III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ИЗУЧЕНИЕ ВИДОВОГО СОСТАВА МИКРОКОСМА СЕННОГО НАСТОЯ
Захарова Е.А.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Первым человеком, увидевшим Простейших под микроскопом, стал в 1676 году Антони Ван Левенгук. Голландский натуралист, обладающий пытливым умом, открыл изумленному человечеству новый, до того неведомый мир бесконечно малых живых существ. Увиденных «зверюшек» он назвал «настоечными» животными – по латыни «инфузории» (от слова «инфузум» - «настой»).

В экологии сенной настой называют микрокосмом. Каждая экосистема – это динамическая структура, состоящая из сотен и даже тысяч организмов, связанных друг с другом сложной сетью пищевых и непищевых взаимоотношений. Изменения численности одноклеточных животных происходят в результате их размножения или гибели.

Одноклеточные организмы первыми появились на Земле и расселены по всей поверхности нашей планеты. Развиваясь в разных экологических условиях, они приспособились к ним. Организм простейших состоит из одной клетки или колонии клеток. Размеры от 2 до 150 мкм. Это невидимый невооруженным глазом мир. Поэтому столь интересный.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: проследить за сменой видов в водных культурах микрокосма сенного настоя.

Объект исследования – сенной настой.

Предмет исследования – видовой состав микрокосма сенного настоя.

Задачи исследования:

1) постановка эксперимента по изучению видового состава микрокосма сенного настоя;

2) изучение теоретических источников по теме исследования;

3)выявить взаимоотношения видов в сообществе.

Для работы необходим сенной настой с павловских и давыдовских лугов с организмами через различные периоды развития. Проведен анализ результатов эксперимента.

1.Микрокосм

1.1 Бактерии. Для приготовления настоя можно взять от 5-10 видов различных неядовитых трав, можно и больше, но лучше которые обладают щелочным действием: злаки, подорожник, зверобой, мята перечная, конский щавель, лист лопуха, тысячелистник, крапива, ромашка, чабрец. Данные травы заливаются обычной водой — без подогрева из расчёта 1 часть трав и 4 части воды. Настаивать 2-3 суток в теплом помещении 20-25°С. На вторые сутки появляется брожение, которое достигает пика на 3 сутки — в это время настой становится живым. Механизм действия достаточно прост. Каждое растение - это зачаток для определённых видов микроорганизмов, т.к. содержит их споры или цисты.

При высоких и низких температурах, недостатке воды простейшие могут покрыться плотной оболочкой, называемой цистой. В благоприятных же условиях они начинают быстро размножаться. За сутки у одного такого простейшего появляются более сотни потомков. Количество бактерий может достигать более 1000 видов, и только в таком случае они дополняют друг друга. О нарушении симбиоза -дружественного сочетания бактерий - говорит появления роста гнилостных, патогенных бактерий (clostridium difficile, escherichia coli )и сальмонеллы.

1.2 Сенная палочка

На поверхности сена находится огромное количество различных микроорганизмов, в том числе сенная палочка. В сене она доминирует и долго сохраняется в виде спор. Сенная палочка, попав в почву, хорошо приживается в зоне корней, где усиливается ее антагонизм к фито-патогенам.

Сенная бактерия или сенная палочка (Bacillus subtilis)— принадлежит к числу очень распространенных в природе бактерий и давно известна в науке. Ее видел и исследовал еще знаменитый Эренберг. Название свое этот организм получил от того, что в старину её получали исключительно из прокипяченных и закупоренных ватной пробкой сенных отваров через некоторое время после кипячения. И всё потому, что спора сенной палочки сохраняет жизнеспособность даже после трёх - часового кипячения, когда другие бактерии гибнут.

Сенная палочка встречается в природе на различных разлагающихся органических остатках, часто попадается она как в сильно загрязненной, так и в питьевой колодезной воде. Сенная палочка (Bacillus subtilis) — одноклеточный организм палочковидной формы, живущий в аэробных условиях. Сенная палочка широко распространена в природе; ее можно обнаружить в почве, на растениях, на пищевых продуктах, в воздушной пыли. Она не вызывает заболеваний человека и животных, но нередко является причиной порчи пищевых продуктов. [5]

 

1.3 Лист сенны

Сенна александрийская или кассия растения из семейства бобовых. Кассия растет в странах Азии и Африки. Кустарник чаще всего встречается в Индии, Судане, Сомали, на Аравийском полуострове. На юге Индии его выращивают для промышленных целей. Кроме того, это растение украшает собой тропический ландшафт — у него красивая крона и ярко-желтые цветы, собранные в кисти.

