Элективный курс «Биоморфологическое разнообразие грибов Пермского края» приоритетному национальному проекту «Образование»

Элективный курс «Биоморфологическое разнообразие грибов
Пермского края»
Гулина Н. Э., учитель биологии высшей категории, победитель конкурса по
приоритетному национальному проекту «Образование»
Программа элективного курса предназначена для расширения знаний по
вопросам биоморфологического разнообразия грибов при изучении курса
«Общая биология». В ней предусматривается изучение теоретических и
практических основ микологии.
Цель элективного курса – изучение разнообразия грибов, их специфики и
значения для природы и человека, расширение предметной компетенции
учащихся, создание условий для осознанного выбора профиля обучения.
Материал программы основывается на знаниях, полученных учащимися
при изучении биологии и других школьных дисциплин. Элективный курс
позволяет расширить знания по микологии, приобрести навыки работы с
особенной группой организмов, ознакомиться со спецификой
их
жизненного цикла и распознавания, что значительно расширяет знания о
царстве живых организмов, рассматриваемом в незначительном объеме в
курсе «Ботаника».
Проведение элективного курса необходимо осуществлять за счет
дополнительных часов школьного компонента.
Программа курса «Биоморфологическое разнообразие грибов Пермского
края».
Ведение.
Место курса «Микология» в системе естественных дисциплин. Цели и
задачи курса. Значение курса для понимания единства всего живого и
взаимозависимости всех частей биосферы Земли.
Особенности строения грибов.
Одноклеточные и многоклеточные организмы, эукариоты, гетеротрофы.
Особенности строения и функций грибной клетки. Строение и
жизнедеятельность грибов, их место в системе органического мира.
Биоразнообразие грибов, среда их жизни.
Разнообразие грибов по строению, способам питания, среде обитания.
Симбиоз грибов с растениями. Шляпочные грибы, их строение, питание,
размножение.
Значение грибов в природе и жизни человека.
Роль грибов в природе как симбионтов, гетеротрофов. Съедобные и
ядовитые грибы. Профилактика отравлений ядовитыми грибами. Правила
сбора грибов.
Приложение содержит краткую характеристику царства «Грибы».
Методические рекомендации к изучению элективного курса.
1. Продуктивный способ изучения элективного курса – широкое
осуществление межпредметных связей, в частности с курсами химии,
экологии.
2. В процессе проведения занятий необходимо всеми возможными методами
и средствами обеспечить сочетание принципов научности и доступности.
3. В ходе изучения элективного курса необходимо использовать различные
формы учебной работы: уроки – лекции, семинарские занятия,
практические занятия, экскурсии.
4. Особое внимание необходимо уделить самостоятельной работе учащихся
по изучению дополнительной литературы, при проведении, практических
работ, подготовке к занятиям.
Тематическое планирование
№
Тема
Количество
часов
1.
Ведение. Общие понятия. Разделы. Значение
грибов в природе и жизни человека.
1 час
2.
Экскурсия в лес. Биоразнообразие грибов,
среда их жизни, методы сбора.
4 часа
3.
Оформление
выставки
классификация.
1 час
4.
Изготовление гербария и сохранение спор.
5.
Характерные
признаки
классификация.
6.
Оформление индивидуальных работ
1 час
7.
Подведение итогов и защита работ
2 часа
грибов
грибов
и
и
их
1 час
их
3 часа
Характеристика царства «ГРИБЫ»
ГРИБЫ, группа выделяемых в особое царство живого споровых
организмов, иногда внешне напоминающих растения, но лишенных зеленого
пигмента хлорофилла, настоящих корней, стеблей и листьев. Споры, как и
семена, рассеиваются и прорастают в новые организмы, но не содержат
зародыша и обычно состоят из единственной клетки. В настоящее время
считается, что на земном шаре обитает как минимум 1,5 млн. видов грибов,
но описано из них всего 70 000 (менее 5%). К этой группе обычно относят
слизевиков, плесени, обычно наблюдаемые на разлагающихся остатках и
почве, дрожжи, хорошо известные по их роли в производстве алкогольных
напитков и других пищевых продуктов, шляпочные грибы, а также
возбудителей многих болезней сельскохозяйственных культур (головни,
ржавчины).
Значение грибов в природе и в жизни человека трудно переоценить.
Прежде всего это редуценты, необходимые для разложения органических
веществ, включая целлюлозу и лигнин, т.е. для глобального круговорота
элементов. Грибы, в первую очередь многие шляпочные их виды,
употребляются в пищу, причем некоторые из них относятся к самым дорогим
деликатесам (трюфели). Они также дают «еду будущего» – съедобный белок
(микопротеин). Грибы все шире применяются для биологической борьбы с
вредными насекомыми и нематодами, заменяя ядохимикаты. Они образуют
симбиотическую ассоциацию – микоризу – с корнями растений, которая
улучшает рост последних и позволяет деревьям селиться на почти
бесплодном грунте. Успехи генной инженерии сделали дрожжи настоящими
живыми фабриками по широкомасштабному производству сложных
соединений, в частности необходимых медицине антибиотиков и гормонов и
применяемых в промышленности ферментов. С другой стороны, грибы,
поселяясь в тканях растений и животных, бывают причиной опасных
болезней (фитомикозов, микозов); кроме того, они образуют ядовитые
микотоксины, вызывающие пищевые отравления, и часто приводят к порче
самых разных полезных материалов.
