и наблюдала за характером изменений движения, активности простейших, фиксировала изменения.
В ходе подготовки к опыту познакомилась с действием индикаторных полосок и определением рH среды (мера определения кислотности водных растворов). С их помощью определяла, как меняется среда: когда она нейтральная, при добавлении каких веществ становится кислой или щелочной, и как это влияет на поведение простейших.

Провела следующие опыты:

- На предметное стекло поместила каплю культуры простейших и рядом с ней нанесла каплю чистой воды, соединила их иголкой водяным мостиком. Затем к капле с инфузориями внесла пинцетом несколько кристалликов поваренной соли. Соль, растворяясь в воде, начала действовать на простейших, которые устремились по водяному мостику в каплю с чистой водой (отрицательный таксис).

- Подобный опыт провела и с кристаллами сахара. Но сахар оказал более благоприятное воздействие, чем соль. Инфузории долго не переплывали в каплю с чистой водой.

- Приготовила раствор бифидумбактерина (аптечный пузырёк) и добавила в каплю с инфузориями. На экране монитора было хорошо видно, как инфузории активно двинулись к месту скопления бактерий.

- В каплю с инфузориями добавила кристаллики лимонной кислоты. Инфузории погибли в течение 1 минуты (среда из нейтральной стала кислой-проверила с помощью индикаторной полоски – она изменила цвет на красный – кислая среда)

- При добавлении кристаллов соды, мелких капелек жидкого мыла – итог тот же - гибель простейших (изменяется pH среды: среда из нейтральной стала щелочной – проверила с помощью индикаторной полоски – она изменила цвет на синий)

(Приложение №8 «Поведение инфузорий при изменении окружающей среды», Приложения №9, №10, №11 «Фото проведённых опытов»)

2.4 Выводы

Цель проекта достигнута: в ходе экспериментов изучила влияние физико-химических факторов среды обитания на активность простейших.

Оценивая поставленные задачи, могу сказать, что они выполнены:

- найденные источники сведений об особенностях строения и жизнедеятельности простейших были очень полезны;

- научилась выращивать культуру простейших в домашних условиях;

- отработала некоторые навыки работы с микроскопом и цифровым окуляром, с помощью которых проводила эксперименты, выявляющие воздействие различных факторов на активность простейших;

- полученные в ходе эксперимента результаты обработала и сделала выводы, подтверждающие гипотезу о том, что инфузории своим поведением указывают на изменения в среде обитания.

Опытным путём установила, что инфузории всегда есть в воде действующего аквариума, в воде, где несколько дней стоят срезанные цветы; активно размножаются, если их «подкармливать», а также они хорошо культивируются при наличии бананового настоя.

На основе наблюдений за живым объектом можно сделать и следующие выводы:

1. Простейших достаточно легко можно обнаружить в природе, найти в аквариуме, вырастить в домашних условиях и в условиях школьной лаборатории;

2. Инфузории имеют широкий диапазон устойчивости к температурному фактору: от 2-3 до 40 градусов Цельсия, что способствует их широкому распространению в природе;

3. Оптимальной пищей для простейших при разведении в лабораторных условиях являются сенные бактерии, бактерии, полученные при настаивании воды с банановой кожурой, бифидумбактерии и молочнокислые (узнала из литературы);

4. Инфузории отрицательно реагируют на такие химические раздражители, как соль, сода;

5. Лимонная кислота, средство для мытья посуды вызывают быструю гибель простейших;

6. Инфузории не любят яркий свет, предпочитая более затенённые места.

Заключение

Опытным путём было установлено, что некоторые химические вещества, меняющие резко рН среды (кислота, сода) или имеющие токсины (моющее средство), оказывают губительное действие на живые организмы, потому что в моем опыте они прекращали движение, замирали, погибали. Некоторые факторы (небольшое снижение температуры, неяркий свет), изменяющие среду обитания, не показывают активной реакции в поведении простейших. При наличии других факторов (соль, яркий свет) инфузории проявляют отрицательный таксис («убегают»), а при добавлении пищи (бактерий, сахара) происходит положительный таксис («прибегают»), становясь очень активными.