Местное население собирает дикорастущую и культивируемую кассию александрийскую несколько раз в течение лета. Собирают листья и зрелые плоды, которые имеют вид плоских стручков, похожих на листья. В нашей стране кустарник выращивали в Краснодарском крае , в Азербайджане, Узбекистане и на юге Украины.

Сенны листья содержат антрагликозиды, флавоноиды, смолистые вещества и другие биологически активные вещества. В российских аптеках доступна в продаже слабительная трава сенна. Данная трава, как правило, применяется для лечения. Из нее можно приготовить настой . Сенна богата веществами-стимуляторами, которые раздражают стенку кишечника, и вызывают слабительный эффект.

1.4. Простейшие организмы

Тип Ресничные, или Инфузории, объединяет простейших, которые покрыты ресничками. Насчитывают до 6 тысяч видов инфузорий. Большинство из них обитает в пресных водоемах. Название «инфузория» происходит от латинского слова «инфузо», что означает «настой». Действительно, инфузории интенсивно размножаются в водном настое сена. Рассматривая такой настой под микроскопом, можно увидеть инфузорий, тело которых по форме напоминает подошву туфли. Это инфузория-туфелька. В природе она встречается в мелких стоячих водоемах при температуре от +15 до +25 °С

Бурсарии – это самые крупные из инфузорий, ее размеры могут достигать 2 мм, наиболее обычные величины — 0,5—1,0 мм. Бурсарию хорошо видно невооруженным глазом. В соответствии со своим названием бурсария имеет форму мешка, широко открытого на переднем и несколько расширенного на заднем конце. Все тело инфузории покрыто продольно идущими рядами коротких ресничек.

На теле инфузории имеется углубление — клеточный рот, который переходит в клеточную глотку. Около рта располагаются специализированные реснички, «склеенные» в сложные структуры. Они загоняют в глотку вместе с потоком воды основную пищу инфузорий — бактерии. Инфузория находит свою добычу, чувствуя наличие химических веществ, которые выделяют скопления бактерий.

На дне глотки пища попадает в фагосому - пищеварительную вакуоль. Перемещается она в теле инфузории током цитоплазмы по определенному «маршруту» — сначала к заднему концу клетки, затем к переднему и затем снова к заднему. В фагосоме пища переваривается, а переваренные продукты поступают в цитоплазму и используются для жизнедеятельности инфузории. По ходу миграции вакуоли от неё отделяются мелкие мембранные пузырьки (вероятно, тем самым увеличивается скорость всасывания переваренной пищи). Оставшиеся внутри пищеварительной вакуоли непереваренные остатки пищи выбрасываются наружу в задней части тела через особый участок поверхности клетки — порошицу.

Эвглена зелёная – это простейшее существо. Оно живёт в сильно загрязненных небольших пресных водоемах. Их бывает так много, что вода становиться зелёной. Это явление называют цветением воды. Эвглены значительно меньше инфузорий, их тело имеет форму веретена, на переднем конце которого имеется жгутик, обуславливающий вращательное движение эвглены.

Простейшие постоянно находятся в движении. Их движение осуществляется с помощью жгутиков – вращательное и ресничек – гребное. Плывя в толще воды, туфелька вращается вокруг продольной оси. Скорость движения — около 2 мм/c. При столкновении с препятствием направление прямого удара меняется на противоположное, и туфелька отскакивает назад. Затем она некоторое время «раскачивается» взад-вперед, а затем снова начинает движение вперёд.

1.5 Устойчивость биогеоценозов

Устойчивость биогеоценозов зависит от саморегуляции колебаний численности популяций видов. Каковы же причины устойчивости экосистемы? Что является регулирующим фактором? Чем больше разнообразие растений, тем лучше получается настой, более « живой». [6]

Сенной настой, называемый в экологии микрокосмом, служит хорошей моделью смены видового состава микроорганизмов или микросукцессией, которая в природе происходит, например, в гниющих стволах деревьев, в трупах животных, в фекалиях и на вторичных стадиях очистки сточных вод.

2.Практическая часть

2.1 Методы исследования:наблюдение, эксперимент, описание, научный поиск.

Оборудование:сенный настой, световой и электронный микроскоп, предметные и покровные стекла, настольная лампа, термометр, салфетки для протирания стекол, серия банок с сенным настоем разных сроков закладки

2.2 Приготовление сенного настоя

Для этого мелко нарезанное луговое сено поместили в стеклянную банку с отстоянной водой. Поместили банку в теплое место (от + 15 до + 20 0C). По мере испарения в сенной настой доливали отстоянную водопроводную воду. Наблюдения за микроорганизмами проводили в течение 21 дня. Периодически сенной настой подкармливали несколькими каплями стерилизованного молока.