Характерные признаки. Грибы – обширная и повсеместно
распространенная группа весьма разнообразных организмов, способных
существовать в широком диапазоне условий. Изучающую их науку называют
микологией, а специалистов в этой области – микологами. Когда-то грибы
включались в царство растений и составляли в нем вместе с бактериями,
водорослями и лишайниками отдел низших, слоевцовых, или талломных,
растений (Thallophyta). По мере дальнейшего изучения этих четырех групп
все они были распределены по другим царствам, а прежняя классификация
была признана устаревшей.
Грибы отличаются от растений достаточно сильно. Прежде всего, они
лишены хлорофилла – свойственного растениям зеленого пигмента,
необходимого для фотосинтеза, т.е. образования питательных органических
веществ (углеводов) из минеральных (углекислого газа и воды) с попутным
выделением кислорода. Следовательно, грибы, как и животные, питаются не
автотрофно, а гетеротрофно – уже готовой органикой из внешних
источников. Для этого они либо паразитируют на живых организмах
(включая и другие грибы), либо потребляют их мертвые остатки и продукты
жизнедеятельности (например, нектар растений); в последнем случае их
называют
сапротрофами.
Некоторые
грибы
образуют
высокоспециализированные симбиотические ассоциации с водорослями
(лишайники) или корнями растений (микориза).
Уникальные особенности грибов оправдывают выделение их в
самостоятельное царство Mycetae или Fungi. Сейчас многие микологи
считают, что включаемые в него организмы слишком разнообразны, и
некоторые традиционно относившиеся к грибам группы переносят в другие
царства. В частности, слизевики (Myxomycota) с характерной для них
амебоидной питающейся стадией все чаще рассматривают в составе царства
протистов (Protista).
КЛАССИФИКАЦИЯ
КЛАССЫ
Хитридио
мицеты.
Около 750
видов
Оомицеты
Около 475
видов
Зигомицет
ы
600видов
Аскомице
ты
30000
видов
ПОДКЛАССЫ
ПОРЯДКИ
ПРЕДСТАВИТЕЛИ
-
-
Ольпидиум капусты
Синхитриум
-
1. Сапролегниевые
2. Пероноспоровые
1. Голосум
чатые
2.Плодосум
чатые
1.Сапролегния
2.Фитофтора
Плазмопора
1. Мукоровые
1.Мукор
2.Мукоровые дрожжи
3.Ризопус
1. Первичносумчатые 1. Пивные дрожжи
2. Тафриновые
2. Тафрина
1. Плектасковые
2. Периспориевые
3. Пиреномицеты
Базидиоми 1.Холобазидио
цеты
мицеты
25 – 30
тыс. видов
2.Фрагмобазид
иомицеты
4. Дискомицеты
1. Гименомицеты
2. Гастеромицеты
1.
Головневые
2. Ржавчинные
Несоверш
енные
грибы
25-30тыс.
видов
-
-
1.Пеницилл
и
аспергилл
2. Мучнистая роса
3. Спорынья
и
вентурия
4. Сморчок и строчок
1. Трутовик, белый
гриб, шампиньон.
2. Дождевик
1. Твердая и пыльная
головня пшеницы
2. Линейная ржавчина
пшеницы
1. Вертициллиум
2. Монилия
СЪЕДОБНЫЕ И ЯДОВИТЫЕ ГРИБЫ
Надежных методов различения съедобных и ядовитых грибов по внешним
признакам нет, поэтому единственный выход – знать каждый из них. Если
видовая принадлежность грибов вызывает сомнение, их нельзя употреблять в
пищу.
Съедобные и ядовитые грибы не выделяются в какие-то особые таксоны,
иногда и те и другие входят в состав одного и того же порядка, семейства и
даже рода. Виды, с которыми обычно приходится иметь дело грибникам,
характеризуются мясистыми плодовыми телами и относятся к базидиальным
либо сумчатым грибам. Все коммерчески разводимые виды, как и все самые
ядовитые, – базидиальные, шляпочные, пластинчатые, т.е. их плодовое тело
состоит из ножки и шляпки, покрытой снизу вертикальными, радиально
расходящимися пластинами, на которых развиваются споры. Если положить
зрелую шляпку пластинами на лист бумаги, споры высыпятся, и тогда
нетрудно определить их цвет: они бывают белыми, розовыми, пурпурнокоричневыми или черными. У съедобных грибов споры могут быть любого
цвета, а у ядовитых, относящихся к роду Amanita, они всегда белые.
Обычные съедобные грибы. Плодовое тело всем известного шампиньона
полевого (Agaricus campestris) состоит из шляпки на центральной ножке
(пеньке). Снизу шляпка несет множество радиально расходящихся от центра
вертикальных пластинок. На обеих сторонах каждой из них развиваются
споры (более миллиарда у одного экземпляра). После созревания они
разносятся ветром и в благоприятных условиях прорастают. Этот вид
характеризуется сероватой шляпкой, розовыми, буреющими при созревании
пластинками и пленчатым кольцом (остатком покрывала) на ножке.
После шампиньона, вероятно, самые вкусные среди встречающихся в
природе грибов – это навозники или чернильные грибы (род Coprinus),
называемые так потому, что при созревании их шляпка становится мягкой и
сочится чернильного цвета жидкостью. Споры у них черные. Наиболее
распространенные виды этого рода – навозники белый (C. comatus),
мерцающий (C. micaceus) и серый (C. atramentarius).
Среди белоспоровых грибов легко узнать вешенку обыкновенную
(Pleurotus ostreatus). Ножка у ней сдвинута к краю шляпки, а плодовые тела
растут плотными скоплениями на древесных пнях. Вполне съедобна также
белоспоровая лисичка настоящая (Cantharellus cibarius) со светло-желтой
шляпкой.
