1 Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с. Гордино Афанасьевского района Кировской области Областной конкурс- фестиваль исследовательских работ и проектов младших школьников «Я познаю природу» Номинация: экология и охрана природы Исследовательская работа ОНИ НЕВИДИМЫ, И ВСЁ ЖЕ… Работу выполнила: Варина Ульяна, обучающаяся 4 класса МКОУ СОШ с. Гордино Руководитель: Гордина Елена Георгиевна, учитель биологии с. Гордино, 2014 год 2 Содержание Введение……………………………………………………………………………….3 1. Обзор литературы 1.1. История открытия микроорганизмов…………………………………..4 1.2. Микрофлора воздуха…………………………………………………….4 1.3. Санитарно-бактериологическое исследование воздуха……………….4 1.4. Морфология бактерий…………………………………………………...5 1.5. Бактериоскопический метод исследования………………………….…5 1.6. Микроскопирование с иммерсионной системой………………………6 1.7. Вывод……………………………………………………………………...6 2. Методы исследований………………………………………………………….7 3. Исследование микрофлоры воздуха в классе и за окном 3.1. Выбор объекта и подготовка оборудования для исследования………7 3.2. Определение микроорганизмов в 1 м3 воздуха за окном и в классе до и после проветривания и влажной уборки………………………8-10 3.3. Описание колоний и определение формы микроорганизмов из разных колоний……………………………………………………..…10-11 Выводы…..……………………………………………………………………………...12 Литература………………………………………………………………………………13 Приложения…………………………………………………………………………14-34 Отзывы………………………………………………………………………………….35 3 Введение Был солнечный день. Я сидела на уроке и вдруг увидела перед собой солнечный лучик. Он был такой яркий, что ослеплял глаза. Но, когда я рассмотрела его внимательнее, то увидела пыль. Её было так много, в этом маленьком лучике! А сколько её во всём классе? Я слышала, что в 1 грамме пыли может содержаться до 1 миллиона бактерий! Чем же мы дышим? Как определить, есть ли в воздухе микробы? И действительно ли проветривание и влажная уборка помогают сделать воздух чище? Эти вопросы заинтересовали меня, и захотелось найти ответы на них. Так появилась тема моей исследовательской работы «Они невидимы, и всё же…» Я поставила перед собой цель: исследовать микрофлору воздуха в классе и определить, влияет ли проветривание и влажная уборка на уменьшение количества микроорганизмов в воздухе. Для достижения поставленной цели я определила следующие задачи: 1) ознакомиться с литературой по данной теме; 2) изучить методы, позволяющие подсчитать количество микроорганизмов в определённом объёме воздуха; 3) подсчитать количество микробов в классе до и после проветривания и влажной уборки; 4) рассмотреть форму микроорганизмов 5) проанализировать полученные данные. Таким образом, объектом моего исследования является воздух в классе и за окном, а предметом – микроорганизмы, находящиеся в воздухе. Приступая к работе я выдвинула 2 гипотезы: 1) Если проветрить класс, то микроорганизмов станет меньше. 2) Если провести влажную уборку, то микроорганизмов станет меньше. Раньше подобных исследований в нашей школе не было, поэтому данная работа может быть интересна как для учащихся, так и для учителей. 4 1. Аналитический обзор 1.1. История открытия микроорганизмов Микрооргани́змы, (микро́бы) — собирательное название группы живых организмов, которые слишком малы для того, чтобы быть видимыми невооружённым глазом (их характерный размер — менее 0,1 мм). [6] Впервые микроорганизмы были открыты более 250 лет назад, в XVII веке, когда появилась возможность наблюдать их при помощи оптических приборов — луп, дававших увеличение в 160—200 раз. Крупный вклад в науку о микробах внес известный французский ученый Луи Пастер (1822 — 1895 гг.). Одним из основоположников мировой и отечественной микробиологии был Илья Ильич Мечников (1845 —1916 гг.). [3] 1.2. Микрофлора - это Микрофлора воздуха совокупность разных типов микроорганизмов, населяющих какую-либо среду обитания. [6] В окружающем нас воздухе всегда находится какое-то количество микроорганизмов. В воздушную среду они заносятся с поверхности земли и предметов вместе с пылью или мельчайшими капельками влаги, сдуваемыми с поверхностей водоемов. Чем больше в воздух попадает с поверхности земли пыли, тем больше в нем микробов. Зимой в воздухе микробов находится гораздо меньше, чем летом. [3] В воздухе закрытых помещений микробов значительно больше, чем в открытых воздушных бассейнах. Состав микрофлоры и количество микроорганизмов, обнаруживаемых в 1 м3 воздуха (микробное число воздуха), зависят от санитарно-гигиенического режима, числа находящихся в помещении людей, состояния их здоровья и других условий. [4] 1.3. Санитарно-бактериологическое исследование воздуха Для определения микрофлоры воздуха используют следующие методы: седиментационный (метод Коха), фильтрационный (воздух пропускают через воду); методы, основанные на принципе ударного действия воздушной струи с использованием специальных приборов. [4] 5 Наиболее старым методом микробиологического является седиментационный метод (метод оседания Коха). Петри с питательной средой при исследовании анализа воздуха Для этого чашки общей бактериальной загрязненности воздуха оставляют открытыми в местах отбора проб в течение 5-10 минут. По окончании экспозиции чашки закрывают и помещают в термостат при 370С на 24 ч, а затем при комнатной температуре выдерживают еще сутки. О степени загрязненности воздуха судят по количеству выросших колоний. Данный метод пригоден для сравнительных оценок чистоты воздуха [1]. Учет посева бактерий из воздуха производят путем подсчета выросших колоний бактерий отдельно. Зная площадь чашки Петри, можно определить количество микроорганизмов в 1м3 воздуха. Для этого: 1) определяется площадь питательной среды в чашке Петри по формуле рr2; 2) вычисляют количество колоний на площади 1 дм2 ; 3) пересчитывают количество бактерий на 1м3 воздуха.[2]. 1.4. Морфология бактерий Бактерии невооруженным глазом не видны. Для их изучения используют световые и электронные микроскопы. Клетки бактерий измеряют в микрометрах (1 мкм равен 10-3 мм), а элементы тонкого строения бактерий измеряют в нанометрах (1 нм равен 10-3 мкм). Средние размеры бактерий составляют 0,5-3 мкм. По форме клеток бактерии подразделяются на 3 основные группы: - шаровидные формы или кокки; - палочковидные формы; - извитые формы (рис.1). (Приложение №1) [5] 1.5. Бактериоскопический метод исследования. Клетки микроорганизмов можно изучать как в живом состоянии (метод раздавленной капли и метод висячей капли), так и в фиксированном и окрашенном состоянии. Для приготовления фиксированного препарата на обезжиренное предметное стекло наносят каплю воды, в которую вносят исследуемый материал и распределяют его таким образом, чтобы получить тонкий и равномерный мазок. Мазки высушивают на воздухе. Для фиксации мазка физическим методом предметное стекло медленно проводят 3 раза через пламя горелки. Для 6 окрашивания микробов используют простые и сложные методы. При простом методе фиксированный мазок окрашивают каким-либо одним красителем, например, водным раствором фуксина (1-2 минуты), промывают водой, высушивают и микроскопируют. Сложные методы окрашивания включают последовательное использование нескольких красителей. [5] 1.6. Микроскопирование с иммерсионной системой Для бактериоскопического исследования применяют объективы. иммерсионные микроорганизмов наиболее При часто использовании иммерсионных объективов между линзой объектива и препаратом помещают иммерсионное масло. Для микроскопии с иммерсионным объективом требуется хорошее освещение объекта. Для этого используется дополнительное досвечивание. На окрашенный мазок наносят каплю