Для исследования использовали:1- аптечный лист сены, 2- сено с павловских лугов; 3 - давыдовских лугов.

Подсчет осуществлялся под микроскопом при увеличении:

светового микроскопа -180(об.18, ок.10);

электронного микроскопа-300( об.20, ок.15.).

Пробы для просмотра отбирали с поверхности, в толще воды и у дна.

Как показали наблюдения, основными факторами, лимитирующими рост микроорганизмов в микрокосме сенного настоя, являются - питательный субстрат, газовый режим, количество и возраст цист в исходном материале.

Исследовали сенной настой разных сроков экспозиции: 2-3 суток, 5-6 суток, 9-10 суток, 14-15 суток, 20-21 суток. Для этого:

  1. Отбирали стеклянной палочкой по капле настоя из каждой банки и переносили на предметные стекла. Накрывали покровными стеклами.

  2. Рассматривали препараты при малом увеличении. Выявляли, какие простейшие обитают в сенном настое.

2.3 Изучение бактерий сенного настоя

Бактерии получают, используя сенной настой. В небольшой емкости (банки 0,5 л) помещается немного около1-2 г сена и теплой воды. Через несколько дней(2-3 суток), рассматривая каплю жидкости в микроскоп, можно увидеть несметное количество мельчайших движущихся «точек». Последние становятся заметными, если их рассматривать при сильном увеличении электронного микроскопа. Это и есть бактерии сенного настоя. Средний размер бактерий около 2 мк. Это примерно в 300 раз меньше, чем точка на странице книги.

Размножение бактерий происходит путем простого деления клетки на две части. Одна бактерия за 10 суток при нормальных условиях может произвести количество клеток, по объему равному объему нашей планете. Этого не происходит, потому что, истратив все ресурсы, популяция бактерий останавливает рост. Далее их численность начинает снижаться из-за отравления продуктами своего же обмена. Бактерии-сапрофиты питаются мертвыми органическими веществами, то есть остатками растений или их выделениями (сенного настоя).

Микрокосм

Время появления

Вид бактерий

1 Лист сенны

2день

 

2 Сено с павловских лугов

3 день

 

3 Сено с давыдовских лугов

3 день

 

В каждой пробе развивалось огромное количество бактерий. Наибольшее количество бактерий во всех настоях наблюдается в поверхностной пленке, у дна и в толще воды их меньше.2.4 Зооглея.

Из каждого настоя берется проба с поверхности, толщи воды и дна. В пленке, взятой с поверхности жидкости, видим слизь, в которой располагаются длинные ряды делящихся клеток. Слизь - это зооглеи. Зооглея (лат. zoogloea, от др.-греч. ζῷον — «животное» и γλοιός — «липкое вещество») — слизистые образования, образующиеся при жизнедеятельности бактерий, имеющих слизистые капсулы или выделяющих слизь. Образование характерно для некоторых, преимущественно водных бактерий.

Возникновение зооглеи, по-видимому, носит приспособительный характер: благодаря консистенции слизи легко осуществляется адсорбции из воды питательных веществ, необходимых для существования бактерий. На третий день эксперимента при помощи светового микроскопа наблюдала интенсивное размножение гнилостных бактерий (кокки, бациллы) и одноклеточных водорослей.Бактерии активно перемещаются и это хорошо видно при помощи микроскопа. Вода приобрела неприятный гнилостный запах.

2.5 Элективная культура сенной палочки

Кроме чистых культур, различают еще элективные (накопительные) культуры. Под элективной культурой понимают такой прием искусственного размножения микроорганизмов, который приводит к массовому развитию какого-либо одного вида. Это достигается тем, что создают благоприятные условия для размножения именно того вида, который желают получить.

Для приготовления настоя сенной палочки берут сено, лучше из злаковых трав. Нужно взять 100-150 г сена на 1 л воды. Прокипятить все это десять минут и оставить в темном теплом месте при температуре 25-30°С.

При кипячении сенная палочка сохраняется в виде спор, все остальные микроорганизмы погибают. Через трое суток на поверхности отвара споры прорастут и из клеток сенной палочки образуется пленка. Это и будет маточная культура, которую можно приготовить и дома.

