VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние различных факторов на жизнедеятельность инфузории-туфельки
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение
Актуальность.
Простейшие организмы окружают нас повсюду. Их можно встретить в каплях воды, во влажной почве, на листьях растений, в органах животных и человека. Одно из них - инфузория-туфелька - представляет большой научный интерес, так как является наиболее удобной моделью для изучения жизнедеятельности живых организмов, а так же объектом, реагирующим на изменения качества среды. Мы решили изучить способы выращивания инфузорий, их реакцию на различные раздражители и устойчивость к воздействию внешних факторов.
Цель: изучить особенности жизнедеятельности инфузории-туфельки в различных условиях.
Задачи:
1. Провести анализ литературных источников об особенностях строения и жизнедеятельности инфузории-туфельки;
2. Познакомиться с различными методиками выращивания инфузории-туфельки в условиях школьной лаборатории;
3. Спланировать и провести эксперименты с инфузориями, выявляющими воздействие различных факторов на их жизнедеятельность;
4. Объединить полученные данные исследований, сделать выводы;
5. Предложить рекомендации по использованию проекта в дальнейшем.
Объект исследования: инфузория-туфелька.
Материалы и методы исследования: культура инфузории-туфельки, сбор луговых трав, сухая банановая кожура, яблочная кожура, молоко, гранулы сухого корма для рыб, предметные и покровные стекла, микроскоп, лупа, пробирки, пипетка, настольная лампа, комнатный термометр, миллиметровая бумага, светонепроницаемая бумага, поваренная соль, сахар, лимонный сок, раствор уксусной кислоты, индикаторные полоски, капля средства для мытья посуды, пластиковые пробирки, центрифуга. Методы исследования: наблюдение, экспериментирование, анализ полученных данных.
2. Основная часть
2.1. Обзор литературы
Инфузории являются одноклеточными животными, у которых клетка функционирует как целостный организм. Инфузорий примерно 8000 видов. Инфузория-туфелька (Paramecium caudatum) обитает в мелких стоячих водоёмах. Это одноклеточное животное длиной 0,5 мм имеет веретеновидную форму тела, отдалённо напоминающую туфлю. Инфузории все время находятся в движении, плавая тупым концом вперёд. Скорость передвижения этого животного достигает 2,5 мм в секунду. На поверхности тела у них имеются органоиды движения - реснички. Инфузория - туфелька питается бактериями и водорослями. В клетке у нее имеется два ядра: большое ядро (макронуклеус) отвечает за питание, дыхание, движение, обмен веществ, а малое ядро (микронуклеус) участвует в половом процессе. На теле имеется углубление - клеточный рот, который переходит в клеточную глотку. На дне глотки пища попадает в пищеварительную вакуоль. В пищеварительной вакуоле 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. Дыхание происходит через покровы тела. В организме инфузории-туфельки 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. Инфузория 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 получает часть органоидов, а другие образуются заново. При недостатке пищи или изменении температуры инфузории переходят к половому размножению с помощью конъюгации, а при неблагоприятных условиях могут превратиться в цисту. В естественной среде обитания, как и все организмы, инфузория - туфелька выполняет свои функции в общем круговороте жизни. Она является индикатором чистоты водоема, так как способна очищать пространство вокруг себя путем уничтожения многих видов бактерий и микроскопичных водорослей. Сама инфузория - туфелька является пищей для мелких беспозвоночных животных организмов.
2.2. Проведение собственных исследований.
1. Получение чистой культуры.
Культуру инфузории-туфельки для исследований в лабораторных условиях можно получить различными способами:
1. Взять 0,5 л отстоянной в темноте в течение 2-3 дней водопроводной воды и смешать ее с таким же объемом воды из долго действующего аквариума.
2. Взять воду из близлежащего водоема (пруда, озера, канавы, лужи).
3. Использовать воду из вазы с цветами (лучше, если ее не меняли в течение 5-6 дней).
К сожалению, используя данные способы, нам не удалось обнаружить и развести культуру инфузорий. Поэтому для проведения экспериментов мы взяли чистую культуру у аквариумистов, которые разводят этих простейших для выкармливания мальков рыб.
2. Разведение инфузорий на различных питательных средах.