иммерсионного масла и помещают стекло на предметный столик. Опускают объектив до соприкосновения с каплей. После погружения объектива в каплю масла с помощью микрометрического винта устанавливают четкое изображение объекта. После окончания микроскопии иммерсионный объектив поднимают, препарат убирают, а фронтальную линзу объектива протирают от остатков масла мягкой салфеткой. [5] 1.7. Вывод Таким образом, в процессе изучения литературы я узнала, что такое микроорганизмы, микрофлора воздуха, что бактерии бывают разные по форме (кокки, палочки, извитые). Узнала, что для определения микрофлоры воздуха используют различные методы. Для своего исследования я выбрала метод Коха и воспользовалась правилом Омелянского для подсчёта микробов в 1м3 воздуха. Так же я познакомилась с методикой приготовления правилами работы с иммерсионным микроскопом. микропрепаратов и 7 2. Методы исследования В ходе исследования мною были использованы следующие методы: - наблюдение; - измерение; - описание; - анализ; - сравнение; - эксперимент; - обобщение. 8 3. Исследование микрофлоры воздуха в классе и за окном 3.1. Выбор объекта и подготовка оборудования для исследования Кабинетом для исследования я выбрала свой класс. Для исследования понадобится следующее оборудование: маркер по стеклу, линейка, калькулятор, иммерсионный микроскоп, предметные и покровные стёкла, фильтровальная бумага, спиртовка, спички, тигельные щипцы, флакон с водой, пипетка, краситель – фуксин, иммерсионное масло, настольная лампа, фотоаппарат, чашки Петри со стерильной питательной средой (рис.2). (Приложение №2) Оказалось, что для приготовления питательной среды применяется автоклавирование раствора агара при температуре 1210 С. У нас такой возможности нет. Поэтому готовые чашки Петри со стерильной питательной средой нам предоставили на естественнонаучном факультете Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета (ПГГПУ) (рис.3). (Приложение №3) Для того чтобы рассмотреть форму микроорганизмов, нужен иммерсионный микроскоп с увеличением 1800, иммерсионное масло и краситель – фуксин. Иммерсионный микроскоп с нужным увеличением у нас в школе есть (рис.4). (Приложение №4) А вот краситель и иммерсионное масло нам предоставили сотрудники лаборатории Афанасьевской центральной районной больницы (ЦРБ) (рис.5). (Приложение №5) Когда всё необходимое оборудование для исследования было собрано, я приступила к исследованию. 3.2. Определение микроорганизмов в 1 м3 воздуха за окном и в классе до и после проветривания и влажной уборки После уроков я заложила следующие опыты: 1. Взяла посев воздуха чашечным методом за окном (рис.6). (Приложение №6) 2. Взяла посев воздуха чашечным методом в классе (рис.7). (Приложение №6) 9 3. Осуществила сквозное проветривание в течение 15 минут (рис.8) и снова взяла пробу (рис.9). (Приложение №7) 4. Произвела влажную уборку в классе (рис.10) и повторила посев (рис.11). (Приложение №8) В результате у меня получилось 5 образцов: Чашка №1. Контрольная чашка (рис.12) (Приложение №9) Чашка №2. Проба за окном (рис.13) (Приложение №9) Чашка №3. Проба в классе до проветривания и влажной уборки (рис.14) (Приложение №9) Чашка №4. Проба после проветривания (рис.15) (Приложение №9) Чашка №5. Проба после проветривания и влажной уборки (рис.16) (Приложение №9) Затем оставила чашки на 7 дней при комнатной температуре для инкубации посева. Через 7 дней я подсчитала количество колоний бактерий и грибов в чашках и произвела расчёты по правилу Омелянского по формуле: X= (100хА/S)х100, где Х – количество микроорганизмов в 1 м3 А – количество колоний в чашке Петри S – площадь чашки Петри (рис.17) Приложение №10, (рис.18, 19, 20, 21,22) Приложение №11 Полученную информацию обработала и занесла в таблицу №1 (Приложение №12) Проанализировав полученные данные, я сделала следующие выводы: 1) В контрольной чашке микроорганизмов не обнаружено, значит, стерилизация питательной среды произведена качественно и искажений данных в других чашках не будет. 