VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение взаимодействующих популяций на примере плесневых грибов Мукора и Пеницилла

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Бастраков А.А. 1

---

1МБОУ СОШ № 13

Колосова Л.Г. 1

---

1МБОУ СОШ № 13

Работа в формате PDF

103.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

I ВВЕДЕНИЕ.

В природных условиях каждый живой организм живет не в изоляции. Его окружает множество других представителей живой природы. И все они взаимодействуют друг с другом.

В сообществах организмы одной популяции могут питаться особями другой; могут использовать их как среду обитания; один из видов может испытывать на себе влияние продуктов жизнедеятельности другого. Разные организмы могут использовать один и тот же ресурс.

Экологические взаимодействия обычно имеют чрезвычайно сложный характер, зависят от многих факторов и по разному протекают в различных условиях. Это делает их труднопредсказуемыми.

Упрощенную модель взаимодействующих популяций можно наблюдать вне природы, например, в домашних условиях.

Цель: экспериментально изучить взаимодействие популяций мукора и пеницилла в различных условиях.

Задачи:

1)Вести наблюдения за ростом и развитием мицелиев мукора и пеницилла:

а) на белом хлебе в качестве питательной среды;

б) на измельченной цедре апельсина;

в) на смеси белого хлеба и цедры апельсина в качестве питательного субстрата.

2) На основании полученных результатов эксперимента, сделать соответствующие выводы.

Гипотеза: если считать, что популяции мукора и пеницилла используют одни и те же ресурсы среды, то между данными видами неизбежно возникает соперничество за овладение этими ресурсами. При этом каждая популяция испытывает угнетение со стороны другой, что может отрицательно сказаться на их росте и выживании, и может даже привести к вытеснению и исчезновению одной из них, которая оказалась менее приспособленной. Поэтому, можно предположить, что между популяциями мукора и пеницилла возникают взаимоотношения отрицательного типа, которые называются конкуренцией (- -), и эта конкуренция относится к межвидовой, и в межвидовой конкуренции гриб мукор или белая плесень вытеснит другой вид – пеницилл, так как мукор неприхотлив, может расти в любом месте при наличии питательных веществ, теплого влажного воздуха. При неблагоприятных условиях споры покрываются защитной капсулой.

II ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

2.1 Типы экологических взаимодействий

Все биотические связи можно разделить на 6 групп: ни одна из популяций не влияет на другую (0 0); взаимовыгодные полезные связи (+ +); отношения, вредные для обеих популяций (- -); одна из популяций получает выгоду, другая испытывает угнетение (+ -); один вид получает пользу, другой не испытывает вреда (+ 0); один вид угнетается, другой не извлекает пользы (- 0).

2.2 Конкурентные взаимодействия

Конкурентное взаимодействие может касаться пространства, пищи, света, зависимости от хищников и других врагов, подверженности болезням и действию различных экологических ресурсов. Исход конкуренции представляет огромный интерес не только для экологов, изучающих процессы формирования состава природных сообществ организмов, но и для биологов-эволюционистов, изучающих механизмы естественного отбора.

Для популяции, испытывающей конкурентное давление, поражение во взаимодействиях означает, что ее плотность, а так же ее роль в сообществе снизится или будет регулироваться действием конкуренции.

2.3 Внутривидовая конкуренция. Территориальность

Внутривидовая конкуренция – это борьба за одни и те же ресурсы, происходящая между особями того же вида. Это важный фактор саморегулирования популяций.

У организмов под влиянием внутривидовой конкуренции за пространство сформировался тип поведения, который называют территориальностью. Территориальное поведение считается экологическим регулятором, поскольку оно одинаково позволяет избегать как перенаселения, так и недоселенности.

2.4 Межвидовая конкуренция

Конкуренция между видами чрезвычайно широко распространена в природе и касается практически их всех, поскольку редко какой вид не испытывает хоть небольшого давления со стороны организмов иных видов.