В молодом возрасте сенная палочка имеет много жгутиков и оживленно передвигается в питательном растворе (отваре сена); затем она сбрасывает жгутики и начинает усиленно делиться, постепенно образуя длинные цепочки клеток. Через некоторое время клетки вновь приобретают жгутики и цепочки начинают перемещаться в субстрате. Далее они распадаются на отдельные клетки, которые теряют жгутики, делятся и вновь образуют цепочки. После многократного повторения описанного выше цикла сенная палочка образует споры.

Настой после кипячения

содержит споры бактерий.

Микрокосм

Время появления

Вид бактерий

1 Лист сенны

3 день

 

2 Сено с павловских лугов

3день

 

3 Сено с давыдовских лугов

3день

 

Сенная палочка — довольно крупный, прямой, бесцветный бацилл, увидеть который можно при увеличении микроскопа не менее чем в 300 раз. Хорошо размножается после уничтожения всех организмов кипячением, т.к. споры устойчивы к высокой температуре.

2.6 Изучение жгутиконосцев сенного настоя

При наблюдении непрокипяченного настоя на 5-6 день появляются эвглены зеленые. Рассмотреть их строение практически невозможно. Узнать их можно по зеленому цвету. Эвглена зеленая (Euglenaviridis)появились в банках, т.к. стояли на ярком свету. Быстрее возникли лучшие условия для размножения эвглены зелёной. Небольшого размера живые существа, которые быстро двигались.

Микрокосм

Время появления

Количество эвглен

1 Лист сенны

5 день

-не наблюдали

2 Сено с павловских лугов

5 день

 

3 Сено с давыдовских лугов

5 день

 

Просмотр проб показал наличие в среде много бактериальных клеток и цист разного размера. Из простейших организмов первыми появились эвглены зеленые. Не наблюдали эвглен в настое 1-листа сены, много в настоях лугового сена- 2,3.

Реакция эвглены зеленой на свет;

скопление наблюдается на более

освещенной стороне.

Это положительный фототаксис.

  1.  
    1. Изучение инфузорий сенного настоя

Спустя 8-10 суток число бактерий стало уменьшаться. Мутный раствор стал светлеть. Следовательно сократилось число органических веществ.

Главным фактором для инфузорий (в целом для всех простейших)является пища. Известно, что инфузории живут в среде, бедной растворенной органикой и при возрастании органики они инцистируются .В течение 12 часов успевают эксцистироваться, обеспечить себя пищей, разделиться и снова инцистироваться .

Просмотр проб показал наличие в среде многочисленных бактериальных клеток, жгутиконосцев, множество цист разного размера. Из простейших организмов появились ресничные инфузории.

Микрокосм

Время появления

Инфузории

1 Лист сенны

7 день (инфузория-стилонихия)

 

2 Сено с павловских лугов

8 день

(Инфузория бурсария)

 

3 Сено с давыдовских лугов

9 день

(Инфузория туфелька)

 

Стилонихии при увеличении их числа быстро цистировались. Периодически в сенной настой в качестве пищи добавляли несколько капель кипяченого молока. Добавление 1-2 капель стимулировало размножение стилонихий, однако без подкормки все стилонихии инцистировались.

После второй подкормки появились голые амебы. Их присутствие в пробе постепенно увеличивалосьи составило в среднем 2-3 в поле зрения микроскопа. Они активно фагоцитируют, часто внутри амеб можно увидеть цисты инфузорий.

Основная масса инфузорий находилась у дна. На 7 день в пробе-1 количество инфузорий увеличилось, появилась плесень. В плесени я увидела множество крупных инфузорий, которые поедали бактерий и увеличивались в размерах. К завершению эксперимента количество бактерий уменьшалось, инфузорий по-прежнему наблюдалось много. Уменьшение питательной среды способствует уменьшению активности инфузорий - стилонихий.

На 8 день в микроскопе мы увидели в пробах 2небольшого размера живые существа, которые быстро двигались. Они были мешковидной формы тела. Узкий конец был светлый, а широкий – более тёмный. Наблюдали , как они захватывали бактерии. Некоторые сливались между собой.Это инфузории бурсарии (Bursariatruncatella). На 9 день в пробе-3 наблюдали инфузорий-туфелек(Infusoria)). 2.8 Изучение многоклеточных организмов сенного настоя

Через 13-15 дней численность одноклеточных снизилась. В этот период отмечено появление единичных нематод, численность которых быстро возрастала. Таким образом, в настое доминировали ресничные черви и нематоды. Однако преобладали нематоды. Нематоды питаются в основном бактериями, водорослями, детритом .

Микрокосм

Время появления

Количесво

1 Лист сенны

15 день(Круглые черви )

 

2 Сено с павловских лугов

14 день Круглые черви)

 

3 Сено с давыдовских лугов

13 день(Ресничные черви)

 

.