Для выявления пищевых предпочтений инфузорий-туфелек и сравнения скорости их разведения мы использовали различные питательные среды и методики:
1. Взяли сено «Сбор луговых трав», купленное в зоологическом магазине, положили около 100 гр. в кастрюлю и прокипятили в течение получаса. Полученную бурую жидкость налили в емкость объемом 200 мл, разбавив водой до цвета жидкого чая. Через 3-4 дня на поверхности настоя развилась пленка сенных бактерий, являющихся наилучшей пищей для инфузорий. В этот раствор мы добавили 1 мл. чистой культуры инфузорий.
2. В емкость с обычной водопроводной водой объемом 200 мл поместили кусочек высушенной банановой кожуры и 1 мл. культуры инфузорий.
3. В емкость с обычной водопроводной водой объемом 200 мл капнули 1-3 капли молока и добавили 1 мл. чистой культуры инфузорий.
4. В емкость с обычной водопроводной водой объемом 200 мл поместили несколько гранул сухого рыбьего корма и 1 мл. культуры инфузорий.
5. В емкость с обычной водопроводной водой объемом 200 мл поместили кусочек яблочной кожуры, добавили 1 мл. чистой культуры инфузорий.
6. В емкость с обычной водопроводной водой объемом 200 мл поместили 1 мл. чистой культуры инфузорий, не добавляя никаких питательных веществ.
Наблюдения за количеством инфузорий в данных питательных средах велись в течение недели при оптимальной температуре 20-26 С0.
Для визуальной оценки количества инфузорий мы брали пробу объемом 1 мл из каждого питательного раствора ежедневно и фиксировали количество обнаруженных инфузорий. Через неделю больше всего инфузорий мы наблюдали в сенном растворе, в воде с сухой банановой кожурой их было чуть меньше. В емкости с инфузориями, которых кормили молоком, количество простейших было еще меньше, как и в емкости с хлопьями рыбьего корма. Вода с яблочной кожурой быстро помутнела, видимо бактерий стало очень много, и инфузории не успевали их съесть. Сильное помутнение воды - признак полной гибели инфузорий. Интересно, что в банке с водой без пищи инфузории прожили около 2 недель. Но количество их было единичным. Таким образом, мы сделали первый вывод: оптимальной пищей для инфузории при разведении в лабораторных условиях являются сенные бактерии и бактерии, полученные при настаивании воды с банановой кожурой. Однако при этом способе разведения отмечается характерный неприятный запах воды. Удобнее всего кормить инфузорий молоком раз в неделю.
3. Воздействие различных факторов на жизнедеятельность инфузорий.
Температура является одним из важнейших факторов, определяющим развитие организмов. В источниках литературы мы узнали, что инфузории лучше всего разводятся и живут при температуре 20-25С0 . А что будет, если понизить или повысить температуру. Для выявления диапазона устойчивости инфузорий к различным температурам мы провели следующие опыты:
1. Поместили культуру инфузорий в пробирке в помещение с температурой 10-15С0. Инфузории сохраняли жизнедеятельность.
2. Понизили температуру до 5С 0 . Активность инфузорий заметно понизилась.
3. Понизили температуру до 1-2 С0. Большинство инфузорий превратились в цисты на дне пробирки.
Таким образом, мы выяснили, что нижний температурный порог для инфузорий – 1-2 С0.
Если наоборот, повышать температуру, то происходит быстрое помутнение воды и инфузории гибнут. Мы нагревали емкости с инфузориями до 30, 35 и 40С0 . В последнем случае инфузории погибли.
Эти исследования говорят о широком диапазоне устойчивости инфузорий к температурному фактору: от 1 до 40 С0, что способствует их широкому распространению в природе.
Далее мы решили выяснить, как инфузории реагируют на химические раздражители (явление хемотаксиса) и на свет. Для определения влияния исследуемых веществ, мы наносили пипеткой на предметное стекло культуру инфузорий. Рассматривали характер движения инфузорий под микроскопом в естественной среде. Далее добавляли различные вещества и наблюдали за характером изменений одноклеточных. Засекали время, в течение которого наблюдалось прекращение движения, фиксировали изменения, происходящие в клетке инфузорий. Провели следующие опыты:
1. На предметное стекло поместили каплю культуры инфузорий-туфелек и рядом с ней нанесли каплю чистой воды. Обе капли соединили между собой водяным мостиком. Затем к капле с инфузориями с противоположной ее стороны придвинули несколько кристалликов поваренной соли. Соль, растворяясь в воде, начала действовать на инфузорий, которые устремились по водяному мостику в каплю с чистой водой. Через 7 минут все 6 инфузорий переплыли из одной капли в другую.
2. Подобный опыт провели с кристаллами сахара. Интересно, что сахар оказал более благоприятное воздействие, чем соль. Инфузории не переплывали очень долго и не все. В течение 15 минут в капле с сахаром так и остались плавать 3 из 6 инфузорий.
3. В каплю с инфузориями (5 шт.) мы капнули 1 каплю слабого раствора уксусной кислоты (столовый уксус, разбавленный в 2-3 раза водой). Инфузории погибли в течение 1 минуты. Аналогичная реакция была на кристаллы лимонной кислоты.
4. В 0,5 мл. раствора с инфузориями (в кол-ве 7 шт.) мы добавили 1 каплю средства для посуды Sorti. Через 10-20 секунд все инфузории погибли, содержимое их клеток разрушилось. Данный опыт демонстрирует быстрое губительное действие химических компонентов моющих средств на живые организмы. Если загрязнять естественные водоемы химикатами, мы можем потерять большинство из живущих в них простейших и нарушить процессы самоочищения водоемов и поддержания в них жизни.
5. Для изучения реакции простейших на действие света мы поместили инфузорий-туфелек в стеклянную пробирку с пробкой. Половину пробирки обернули светонепроницаемой бумагой и поместили ее под искусственный источник света (настольная лампа с лампочкой 60-100 Вт). Через некоторое время все инфузории переместились из освещенной части пробирки в затененную. Таким образом, мы выяснили, что инфузории не любят яркий свет.
Наиболее интересные материалы представлены в фотоотчете проекта (Приложение № 1).
Инфузории – очень интересный объект для наблюдения. Проведя простые демонстрационные опыты, мы решили пойти дальше и выяснить, а как инфузории реагируют на ускорение. Ведь этих простейших можно использовать в качестве моделей при постановке экспериментов в космосе. Для проведения экспериментов мы обратились за помощью к сотрудникам научно-исследовательского института, которые помогли нам провести опыты с инфузориями в центрифуге. Центрифугирование - метод разделения всевозможных неоднородных смесей на отдельные составляющие. Операция производится благодаря воздействию на вещества центробежной силой. В данном случае в центрифугу мы поместили полипропиленовые пробирки с инфузориями. В контроле мы еще раз с помощью микроскопа наблюдали за активным перемещением инфузорий. При ускорении в 100g отдельные инфузории остановились. При ускорении в 300g их выживаемость не ухудшилась. А вот при ускорении 900g почти все инфузории погибли. Ускорение в 2300g привело к полной гибели инфузорий. В результате мы сделали вывод, что инфузории могут выдерживать нагрузку менее 900g. Для наглядности мы сделали видеоотчет с результатами опыта.
3. Заключение
В результате проведенных экспериментов мы можем сделать следующие выводы:
1. Инфузория-туфелька является очень интересным объектом для наблюдения;
2. Оптимальной пищей для инфузории при разведении в лабораторных условиях являются сенные бактерии и бактерии, полученные при настаивании воды с банановой кожурой;
3. Инфузории-туфельки имеют широкий диапазон устойчивости к температурному фактору: от 1 до 40 С0, что способствует их широкому распространению в природе;
4. Инфузории отрицательно реагируют на такие химические раздражители, как соль. Менее активно проявляется их реакция на сахар;
5. Уксусная и лимонная кислота, средство для мытья посуды вызывают мгновенную гибель простейших;
6. Инфузории не любят яркий свет, предпочитая более затененные места;
7. Инфузория-туфелька проявляет большую устойчивость к воздействию ускорения.
Более сложное строение инфузории-туфельки по сравнению с другими простейшими, проявление раздражимости при воздействии различных факторов, быстрое размножение и неприхотливость к условиям содержания делает инфузорий удобным объектом при проведении многих исследований, например, в качестве индикатора токсичности воды, лекарств, пищи. В дальнейшем знания, полученные нами при проведении экспериментов, пригодятся для более подробного изучения биологии простейших.
4. Список использованной литературы и интернет-источников:
1. Юрьева Т., «Мир простейших».- Ростов-на-Дону: «Феникс», 1999г., 167 с.
2. Инфузория-туфелька [Электронный ресурс].-https://ru.wikipedia.org/wiki/
3. Реакции простейших на действие различных раздражителей [Электронный ресурс].- http://biologylib.ru/books/item/f00/s00/z0000028/st068.shtml
4. Значение инфузории-туфельки в природе [Электронный ресурс].- https://kratkoe.com/znachenie-infuzorii-tufelki/
Приложение №1
Фотоотчет о проведении экспериментов