2) На улице воздух чище, чем в помещении. Скорее всего, такая чистота воздуха за окном обусловлена тем, что сейчас зима. В воздухе нет пылевых частиц, да и температура за окном в момент взятия пробы была -280С 10 После проветривания количество микроорганизмов увеличилось! Но 3) почему, ведь воздух за окном чистый? Оказалось, что при сквозном проветривании воздух поднимается вверх, вместе с воздухом поднимаются вверх частицы пыли, а с ними и микроорганизмы. После проветривания очень эффективно делать влажную уборку, чтобы 4) собрать всю поднявшуюся пыль, ведь именно пылевые частицы служат благоприятной средой для жизнедеятельности различных микроорганизмов. Также я выяснила, что кроме бактерий в воздухе есть ещё и споры 5) грибов. Исследованная 6) мною среда обитания – воздух населена - микроорганизмами. По санитарным нормам воздух считается чистым, если в нём содержится меньше 2000 микроорганизмов на 1м3, поэтому воздух в классе можно считать чистым. 3.3. Описание колоний и определение формы микроорганизмов из разных колоний. Подсчитывая колонии микроорганизмов, я обратила внимание на то, что колонии отличаются друг от друга по размеру, форме, цвету (рис.23) (Приложение №13). Поэтому я решила провести ещё один опыт: описать колонии визуально и посмотреть под микроскопом одинаковые ли по форме микроорганизмы из разных колоний. Для этого я приготовила микропрепараты для всех колоний, отличающихся друг от друга, окрасила их простым способом (фуксином) (рис. 24,25) (Приложение № 14). Рассмотрела под иммерсионным микроскопом при увеличении 1800 (рис.26). (Приложение № 14). Увиденные кокков, палочек и спор гриба изображения зафиксировала на фотоаппарат (рис.27,28,29) (Приложение №15) Полученные результаты я проанализировала и внесла в таблицы №2, №3, №4, №5, №6 11 В контрольной чашке микроорганизмов не обнаружено (Табл. №2). (Приложение №16) В пробе воздуха за окном микроорганизмов не обнаружено (Табл. №3). (Приложение № 17) В пробе воздуха в классе до проветривания и влажной уборки было обнаружено 5 видов колоний. Из каждой колонии был взят мазок и определена форма микроорганизма. В данной пробе все колонии микроорганизмов являются бактериями кокками (Табл. №4). (Приложение №18) В пробе воздуха в классе после проветривания было обнаружено 5 видов колоний. Из каждой колонии был взят мазок и определена форма микроорганизма. В данной пробе оказались колонии бактерий кокков, бактерий палочек и грибок (Табл. №5). (Приложение №19) В пробе воздуха в классе после проветривания и влажной уборки было обнаружено 2 вида колоний микроорганизмов. Из каждой колонии был взят мазок и определена форма микроорганизма. В данной пробе оказалась колония бактерий кокков и бактерий палочек (Табл. №6) . (Приложение №20) Проанализировав полученные данные, я сделала следующие выводы: 1) Колонии грибов отличаются по внешнему виду от колоний бактерий. 2) Бактерии, в свою очередь, отличаются друг от друга не только по форме и цвету колоний, но и по форме самих бактерий (кокки и палочки) 3) Большинство бактерий в классе – кокки. 4) Проветривание и влажная уборка без дезинфицирующих средств не позволяет избавиться от бактерий-палочек, но значительно снижает содержание кокков в воздухе. 12 Выводы В результате исследовательской работы я выяснила, что в воздухе, которым мы дышим, огромное количество микроорганизмов: бактерий – кокков и палочек, а так же споры грибов, и в наших силах сделать воздух чище. Мои гипотезы подтвердились, проветривание и влажная уборка благоприятно влияют на состав воздуха. Единственное замечание: во время проветривания лучше выйти из класса, так как пылевые частицы, а вместе с ними и микроорганизмы, с потоком воздуха поднимаются вверх. Ранее подобные работы в нашей школе не проводились, поэтому результаты моего исследования оказались интересными как для учащихся, так и для учителей нашей школы. Данная работа может быть использована классными руководителями на классных часах, а так же учителем биологии при проведении урока в 6 классе на тему «Бактерии». Борьба за чистоту воздуха является не только борьбой за чистоту в помещении, но и борьбой за здоровье людей, ведь в воздухе присутствуют как безвредные, так и болезнетворные бактерии. Поэтому я решила выпустить листовки для классных уголков здоровья с призывом соблюдения гигиенических правил в помещении. (рис.30) (Приложение №21) Как точно заметил великий микробиолог И.И.Мечников: «Нет ничего непознаваемого, есть ещё много непознанного». Они невидимы, и всё же я решила продолжить свои исследования. В последующей работе я хочу выявить зависимость количества микроорганизмов в воздухе от времени года. 13 Литература 1. Лабинская А.С. "Микробиология с техникой микробиологических методов исследования", М., "Медицина", 1968, стр. 79391 2. Черемисинов Н.А., Боева Л.И., Семихатова О.А. Практикум по микробиологии.– М.: Высшая школа, 1967.– 168 с. 3. Шлегель Г.Х. Общая микробиология.– М.: Мир, 1987.– 566 с. 4. Справочник по микробиологическим и вирусологическим методам исследования/ Биргер М.О. – Москва: изд. «Медицина», 1973 г. 5. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. под ред. А.А. Воробьева. М., 2004. 6. http://ru.wikipedia.org/ 14 Приложение №1 Рисунок 1. Формы бактерий. Источник: happydoctor.ru (без изменений) 15 Приложение №2 Рисунок 2. Оборудование 16 Приложение №3 Рисунок 3. Чашка Петри с питательной средой 17 Приложение №4 Рисунок 4. Микроскоп с иммерсионным объективом. Увеличение микроскопа 1800 раз. 18 Приложение №5 Рисунок 5. Иммерсионное масло. Краситель - фуксин 19 Приложение №6 Рисунок 6. Взятие пробы за окном Рисунок 7. Взятие пробы в классе до проветривания и влажной уборки 20 Приложение №7 Рисунок 8. Проветривание в течение 15 минут Рисунок 9. Взятие пробы после проветривания 21 Приложение №8 Рисунок 10. Проведение влажной уборки в классе Рисунок 11. Взятие пробы после влажной уборки и проветривания 22 Приложение №9 Рисунок 12. №1 Контрольная чашка Рисунок 13. №2 Проба за окном Рисунок 14. №3 Проба в классе до проветривания и влажной уборки Рисунок 15. №4 Проба после Рисунок 16. №5 Проба после проветривания проветривания и влажной уборки 23 Приложение №10 Рисунок 17. Подсчёт колоний бактерий 24 Приложение №11 Через 7 дней Рисунок 18. №1 Контрольная чашка Рисунок 19. №2 Проба за окном Рисунок 20. №3 Проба в классе до проветривания и влажной уборки Рисунок 21. №4 Проба после проветривания Рисунок 22. №5 Проба после проветривания и влажной уборки 25 Приложение №12 Таблица №1 Количество микроорганизмов в 1 м3 воздуха в классе до и после проветривания и влажной уборки Условия опыта Общее Число колоний количество грибов колоний в Содержание бактери микроорганиз й мов в 1м3 чашке воздуха №1 Контрольная чашка 0 0 0 0 №2 За окном 0 0 0 0 №3 До проветривания и 10 1 9 1410 №4 После проветривания 11 1 10 1550 №5 После проветривания и 2 0 2 280 влажной уборки влажной уборки 26 Приложение №13 Рисунок 23. Колонии бактерий и гриба 27 Приложение №14 Рисунок 24. Приготовление микропрепаратов Рисунок 25. Готовые микропрепараты бактерий Рисунок 26. Микроскопирование 28 Приложение №15 Рисунок 27. Фото через окуляр микроскопа при увеличении 1800 раз. Бактерии – кокки Рисунок 28. Фото через окуляр микроскопа при увеличении 1800 раз. Бактерии – палочки Рисунок 29. Фото через окуляр микроскопа при увеличении 1800 раз. Споры гриба. VII. Приложен 29 Приложение №16 Таблица №2 