Завадская. Краснов
advertisement
Влияние качества среды на жизнедеятельность инфузорий Секция: ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ авторы: Завадская Ирина, Краснов Дмитрий 5 «А» класс Государственное бюджетное образовательное учреждение города Москвы средняя общеобразовательная школа № 97 Руководитель: Юношева Ольга Владимировна, учитель биологии 2013/2014 учебный год г. Москва 2 Оглавление Введение 3 Влияние химических веществ на поликультуру инфузорий 11 Методика исследований 14 Результаты исследований 16 Выводы 20 Заключение 21 Литература 23 Приложение 25 2 3 Введение Свободноживущие инфузории являются наиболее распространенным объектом протозоологических исследований. Это связано не только с большой практической и теоретической важностью группы, но также и с относительной легкостью культивирования некоторых инфузорий, делающих их совершенно незаменимыми экспериментальными моделями. Внешняя инфузорий, среда которые оказывает отвечают разнообразное на влияние воздействие на организм различных факторов соответствующими движениями (таксисами). Об этом свидетельствуют многие эксперименты, проведенные над различными инфузориями такими учеными как Догель В.А., Раилкин А.И., Орловская Э.Э., Серавин Л.Н., Заика В.Е., Бурковский И.В. и др. Свободноживущие инфузории входят в состав как водных, так и наземных экосистем. Вместе с бактериями и другими микроорганизмами инфузории участвуют в разложении органического вещества. Многие естественные свойства инфузорий нашли широкое применение в самых различных областях хозяйственной и исследовательской деятельности человека. Инфузории используются при искусственной очистке бытовых и промышленных стоков, как индикаторы загрязнения среды, в качестве корма для мальков рыб и т д. Это и определяет актуальность выбранной темы. Однако потенциальные возможности эксплуатации этих организмов значительно выше реализуемых в настоящее время. Учитывая сложность и актуальность проблемы влияния качества среды на жизнедеятельность инфузорий, а также важность темы для биологического и экологического образования учащихся нами была выбрана тема исследовательской работы и определена ее цель. Цель: изучить воздействие качества среды обитания на жизнедеятельность инфузорий. Для реализации цели исследования были поставлены следующие 3 4 задачи: Задачи: 1. Выявить влияние различных концентраций органических и минеральных веществ, используемых в сельском хозяйстве, на жизнедеятельность инфузорий. 2. Выявить влияние некоторых газов на жизнедеятельность инфузорий 3. Выявить влияние различных концентраций синтетических моющих средств на жизнедеятельность инфузорий. Используемые методы: 1. Анализ литературы. 2. Проведение опытов по данной теме. Обычно инфузорий (лат. «инфузус» — влитый куда-либо, разлитый в чем-либо) разводят в сенном настое, т.е. в травяной наливке. Отсюда пошло название «наливчатые» животные или, иначе, инфузории. Инфузории являются одноклеточными животными, у которых клетка функционирует как целостный организм. Наружный слой цитоплазмы инфузории уплотнен, образуя пелликулу, которая придает животному определенные очертания, характерные для каждого вида инфузорий (рис.1). Наличие плотной оболочки придает инфузориям постоянную форму тела. Однако инфузории сохранили способность в ответ на внешние раздражения изгибаться, вытягиваться и сжиматься, меняя очертания тела. Среди инфузорий есть виды всеядные (полифаги) и виды с более узкой пищевой специализацией (монофаги). В качестве полифагов можно назвать обычных у нас инфузории-трубача и стилонихию, которые питаются одноклеточными водорослями, бактериями, жгутиконосцами, мелкими видами инфузорий. Другие инфузории предпочитают более однородную пищу (растительную или животную). Так, например, туфелька и сувойка питаются преимущественно бактериями и продуктами гниения, а бурсария главным 4 5 образом поедает мелких животных: инфузорий, жгутиковых и даже коловраток (Раилкин А.И. 1975). Наконец, встречаются виды с узкой пищевой специализацией: либо исключительно фитофаги (к ним относятся инфузории из рода Нассула, которые питаются сине-зелеными водорослями), либо явно выраженные хищники (например, дидиний активно нападает на туфелек и уничтожает их массами). Из паразитирующих форм заслуживают внимания некоторые виды тетрахименовых инфузорий, которые поражают внутренние органы слизней, приводя их к гибели. Защитные реакции инфузорий могут носить разнообразный характер: уплывание, сжатие, выделение отпугивающих или вредных для врага веществ (Серавин Л.