Полученные знания о строении, поведении инфузории, её индикаторных свойств, указывающих на изменение среды обитания, показали, что эти простейшие организмы можно использовать как интересные объекты для исследований в школьных лабораториях, а также – как средство биологической очистки, как в аквариуме, так и в природе, поскольку инфузории питаются бактериями и считаются естественными природными санитарами.

Подводя итог всей работы по проекту, я получила представление об исследовательской деятельности, новые навыки экспериментирования, утвердилась в значимости для нас науки - биологии.

Проведение научных опытов позволит попробовать свои силы в области биотехнологии, ведь процесс выращивания простейших требует подбора и соблюдения условий для культивирования.

Список использованных источников и литературы:

1. 1. Биологический эксперимент в школе. Книга для учителя — М.: «Просвещение», 1990 г. стр. 86 – 90;

   2. В. В. Пасечник: учебник для общеобразовательных организаций. Биология 7 класс/ С. В. Суматохин, Г. С. Калинова— 3-е изд. — М.: Просвещение, 2014.

   3. Интересный микроскоп. Изучаем микромир. Руководство. Levenhuk Press, 2018; с 4-13, 26-29

   4. Интернет источники

   5. Исследовательская деятельность. Образовательный модуль. Серебренникова Ю.А., Муратходжаева Н.С., Коновалова Т.Г. — Москва 2021г., с 128-129

   6. Энциклопедия для детей. Биология. Том 2. Издательство: Аванта плюс, 2008

Приложение № 1:

Строение инфузории-туфельки:

Пищеварительная система инфузории-туфельки:

- Клеточный рот с длинными ресничками (захват бактерий)

- Глотка (образуются пищеварительные вакуоли)

- Порошица (выбрасываются непереваренные остатки пищи)

Приложение № 2:

Строение инфузории-стилонихии:

Инфузория-стилонихия:

Приложение № 3:

Многообразие простейших:

1 – Туфелька

2 – Стентор (Трубач)

3 – Бурсария

4 – Стилонихия

5 – Сувойка

При выращивании культуры

были обнаружены следующие виды инфузорий: туфелька, трубач, стилонихия, сувойка

Приложение № 4:

Выращивание культуры инфузорий в домашних условиях:

Для исследований в домашних условиях культуры инфузории я использовала воду из двух разных аквариумов, находящихся у разных владельцев.

Выращивание происходило в двух разных ёмкостях.

Один сосуд – бутыль с высоким, узким горлом. Аквариумисты используют такие бутыли для выращивания простейших на корм малькам аквариумных рыб. С помощью высокого горла и фильтра из крупнопористой губки можно легко выделить чистую культуру простейших (я решила попробовать это сделать).

Второй сосуд – банка 500 мл.

Приложение № 5 «Оборудование»:

Микроскоп биологический - Мирокромед С-11:

Видео окуляр Микромед Эврика 2.0 МР

с ПО MicromedView:

Приложение № 6:

Фото инфузорий, зафиксированных в процессе проведения исследования:

Стилонихия

Туфелька

Сувойка, трубач

Стилонихия

Стилонихия

Сувойка

Приложение № 7:

Приложение № 8:

Приложение № 9 «Фото опытов»:

Кристаллы соли под микроскопом:

Инфузория у кристалла сахара:

Приложение № 10 «Фото опытов»:

Щелочная реакция среды (при добавлении соды)

– индикатор изменил окраску на синий

Гибель инфузорий в щелочной среде

Кислая реакция среды (при добавлении лимонной кислоты)

– индикатор изменил окраску на красный

Приложение № 11 «Фото опытов»:

Инфузории у раствора бифидумбактерина: