Итоговый проект "Выращивание культуры бактерий для изучения на школьном уроке"
проект по биологии (9 класс)

МБОУ Соболевская ОШ имени А.Н.Попова

                   Итоговый проект на тему:

«Выращивание культуры бактерий для изучения на школьном уроке»

 Выполнила:

обучающаяся  9 класса

                                                                                Богданова Надежда

Руководитель:

Корнеева .Т.В

учитель биологии

д.Соболево

2021 г.

 Содержание:

I. Введение…………………………………………………………………… 3 

II.Теоретическая часть работы

   1) Общая информация о строении и жизнедеятельности бактерий……4-8

   2) Сенная палочка………………………………………………………….8-9

   3) Картофельная палочка………………………………………………….9-10

III. Практическая часть работы

   1) Способы выращивания сенной палочки……………………………….10-11

   2) Способы выращивания картофельной палочки……………………..11

   3) Результаты исследования……………………………………………….11-12

IV. Выводы, рекомендации………………………………………………….12

V. Литература………………………………………………………………...12

Приложение…………………………………………………………………. 13-14

                                                Введение

До середины XIX в. все организмы, населяющие нашу планету, по структурным и функциональным признакам единодушно подразделялись на два царства: растения и животные.

С изобретением микроскопа постепенно накапливалась информация о существовании простейших одноклеточных организмов, невидимых человеческим глазом, признаки которых явно не укладывались в критерии двух вышеназванных царств.

Одной групп, относящихся к микроорганизмам, являются бактерии.

Бакте́рии (эубактерии, лат. Eubacteria, от др.-греч. βακτήριον — палочка) — домен (надцарство) прокариотных (безъядерных) микроорганизмов, чаще всего одноклеточных. К настоящему времени описано около десяти тысяч видов бактерий и предполагается, что их существует свыше миллиона.

Кто же они такие – бактерии, которые играют важную роль в нашей жизни, но остаются невидимыми для нас? Меня заинтересовал  вопрос, культуру  каких микроорганизмов можно вырастить и изучить в условиях школы.

Объект исследования: бактерии картофельная палочка и сенная палочка.

Предмет исследования: выявление доступных способов выращивания крупных бактерий.

Цель исследования: найти наиболее простые и доступные способы выращивания культуры бактерий для изучения на уроках биологии и провести их апробацию.

 Для достижения поставленной цели были выполнены следующие

задачи:

1. Проработать литературу по данной теме.
2. Изучить различные методики выращивания культуры сенной палочки и картофельной палочки.
3. Опробовать найденные методики.
4. Сделать сравнительный анализ этих методик.
5. Сформулировать свои рекомендации по методикам.

          Практическая значимость исследовательской работы:

1. Позволяет расширить знания   о бактериях.
2. Вызывает интерес к исследовательской работе.

Предполагаемый продукт : рекомендации по выращиванию культуры бактерий для изучения на школьном уроке.

                                         Теоретическая часть

Строение бактерий

Бактерии – это большая группа одноклеточных и, реже, колониальных микроорганизмов с прокариотическим типом строения клетки. Прокариотические клетки заметно меньше эукариотических, их диаметр среднем составляет 0,5-10 микрометров, тогда как большинство эукариотических клеток крупнее 10 микрометров.

Прокариотическое, или доядерное строение в первую очередь означает, что в клетке нет оформленного ядра с ядерной мембраной. Генетический материал бактерий расположен в особой зоне цитоплазмы – нуклеоиде, заключенная в чаще всего единственную кольцевую молекулу ДНК, которую называют хромосомой. Нуклеоид не отграничен от остальной цитоплазмы никакой мембраной. Многие бактерии кроме основной хромосомы содержат дополнительные маленькие кольцевые молекулы ДНК — плазмиды. Плазмиды могут содержать, например, гены устойчивости к антибиотикам.

Помимо уже упомянутого отсутствия ядра, в клетке бактерий отсутствуют любые мембранные органеллы, кроме собственно цитоплазматической мембраны и её складок, т.е. у бактерий нет митохондрий, пластид, вакуолей, эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи.

Цитоплазма клетки заполнена мелкими рибосомами и включениями различных запасных веществ. Клетку окружает плотная клеточная стенка, в состав которой входит муреин. Клеточная стенка защищает бактериальную клетку от внешних воздействий и поддерживает форму клетки. Снаружи клетка может быть заключена в слизистую капсулу.

Бактерии могут быть подвижны за счёт жгутиков (от 1 до 50 штук на клетку) или скольжения. Бактериальные жгутики состоят из особого белка – флагеллина, в отличие от эукариотических, которые состоят из тубулиновых микротрубочек и имеют совершенно иное строение. Скользящее движение происходит при помощи специального белкового слоя, расположенного поверх клеточной стенки.

Все бактерии — прокариоты, но не все прокариоты — бактерии. Среди прокариот выделяют две группы — эубактерии, или просто бактерии (Bacteria), и архебактерии, или археи (Archaea). Археи в целом похожи на эубактерий, но некоторые принципиальные отличия выделяют их в отдельный домен. Многие археи населяют экстремальные местообитания — термальные источники, гиперсолёные водоёмы, «чёрные курильщики».

Формы бактерий

По форме клетки бактерии бывают:

• более или менее шаровидными – кокки
• палочковидными – бациллы
• изогнутыми и извитыми: вибрионы – короткие палочки, изогнутые в виде запятой; спириллы – слабо спирализованные палочки; и спирохеты - сильно закрученные палочки.

Размножение, половой процесс и спорообразование у бактерий

Бактерии размножаются простым бинарным делением. Сначала происходит удвоение кольцевой хромосомы, а затем между двумя дочерними хромосомами формируется перегородка. Бактерии делятся очень быстро, гораздо быстрее эукариот: при благоприятных условиях деление происходит каждые 15-20 минут.

Половой процесс, т.е. процесс обмена генами у бактерий не связан с делением клетки. Половой процесс бактерий называют конъюгацией. Пара клеток соединяется при помощи специальных жгутикоподобных выростов — пилей, и одна клетка передаёт другой часть своей хромосомной ДНК, после чего клетки расходятся. Сходным образом бактериальные клетки могут обмениваться плазмидами.

Споры у бактерий также не имеют отношения к размножению и служат для переживания неблагоприятных условий. Спора образуется внутри клетки, это молекула ДНК с небольшим количеством цитоплазмы, заключенная в очень толстую и прочную оболочку. Споры могут сохраняться при почти полном обезвоживании, замораживании и непродолжительном кипячении и остаются жизнеспособными сотни и десятки лет. При наступлении благоприятных условий споры прорастают в обычную бактериальную клетку.

Питание бактерий

По типу питания бактерий можно разделить на автотрофов и гетеротрофов. Гетеротрофы используют готовые органические вещества мёртвых (сапротрофы) или живых (паразиты) организмов.

Автотрофы не нуждаются в готовых органических веществах и самостоятельно синтезируют их из неорганических, используя энергию солнечного света (фотосинтезирующие, фототрофы) или энергию химических связей — сероводорода, аммиака, водорода (хемосинтезирующие, хемотрофы).

И гетеротрофы, и автотрофы могут вступать в отношения симбиоза, т.е. существовать во взаимовыгодном сожительстве с другими организмами. Это, например, бактерии, живущие в пищеварительной системе животных, клубеньковые азотфиксирующие бактерии, или цианобактерии в составе лишайников.

Где живут бактерии

Бактерии обитают везде — в воде, почве, воздухе и других организмах. Лучше всего они растут при температуре от 4 до 40°C, однако есть и те, кто может жить при отрицательной температуре или в кипящей воде горячих источников. Среди них есть аэробные виды, живущие в кислородной среде, и анаэробные, для которых присутствие кислорода не нужно или даже губительно. Бактерии предпочитают нейтральную или щелочную среду, а кислая среда для большинства из них губительна, на этом основано использование уксусной кислоты в консервировании.

Бактерии и биосфера

Сапротрофные бактерии — важнейшая группа редуцентов, они разлагают мертвую органику до простых неорганических соединений, завершая цикл круговорота веществ. В кооперации друг с другом и эукариотическими редуцентами они способны разлагать любые вещества, даже сложные ксенобиотики, например, пластик.

Вторая важная биосферная функция бактерий — фиксация атмосферного азота — лежит на плечах азотфиксирующих клубеньковых бактерий и цианобактерий. Азот необходим всем живым организмам для строительства аминокислот, но атмосферных газообразный недоступен для них, и только азотфиксаторы могут перевести его в доступную форму аммиака.

Цианобактерии — крупная группа продуцентов и первые фотосинтезирующие организмы в истории биосферы. Цианобактерии стали предками хлоропластов эукариот, благодаря чему возникло нынешнее разнообразие водорослей и зелёных растений, а атмосфера Земли заполнилась кислородом.

Бактерии и человек

Такие инфекционные болезни человека, как чума, сибирская язва, холера, дифтерия, туберкулёз, туляремия, дизентерия, менингит, ангина, пневмония и многие другие вызываются бактериями. Бактериальные инфекции лечатся антибиотиками. Для предотвращения заболеваемости необходимо соблюдать санитарно-гигиенические нормы и контролировать численность животных-переносчиков. Против многих бактериальных инфекций разработаны вакцины.

Бактерии используются человеком для производства продуктов питания, кормов для животных и компонентов лекарств. С помощью молочнокислых бактерий производятся кисломолочные продукты (йогурт, кефир, сметана, сыры), квашеные продукты, силос. Поскольку прокариотический геном обычно меньше эукариотического и проще устроен, он легче поддаётся модификации методами генной инженерии, что делает бактерий удобным объектом промышленной биотехнологии. С помощью генетически модифицированных штаммов бактерий можно в больших объемах синтезировать витамины, специальные белки и ферменты.

Для моей работы представляют интерес бактерии, отвечающие двум требованиям .

1 ) Бактерии должны быть крупными, чтобы их можно было  легко рассмотреть в школьный микроскоп.

2) Способ выращивания культуры этих бактерий должен не сложным, доступным для условий обычной школы.

Изучив литературу по этому вопросу, я остановилась на двух видах бактерий, отвечающих этим требованиям. Это сенная палочка и картофельная палочка.

Сенная палочка (Bacillus subtilis) — вид почвенных бактерий. Палочковидная бактерия, размер 2—5 × 0,4-0,6 мкм.

Бактерии распространены повсеместно. Они являются обитателями почвы, воздушной пыли и воды. Из почвы бациллы контактным путем распространяется на растения, с которыми в виде корма попадают в организм животных. Возможно и прямое обсеменение продуктов растительного или животного происхождения. Сенная палочка — представитель биоценоза кишечника здорового человека, препятствующий росту и размножению таких опасных микробов, как сальмонелла, протей, энтеробактер, стафилококк. Хищные животные, поедая растительную пищу, не только обогащают свой организм клетчаткой и витаминами, в него попадают споры сенной палочки, которые предупреждают развитие инфекционного процесса и укрепляют иммунитет. Размножение бактерий происходит путем простого бинарного деления с образованием двух дочерних клеток, между которыми сохраняется тонкая нить.

Это бактерии-сапрофиты, они питаются органическими остатками. Основной источник энергии для них - это полисахариды на основе глюкозы растительного (целлюлоза и крахмал) и животного (гликоген) происхождения. Продуктами метаболизма сенной палочки являются аминокислоты, витамины, разные ферменты, антибиотики. Эти особенности бактерии человек давно научился использовать в своей деятельности. Bacillus subtilis — действующее вещество лекарственных препаратов.

Сенная палочка и препараты ее содержащие так же относятся к микробиологическим препаратам. Сенную палочку содержат такие выпускаемые ныне препараты как «Фитоспорин-М», «Бактофит», «Фитоплюс», «Ризоплюс», «Субтиллин» и так далее. Сенная палочка действует как антибиотик, она подавляет развитие возбудителей болезней растений, вызывающих корневую гниль, стафилококки, стрептококки и ряд других вредных бактерий. Препараты на основе сенной палочки это безопасные для человека и животных биопрепараты. Их внесение в почву оказывает положительный эффект на оздоровление почвы.

Бактерия картофельная палочка( Bacillus mesentericus) – спороносная бактерия. Имеет вид тонкой палочки размером 0,5 – 0,6×3 – 10 мкм, часто образующей длинные нити. Вегетативные клетки подвижные, образуют овальные споры, при этом клетки не раздуваются, а сохраняют свою цилиндрическую форму. Колонии жёлто-бурые, сухие, морщинистые. На поверхности жидких сред картофельная палочка образует мощную складчатую плёнку, на ломтиках картофеля – складчатый налёт. Картофельная палочка широко распространена в природе (в почве, пищевых продуктах и пр.). Картофельная палочка патогенна для животных и человека. Споры её, попадая вместе с мукой или дрожжами в тесто, не погибают при выпечке хлеба и, прорастая, могут вызвать «тягучую», или «картофельную», болезнь хлеба (мякиш хлеба становится слизистым и тягучим, и хлеб приобретает неприятный запах).

И вот что интересно – у ржаного хлеба картофельной болезни не наблюдается, поскольку кислотность его значительно выше, чем пшеничного. Пшеничный хлеб «болеет» исключительно в жаркое время года, если его хранят в душных, плохо вентилируемых помещениях, укладывают горячим навалом или в высокие штабеля. Развитию болезни способствует и повышенная влажность пшеничного хлеба с невысокой кислотностью.

В чем проявляется «тягучая» болезнь? В мякише хлеба или других влажных мучных изделиях (бисквитное пирожное, пряники) через некоторое время происходят изменения. На изломе батона начинает ощущаться слабый неприятный запах, который быстро усиливается и становится похож на запах валерианы или переспелой дыни. Мякиш темнеет, он становится мягким, затем в нем появляется волокнистость, и, наконец, он превращается в клейкую, тягучую грязно-коричневую массу с резким неприятным запахом, напоминающим запах гниющих фруктов. Такой хлеб не пригоден для употребления.

                                          II. Практическая часть

Бактерии изучаются на уроках биологии в школе в той или иной степени с 5 по 11 класс. Существует  много различных методик получения культуры различных бактерий для последующего изучения. Наиболее удобны для изучения с помощью школьного микроскопа бактерии крупных размеров. Крупными бактериями являются сенная палочка и картофельная палочка. Я выбрала и опробовала некоторые из способов их выращивания, наиболее простые и доступные для изучения в условиях школы.

Выращивание сенной палочки

1 способ

Для работы нам понадобился:

Сенная труха или солома, колба термостойкая на 250 мл, стеклянная палочка, ватно-марлевые пробки, водяная баня, две конические колбы, красители (лакмус или метиловый оранжевый).

Выращивание сенной палочки:

1. Сено из разнотравья мелко нарезают и помещают в колбу объемом 250 мл, заполняя ее на четверть объема, добавляют 100— 150 мл воды и щепотку мела. 

2. Смесь кипятят 15—20 мин, пока среда не приобретет цвет настоя крепкого чая.

        3. Сенной отвар разливают в подготовленные конические колбы слоем 1—1,5 см, закрывают ватными пробками и помещают в термостат при температуре 25 °С или вблизи радиатора центрального отопления.

Через 3 дня на поверхности настоя появился бактериальная пленка.

2 способ

Для работы понадобится: Фитоспорин – паста (50 г), 250 мл бесхлорной воды, любое водорастворимое комплексное удобрение (например, для цветов), стеклянная  колба, краситель.

1. Оживляем Фитоспорин-пасту. В 250 мл бесхлорной воды растворяем любое водорастворимое комплексное удобрение (например, для цветов) по инструкции, как для подкормки. В этом растворе растворяем нашу пасту. Для удобства можно отлить небольшую часть, подогреть и растворить, а уже потом добавить в общий объем.

2. Закрываем и убираем в темное теплое место. Хотя бы раз в день открываем крышку, чтобы был газообмен: сенная палочка – аэроб, для жизни ей нужно дышать. Примерно через неделю на поверхности начнет появляться белая пленка – это живая бактериальная масса.

Выращивание картофельной палочки

Картофельная палочка развивается на картофеле.

1 способ

Для работы понадобится:  неочищенный картофель, термостойкая колба, нож, комочек почвы.

1.  Следует взять неочищенный картофель, нарезать небольшими кубиками, поместить в небольшую посуду, залить доверху водой и нагреть до 80°С. 

2.Для заражения приготовленной питательной среды спорами картофельной

 палочки, нужно опустить в нее небольшой комочек почвы, после этого

 поставить в теплое место на 3 дня.

3.Вода приобретает неприятный запах, в ней обнаруживается большое количество бактерий картофельной палочки.

Крупная подвижная картофельная палочка хорошо видна даже без окрашивания.

2 способ

Для работы понадобится: неочищенный картофель, мел, нож, фильтровальная бумага, чашка Петри.

1. Промытые клубни картофеля, не очищая, нарезают кружочками. Поверхность их натирают мелом для нейтрализации среды и помещают в чашки Петри на двойной слой фильтровальной бумаги, смоченной водой.

2. Чашки ставят в термостат с температурой 27—30°С на трое - четверо суток. На поверхности ломтиков картофеля образуется плотная морщинистая пленка культуры картофельной палочки. Окраска пленки может быть разной: беловато-серой, розоватой, желто-бурой, черной, — что зависит от разновидностей культуры, получивших преимущественное развитие.

3. Маленький кусочек пленки нужно растереть в капле воды и рассмотреть под микроскопом.

В этом случае также в поле зрения наблюдается картофельная палочка в большом количестве. Правда, нужно отметить, в этом случае наблюдается меньшая подвижность особей, чем при первом способе.

Результаты исследования.

Опробованные мной  способы выращивания культур бактерий сенной и картофельной палочки оказались применимы в школьных условиях.  Они просты, доступны и дают хороший результат.

Сенная палочка.

Источник получения культуры бактерий (сенная труха и паста «Фитоспорин») доступны. Сенная труха бесплатна, а «Фитоспорин» можно купить в магазине для садоводов и огородников по вполне невысокой цене. В исследовании используется стандартная лабораторная посуда, имеющаяся в школьном кабинете химии.

Картофельная палочка.

Источник получения культуры бактерий (сырой неочищенный картофель) еще более доступен, чем в предыдущем опыте.  В исследовании используется стандартная лабораторная посуда, имеющаяся в школьном кабинете химии.

Для первого способа характерен более наглядный результат, но есть отрицательная сторона – неприятный запах.  Во втором способе бактерии менее подвижны, есть тенденция подсыхания бактериальной пленки, но совершенно отсутствует неприятный запах.

Выводы:

                                 Литература

1. Энциклопедия «Всё обо всём» Филологическое общество «СЛОВО» 1993

2. Микробиология с основами вирусологии. К.А.Лукомская М: «Просвещение» 1987

3. Методика обучения биологии 6-7 растения, бактерии, грибы, лишайники Г.С.Калинова, А.Н.Мягкова М:Просвещение 1999

4. Интернет ресурс Википедия

5. https://xn--80abgsfe5alhcatd6jqa.xn--p1ai/novosti/bacillussubtilis

Приложение

Выращивание сенной палочки

1 способ

Для работы нам понадобится:

Сенная труха или солома, колба термостойкая на 250 мл, стеклянная палочка, ватно-марлевые пробки, водяная баня, две конические колбы, красители (лакмус или метиловый оранжевый).

Выращивание сенной палочки:

1. Сено из разнотравья мелко нарезают и помещают в колбу объемом 250 мл, заполняя ее на четверть объема, добавляют 100— 150 мл воды и щепотку мела. 

2. Смесь кипятят 15—20 мин, пока среда не приобретет цвет настоя крепкого чая.

        3. Сенной отвар разливают в подготовленные конические колбы слоем 1—1,5 см, закрывают ватными пробками и помещают в термостат при температуре 25 °С или вблизи радиатора центрального отопления.

Через 3 дня на поверхности настоя появился бактериальная пленка.

2 способ

Для работы понадобится: 

Фитоспорин – паста (50 г), 250 мл бесхлорной воды, любое водорастворимое комплексное удобрение (например, для цветов), стеклянная  колба, краситель.

1. Оживляем Фитоспорин-пасту. В 250 мл бесхлорной воды растворяем любое водорастворимое комплексное удобрение (например, для цветов) по инструкции, как для подкормки. В этом растворе растворяем нашу пасту. Для удобства можно отлить небольшую часть, подогреть и растворить, а уже потом добавить в общий объем.

2. Закрываем и убираем в темное теплое место. Хотя бы раз в день открываем крышку, чтобы был газообмен: сенная палочка – аэроб, для жизни ей нужно дышать. Примерно через неделю на поверхности начнет появляться белая пленка – это живая бактериальная масса.

Выращивание картофельной палочки

1 способ

Для работы понадобится: 

неочищенный картофель, термостойкая колба, нож, комочек почвы.

1.  Следует взять неочищенный картофель, нарезать небольшими кубиками, поместить в небольшую посуду, залить доверху водой и нагреть до 80°С. 

2.Для заражения приготовленной питательной среды спорами картофельной

 палочки, нужно опустить в нее небольшой комочек почвы, после этого

 поставить в теплое место на 3 дня.

3.Вода приобретает неприятный запах, в ней обнаруживается большое количество бактерий картофельной палочки.

Крупная подвижная картофельная палочка хорошо видна даже без окрашивания.

2 способ

Для работы понадобится: 

неочищенный картофель, мел, нож, фильтровальная бумага, чашка Петри.

1. Промытые клубни картофеля, не очищая, нарезают кружочками. Поверхность их натирают мелом для нейтрализации среды и помещают в чашки Петри на двойной слой фильтровальной бумаги, смоченной водой.

2. Чашки ставят в термостат с температурой 27—30°С на трое - четверо суток. На поверхности ломтиков картофеля образуется плотная морщинистая пленка культуры картофельной палочки. Окраска пленки может быть разной: беловато-серой, розоватой, желто-бурой, черной, — что зависит от разновидностей культуры, получивших преимущественное развитие.

3. Маленький кусочек пленки нужно растереть в капле воды и рассмотреть под микроскопом.

В этом случае также в поле зрения наблюдается картофельная палочка в большом количестве. Правда, нужно отметить, в этом случае наблюдается меньшая подвижность особей, чем при первом способе.