Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

дополнительного образования

Барабинского района Новосибирской области

"Центр дополнительного образования детей"

 

 

 

 

 

 

 

Тема исследовательской работы: «Селекция микроорганизмов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автор: Лекоренко Ярослав

обучающийся МБОУ СОШ № 2», класс 5

творческое объединение «Микромир»

Руководитель: Баталова Светлана Евгеньевна,

педагог дополнительного образования

МБОУДО ЦДОД Барабинского района

 

 

 

г. Барабинск, 2023 год

 

Содержание

Введение. 3

1. Теоретическая часть. 4

1.1 История открытия микробиологии и микроорганизмов. 4

1.2 Значение микроорганизмов на планете Земля. 6

1.3 Виды микроорганизмов. 8

2. Практическая часть. 11

2.1 Материалы и методы селекции микроорганизмов в условиях МБОУДО ЦДОД.. 11

2.2 Определение микроорганизмов под микроскопом.. 12

3. Правила гигиены, предотвращающие влияние болезнетворных микроорганизмов на человека  13

Заключение. 14

Список литературы.. 15

Приложение. 16

 

 

Введение

Кроме селекции растений и животных сегодня большое внимание уделяется селекционной работе с микроорганизмами.

Микроорганизмы – это прокариоты, одноклеточные грибы и некоторые эукариоты. Они имеют особенности, которые нужно учитывать в селекционной работе.

Если в разговорах о селекции растений и животных мы оперируем понятиями «сорт» и «порода», то в селекции микроорганизмов применяют понятие «штамм».

Актуальность выбранной темы. Благодаря деятельности этих микроорганизмов получают различные антибиотики, аминокислоты, витамины, другие вещества. Но также существуют болезнетворные микроорганизмы, и поэтому до сих пор является актуальным изучение микроорганизмов для выявления их плохих и качественный свойств, для дальнейшей борьбы с ними или использования в различных сферах отрасли.

Цель: создание условий для селекции микроорганизмов, выращивание микроорганизмов.

Задачи:

- изучить теоретические основы селекции микроорганизмов;

- выявить в ходе опыта, какие микроорганизмы встречаются в нашей повседневной жизни;

- разработать рекомендации по соблюдению гигиены, предотвращающие влияние болезнетворных микроорганизмов на человека.

Рабочая гипотеза: если правильно подготовить питательную среду, то можно вырастить микроорганизмы.

Объект исследования: микроорганизмы в окружающей среде.

Предмет исследования: основы селекции микроорганизмов

Практическая значимость работы: в данной работе рассмотрены теоретические сведения для возможности дальнейшего раскрытия темы проекта: история развития микробиологии и открытия микроорганизмов, значение микроорганизмов на нашей планете, виды микроорганизмов.

 

 

1. Теоретическая часть

1.1 История открытия микробиологии и микроорганизмов

Микробиология принадлежит к числу тех наук, которые сильно изменили жизнь человечества.

К использованию микробиологических процессов при изготовлении теста, кисломолочных продуктов человечество прибегало с давних времён.

Открытие микроорганизмов относится к концу XVII века. Открыл их голландский натуралист Антони ван Левенгук (1632-1723 гг.), который сконструировал простейший микроскоп, увеличивающий объекты в десятки и сотни раз.

В книге «Тайны природы» он впервые описал представителей основных групп микроорганизмов: одноклеточных организмов, водорослей, бактерий.

В 1698 г. Петр I, находясь в Голландии, посетил Левенгука и привез микроскоп в Россию.

Долгое время наука о микробах носила в основном описательный характер.

Начало нового периода в развитии микробиологии приходится на XIX в., который называют «Золотым веком» и связывают с деятельностью французского ученого Луи Пастера (1822-1895 гг.).

Пастер установил, что микроорганизмы различаются не только по внешнему виду, но и по характеру жизнедеятельности: они вызывают разнообразные химические превращения. Он доказал, что происходящее в виноградном соке спиртовое брожение обусловлено жизнедеятельностью микроорганизмов-дрожжей.

Это открытие опровергло главную в то время теорию Ю. Либиха о химической природе брожения.