Контрольная чашка. Чашка №1 Описание колонии Номер Форма мазка микроорган изма Колоний не обнаружено - В контрольной чашке микроорганизмов не обнаружено. - 30 Приложение №17 Таблица №3 Проба воздуха за окном. Чашка №2 Описание колонии Номер Форма мазка микроорган изма Колоний не обнаружено - В пробе воздуха за окном микроорганизмов не обнаружено. - 31 Приложение №18 Таблица №4 Проба воздуха до проветривания и влажной уборки. Чашка №3 Описание колонии Номер Форма мазка микроорганизма из колонии 1) С приподнятым центром, округлая, край I. №1 ровный, бежевая, блестящая 2) Выпуклая, округлая, край ровный, жёлтая, кокки I. №2 блестящая Бактерии кокки 3) Выпуклая, округлая, край ровный, жёлто- I. №3 оранжевая, блестящая 4) Плоская, округлая, край ровный, кремового Бактерии кокки I. №4 цвета, блестящая Бактерии кокки 5) Плоская, край ровный, округлая, белая, блестящая В пробе Бактерии- I. №5 Бактерии кокки воздуха в классе до проветривания и влажной уборки было обнаружено 5 видов колоний. Из каждой колонии был взят мазок и определена форма микроорганизма. В данной пробе все колонии микроорганизмов являются бактериями кокками. 32 Приложение №19 Таблица №5 Проба воздуха после проветривания. Чашка №4 Описание колонии Номер Форма мазка микроорганизма из колонии С приподнятым центром, край неровный, II. №1 бежевая, блестящая Выпуклая, край ровный, бежевая, блестящая Бактерии кокки II. №2 Бактерии кокки Приподнятая, край ровный, жёлтая, матовая II. №3 Бактерии кокки С приподнятым центром, край ровный, II. №4 кремовая, матовая Приподнятая, край неровный, желто- Бактерии палочки II. №5 грибок оранжевая, матовая В пробе воздуха в классе после проветривания было обнаружено 5 видов колоний. Из каждой колонии был взят мазок и определена форма микроорганизма. В данной пробе оказались колонии бактерий кокков, бактерий палочек и грибок. 33 Приложение №20 Таблица №6 Проба воздуха после проветривания и влажной уборки. Чашка №5 Описание колонии Номер Форма мазка микроорганизма из колонии С вдавленным центром, край ровный, жёлтая, матовая III. №1 кокки приподнятым палочки центром, край ровный, кремовая, III. №2 матовая В пробе воздуха в класс В пробе воздуха в классе после проветривания и влажной уборки было обнаружено 2 вида колоний микроорганизмов. Из каждой колонии был взят мазок и определена форма микроорганизма. В данной пробе оказалась колония бактерий кокков и бактерий палочек. 34 Приложение №21 Через нос проходит в грудь и обратный держит путь. Он невидимый и всё же, без него мы жить не можем. (Воздух) Необходимо поддерживать чистоту в помещениях, препятствуя размножению болезнетворных микроорганизмов. И в этом могут помочь простые мероприятия: 1. Осуществление проветривания в классах в конце учебного дня в течение 15 минут. 2. Во время проветривая, лучше выйти из класса. 3. Ежедневное проведение влажной уборки в классах в конце учебного дня после проветривания Рисунок 30. Листовка для классного уголка 35 Отзывы Работа Вариной Ульяны, выполненная под руководством учителя биологии Гординой Е.Г., очень интересная, необычная и познавательная. Во-первых, поразили методы исследования. Такого в нашей школе ещё не было. Во-вторых, ещё раз убедилась, что для того, чтобы меньше болеть, после проветривания нужно просто проводить влажную уборку. Думаю, что данная работа заставит многих ребят нашей школы задуматься о том, каким воздухом мы дышим, как важно содержать в чистоте классные комнаты. Варина С.Г., ЗДУВР МКОУ СОШ с. Гордино Исследовательская работа Ульяны Вариной раскрывает как теоретические, так и практические знания. Работа сложная, а так же актуальная. Отрадно, что Ульяна хочет продолжить исследования в этой области. Успехов ей и руководителю Елене Георгиевне! Варанкина С.А., учитель технологии, биологии МКОУ СОШ с. Гордино