К трубчатым базидиальным грибам относятся представители семейств
полипоровых (Polyporaceae) и болетовых (Boletaceae). У них нижняя сторона
шляпки покрыта слоем пористой губки из плотно упакованных узких
вертикальных трубочек, на внутренних стенках которых образуются споры.
Однако у первых (трутовиков) ножка часто отсутствует или незаметна, а
плодовые тела вторых – «обычные», как у шампиньона. Некоторые
болетовые относятся к деликатесам, другие более или менее ядовиты.
Трутовики растут на стволах и пнях. Обычно они слишком жесткие и
деревянистые, однако известны исключения. Например, легко узнать
съедобную печеночницу обыкновенную (Fistulina hepatica), называемую так
из-за внешнего сходства с куском печени. Растет она почти всегда на старых
пнях каштана, реже – дуба, часто достигая в диаметре 15–20 см.
У представителей другого семейства базидиальных грибов –
дождевиковых (Lycoperdaceae) – плодовые тела шаровидные, самых разных
размеров: иногда крошечные, с горошину, а иногда огромные – диаметром до
45 см. Ядовитых среди них нет, а вкусными считаются многие. Дождевик
бокальчатый (Lycoperdon cyathiforme) часто в изобилии растет на газонах,
головач гигантский (Calvatia gigantea) встречается гораздо реже. Эти грибы
следует собирать, пока их плодовые тела молодые, белые, на срезе
напоминающие сыр. Созревая, они превращаются в сухой мешок, набитый
желтыми, пурпурными или оливковыми спорами.
Представителей базидиальных грибов из семейства рогатиковых
(Clavariaceae) нетрудно узнать, потому что их плодовые тела внешне похожи
на кораллы. Ядовитых среди них нет, но некоторые виды для еды слишком
жесткие. Сморчки (род Morchella) появляются обычно в мае, и с виду так
своеобразны, что с другими грибами их не спутаешь. Эти представители
сумчатых грибов напоминают своими плодовыми телами маленькую губку
на белой ножке. К сумчатым грибам относятся и высоко ценимые гурманами
трюфели (род Tuber). Они черные, клубневидные, растут под землей, и их
приходится выкапывать. Трюфели отличаются характерным запахом,
поэтому для их поисков специально дрессируют собак и свиней. Эти грибы
встречаются по всей Северной Америке, но завозят их в США на продажу из
Европы, главным образом из Франции, где их сбор и консервирование
поставлены на промышленную основу.
Обычные ядовитые грибы. Самые опасные грибы относятся к роду
Amanita, для которого характерны белые споры и вздутое или чашевидное
основание ножки. Наиболее известен среди них мухомор красный (A.
muscaria) с желтой или оранжевой шляпкой, покрытой сверху белыми
пятнами. Бледная поганка (A. phalloides) отличается зеленовато-белым
цветом и обычно встречается в редколесьях. Молодое плодовое тело
представителей этого рода почти шаровидное, а позднее развивает
практически плоскую пластинчатую шляпку диаметром до 13 см на ножке
высотой до 15 см, погруженной снизу в пленчатое влагалище.
Как это ни странно, чаще всего отравляются не мухоморами и бледными
поганками, а слабоядовитыми грибами. Особого внимания заслуживает
говорушка светящаяся (Clitocybe illudens), названная так за свою способность
к люминесценции. Это оранжево-желтый пластинчатый гриб с почти
плоской шляпкой диаметром до 15 см. Опасность представляют и
белоспоровые грибы-зонтики (род Lepiota). Большинство видов этого рода, в
частности зонтик пестрый, или большой (L. procera), съедобны, но есть и
исключение – L. morgani. Это очень крупный гриб со шляпкой диаметром до
25 см. Он довольно похож на близкородственный зонтик большой, однако
отличается от него чуть зеленеющими с возрастом спорами. Природа
находящихся в ядовитых грибах токсинов различна, и время, через которое
появляются симптомы отравления ими, также неодинаково. Мухомор
красный содержит алкалоид мускарин, сильно действующий на нервную
систему. Для развития симптомов отравления требуется от нескольких минут
до двух-трех часов. Возможны желудочные спазмы, рвота, понос,
головокружение, потеря сознания и кома, иногда конвульсии. При
отравлении бледной поганкой аналогичные симптомы возникают через
несколько часов. Позднее наблюдаются печеночная недостаточность,
повышенное давление и падение температуры тела. Через несколько дней в
50% случаев наступает смерть.
Грибоводство. Хотя широко разводимый шампиньон полевой в природе
встречается на открытых местах, зеленого хлорофилла, в отличие от
растений, он не содержит, поэтому нормально развивается и в отсутствие
света. Его часто разводят в заброшенных шахтах и пещерах, где нетрудно
поддерживать постоянную температуру – одно из важнейших для роста
плодового тела условий. Необходимые для роста условия – питательные
вещества и влага. Шампиньоны разводят также в погребах или специально
построенных сараях. Любители часто считают, что выращивать грибы
просто, однако занятие это требует специальных знаний и конкурировать с
профессионалами здесь очень трудно.
Питательная ценность. В грибах содержится очень мало необходимых
человеку веществ. Калорийность их также низка – примерно 100 ккал/кг.
Примерный видовой состав грибов Черняевского леса
1. Дождевик желтушный – съедобен в молодом состоянии. Гумусовый
сапрофит.
2. Мухомор красный – ядовит. Микоризообразователь.
3. Говорушка белая – ядовит. Подстилочный сапрофит.