Н. 1967) К защитным средствам надо отнести инцистирование, так как образование цист, как и у амеб, позволяет длительное время спасаться от воздействия неблагоприятных условий жизни. Инфузории в цистах сохраняют жизнеспособность до 7 лет. При пересыхании водоемов цисты переносятся птицами, водными насекомыми и ветром в другие места, где заселяют новые водоемы. Этим объясняется, что инфузории являются космополитами. Нормальное существование инфузорий обеспечивается функциями ядерного аппарата, включающего в себя большое ядро (макронуклеус) и малое (микронуклеус). Макронуклеус необходим для вегетативной жизни инфузорий. Без него они лишаются способности переваривать и усваивать пищу, восстанавливать утраченные части тела (регенерировать), нормально осуществлять обмен веществ. Микронуклеус играет большую роль в процессе размножения. У всех инфузорий, независимо от их строения, деление происходит поперек тела и сочетается с регенерацией утраченных частей. Длительное бесполое размножение, в конце концов, приводит инфузорий к одряхлению в результате старения макронуклеуса. Прямым следствием этого является снижение уровня всех функций организма, прежде всего обмена веществ. 5 6 Конъюгация как бы омолаживает организм инфузорий, приводя к замене старого макронуклеуса новым и, следовательно, к восстановлению нормальной жизнедеятельности. Большое значение для инфузорий имеет их ресничный аппарат, который видоизменялся в процессе эволюции путем приспособления к различным условиям жизни и способствовал их выживанию в борьбе за существование (Серавин Л.Н.1978). Рис. 1. Инфузория-туфелька Paramecium caudatum (по Бурковскому И.В, 1984): 1 - реснички, 2 - пищеварительные вакуоли, 3 - микронуклеус, 4 - рот, 5 - глотка, 6 - порошица, 7 - сократительная вакуоль (центральный резервуар и приводящие каналы), 8 - макронуклеус, 9 - трихоцисты. 6 7 Инфузории — гетеротрофные организмы. В качестве источника энергии они используют органические соединения разной степени сложности: от низкомолекулярных жирных кислот (например, уксусной кислоты) до сахаров и более сложных углеводов (Орловская Э.Э. 1973). Источником азота служат многие аминокислоты, белки или полипептиды. Потребность инфузорий в аминокислотах и коферментах различна в зависимости от того, могут ли они синтезировать данные соединения или должны получать их с пищей (Суханова К.М. 1990). Из данных по биохимическому составу пищи свободноживущих инфузорий можно сделать два вывода: во-первых — эти организмы в большей мере, чем другие, способны самостоятельно или с помощью симбионтов использовать довольно простые органические вещества в качестве источника энергии и материала для собственного тела, что в известной мере сближает их с некоторыми бактериями и растениями; вовторых — инфузории проявляют заметную пищевую специализацию уже на биохимическом уровне (Серавин Л.Н., 1977). Многочисленными экспериментами, включая применение метода химических пищевых моделей, показано, что основную роль при выборе пищи инфузориями играет хеморецепция (Серавин Л.Н., 1958, 1977). Для инфузорий удалось выявить конкретные видоспецифические химические индукторы, способные вызывать пищевую реакцию (заглатывание). Ими оказались многие белки, фосфолипиды, аминокислоты и тиомочевина. Каждый вид характеризуется несколькими индукторами, причем их набор специфичен для вида. Эти данные хорошо согласуются с наличием у инфузорий пищевой специализации на биохимическом уровне. Избирательная способность исследованных инфузорий находится на разной стадии совершенства. Некоторые инфузории обладают слабой способностью отличать пищевые объекты от не пищевых и в эксперименте заглатывают частички угля, стекла, мела, кармина и туши. Другие 7 8 инфузории даже из живой добычи поедают вполне определенные виды; так поступают многие хищные инфузории. Однако большинство инфузорий занимают промежуточное положение: обладая способностью различать объекты, они, тем не менее, легко переходят с одного вида корма на другой. Не следует забывать, что многие эксперименты по питанию инфузорий являются несовершенными, так как инфузории часто ставятся в такие условия, что они вынуждены не только заглатывать, но и усваивать незнакомые им пищевые объекты. В основе пищевой специализации инфузорий лежит их способность отыскивать и избирательно поглощать пищевые объекты, необходимые для удовлетворения своих специфических потребностей в биохимических соединениях. Так как инфузории нуждаются в широком ассортименте биохимических веществ, то эти потребности лишь в исключительных случаях могут быть удовлетворены за счет одного пищевого объекта. Это, по-видимому, и есть главная причина того, что строгих монофагов среди инфузорий нет. И.В. Бурковский (1984) обратил внимание на то, что при неблагоприятных условиях инфузории не образуют пищеварительных вакуолей (не питаются). Перерыв в питании происходит и тогда, когда инфузории испытывают своего рода утомление от одного и того же источника раздражения. Для восстановления раздражимости требуется известный период покоя. вакуолей — Было показано, что рефлекторный чувствительности, потерянной образование процесс в пищеварительных возобновления течение поверхностной энзимного усвоения (переваривания). Инфузории выработали ряд приспособлений к недостатку пищи. Многие при недостатке обычного корма могут переходить на потребление несвойственных им кормов и даже особей своего вида. Каннибализм известен у многих инфузорий и является важным фактором, регулирующим числен8 9 ность популяции. Иногда каннибализм осуществляется в совершенно неожиданных формах. Так, часть особей Gastrostyla steini при недостатке пищи ин- цистируется, а другая часть питается цистами собственного вида, но не поедает активных особей. По данным В.А. Догеля (1962) многие инфузории при недостатке пищи инцистируются и в таком состоянии способны переживать неблагоприятные пище вые условия длительное время (до нескольких месяцев и лет). Одно из важных свойств инфузорий — это способность откладывать часть воспринятой пищи в цитоплазме в виде запасных питательных веществ. Было установлено, что при обильном кормлении и низких температурах инфузория стентор накапливает гликоген, который затем при недостатке пищи расходуется. Накопление гликогена протекает осенью, расход — зимой. Подобные явления описаны и для многих других инфузорий. Благодаря накопленному осенью запасу питательных веществ, эти инфузории могут переживать зиму в активном состоянии. Таким образом, регуляция питания инфузорий осуществляется при нехватке пищи, в окружающей среде инфузории способны приспосабливаться к данным условиям с помощью внешних факторов среды (освещение, раздражение и т. д.). По данным В.А. Догеля (1962) размножение у инфузорий происходить несколькими способами: может простым делением надвое (моното- мия), повторным делением надвое (палинтомия) и почкованием. При этом продукты размножения могут непосредственно или, проходя ряд последовательных стадий развития превращаться в подобие материнской веге- тативной особи, или сначала в половые особи, а уже только потом в вегетативные. Скорость размножения инфузорий может быть оценена несколькими показателями, среди которых наиболее распространены время генерации и 9 10 число делений в сутки. максимальных По-настоящему корректным считается сравнение скоростей условиях), которые размножения являются (полученных специфическими в оптимальных для видов величинами, характеризующими их репродуктивный потенциал. На скорость размножения инфузорий влияют многие факторы, но главные из них — пища и температура (Серавин Л.Н., 1958, 1977, Суханова К.М., 1978). Одно из первых достоверных исследований о влиянии концентрации пищи на скорость размножения инфузорий принадлежит Т. Фенхелю (по данным Бурковского И.В., 1984). Было показано, что темп деления инфузорий изменяется пропорционально концентрации пищи.В основе установленной зависимости скорости размножения инфузорий от концентрации пищи лежит скрытая зависимость темпа деления от скорости потребления пищи и скорости потребления от концентрации пищи. Помимо концентрации корма на скорость размножения инфузорий влияет температура окружающей среды (Павловская Т.В.,1971). Существует узкий диапазон температуры, в пределах которого инфузории способны размножаться с максимальной скоростью. С повышением или понижением температуры относительно оптимальных значений темп размножения падает. Причем даже незначительное повышение температуры ведет к резкому снижению темпа деления, затем к его прекращению и к гибели инфузорий. Жизненный цикл многих инфузорий включает особую фазу развития — цисту. У некоторых инфузорий циста определяет самую возможность существования популяции (и вида). Такова роль цист у почвенных инфузорий, вся жизнь которых состоит из чередования активного и пассивного распространение цист состояний. тесно связано Давно с было характером замечено, что местообитания инфузорий: чем вариабильнее и негативнее условия существования, тем чаще встречается у инфузорий инцистирование. Многие инфузории при наступлении неблагоприятных условий (дефицит пищи, пониженная 10 11 влажность, низкое содержание кислорода, низкие температуры и др., чаще в комплексе) способны вокруг своего тела выделять особую оболочку, полностью или частично снижающую влияние среды. Большинство таких цист имеют защитное значение, но у некоторых из них есть специальное предназначение — цисты покоя. Ряд инфузорий способен находиться в цисте длительное время. При этом их организм претерпевает существенные изменения, выражающиеся в потере органёлл движения, освобождении цитоплазмы от пищевых частиц, двукратном уменьшении объема тела (за счет удаления воды). Все это ведет к резкому снижению обмена веществ. При эксцистировании инфузория резко увеличивается в объеме, за счет интенсивной работы вакуоли и, прорывая оболочку, выходит из нее. Продолжительность существования цист покоя чрезвычайно велика и исчисляется у некоторых почвенных и пресноводных организмов годами, десятками годов и даже столетиями (Суханова К.М., 1978). Факторы, вызывающие инцистирование, весьма разнообразны: недостаток пищи, низкая влажность, экстремальные температуры, продукты метаболизма, низкие концентрации кислорода, изменение солевого состава и др. Многочисленные эксперименты показали, что факторы инцистирования и эксцистирования не всегда совпадают. Если инцистирование вызвано голоданием, то, как правило, добавление в среду с цистами соответствующего корма или веществ, выделенных из него, стимулирует эксцистирование инфузорий. Однако в отдельных случаях выход инфузорий из цист, образовавшихся в период недостатка корма, был получен повышением концентрации солей в среде. Иногда происходит спонтанный выход инфузорий из цист. Он сопровождается выделением в среду веществ, которые активируют эксцистирование оставшихся в цистах организмов. В виде цист инфузории способны долгое время переживать неблагоприятные условия. Таким образом, инфузории являются самыми высокоорганизованными одноклеточными организмами. Прогрессивные признаки организации 11 12 инфузорий (ядерный дуализм, постоянная форма тела, наличие ротового аппарата, органов выделения и осморегуляции, специализированных органов защиты) обеспечивают этим животным широкую экологическую радиацию. Так как многие факторы окружающей среды оказывают своеобразное влияние на жизнедеятельность инфузорий, это позволяет использовать инфузорий как модельные объекты в экологических экспериментах по выявлению качества среды на функционирование организма. Влияние химических веществ на поликультуру инфузорий Изучение инфузорий началось еще в 19 веке. Двадцатый век породил множество проблем, в том числе – экологические проблемы. Стихийный рост промышленности, энергетики, транспорта, широкая химизация сельского хозяйства, создание новых химических соединений, накопление стойких загрязняющих веществ, которые почти не разрушаются в природе, в количествах, превышающих способности биосферы к их переработке. Все это нарушает сложившиеся в ходе длительной эволюции природные системы, связи в биосфере, подрывает способность природных комплексов к саморегуляции, приводит к антропогенным стрессам. Поступление в водоемы сельскохозяйственных, бытовых и промышленных стоков стимулирует процессы эвтрофирования, приводящие к ухудшению качества воды. Экологические нарушения проявляются в сокращении численности и видового разнообразия растений и животных, в снижении продуктивности водоемов и рыбохозяйственных угодий, приводят к деградации экосистем и появлению патологических аномалий у животных. Первыми подвергаются антропогенному воздействию микроорганизмы и простейшие. Поэтому в конце двадцатого века ученые активно стали изучать воздействие химических веществ на простейшие организмы, в частности, на инфузорий. Это определило наш выбор объекта исследования. 