Формы проявления межвидовой конкуренции могут быть весьма различными: от жестокой борьбы до почти мирного сосуществования. Но, как правило, из двух видов с одинаковыми потребностями, один обязательно вытесняет другой.

2.5 Характеристика Царства Грибы

Грибы не являются ни растениями, ни животными. Их выделяют в отдельное царство, хотя еще в первой половине XX века их обычно относили к растениям. Одни признаки грибов схожи с растениями, другие с животными, третьи — являются характерными только для них.

Количество описанных видов грибов около 100 тыс. Однако точное количество неизвестно. По подсчетам одних ученых видов грибов не более 250 тысяч, а по подсчетам других — более миллиона.

Грибы растут во многих местах. Много их в почве, в которой содержится много перегноя, так как грибам для питания нужны органические вещества. Поскольку грибам не нужен свет, как растениям, то они могут расти в затемненных местах. Однако грибам нужна влага. Поэтому обычно их можно встретить во влажных местах. Также грибы растут на пищевых продуктах, остатках организмов и на живых растениях и животных.

Грибы не способны как растения синтезировать органические вещества из неорганических. Поэтому по способу питания они являются гетеротрофами, как и животные. Грибы питаются за счет мертвой органики (грибы-сапрофиты) или живой (грибы-паразиты). Однако, в отличие от животных, грибы поглощают вещества из окружающей среды как растения, т. е. путем всасывания в клетки.

Клетки грибов, как и клетки растений, имеют клеточные стенки. Однако у большинства грибов в ее составе присутствует хитин. В живой природе хитин встречается также во внешнем скелете насекомых, что сближает грибы с животными. При этом у некоторых примитивных форм грибов в состав клеточной стенки входит целлюлоза, как у растений.

Другие признаки грибов, сближающими их с животными: в качестве запасного питательного вещества выступает гликоген, конечным продуктом обмена веществ является мочевина. Для растений же запасным питательным веществом является крахмал, а мочевину они не вырабатывают.

Мицелием, или грибницей, называют тело гриба. Мицелий составляют гифы, которые выглядят как тонкие ветвящиеся нити.

Обычно грибы размножаются бесполым способом: спорами, почкованием, частями мицелия. У ряда видов наблюдается половой процесс. В случае полового размножения грибы производят гаметы.

Грибы делят на низшие и высшие.

Низшие грибы

Максимальная длительность жизни грибницы низших грибов составляет несколько дней. Каждая отдельная гифа низшего гриба является одной клеткой с большим количеством ядер и ветвлений.

Представителем низших грибов является плесневый гриб мукор. Он выглядит как белое напыление на продуктах питания (например, хлебе) или почве. Мукор питается углеводами. От гиф мукора отрастают спорангии, в них образуются споры. Спорангии имеют вид черных круглых головок. Созревшие споры высыпают и разносятся ветром.

Высшие грибы

Мицелий высших грибов живет несколько лет. Клетки гиф высших грибов также огромны, они могут достигать нескольких метров. Однако содержат одно или несколько ядер, а не множество ядер, как в случае низших грибов.

Шляпочные грибы  делят на пластинчатые и трубчатые. У пластинчатых грибов нижний слой шляпки состоит из пластинок, а у трубчатых грибов — из трубочек. Примером пластинчатых грибов являются сыроежки, а трубчатых — маслята.

Шляпочные грибы часто вступают в симбиоз с растениями. Обычно определенный вид гриба образует симбиоз только с определенными видами деревьев. Так белые грибы вступают в симбиоз с березами, дубами, соснами и елями. Рыжики — с соснами и елями. Гифы гриба проникают в корни дерева, и образуется микориза (грибокорень). Гифы служат корням как бы дополнительными корневыми волосками. Через них дерево получает воду и минеральные вещества. А поскольку мицелий гриба занимает большую площадь, то дерево получает много водного раствора. Гриб же получает от растения органические вещества (в основном углеводы) для своего питания.