4. Гебелома – несъедобен. Микоризообразователь.
5. Груздь черный – съедобен. Микоризообразователь.
6. Белый гриб – съедобен. Микоризообразователь.
7. Рядовка фиолетовая – съедобен. Микоризообразователь.
8. Коллибия масляная – съедобен. Подстилочный сапрофит.
9. Говорушка пятнистая – съедобен. Микоризообразователь.
10.Млечник низкий – съедобен. Микоризообразователь.
11.Млечник блеклый – съедобен. Микоризообразователь.
12.Трутовик окаймленный – несъедобен. Ксилотроф.
13.Чешуйчатка оттопыренно-чашуйчатая – несъедобен. Ксилотроф.
14.Говорушка булавоногая – съедобен. Подстилочный сапрофит.
15.Лаковица розовая – съедобен. Подстилочный и гумусовый сапрофит.
16.Паутинник – несъедобен. Микоризообразователь.
17.Гимнопил горький – несъедобен. Ксилотроф.
18.Навозник мерцающий – съедобен. Гумусовый сапрофит.
19.Гриб-зонтик высокий – съедобен. Подстилочный и гумусовый
сапрофит.
20.Строфария сине-зеленая – съедобен. Подстилочный сапрофит.
21.Свинушка тонкая – съедобен. Подстилочный сапрофит.
22.Говорушка блестящая – несъедобен. Подстилочный сапрофит.
23.Мицена чистая – несъедобен. Подстилочный сапрофит.
24.Поплавок умброво – желтый – съедобен. Микоризообразователь.
25.Цистодерма киноварон-красная – съедобен. Подстилочный сапрофит.
26.Лисичка ложная – съедобен. Подстилочный сапрофит.
27.Мухомор пантерный – несъедобен. Микоризообразователь.
28.Сыроежки – съедобен. Микоризообразователь.
Редкие виды
Паутинник фиолетовый
(несьедобный)
Трихолома тополевая
(сьедобный)
Некоторые распространенные виды
Паутинник браслетчатый Перечный гриб
(сьедобный)
(несьедобный)
Волоконница надорванная
(ядовитый)
Элективный курс «МИКРОБИОЛОГИЯ».
Гулина Н. Э., учитель биологии высшей категории, победитель конкурса по
приоритетному национальному проекту «Образование»
Программа курса содержит некоторые вопросы общей микробиологии и
рассчитана
на
расширение
знаний
учащихся
по
строению,
жизнедеятельности и практическому значению микроорганизмов. Это
существенно дополняет курс «Общая биология» в классах с углубленным
изучением предмета. Особое внимание в программе уделено теоретическим и
практическим основам микробиологии, ее значению для
сохранения
здоровья человека и окружающей среды. Учащиеся знакомятся с обширным
и разнообразным миром микроорганизмов, особенностями их строения,
физиологией, современным состоянием систематики прокариот, их
распространением на Земле. При изучении материала курса используются
знания по биологии, химии, физике, математике. Особое внимание в
программе уделено бактериям, что позволяет расширить знания по этому
вопросу, приобрести навыки работы с микроскопическими организмами,
ознакомиться с правилами их выращивания и распознавания. Материал о
взаимоотношениях макро- и микроорганизмов, о мутуализм и паразитизме
будет использован при изучении учебных тем базового курса биологии
(«Возникновение жизни на Земле», «Цитология», «Неклеточные формы
жизни»).
Программой курса предусмотрено проведение лабораторных работ по
выращиванию культур сапротрофных микроорганизмов. Таким занятиям
предшествует знакомство с техникой безопасности при работе с живыми
культурами микроорганизмов и общими правилами поведения в
микробиологической лаборатории.
Практико-ориентированные приемы
организации занятий дают возможность индивидуализированного подхода, к
обучению, построения индивидуальных образовательных траекторий, что в
полной мере соответствует целям профильного обучения.
Самостоятельная работа в условиях поддержки и консультирования
преподавателем дает возможность развития исследовательских навыков.
Элективный курс «Микробиология» рассчитан 17 часов в десятом или
одиннадцатом классах. В виде факультатива проведение занятий можно
осуществлять за счет дополнительных часов внеклассной работы.
Цель курса: создание ориентационной и мотивационной основы для
профильного обучения старшеклассников по биологии путем ознакомления
их с разнообразием микроорганизмов, спецификой их жизнедеятельности и
значением для природы и человека.
Задачи курса.
 Ознакомить учащихся с разнообразием микроорганизмов, составом
и строением клеток, процессами жизнедеятельности, углубить
знания о роли микроорганизмов в природе и жизни человека.
 Ознакомить с методами микробиологии и приемами изучения
микроорганизмов, показать возможности их практического
применения.
 Научить некоторым методам работы с микроорганизмами.
Формируемые умения и навыки: работа с лабораторным
оборудованием, дополнительной литературой, умение применять
знания на практике, приводить аргументы и отстаивать свою точку
зрения, делать выводы по результатам эксперимента.
Основные понятия: микроорганизмы, клеточное строение, условия
обитания, процессы жизнедеятельности, среда обитания, питательные среды,
приборы,
используемые
при
изучении
микроорганизмов,
роль
микроорганизмов в жизни человека и окружающей среды.
Тематическое планирование.
№
Тема и содержание.
Кол-во
часов
1
Ведение.
1
Общие понятия. Разделы
микробиологии.
История микробиологических исследований.
Русская школа микробиологов.
2
Морфология
и
микроорганизмов.
структура
Систематика
микроорганизмов.