Единичные экземпляры круглых нематод были обнаружены через 14 дней наблюдений. Также были обнаружены ресничные черви. Ресничные черви и нематоды активны и быстро размножаются при обилии пищи. Их численность снижается по мере разрушения органического вещества в микрокосме.

Через 21 день в исследуемом микрокосме исчезли все инфузории, значительно снизилось количество ресничных червей и нематод. Раствор стал светлым. Наблюдали бактерии.

2.9 Смена организмов в микрокосме

Впоследствии наблюдали самоочищение среды, и настой становился светлее. В результате данного эксперимента я убедилась в том, что все живые организмы взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Сообщество, которое образовалось в настое сена представлено немногочисленными группами организмов: бактерии, водоросли, простейшие. Однако, и на ее примере, я увидела взаимосвязь между ними, и эта связь выражается в простейшей цепи питания.

Смена организмов в микрокосме:

Таким образом, поставленный эксперимент по получению культуры простейших гетеротрофов позволил установить ряд организмов, появляющихся в определенной последовательности:

питательная среда- бактерии – эвглена - инфузория- черви – бактерии.

Численность вышеперечисленных представителей микроорганизмов варьируется, они в том или ином количестве присутствуют почти постоянно . Однако можно выделить периоды доминирования инфузорий, амеб, червей, нематод.

При использовании водопроводной слабоотстоянной воды, при добавлении моющих средств, порошка в объеме нескольких капель размножались бактерии, дальнейшего развития видов не наблюдалось. Настой приобретал гнилостный запах, т.к. размножались сальмонеллы, гнилостные, патогенные бактерии.

Выводы

1.Приготовив сенный настой при определенных условиях, я смогла вырастить следующие организмы: бактерии, эвглены, инфузории. Численность вышеперечисленных представителей варьируется в различных пробах. В каждой пробе развивалось огромное количество бактерий. Наибольшее количество бактерий во всех настоях наблюдается в поверхностной пленке, у дна и в толще воды их меньше.2.При рассмотрении под микроскопом сенного настоя я смогла наблюдать движение простейших. Они постоянно находятся в движении. Их движение осуществляется с помощью жгутиков – вращательное и ресничек – гребное. Поведение бактерий не отличается особенной сложностью. При недостатке пищи, часть колонии самоуничтожается, распавшись на куски, и питательные вещества погибших кормят остальных. В неблагоприятных условиях многие бактерии образуют споры – покоящиеся стадии. Содержимое клетки уплотняется, в оболочке откладываются воскообразные вещества.

3. Необходимым для всех простейших является пища. Известно, что инфузорииживут в среде, бедной растворенной органикой и при возрастании органики они инцистируются. Обилие бактерий приводит к быстрому размножению. Для наибольшего развития эвглены нужен свет. Скопление эвглены зеленой наблюдается на более освещенной стороне. Это положительный фототаксис.

4. Ресничные черви и нематоды активны и быстро размножаются при обилии пищи. Их численность снижается по мере разрушения органического вещества в микрокосме.

5. При использовании водопроводной слабоотстоянной воды, при добавлении моющих средств, порошка в объеме нескольких капель размножались бактерии. Дальнейшего развития видов не наблюдалось. Настой приобретал гнилостный запах, т.к. размножались гнилостные бактерии.

6. В результате данного исследования мы убедились в том, что все живые организмы, обитающие в данной экосистеме, тесно связаны между собой и с окружающей средой. Определенные виды растений и животных распределены в пространстве не случайным образом, а образуют сообщества. Сообщество, которое образовалось в настое сена представлено немногочисленными группами организмов: бактериями, водорослями, простейшими. Таким образом, поставленный эксперимент по получению культуры простейших гетеротрофов позволил установить ряд организмов, появляющихся в определенной последовательности:

питательная среда- бактерии – эвглена -инфузория- черви – бактерии.

Литература

  1. Лукин Е.И. «Зоология». – М.: «Высшая школа», 1981г.

  1. Энциклопедия для детей. Биология. Том 2.-М.: «Аванта +», 1994г.

  1. Энциклопедия «Жизнь животных» в 6-ти томах. Том 1. – М.: «Просвещение», 1968 г.

  1. Янушкевич Л.Б. «Многообразие простейших». Учебно-методический журнал «Биология в школе» №4 2003 г.

  2. (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%BE%D0%BE%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D1%8F)

  3. http://izlechimovse.ru/prostoe-ochishhenie-kishechnika-sennoj#ixzz4Y7VXvIcY