2.6 Мукор

Мукор – представитель низших плесневых грибов.

Систематическое положение.

Царство: Грибы.

Класс: Зигомицеты.

Порядок: Мукоровые.

Семейство: Мукоровые.

Род: Мукор.

Насчитывается до 60 видов мукора. Например, мукор мелкий, ризонус рисовый, мукор китайский, мукор улитковидный и др.

2.7 Пеницилл

Пеницилл – представитель высших плесневых грибов.

Систематическое положение.

Царство: Грибы.

Отдел: Сумчатые грибы.

Класс: Дейтеромицеты или Несовершенные грибы.

Порядок: Гифомицеты.

Семейство: Стильбелловые, или коремиальные.

Род: Пеницилл.

Виды (колонии): пеницилл отмеченный, пеницилл с золотистым пигментом, пеницилл алеющий, пеницилл распростертый.

Чаще всего этот гриб можно заметить в виде голубого или зеленого налета на различных субстанциях, к примеру, на растительных. Гриб пеницилл внешне схож с аспергиллом, который тоже является плесневым грибом.

Вегетативный мицелий прозрачный, ветвящийся, состоящий из большого количества клеток. Грибница у пеницилла многоклеточная. Гифы могут находиться на поверхности субстрата или быть погруженными в него.

От гиф отходят приподнимающиеся конидиеносцы. Данные образования образуют кисточки, а на них формируются одноклеточные цепочки спор – конидии. Кисточки бывают различных видов: несимметричные, одноярусные, двухъярусные и трехъярусные. У определенных видов пеницилла из конидий формируются пучки, которые называются коремии. Размножаются эти грибы при помощи спор.

Места образования пеницилла

Среда обитания пеницилла – почва. Эти грибы принимают участие в разложении тканей не только растительных, но и животных организмов. Этот плесневой гриб развивается на продуктах питания. В результате его жизнедеятельности продукты портятся.

Питание пеницилла происходит за счет всасывания органических готовых веществ, поэтому он является грибом-паразитом.

2.8 Сравнительная характеристика мукора и пеницилла

Пеницилл – один из родов отдела Сумчатых грибов. В природе эти организмы поселяются на грунте и на живых растениях, образуя плесневый налет изумительного изумрудного и лазурного цвета.

Мукор – один из родов низших грибов. Эти организмы живут в верхних слоях грунта. При соответствующих условиях — в тепле и при повышенной влажности,  они быстро появляются на поверхностях различных продуктов питания и любых других существах, имеющих органическую природу. При этом субстрат приобретает характерный нежно-белый налет, который со временем темнеет.

Мукор может вызывать заболевания – мукоромикозы у человека и животных, которые в первую очередь поражают дерму и органы дыхания. При генерализации процесса, гриб начинает расселяться по всему организму, используя, как базовый субстрат, клетки головного мозга.

Пеницилл имеет антибактериальные свойства, отмеченные Эрнстом Дюшеном и Александром Флемингом, поэтому стал основой для изготовления антибиотика пенициллина.

Тело зрелого мукора не дифференцировано на клетки. Его мицелий напоминает одну клетку, подобную гигантскому спруту, в которой находится множество ядер. Цвет такого образования – белесый, иногда бежевый или нежно серый. Из этого тела-мицелия прорастают отдельные спорангиеносцы. На их вершинах образуются темно-серые, антрацитовые спорангии, в которых содержатся споры. При повышенной влажности воздуха оболочка спорангия растворяется, и из него просыпаются на субстрат тысячи новых спор.

Мукоры способны к половому размножению — зигогамии, когда скрещиваются две соседние многоядерные клетки-гигантеллы, а также могут увеличить численность особей вида вегетативным путем. При этом от материнской клетки тянутся в разные стороны гифы-столоны. Нащупав подходящий субстрат, они выпускают ризоиды, закрепляются и отрываются от родительского организма.