Вирусы. Миксомицеты и грибы.
клеток
4
Бактерии.
3
Микроорганизмы
и окружающая среда.
Важнейшие факторы окружающей среды,
влияющие
на
жизнедеятельность
микроорганизмов
(температура,
влажность,
кислотность раствора).
3
4
Оборудование,
необходимое
при
микробиологических
исследованиях.
Особенности микробиологического изучения
1
объектов
при
больших
увеличениях.
Электронный
и
цифровой
микроскопы.
Термостаты и автоклавы. Правила личной
безопасности.
5
Культивирование микроорганизмов.
2
Приготовление питательных сред и их подготовка
к
работе. Составы питательных сред для
получения культур микроорганизмов. Условия
использования питательных сред. Посев и
выращивание культур. Правила посева и
выращивания культур микроорганизмов. Условия
использования питательных сред.
6
Обработка полученных результатов.
4
Анализ скорости роста культур микроорганизмов,
их морфологии, систематики, зависимости от
условий окружающей среды.
8
Конференция по итогам работы.
2
Подготовка и представление докладов по темам
исследовательских работ.
Примеры исследовательских работ:
 Загрязненность воздуха микроорганизмами в
классных помещениях
 Влияние влажных уборок и проветривания на
загрязненность воздуха микроорганизмами
 Влияние дезинфицирующих веществ на рост
микроорганизмов
 Определение состава сред, необходимых для
выращивания микроорганизмов
Содержание элективного курса.
Занятие 1. Введение.
Предмет микробиологии. Значение микроорганизмов. Микробиология –
наука о мельчайших существах (микроорганизмах или микробах), невидимых
невооруженным глазом.
Мир микроорганизмов объединяет бактерии, дрожжи, плесневые грибы,
водоросли, простейшие, вирусы и бактериофаги.
Бактерии широко
распространены в воздухе, в том числе в помещениях, и являются главным
объектом изучения микробиологии.
Бактерии имеют круглую, цилиндрическую или извитую форму. Они
размножаются простым делением. Актиномецеты (лучистые грибы) - это
одноклеточные организмы, имеющие микроскопические размеры и по форме
напоминающие грибы.
Микробиология исследует морфологию, систематику, физиологические
особенности микроорганизмов и условия их жизнедеятельности, а также их
роль в природе и жизни человека.
Занятие 2. Морфология и структура клеток микроорганизмов.
Любая система таксономии и номенклатуры микроорганизмов требует
совершенных знаний объектов, чтобы их назвать и классифицировать. Для
того чтобы отнести микроорганизм к той или иной таксономической группе,
необходимо ознакомится с некоторыми основными характеристиками его, а
именно: определит внешний вид этого микроорганизма (форму, подвижность
и спорообразование); характер размножения и рост, воздействие его на
окружающую среду и окружающей среды на его жизнедеятельность. Такое
знание микроорганизма имеет также практическое значение.
Для группирования родственных организмов используются следующие
категории:
Виды – организмы одного или нескольких штаммов, форм,
разновидностей.
Роды – группа родственных видов.
Триба – группа родственных родов.
Семейство – группа родственных триб или родов.
Порядок – группа родственных семейств.
Класс – группа родственных порядков.
Тип – группа родственных классов
Все бактерии относятся к одному классу Schizomycetes.
Занятие 3. Микроорганизмы и окружающая среда.
Условия внешней среды имеют большое значение для микроорганизмов.
Влажность и температура, наличие кислорода, освещенность и многие другие
факторы воздействуют на рост и распространение микроорганизмов в
природе.
Занятие 4. Оборудование для микробиологических исследований.
Микроскопы, используемые для различных исследований, постоянно
совершенствуются. Созданы системы линз (объективы), дающие линейное
увеличение до 2000-3500 раз. Методы микрофотографии, ультрафиолетовая
микроскопия позволяют наблюдать объекты в ультрафиолетовых лучах. В
ХХ веке изобретен электронный микроскоп, увеличивающий изображение в
100000 раз и более. Изображение объекта получается при помощи потока
электронов. Это позволяет рассмотреть на фотографиях неизвестные ранее
тончайшие структуры. Автоклав – термический аппарат для проведения
физико-химических процессов при нагреве и повышенном давлении (что
увеличивает скорость процессов), а также для стерилизации.
Термостат – прибор для поддержания постоянной температуры.
Жидкостные, спиртовые, водяные, масляные
термостаты отличаются
диапазоном температур.
Занятие 5. Культивирование микроорганизмов.
Для
выращивания
микроорганизмов
необходимо
приготовить
питательные среды (жидкие или твердые). Для выращивания разных
микроорганизмов необходимы разные питательные среды. Перед посевом
питательную среды необходимо простерилизовать. Затем чашку Петри со
стерильной средой на 5 минут открывают в исследуемом помещении и
помещают в термостат.
Занятие 6. Обработка полученных результатов.
Провести анализ полученных культур микроорганизмов, их морфологии,
систематики, зависимости от условий окружающей среды.
Рассмотреть исследуемые культуры. Выделить наиболее четкие колонии
микроорганизмов. Сделать их описание и рисунок (фотографии). Сравнить
изучаемые объекты со справочной литературой. Полученные результаты
проанализировать.
Справочные материалы.
Занятие 1. Введение.
Морфологические типы бактерий. Большинство бактерий одноклеточные.
Каждая клетка способна осуществлять все необходимые для организма
процессы – рост, размножение, обмен веществ (метаболизм). Форма
бактерий разнообразна.
Сферические (Шаровидные) бактерии имеют форму шара. Они
называются кокками (одна клетка – кокк). Обычно коки имеют правильную
шарообразную, реже несколько вытянутую или заостренную форму.
По расположению клеток после деления кокки делятся на несколько
групп. Клетки могут располагаться либо поодиночке (микро - кокки), либо
образовывать скопления, напоминающие по форме грозди винограда
(стафилококки). Другие кокки после деления в одной плоскости остаются
парами (диплококки). У стрептококков деление также происходит в одной
плоскости, но клетки не отделяются друг от друга и по этому образуются
цепочки различной длины, напоминающие нити бус. Некоторые коки делятся
в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и образуют своеобразные
строения кубической формы – сарцины. Если после деления в двух взаимно
перпендикулярных плоскостях клетки располагаются в виде сочетаний из
четырех кокков, то такие скопления называются тетракокками или
тетрадами.
Часто в природе встречаются цилиндрические, или палочковидные
бактерии. Иногда они называются бациллами (от лат. Bacillum – маленькая
палочка) Вначале все палочковидные бактерии цилиндрической формы
именовались бациллами. После 1875 г., когда немецкий ботаник Кох открыл
существование спор у так называемой сенной палочки, представителей
палочковидных форм, образующих споры, стали называть бациллами, а не
образующих - бактериями. Цилиндрические бактерии могут иметь клетки
различной длины. У палочковидных бактерий концы бывают округлые или
заостренные. Нередко встречаются извитые, или спиральные бактерии. К
первой их группе относятся спириллы, имеющие форму длинных изогнутых
палочек, и вибрионы представляющие лишь часть витка спирали, похожую
на запятую. Вторая группа извитых бактерий (спирохеты) представляет
собой длинные и тонкие клетки с большим количеством мелких завитков.
Бактериальные клетки очень малы. Обычно их размер колеблется от
десятых долей микрона до 10 мкм в длину и от 0,2 до 1 мкм в ширину. Кокки
обычно имеют диаметр 0,5 – 1 мкм. У палочковидных форм в большинстве
случаев ширина составляет 0,5 - 1 мкм, а длина несколько микрон. Размер
бактерий может значительно изменяться в зависимости от условий внешней
среды (температуры, осмотического давления, и т.д.).
В процессе развития микробиология разделилась на ряд специальных
дисциплин: общую, сельскохозяйственную, техническую, медицинскую,
ветеринарную и другие. Задачей общей микробиологии является выяснение
общих закономерностей строения, развития и жизнедеятельности микробов
и изучение их роли в природе. Сельскохозяйственная микробиология
изучает роль микроорганизмов в образовании и разрушении почвы,
превращении органических и минеральных веществ, разрабатывает способы
их использования в качестве бактериальных удобрений, для консервации
кормов и хранении продуктов. Техническая микробиология разрабатывает
методы использования биохимической активности и других свойств
микроорганизмов в различных отраслях промышленности (синтезе
витаминов, производстве антибиотиков и т.д.).
Медицинская
микробиология изучает микроорганизмы, которые вызывают заболевания
людей, разрабатывает методы их распознавания, предупреждения и лечения
заболеваний.
Занятие 2. Морфология и структура клеток микроорганизмов.
Порядок Pseudomonadales. К этому порядку относится небольшие
бесспоровые палочки диаметром около 1 мк, с полярными жгутиками (один
или целый пучок) на одном или обоих концах клетки, а также извитые формы
– вибрионы и спириллы. Представители этого порядка являются
грамотрицательными бактериями.
Порядок
Pseudomonadineae
представлен бесцветными формами –
палочками и спиралевидными организмами. Многие организмы этого
порядка откладывают около своих клеток гидрат окиси железа.
Порядок Myxobacteriales объединяет так называемых миксобактерий, для
которых характерно образование слизи. Миксобактерии очень сходны по
форме с истинными бактериями как по размеру (0,7 – 10,0 мк) так и по форме
(палочковидная и веретенообразная). Имеют четко оформленное,
дифференцированное ядро. Размножаются путем поперечного изоморфного
деления и перешнуровыванием. Миксобактерии являются сапрофитами.
Обитают в почве, навозе, в гниющих растительных остатках и т.д. Многие из
них разлагают клетчатку, хитин и другие вещества растительного и
животного происхождения.
Порядок Mycoplasmatales. Представители этого порядка
имеют
сферические или овальную форму, а некоторые имеют вид мелких круглых
гранул, тонких нитей или звездочек. Приближаются по размеру к самым
мелким бактериям. Проходят через бактериологические фильтры. Плотной
оболочки эти организмы не имеют, не образуют спор, неподвижны.
Патогенные формы. Родственные им организмы обнаружены среди
сапрофитов. Представитель – возбудитель пневмонии.
Порядок Actinomyceteales включает промежуточную группу организмов –
бактерий, напоминающих грибы. Они образуют одноклеточные ветвящиеся
нити длинной в несколько миллиметров, диаметром 0,5 – 1,0 мк. Некоторые
относящиеся к данному порядку организмы (микобактерии) больше
напоминают бактерии. По Грамму окрашиваются положительно.
Размножаются спорами, овальными тельцами, на которые распадается нить,
или же споры отделяются от конца этой нити. Организмы, входящие в этот
порядок, обычно называют актиномецетами или лучистыми грибами.
Представители его обитают главным образом в почве. Среди актиномецетов
имеются сапрофитные и паразитные формы. Многие актиномецеты
выделяют антибиотические вещества, что имеет важное значение в
медицине.
Занятие 3. Микроорганизмы и окружающая среда.
Влажность. Высушивание большинство микроорганизмов переносят
хорошо. При дефиците влаги они не размножаются.
Вода является основным растворителем веществ, необходимым для
жизнедеятельности микроорганизмов, т.к. они могут жить и размножаться
только при наличии в среде свободной воды, главным образом в
капельножидком состоянии. Любое питательное вещество может
существовать в минимальной концентрации, при которой микроорганизм его
может использовать. От концентрации веществ зависит рост
микроорганизмов. При очень больших концентрациях рост становится
невозможным.
Температура. Микроорганизмы существуют при температуре окружающей
среды и не могут регулировать собственную температуру. По отношению к
температуре их можно разделить группы холодолюбивых, промежуточных
и термолюбивых. Микроорганизмы по-разному относятся к предельным
температурам. Если низкие они обычно переносят и после размораживания
сохраняют способность к росту, то высокие, наоборот, довольно быстро их
убивают. Обычно при температуре +60 погибают вегетативные клетки, в то
время как споры могут выдерживать в течении нескольких часов
температуру кипения.
Кислород. Микроорганизмы, для жизнедеятельности которых необходим
кислород, называются облигатными аэробами, другим он не нужен – это
облигатные анаэробы.
Кислотность. Оптимальное значение рН
среды для большинства
микроорганизмов находится в пределах 6,5-7,5.
Вода является основным растворителем веществ, необходимых для
жизнедеятельности микроорганизмов. От концентрации веществ зависит
рост микроорганизмов. При очень больших концентрациях рост становится
невозможным.
Занятие 4. Оборудование для микробиологических исследований.
Электронный микроскоп – прибор, который позволяет получать сильно
увеличенное изображение объектов на основе их взаимодействия с пучком
электронов (рис.1).
Рис. 1. МАГНИТНАЯ ЛИНЗА. Витки провода, по которым проходит ток,
фокусируют пучок электронов так же, как стеклянная линза фокусирует
световой пучок.
ОБЫЧНЫЙ ПРОСВЕЧИВАЮЩИЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП
(ОПЭМ) имеет электронный прожектор, ряд конденсорных линз,
объективную линзу и проекционную систему, которая соответствует
окуляру. Изображение обьекта проецируется на люминесцентный экран или
фотографическую пластинку. Электронное изображение формируется
электрическими и магнитными полями примерно так же, как световое —
оптическими линзами. Магнитное поле, создаваемое витками катушки, по
которой проходит ток, действует как собирающая линза, фокусное
расстояние которой можно изменять, изменяя ток. Исследуемый объект
обычно помещают на очень мелкую сетку, вкладываемую в специальный
держатель. Держатель можно механическим или электрическим способом
плавно перемещать вверх-вниз и вправо-влево.
Окончательное увеличенное электронное изображение преобразуется в
видимое посредством люминесцентного экрана, который светится под
действием электронной бомбардировки. Это изображение, обычно
слабоконтрастное, как правило, рассматривают через бинокулярный световой
микроскоп.
РАСТРОВЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП (РЭМ)
В нем применяются электронные линзы для фокусировки электронного
пучка в пятно очень малых размеров. Это пятно непрерывно обегает
некоторый участок образца. Электрический сигнал, возникающий при
бомбардировке объекта электронами пучка, используется для формирования
изображения на экране телевизионного кинескопа. Увеличение (до 10 млн.
раз) в данном случае понимается как отношение размера изображения на
экране к размеру области, обегаемой пучком на образце.
РАСТРОВЫЙ ТУННЕЛЬНЫЙ МИКРОСКОП
В этом микроскопе тоже используется металлическое острие малого
диаметра, являющееся источником электронов. В зазоре между ним и
поверхностью образца создается электрическое поле. Число электронов,
вытягиваемых полем из острия в единицу времени (ток туннелирования),
зависит от расстояния между острием и поверхностью образца (на практике
это расстояние меньше 1 нм). При перемещении острия вдоль поверхности
ток модулируется. Это позволяет получить изображение, связанное с
рельефом поверхности образца. Если острие заканчивается одиночным
атомом, то можно сформировать изображение поверхности, проходя атом за
атомом.
РТМ может работать только при условии, что расстояние от острия до
поверхности постоянно, а острие можно перемещать с точностью до атомных
размеров. Вибрации подавляются благодаря жесткой конструкции и малым
размерам микроскопа, а также применению многослойных резиновых
амортизаторов.
Занятие 5. Культивирование микроорганизмов.
Очень многие нетребовательные микроорганизмы хорошо растут в средах
с минимальным содержанием питательных веществ. Однако другим для
роста нужны микроэлементы, витамины или другие добавки.
Среды бывают жидкими и твердыми. Первые представляют собой раствор
необходимых веществ в дистиллированной воде, для приготовления вторых –
необходим агар–агар для придания им желеобразной консистенции. Желатин
можно использовать только в тех случаях, когда для выращивания
микроорганизмов не требуется использования термостата.
Если питательный раствор составлен из определенных химических
соединений, то говорят о синтетической среде. Обычно для выращивания
микроорганизмов вносят минимальное количество питательных веществ,
необходимых для роста. В сложных средах содержится дрожжевой или
мясной экстракты.
Примеры питательных сред.
Среда М9.
Na2HPO4 –6г., KH2PO4 – 3г., NH4CI – 0,5г., CaCI2 – 5мг., H2O - до
1л. Ростовой субстрат – глюкоза (40% р-р), 5 мл на 1 л .
Среда LB.
Триптон –10г, дрожжевой экстракт – 5г, NaCI – 10г, H2O – до 1л.