12 13 Большой материал интересных наблюдений дают опыты по приучению простейших к не характерной для них окружающей среде. Сущность таких опытов сводится к тому, что к воде с инфузориями примешиваются в постепенно возрастающей пропорции растворы различных химических веществ. «В результате длительного приучения инфузории привыкают жить в совершенно несвойственной для них среде, причем под влиянием новых условий внешний вид опытных животных может изменяться» Л. Шимкевич (1960). В настоящее время поверхностно активные вещества (ПАВ) являются одним из самых распространенных химических загрязнений водоемов. Неэффективность очистки воды от ПАВ на современных водопроводных очистных сооружениях является причиной появления их в питьевой воде водопроводов. В то же время поверхностно-активные вещества могут оказывать отрицательное влияние на качество воды, самоочищающую способность водоемов, организм человека, а также усиливать неблагоприятное действие других веществ на эти показатели, что требует ограничения их содержания в воде. Экологическая опасность данной группы веществ изучена значительно меньше, чем, скажем, пестицидов или тяжелых металлов, антибиотиков и др. Для определения токсичного воздействия детергентов используют биологические методы тестирования. В результате экспериментов по влиянию детергентов на инфузории А.В. Присный, Ю.Л. Волынкин, Н.Н. Кампос (2009) предположили, что у простейших имеется ряд генетически предопределенных реакций на химическое воздействие, способное нарушать осморегуляцию и целостность покровов. Главное из них — кратковременное инцистирование, предупреждающее лизис клетки, и образование множество дополнительных пузырьков пульсирующих вакуолей на основе альвеол пелликулы, способных поддерживать осмотическое давление на базовом уровне. Концентрации 13 14 детергентов действующих на «подпороговом» уровне вызывает гибель инфузорий без разрушения клеток, а высокие — «надпороговые» концентрации, преодолевая существующие защитные барьеры, вызывают летальную везикуляризацию цитоплазмы или разрушение плазматической мембраны. Преимущество метода биотестирования на инфузориях связано с особенностями тест-объекта: инфузории проявляют высокую чувствительность к широкому кругу токсикантов, имеют относительно короткий цикл развития, объединяют признаки отдельной клетки и целого организма; сходство с животными по кислотно-щелочному типу пищеварения, аналогичных ферментных систем, хорошо развитых митохондрий и характеризуются универсальным кодом нуклеиновых кислот, сходным с кодом высших животных. Критерии токсичности: гибель клеток, изменение численности клеток в культуре, коэффициент деления клеток, средняя скорость роста, суточный прирост культуры; характер и скорость движения инфузории, изменение формы клетки (Присный А. и др. 2009). Методика Мы проводили исследование в лабораторных условиях, в качестве испытуемой модели была взята поликультура инфузорий (хищников и бактериофагов), полученная по методикам, описанным в литературе (Догель В.А. 1956г.) Для этого измельченное разнотравное сено заливали в четырех емкостях водопроводной, аквариумной, дистиллированной и водой из пруда. Периодически проводился осмотр культур. Из четырех заложенных культур наиболее высокая продуктивность оказалась в сенном настое, приготовленном на прудовой воде. Эту культуру мы использовали во всех опытах. Инфузорий помещали в пробирки с питательной средой (раствор молока, приготовленный из расчета: 5-10 капель снятого молока на 100 мл 14 15 воды). Пробирки закрывали рыхлым ватным тампоном. Оценка обилия инфузорий производилась по пятибалльной шкале. Для этого из каждой пробирки брали каплю культуры, готовили микропрепараты, просматривали их под микроскопом. Если инфузорий в видимом поле было очень много, то культура оценивалась в 5 баллов, много – 4 балла, среднее количество – 3, мало – 2, очень мало, единично – 1 балл. Для опыта брали пробирки с 4-5 балльными поликультурами. В опытные пробирки добавляли химические вещества разных концентраций, наблюдали за происходящими с инфузориями изменениями. Воздействие этих веществ на инфузории изучалось в трех концентрациях: 1, 5, 10 массовых долей Результаты воздействия веществ оценивались через 5 и 15 минут, 24 и 48 часов (Ипатьев Г.В. и др, 1982). 1. В качестве исследуемых веществ мы выбрали минеральные (мочевина, суперфосфат, калийные удобрения), органические (водная вытяжка навоза), синтетические моющие средства («Дени», «Комет» и др.). Из этих веществ готовили растворы различных концентраций (в массовых долях). Действие вещества оценивали по изменению физиологического состояния инфузорий, колебанию их численности во времени. Опыт проводился с трехкратной повторностью. 2. Углекислый газ. Был получен двумя способами: 2.1. Путем выдыхания воздуха через стеклянную трубочку в воду на предметном стекле с инфузориями. 2.2. Путем разложения карбоната натрия соляной кислотой: Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑ Опыты проводились под школьным электронным микроскопом. В маленькую чашку Петри помещалась проба воды с инфузориями. С помощью резиновой спринцовки «закачивался» в пробу газ. Изучалось воздействие газа на одну и ту же пробу через 5 и 15 мин., 24 и 48 часов 3. Влияние синтетических моющих средств на инфузории 15 16 Принцип метода основан на оценке выживаемости культуры в растворах различной концентрации. На предметное стекло наносили 2 капли жидкости с простейшими и каплю определенной концентрации СМС. Затем каплю раствора СМС соединяли тонкой перемычкой (с помощью препаровальной иглы) с одной из капель с простейшими. После этого наблюдали за поведением простейших в этой и другой (контрольной) капле, отмечая характер происходящих изменений и время. На электронных весах взвесили по 1г. моющего средства каждого изучаемого вида, растворили их в 100 мл водопроводной воды, размешали до полного растворения порошка получили 1% р-р. Путем дальнейшего разбавления 1% раствора получили нужные для опыта концентрации. Результаты исследований В первую очередь, мы изучили влияние минеральных веществ на инфузории. Калийные, азотные и фосфорные удобрения часто загрязняют природные воды вследствие водной эрозии сельскохозяйственных угодий. Высокие концентрации этих веществ (10 массовых долей) привели к тому, что в пробах все инфузории инцистировались или погибли (табл. 1). Меньшая концентрация (5 м.д.) мочевины и калийных удобрений оказывает такой же эффект, полное отсутствие активных инфузорий в растворах. Тогда как в растворе суперфосфата этой же концентрации незначительная часть инфузорий сохраняет свою активность в течение 15 минут, и лишь затем погибает. Вероятно, фосфорные удобрения хуже усваиваются инфузориями, поэтому не вызывают такого сильного эффекта, как калийные и азотные удобрения. Слабо концентрированные растворы испытуемых веществ позволяют инфузориям сохранять активность некоторое время. Причем, в растворе мочевины активные формы инфузорий сохраняются в течение 15 минут, при более длительном воздействии инфузории погибают. В слабо 16 17 концентрированных растворах суперфосфата и калийных удобрений активные формы инфузорий можно обнаружить и после длительного (48 часов) воздействия (рис. 2). Возможно, это объясняется тем, что азотсодержащие соединения (мочевина) быстрее вступают в метаболизм инфузорий, приводя к их гибели. Соединения, содержащие фосфор, напротив, медленнее включаются в обменные процессы организма, поэтому в наших экспериментах инфузории сохраняли свою активность при длительном воздействии слабых концентраций суперфосфата. Рис. 2. Влияние минеральных удобрений (1 м.д.) на активность инфузорий Минеральные удобрения в небольших концентрациях включаются в обменные процессы, но все равно оказывают отрицательное воздействие на активность инфузорий, вызывая их инцистирование. Наряду с действием минеральных удобрений мы исследовали изменения активности инфузорий под воздействием органического удобрения – раствора навоза. В данном случае наблюдаемый эффект был иным. В первые минуты после внесения удобрения часть инфузорий инцистировалась, но через 48 часов все организмы переходили в активное состояние, независимо от концентрации раствора (рис. 3). Первоначальное инцистирование части инфузорий, вероятно, связано с внесением чужеродных веществ. 17 18 Рис. 3. Динамика изменения количества активных инфузорий при действии органических удобрений. Таблица 1. Влияние минеральных и органических веществ на поликультуру инфузорий Дейст- Концентр вующее ация вещ- вещ-во ва, м.