Пастер открыл природу инфекционных болезней человека и животных, установил, что эти болезни возникают вследствие заражения особыми микробами и что каждое заболевание вызывается определенным микроорганизмом. Он разработал и научно обосновал метод предупреждения заразных болезней (прививки), изготовил вакцины против бешенства и сибирской язвы.

Значительным вкладом в микробиологию стали исследования немецкого ученого Роберта Коха (1843-1910 гг.). Им были введены в микробиологическую практику плотные питательные среды для выращивания микроорганизмов, что привело к разработке метода выделения микроорганизмов в чистые культуры, т.е. к выращиванию массы клеток каждого вида в отдельности. Этот метод открыл новые подходы для более углубленного изучения свойств микроорганизмов и вызвал быстрое развитие микробиологии. Р. Кох открыл в 1882 году возбудителя туберкулеза, названного его именем-«палочкой Коха».

Развитие микробиологии неразрывно связано с работами русских ученых.

Родоначальником русской микробиологии считается И.И. Мечников (1845-1916 гг.), работы которого положили начало новому этапу в развитии науки.

Центральной проблемой его исследований было изучение взаимоотношений паразита и хозяина-человека. Он создал теорию иммунитета, в основе которой лежит способность микроорганизма противостоять инородным телам, в том числе и болезнетворным микробам. И.И. Мечников и Л. Пастер положили начало изучению антагонизма (антогонизм-тип межвидовой конкуренции, при котором один вид микроорганизма задерживает или полностью подавляет развитие другого) микробов, что явилось основой науки об антибиотиках. И.И. Мечниковым в Одессе была организована первая в России бактериологическая лаборатория.

Ближайшим сотрудником И.И. Мечникова был известный русский микробиолог и эпидемиолог Н.Ф. Гамале́я (1859-1949 гг.), изучавший вопросы медицинской микробиологии. Н.Ф. Гамалея организовал в 1886 г. первую в России станцию по прививкам против бешенства (вторую в мире после Пастеровской станции в Париже). Вся его деятельность была направлена на решение важнейших вопросов здравоохранения в нашей стране.

Большой вклад в развитие микробиологии как науки сделал Л.С. Ценковский (1822-1887 гг.). Он открыл возбудителя превращения сахарной патоки в студень (лейконосток), впервые в России приготовил вакцину против сибирской язвы. [3]

Общая микробиология, изучающая микроорганизмы почвы, воды, и особенно сельскохозяйственная получила развитие в трудах С.Н. Виноградского (1856-1953 гг.). С.Н. Виноградским разработан метод выращивания микроорганизмов с применением избирательных питательных сред и условий, приближенных к естественному обитанию микроорганизмов. Этот метод получил широкое применение во всех областях микробиологии.

Учеником и сотрудником С.Н. Виноградского был В.Л. Омеля́нский (1867-1928 гг.), создавший первый русский учебник по микробиологии «Основы микробиологии», изданный в 1909 г.

На основе исследований образования органических кислот грибами, проведённых С.П. Ко́стычевым в нашей стране в 1930 г. Было организовано производство лимонной кислоты.

В.Н. Шапошников (1884-1968 гг.) и А.Я. Манте́йфель (1882-1960 гг.) изучили и внедрили в практику способ производства молочной кислоты с помощью бактерий.

Исследования В.Н. Шапошникова и Ф.М. Чистякова (1898-1959 гг.) дали возможность еще в начале 30-х годов XX в. организовать в промышленном масштабе производство ацетона с помощью бактерий.

Становление пищевой микробиологии связано с трудами Я.Я. Никитинского младшего (1878-1941 гг.). Совместно с Б.С. Алеевым Я.Я. Никитинский написал курс микробиологии скоропортящихся продуктов и руководство к практическим работам по микробиологии для студентов, изучающих товароведение продовольственных товаров. Труды Я.Я. Никитинского и его учеников положили начало широкому развитию микробиологии консервного производства и холодильного хранения скоропортящихся пищевых продуктов. В теорию и практику холодильного хранения продуктов питания большой вклад внес и Ф.М. Чистяков.

В настоящее время микробиология стала не только фундаментальной наукой-в стране плодотворно работают научно-исследовательские учреждения по многим разделам микробиологической науки. Заказы народного хозяйства выполняют многие промышленные производства, в технологии которых главенствуют микробиологические процессы.

Микробиологическая промышленность выпускает большое количество необходимых народному хозяйству страны препаратов: антибиотики, ферменты, аминокислоты, белки, органические кислоты и другие продукты.

Широкое развитие получила пищевая микробиология. Во всех крупных отраслях пищевой промышленности есть научно-исследовательские институты, в которых имеются микробиологические лаборатории. На многих предприятиях пищевой промышленности функционируют микробиологические лаборатории, контролирующие производство, качество сырья и готовой продукции.

1.2 Значение микроорганизмов на планете Земля

Микроорганизмы играют основополагающую роль в круговороте веществ в природе. Количественное содержание в атмосфере азота, кислорода и углекислого газа, других химических элементов, необходимых для жизни, отражает равновесие между их образованием и использованием в природных процессах. Эти превращения происходят во всей биосфере, которая охватывает океаны, моря, пресные водоемы, почву континентов и нижнюю часть атмосферы, где обитают живые организмы. Биосфера находится в достаточно устойчивом состоянии (по космическим меркам) благодаря непрерывному поступлению солнечной энергии и постоянному круговороту углерода, кислорода, азота, серы и фосфора.

С помощью солнечной энергии фотосинтезирующие организмы превращают углекислый газ и другие неорганические вещества в глюкозу и другие органические соединения, которые служат источником энергии для всех организмов. Фотосинтезирующие организмы (морские одноклеточные водоросли, высшие растения на суше) служат источником питания для животных. Таким образом, основные элементы сохраняются в органическом состоянии в ходе превращений, которые приводят к включению этих элементов в клетки и ткани животных.

Чтобы снова стать доступными для использования фотосинтезирующими организмами, органические вещества должны перейти в неорганическую форму. Этот процесс минерализации, т.е. превращения в ходе разложения растительных и животных остатков, осуществляется главным образом микробами.

Процессы могут происходить только в условиях, благоприятных для жизнедеятельности микроорганизмов, которые являются возбудителями этих процессов (например, гниения). В пустыне трупы не сгнивают, а мумифицируются, так как нет условий для развития гнилостных микроорганизмов. Гнилостные процессы происходят в организме человека, в частности в кишечнике; одним из возбудителей этого является кишечная палочка.

Очень важны процессы гниения в природе, именно они происходят при естественном самоочищении таких объектов окружающей среды, как почва и вода. Процессы гниения происходят и в специальных очистных сооружениях (полях ассенизации, орошения и т.п.). Этот процесс важен при биологической переработке и обезвреживании сточных вод, содержащих много органических веществ. В процессе гниения происходит обогащение почвы азотом за счет попадания в нее продуктов разложения, которые его содержат.

Примеров жизнедеятельности микроорганизмов бесчисленное множество. Жизнедеятельность микробов является основанием существования всего живого на Земле. Микроорганизмы широко распространены в природе: они есть в воздухе, воде, почве, причем во всех климатических зонах. Множество различных микробов живет на поверхности тела и в желудочно-кишечном тракте людей и животных. Микроорганизмы присутствуют на растениях, на всех окружающих нас предметах. Присутствуют и непрерывно «трудятся», уничтожая все отжившее. Таких микробов называют сапрофитами (от лат. Sapros-мертвый, гнилой+phyton-растение), т.е. питающимися мертвыми органическими веществами.

Несмотря на то что микроорганизмы имеют микроскопические размеры, мир микробов чрезвычайно разнообразен. Большинство этих существ одноклеточные, но существуют и многоклеточные. В настоящее время известны микроорганизмы, вообще не имеющие клеточного строения. Всем микроорганизмам присущи форма и размеры, которые выражаются в микроме́трах (мкм): 1 мкм = 0,001 мм.

Кроме размеров у микроорганизмов есть ряд особенностей, которые позволяют отделить их от представителей остального мира:

• способность употреблять самую разнообразную пищу (микроорганизмы могут использовать в качестве «продуктов питания» различные вещества, абсолютно «непригодные для еды» с точки зрения всех остальных живых существ);

• способность приспосабливаться практически к любым условиям существования (микроорганизмы обнаружены во льдах вечной мерзлоты и жерлах вулканов);

• способность к быстрому размножению (скорость деления некоторых бактерий составляет 30 мин).

Это не означает, что все микроорганизмы всеядны и все могут обитать в любых условиях. Но на каждый данный объект обязательно найдется свой микроорганизм, и абсолютно непригодные для жизни области могут оказаться местом обитания тех микроорганизмов, которых мы просто сегодня не умеем выделять на привычных средах. [4]

Микроорганизмы способны воспринимать информацию из окружающей среды только в виде сигналов: механических, физических и главным образом химических, поступающих в клетку через оболочку. Вся жизнедеятельность микроорганизмов определяется деятельностью генетической системы. Существование генов как отдельных единиц наследственности было установлено в 1865 г. Г. Менделем, а в 1869 г. Ф. Фишер впервые выделил ДНК. И только в середине XX в. было доказано, что ДНК является носителем единиц наследственности (генов). В 1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон определили структуру гена, основанную на двойной спирали.

К 1966 г. генетический код был полностью расшифрован, и выяснилось, что хромосома состоит из особых функциональных единиц — оперонов. Было установлено, что все живые существа используют один и тот же код для записи генетической информации. Это служит прямым доказательством единства происхождения живой материи. Ген является единственным носителем и хранителем жизни. Гены — это структуры, присущие только живой материи.

Микроорганизмы занимают на нашей планете свое особое место. С древнейших времен живой мир делили на два царства: царство растений и царство животных. А. Левенгук, открывший микроорганизмы, тоже сначала решил, что это-«маленькие живые зверушки». Но найти им место среди живых существ на нашей планете удалось не скоро.  

1.3 Виды микроорганизмов

Во второй половине XIX в. ученые пришли к заключению, что микроорганизмы существенно отличаются и от животных, и от растений, и все микроорганизмы были выделены в отдельное царство «Протисты». С конца XIX в. протисты разделили на высшие-эукариоты (от греч. Karuon-ядро ореха)-организмы, имеющие ядро, и низшие-прокариоты - организмы, в клетках которых нет оформленного ядра. К эукариотам относятся все высшие растения и животные. Примером прокариот являются бактерии, в том числе цианобактерии (сине-зеленые водоросли), вирусы.

Схема разделения живых организмов на основании трех уровней клеточной организации была предложена в 1969 г. В соответствии с этой схемой классификации были выделены пять царств:

• Монера - одноклеточные прокариоты;

• Протисты - одноклеточные эукариоты;

• Растения - многоклеточные эукариоты;

• Животные - многоклеточные эукариоты;

• Грибы - одноклеточные и многоклеточные эукариоты.

В последнее время разработаны новые подходы к систематике микроорганизмов. Систематика включает таксономию, классификацию и идентификацию. Таксономия (от греч. Taxis - порядок) делит все микроорганизмы па группы по различным уровням: царство, подцарство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид, подвид. Основная таксономическая единица вид - это совокупность микроорганизмов, имеющих общее происхождение, сходный генотип и максимально близкие фенотипические признаки. Вид подразделяется на подвиды, или варианты. [2]

Для установления вида микроорганизма необходимо провести определение культуральных, физиологических, биохимических и молекулярно-биологических свойств и воспользоваться определителем.

Классификации микроорганизмов на всем протяжении от открытия до современности все время меняется, уточняется по мере того, как наука идет вперед. К микромиру относят бактерии, грибы, вирусы и простейшие.

Классификацию микробов можно провести по различным признакам, например:

• по потребности в кислороде воздуха. Все микроорганизмы делятся на аэробные (могут развиваться только в присутствии кислорода воздуха), факультативно-анаэробные (могут развиваться в условиях недостатка кислорода воздуха) и анаэробные (вообще не могут развиваться в присутствии кислорода воздуха);

• по отношению к окраске по Граму (например, бактерии делятся на грамположительные и грамотрицательные);

• по форме, по типам размножения и питания и др.

Для систематики и классификации микроорганизмов также используются:

• морфологические признаки (величина, форма, характер взаиморасположения клеток), реакция на окрашивание красителями (например, важно отношение к окраске по Граму);

• культуральные свойства, под которыми подразумеваются особенности роста на жидких средах (образование пленки на поверхности, рост в виде осадка, помутнения и др.) и плотных питательных средах (характер колонии: цвет, консистенция, размер и др.).

Разделение на группы может быть сделано, например, подвижность (подвижные и неподвижные), по биохимическим свойствам и др.

С тех пор как микробиологи научились выращивать микроорганизмы, в микробиологии среди прочих появились термины «колония» и «культура».

Колония — это видимое простым глазом изолированное образование. Колония образуется при размножении микроорганизмов и накоплении клеток до такого количества (за определенный период времени, который называется сроком инкубации), которое уже можно наблюдать без микроскопа (иногда с лупой, так как колонии бывают очень мелкие - меньше 1 мм). Колония является скоплением потомства одной или нескольких клеток. Пересевом из отдельной (изолированной) колонии можно получить чистую культуру любых микроорганизмов.

Культура - совокупность микроорганизмов, которые выросли на питательной среде (любой - плотной или жидкой). Отдельно выделенная культура данного вида микробов называется штаммом, т.с. конкретным образцом. Штамм - это низшая единица микроорганизмов. Клоны - это культуры, полученные из одной клетки. Выращивание культуры позволяет производить культивирование (от лат. Cultivo - возделывать). [1]

 

 

2. Практическая часть

2.1 Материалы и методы селекции микроорганизмов в условиях МБОУДО ЦДОД

Для проведения опыта нужно подготовить питательную среду, чтобы микроорганизмы росли в благоприятных для себя условиях. Опыты включают использование кипящей воды и хлорки. Контроль педагога обязателен!

Оборудование:

·        Порошок агар-агар

·        ¼ стакана воды

·        1 чайная ложка сахара

·        Маленькая кастрюлька или ковшик для кипящей смеси

·        Чашки Петри или стеклянная баночка

·        Ложка

·        Клейкая лента

·        Резиновые перчатки

·        Ватные палочки

·        Инкубатор. В качестве инкубатора мы будем использовать какое-нибудь теплое место. Зимой удобно использовать место рядом с обогревателем. А летом, при выключенных выключены, можно использовать место за холодильником.

·        Предметные и покровные стекла

·        Микроскоп

Ход работы:

1. Налить воду в кастрюлю (ковшик) и довести до кипения. Растворить сахар в этой воде (Приложение).

2. Добавить порошок агар-агар в кипящую воду и перемешивать его в течение минуты, пока он полностью растворится.

3. Охладить смесь в течение нескольких минут. Во-первых, смесь должна быть еще горячей, чтобы избежать установки желе прямо в кастрюле. А во-вторых, нам необходимо предотвратить загрязнение нашей смеси бактериями из воздуха. Наши домашние условия далеки от стерильности, но мы постараемся избежать лишних загрязнений.

4. Открыть чашку Петри. И сразу попросить взрослого помощника налить на ее дно горячую смесь из кастрюльки. Заранее открывать не надо, чтобы лишние бактерии не мешали нашему опыту.

5. Накрыть крышкой чашку Петри и убирать ее в холодильник примерно на 4 часа. За это время установится желе.

Примечание: чашки Петри с застывшим агар-агаром можно хранить в холодильнике в течение 1-2 месяцев перед использованием. Нужно их перевернуть, чтобы конденсат не испортил подготовленную питательную среду.

6. Взять чистую ватную палочку и провести ею там, где хотим найти бактерии – на грязной посуде или на земле, или на ручке двери, или на мобильном телефоне, или на клавиатуре. Потом аккуратно провести этой палочкой по застывшему агар-агару в чашке Петри.

7. Закрыть чашки Петри крышками и заклеить скотчем. Чтобы не перепутать чашки, нужно приклеить на них наклейки с надписями (откуда были собраны бактерии). Перевернуть и убрать в инкубатор (теплое темное место). Переворачивать нужно для того, чтобы капли, которые могут образоваться на крышке от испарения, не падали на наш объект исследования. Оставляем на несколько дней.

8. Через несколько дней можно наблюдать под микроскопом, что происходит в чашке Петри. Можно увидеть, как начали расти колонии. Раз в день или раз в несколько дней можно проверять, какие происходят изменения.