Тело пеницилла состоит из многих клеток. Из гифов мицелия вырастают конидиеносцы. Их вершины ветвятся, придавая грибу сходство с детской ручкой. На вершинках этих «ручек» образуются одноклеточные споры – конидии. При благоприятных условиях (повышенная влажность и температура), споры выпадают в субстрат и прорастают. Они являются основным способом размножения пеницилла.

Отдельные мукоровые грибы, как мощный источник ферментов, используются в процессе закваски продуктов. При помощи мукора китайского, улитковидного и кистевидного изготовляются сухие или «китайские» дрожжи,  брага, соевый сыр, а из картофеля – этиловый спирт. Раманниановый мукор является основным сырьем для изготовления антибиотика рамицина.

Пеницилл – это базовое сырье для изготовления антибиотика пенициллина.

В природе мукоры и пенициллы являются типичными сапрофитами, одними из важнейших звеньев этапа разложения и минерализации органических останков.

Оба гриба принадлежат к разным отделам Царства Грибов.

Мукор способен развиваться на большем количестве видов субстратов – грунт, живая и мертвая плоть, растения и животные. Пеницилл предпочитает грунт и живые растительные организмы; реже поселяется на продуктах питания, имеющих растительную природу.

Цвет мицелия мукора – бело-серо-антрацитовый. Цвет мицелия пеницилла – лазурный, травянистый, изумрудный.

Тело мукора – одноклеточное со многими ядрами, у пеницилла – многоклеточное.

Мукор размножается половым, вегетативным способом и спорами, а пеницилл предпочитает размножаться исключительно спорами.

Мукор имеет больше отраслей применения — в пищевой промышленности и фармакологии, пеницилл применяется для изготовления антибиотика пенициллина.

В настоящее время ученые проводят дальнейшие исследовательские работы по изучению продуктов обмена веществ пенициллов, чтобы в будущем их можно было использовать на практике в разных отраслях хозяйства.

 2.9 Чашки Петри. Способы их применения в области бактериологии

Чашки Петри являются идеальной лабораторной посудой, которая используется в микробиологии и химии. Изобретена эта посуда была еще в конце 19 века и названа в честь ассистента знаменитого Роберта Коха — знаменитого немецкого изобретателя Юлиуса Рихарда Петри, прославившегося в сфере бактериологии. Сегодня чашки Петри являются просто незаменимыми для культивирования любой клеточной культуры (культуры бактерий, растений, животных или грибов). Из красных водорослей получают йод и изготавливают студенистое вещество – агар-агар, применяемое в кондитерской промышленности и при культивировании бактерий и плесневых грибов в лабораториях.

III МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Работа проводилась в июле-августе 2019 года в г. Йошкар-Ола по адресу: Клары Цеткин 14. Материалом для исследования послужили кусочки мицелия мукора и пеницилла. Работа выполнялась по методике из школьного практикума по экологии 10-11 класса под редакцией Пасечникова Владимира Васильевича. В ходе работы использовались методы: методы закладки опыта в чашках Петри; методы наблюдения, описания, сравнения, изучения литературы, анализа, обобщения, работы с микроскопом, методика приготовления препаратов.

IV ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Мукор способен развиваться на большом количестве видов субстратов – грунт, растения, животные, продукты питания.

Пеницилл предпочитает грунт и живые растительные микроорганизмы; реже поселяется на продуктах питания, имеющих растительную природу.

Цвет мицелия мукора – бело-серо-антрацитовый (черный). Цвет мицелия пеницилла – лазурный, травянистый, изумрудный. Тело мукора – одноклеточное со многими ядрами, у пеницилла – многоклеточное. Мукор размножается половым способом и спорами, а пеницилл размножается исключительно спорами. В качестве питательной среды был взят белый хлеб и цедра апельсина, предварительно измельченные. В качестве оборудования – три чашки Петри.

В первую чашку Петри поместили белый хлеб, во вторую – цедру апельсина, в третью – хлеб и цедру, равномерно перемешав.

В центре каждой чашки Петри на питательный субстрат положили одинаковые кусочки мицелия мукора и пеницилла на расстоянии 2 см друг от друга. Питательный субстрат увлажнили. Чашки Петри накрыли крышками и поставили в теплое место (tС = 22-25С). Регулярно велось наблюдение за ростом и развитием мицелия мукора и пеницилла. Результаты были занесены в таблицу № 1.

Таблица № 1

Согласно методике эксперимента, результаты заносились в таблицу в течение десяти дней. Проведен анализ результатов наблюдений:

I чашка Петри, субстрат из белого хлеба.

1) на второй день наблюдается обильный рост мукора, гифы поднялись на в высоту на 1 см.

2) на четвертый день мукор продолжает расти, выталкивает собой пеницилл. Пеницилл остановил свой рост. Наблюдается межвидовая конкуренция за пространство.

3) на шестой день наблюдается рост мукора и на остальном пространстве, и даже на пеницилле.

4) на восьмой день наблюдается распадание пеницилла на маленькие участки из-за разрастания мукора.

5) на десятый день – пеницилла почти не видно, мукор заполнил все пространство на питательном субстрате. Наблюдается межвидовая конкуренция за пространство, то есть территориальное поведение.

II чашка Петри, субстрат из цедры апельсина.

1) на второй день – пеницилл и мукор без изменений.

2) на четвертый день – мукор не растет, а пеницилл разрастается.

3) на пятый день – пеницилл разрастается, зеленеет, еле заметен незначительный рост мукора.

4) на восьмой день – цвет пеницилла становится темно-зеленым, мукор не разрастается и даже немного уменьшается в размерах.

5) на 9,10 дни – мицелий мукора уменьшается, пеницилл покрыл все свободное пространство. Цедра апельсина явилась благоприятной питательной средой только для пеницилла. Наблюдается межвидовая конкуренция за пространство, то есть территориальное поведение популяции пеницилла.

III чашка, субстрат из смеси хлеба и цедры апельсина.

1) на второй день наблюдается обильный рост мукора, заполнил почти все пространство, но обходит стороной пеницилл.

2) на третий день – мукор почернел, так как созрели споры. На пеницилле в некоторых местах появились гифы мукора. Пеницилл начал немного расти, обильный рост мукора продолжается.

3) на шестой день – разрастание мукора продолжается, гифы мукора появились и на крышке чашки, пеницилла становится немного меньше.

4) на седьмой день – мукор стал «обволакивать» пеницилл. Гифов мукора на крышке стало очень много.

5) на десятый день – все пространство на субстрате из смеси белого хлеба и цедры апельсина покрыто мукором, пеницилл остался в незначительном количестве. Здесь можно предположить, что происходит двойная межвидовая конкуренция: за пространство и ресурсы. Объяснить это можно следующими факторами:

- по типу питания мукор относится к гетеротрофам, то есть, он не способен синтезировать органические вещества из неорганических. Для полноценного питания организму необходим высокий коэффициент влажности, тепло, наличие кислорода и готовые органические вещества. Такие высококалорийные продукты, как картофель, мучные изделия, фрукты привлекают мукор. Поэтому субстрат из белого хлеба и цедры апельсина – кладезь органических веществ (углеводов, жиров, белков) для питания мукора – сапротрофного организма.

- плесневый гриб пеницилл с многоклеточным мицелием может питаться за счет всасывания органических готовых веществ, поэтому он является грибом – паразитом.

С другой стороны, пеницилл является и сапротрофным организмом, то есть питается органическими веществами отмерших организмов и развивается на продуктах питания растительного происхождения. В результате его жизнедеятельности продукты портятся.