Приготовленные среды необходимо простерилизовать в автоклаве.
Лабораторная работа.
«Определение загрязненности воздуха методом оседания».
Чашку Петри со стерильной средой на 5 минут открыть в исследуемом
помещении, закрыть, подписать, когда и где был произведен посев. После
этого поместить ее в термостат на одну неделю. Считается, что за 5 минут на
поверхность площадью 100см2 из воздуха оседает 10 тысяч
микроорганизмов.
Для расчетов необходимо знать площадь питательной среды в чашке
Петри (S=Пr2), количество колоний М/О на ней (визуальный подсчет),
количество колоний на 100 см2. Перерасчет ведется на 1м3 воздуха .
При этом считается, что загрязненность воздуха:
 низкая (если 1м3 воздуха содержит не более 2000 микроорганизмов);
 средняя (если 1м3 воздуха содержит не более 2000-4000
микроорганизмов);
 высокая (если 1м3 воздуха содержит не более 4000-6000
микроорганизмов);
 очень высокая (если 1м3 воздуха содержит
более 6000
микроорганизмов).
После проведения посевов чашки Петри поместить в термостат при
температуре 370 С на сутки. По истечению этого времени произвести
расчеты. Если нет возможности провести занятие в нужное время, можно
чашки поместить в холодильник и хранить там несколько дней.
Занятие 6. Обработка полученных результатов.Анализ полученных культур
микроорганизмов, их морфологии, систематики, зависимости от условий
окружающей среды.
Характеристика наиболее распространенных представителей бактерий.
Порядок
Семейство
Рисунок
Eubacteriales
Bacillaceae
–
большинство
представителей встречаются в
молочных
продуктах.
Кокковидные и палочковидные
формы.
Azotobacteriaceae
азотфиксирующие свободно
связанно живущие формы.
–
и
Myxobacteriales Myxoceaceae.
Образуют
шаровидные возвышающиеся над
субстратом тела.
Sorangiaceae.
Характеризуются
угловатой формой плодовых тел,
собранной в кучу.
Mycihlfsmatalts Представители
имеют
сферическую
или
овальную
форму, встречаются патогенные
формы.
Actinomycetales Streptomecetactae.
Образуют
разветвленный
мицелий.
Размножаются спорами. Колонии
плотные, врастающие в субстрат,
часто пигментированные.
Actinomycetaceae.
Мицелий
может распадаться на фрагменты,
не образуют спор, многие виды
являются
возбудителями
болезней.
Литература
1.Скорочкина Е. Игра — дело серьезное.// Учительская газета — 2004 — №
43.
2.Суворова Н. Интерактивное обучение: новые подходы.// Учитель — 2000
— №1.
3.В.Я.Денисов, Д.Л.Мурышкин, Т.В.Чуйкова. Информационные технологии
на уроках химии (www.ipk.admin.tstu.ru).
3.Юрочкина Л.Г. Метод интерактивного обучения на уроках химии
(festival.1september.ru).
4.В.Т.Безручко, В.В.Масленников. Опыт внедрения электронного учебника
по
органической
химии
(www.nsu.ru).
5.Г.И.Дерябина, Г.В.Кантария. Электронный учебник «Органическая химия»
(www.chemistry.ssu.samara.ru).
6.Воронцов А. Формула собственного маршрута. Проектная деятельность как
путь к взрослению // Газеты для учителей и родителей «1 сентября». – М.:
Издательский дом «Первое сентября».-2001- №78.
7. В.Я.Денисов, Д.Л.Мурышкин, Т.В.Чуйкова. Информационные технологии
на уроках химии (www.ipk.admin.tstu.ru)
8. О.С.Габриелян, И.Г.Остроумов, Е.Е.Остроумова. Органическая химия в
тестах, задачах, упражнениях.- М.: Дрофа, 2003
9. С.В.Рянжин. Экологический букварь.- С-Пб.: Печатный двор, 1994.
10. Н.Е.Кузьменко, В.В.Еремин. 2500задач по химии. М.: Оникс 21 век, Мир
и Образование, 2002.
11. Н. А. Блукет. В. Т. Емцев. Ботаника с основами физиологии растений и
микробиологии. М, Колос, 1969.
12.Г.Л. Билич, В.А. Крыжановский. Биология, полный курс. Ботаника.М,
Оникс 21 век, 2002
13.Жизнь растений, под ред М.В. Горленко, том второй Грибы, М.,
Просвещение, 1976
14.Е. Н. Мишустин, В.Т. Емцев. Микробиология. М. Колос, 1978
15.Г. Шлегель. Общая микробиология. М, Мир, 1987
16.Богданова Т.Л., Солодова Е.А., Биология, справочник. М., АСТ-ПРЕСС.
2001
17.Заварзин Г.А. Фенотипическая систематика бактерий. М.,Колос,1973
18. Карузина И.П., Биология. Изд.6-е,Медицина, М., 1977
19.Тимаков В.Д. Микробиология. М., Медицина, 1973
20.Френкель – Корат Х., Химия и биология микроорганизмов. М., Мир, 1972
21.Энциклопедия «Современное естествознание». Том 2, Общая биология.
М., Изд. Дом МАГИСТР-ПРЕСС, 2000
22.Жизнь растений. Том 1, Введение. Бактерии и актиномицеты. М.,
Просвещение,1974
23.Полянкевич А.Н. Электронные микроскопы. Киев, 1976;
24.Спенс Дж. Экспериментальная ионная микроскопия высокого
разрешения.
М., 1986.