9. Приготовить микропрепарат.

Для приготовления простого микропрепарата мне понадобились:

- два стекла: предметное и покровное;

- ватная палочка.

Стёкла должны быть сухими и чистыми, как и палочка. Предметное стекло нужно положить на ровную поверхность рядом с чашкой и взять из неё ватной палочкой немного материала. Затем аккуратно нужно поместить биоматериал на предметное стекло, а сверху накрыть препарат покровным стеклом.

Есть микробы, которые трудно рассмотреть без предварительного окрашивания препарата. Поэтому мы решили использовать метиленовый синий для окрашивания таких микроорганизмов. Я поместил на предметное стекло с помощью пипетки пару капель дистиллированной воды, а затем добавил к ней каплю раствора.

2.2 Определение микроорганизмов под микроскопом

После приготовления препаратов, под руководством педагога, рассмотрел полученные штаммы под микроскопом и обнаружил там очень много микроорганизмов.

Микроорганизмы, которые мы обнаружили:

1) Стрептококки

2) Споры грибов

Кокковые бактерии, которые нам встретились безвредные, но некоторые стрептококки могут быть возбудителями скарлатины и ревматизма, поэтому нужно соблюдать чистоту в доме и гигиену, предотвращающую влияние этих болезнетворных микроорганизмов на здоровье. Мы разработали рекомендации по соблюдению данной гигиены.

3. Правила гигиены, предотвращающие влияние болезнетворных микроорганизмов на человека

Серьёзные правила сохранения здоровья:
1. Мыть руки нужно правильно: в течение 30-40 секунд, обязательно с мылом и не забывая потереть между пальцев.
2. Нельзя использовать одну и ту же тряпку или губку для мытья посуды, стола, рук, разделочных досок. Иначе миграция бактерий будет иметь разрушительные последствия.
3. Меняйте губки для мытья посуды как можно чаще. Ведь они — тёплый влажный и богатый пищей рай для всех видов бактерий, которые увеличат свою численность на губке с единиц до нескольких миллионов всего за несколько часов. Время жизни губки на кухне - неделя.
4. Не оставляйте мешок пылесоса полным до следующей уборки. Ведь в него попадает масса органических остатков - крошек еды, частиц волос и кожи, пыльцы растений - которые становятся отличной средой для размножения вредных бактерий.
5. Мойте руки не только перед приготовлением еды, но и после. На поверхности сырого мяса, рыбы или овощей можно найти множество микроорганизмов.
6. Регулярно мойте мусорное ведро, даже если кладете в него мешок для мусора. В тепле под слоем полиэтилена вредные размножаются микроорганизмы.
7. Меняйте полотенца. Ведь после каждого использования на среднестатистическом махровом полотенце остается огромное количество отмерших клеток эпидермиса и бактерий, которые начнут размножаться в тёплой ванной комнате. Полотенца надо сушить на свежем воздухе.

 

 

Заключение

 

Бактерии синтезируют витамины, защищают от патогенных микроорганизмов, влияют на работу иммунной, эндокринной, сердечно-сосудистой систем и центральной нервной системы. Гигиена также играет важнейшую роль в профилактике многих заболеваний. Она выполняет функцию обнаружения и устранения вредных факторов окружающей среды. Гигиена обеспечивает здоровье и работоспособность человека и сопротивляемость его организма.

Мы определили микроорганизмы под микроскопом и дали рекомендации по соблюдению гигиены, предотвращающей влияние болезнетворных микроорганизмов на человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Васюкова А.Т - Микробиология, физиология питания, санитария и гигиена Учебник Москва 2021

2. Воробьёва Л. И. - Генетические основы селекции растений и животных - Учебник Москва 2016

3. Мудрецова-Висс К.А., Дедюхина В.П. ,Масленникова Е.В Основы микробиологии Учебник Москва 2018

4.  Нецветаев В.П.: Основы биотехнологии. - Белгород: БелГУ, 2017

 

Приложение

 

Рис. 1 Подготовка питательной среды

 

 

 

Рис. 2 Покровные и предметные стекла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3 Фотография стрептококков и гриба

 

Скачано с www.znanio.ru