- в субстрате из смеси белого хлеба и цедры апельсина пеницилл будет расти, питаться только за счет органических веществ цедры апельсина и не выдерживает конкуренции с мукором за ресурсы. Пеницилл имеет антибактериальные свойства.

- выдержать конкуренцию за пищевые ресурсы и территориальное пространство над пенициллом, мукору – белой плесени способствуют: широкий спектр субстратов, три способа размножения – половое, вегетативное, спорами. Причем размножение половым путем происходит при отсутствии комфортных условий, что способствует высокой жизнеустойчивости. В отличие от пеницилла, мукор способен прерывать процессы жизнедеятельности. Так в случае неблагоприятных условий, спора накрывается защитной капсулой, обменные процессы замедляются и мукор может существовать в таком виде до появления условий для возобновления жизнедеятельности.

V ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1) в I чашке Петри, где на субстрате из белого хлеба находились мицелии низшего плесневого гриба мукора и высшего плесневого гриба пеницилла наблюдалась межвидовая конкуренция за пространство, то есть со стороны мукора это рассматривается как территориальное поведение. Конкуренция за пищевые ресурсы отсутствовала, так как белый хлеб в качестве субстрата самая благоприятная среда для роста и развития только мукора.

2) во II чашке Петри на субстрате цедры апельсина, наблюдалось резкое разрастание популяции плесневого гриба пеницилла и замедление роста мукора. Такое поведение популяций грибов характерно для межвидовой конкуренции между ними, с территориальным поведением пеницилла по отношению к мукору. Считаем, что конкуренции за пищевой ресурс – цедру апельсина, между данными популяциями плесневых грибов отсутствовала, цедра апельсина явилась питательной средой для жизнедеятельности только популяции пеницилла.

3) в III чашке Петри, на субстрате из смеси белого хлеба и цедры апельсина за исследуемый период наблюдалось резкое разрастание грибницы мукора, вплоть до крышки, и прекращение роста популяции пеницилла. Объяснить такой результат взаимодействующих популяций можно двойной конкуренцией

а) конкуренция на пространство жизнедеятельности и территориальное поведение мукора по отношению к пенициллу;

б) конкуренция за пищевые ресурсы;

в) выдержать конкуренцию за пищевые ресурсы и территориальное пространство над пенициллом, популяции мукора способствовали: широкий спектр субстратов, три способа размножения (половой, спорами, вегетативный), высокая жизнеустойчивость и способность прерывать процессы жизнедеятельности в случаях неблагоприятных условий.

4) выдвинутая гипотеза, что между популяциями мукора и пеницилла возникают взаимоотношения отрицательного типа, которые называются конкуренцией, и эта конкуренция относится к межвидовой, подтвердилась.

5) изучение и наблюдение типов экологических взаимодействий возможно не только в природной среде, но и в лабораторных и домашних условиях.

VI ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Экологические взаимодействия между организмами имеют чрезвычайно сложный характер, зависят от многих факторов и по разному протекают в различных условиях. Это делает их труднопредсказуемыми.

VII БИБЛИОГРАФИЯ.

Жизнь растений В 6-ти т. Т.2. Грибы. Под. ред. проф. М.В. Горленко. М., «Просвещение, 1976.

Криксунов Е.А. и др. Экология: 9 класс: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. М.: Дрофа, 1995.-240с.:ил.

Пасечник В.В. Школьный практикум. Экология. 10(11) кл. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2001.-64с.

Чернова Н.М. Экология. 10 (11)кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений. – 11-е изд. испр. – М.:Дрофа, 2007.-302с.:ил.

https://bigpicture.ru/?p=29293

https://biology.su/fungus

https://ogorod-bez-hlopot.ru/opisanie-griba-mukora.html

https://gribnikoff.ru/vidy-gribov/ne-sedobnye/penitsill/

https://thedifference.ru/chem-otlichaetsya-penicill-ot-mukora/

https://magictemple.ru/kakoe-stroenie-imeet-gribnica-penicilla/