д. 5 минут Цисты 15 минут Инфу- Цисты 24 часа Инфу- Цисты 48 часов Инфу- Цисты Инфу- зории зории зории зории (средн. (средн. (средн. (средн. значен) значен) значен) значен) Минераль 10 + - + - + - + - ные вещ- 5 + - + - + - + - ва: 1 + 3,3 + 1 + - + - Раствор 10 + - + - + - + - супер- 5 + 3 + 3 + - + - фосфата 1 + 10 + 10 - 15 - 24 Раствор 10 + - + - + - + - раствор мочевины 18 19 калий-ных 5 + - + - + - + - удобре- 1 + 8 + 8 + 8 + 8 Органи- 10 + 5,6 + 2,6 + 8,6 - 25 ческие 5 + 5,3 + 5,6 + 9 - 26,6 вещ-ва: 1 + 5,3 + 5,6 + 9 - 27 ний водная вытяжка навоза Влияние синтетических моющих средств на инфузории Мы изучили влияние синтетических моющих средств на поликультуру инфузорий, используя стиральный порошок «Дени, «Ариэль», «Тайд», «Персил»» и моющее средство «Комет» и «Пемолюкс». Наблюдения показали, что под воздействием жизнедеятельность даже микроорганизмов незначительного существенно количества меняется. СМС Характер движения простейших становится иным: из поступательного оно превращается во вращательное (на одном месте). Через некоторое время простейшие погибают. Результаты исследований представлены в таблице 3. Начиная воздействие с концентрации 0,05 м.д. все инфузории уже через 5 минут инцистировались, а через 48 часов погибали. При понижении концентрации раствора до 0,01 м.д. часть инфузорий сохраняла свою жизнеспособность в течение 5-15 минут, остальные – инцистировались. Через 24 часа – все инцистировались. 0,015 м.д. - цисты сохранялись и через 48 часов. Под воздействием компонентов СМС меняются такие важнейшие физико-химические показатели, как кислотность (величина pH), прозрачность, сила поверхностного натяжения, состав ионов, количество растворенного кислорода. Попадающие в воду ПАВ снижают силу поверхностного натяжения, делая невозможными нормальное передвижение организмов. 19 20 Компоненты СМС оказывают воздействие на микроорганизмы, начальное звено пищевых цепей. Таблица 3 Влияние синтетических моющих средств на поликультуру инфузорий Действующее Концент- 5 минут 15 минут вещ-во рация 24 часа Цис Инфу- Цисты действую ты зории зории зории зории щего (средн. (средн. ( средн. (средн. вещ-ва, значен) значен ) значен) значен) Инфу- Цисты 48 часов Инфу- Цисты Инфу- м.д. Р- р порошка 0,05 + - + - + - - - «Дени» 0,01 + 1 + 1 + - + - 0,015 + 2 + 1 + - + - Р- р порошка 0,05 + - + - + - - - «Ариель» 0,01 + - + - + - - - 0,015 + 1 + - + - + - Р- р порошка 0,05 + - + - + - - - «Тайд» 0,01 + - + - + - - - 0,015 + - + - + - + - Р- р моющего 0,05 + - + - + - - - средства 0,01 + 1 + - + - + - «Пемолюкс» 0,015 + 1 + 1 + - + - Р- р моющего 0,05 + - + - + - - - средства 0,01 + 2 + - + - + - «Комет» 0,015 + 2 + 2 + - + - 20 21 ВЫВОДЫ 1.Экспериментальные данные по влиянию различных концентраций органических и минеральных веществ, используемых в сельском хозяйстве, на жизнедеятельность инфузорий показали, что органические удобрения почти не оказывают отрицательного влияния на инфузории. Первоначальное инцистирование части инфузорий, вероятно, связано с внесением чужеродных веществ. Изучение влияния фосфорных, азотных и калийных удобрений на активность инфузорий показало, что кратковременное воздействие (5-15 минут) слабых концентраций веществ (1 массовая доля) позволяет инфузориям сохранять активность. Увеличение концентрации или времени воздействия приводит к инцистированию и гибели инфузорий. Фосфорные удобрения, вероятно, не вступают в обменные процессы инфузорий, поэтому не вызывают такого сильного эффекта, как калийные и азотные удобрения. 2. Опытным путем установили, что моющие средства даже в очень низких концентрациях (0,015 м. д.) негативно влияют на жизнедеятельность инфузорий, приводя к инцистированию. Заключение Простейшие организмы частично усваивают вещества, растворенные в сточной воде, а также уничтожают другие микроорганизмы, в том числе и болезнетворные. Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных, в том числе инфузорий. Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию. Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Биоиндикация основана на тесной взаимосвязи живых организмов с условиями среды, в которой они обитают. Изменения этих условий может 21 22 привести к исчезновению определенных видов организмов, наиболее чувствительных к этим показателям и появлению других, для которых такая среда будет оптимальной. Различные виды живых существ показывают, чем загрязнена окружающая среда. Какой бы совершенной ни была современная аппаратура, она не может сравниться с «живыми приборами», реагирующими на те или иные изменения, отражающими воздействие всего комплекса факторов, включая сложные соединения различных ингредиентов. Изучив инфузорий мы воздействие различных убедились в том, веществ что на жизнедеятельность инфузории могут являться биоиндикаторами окружающей среды. Так как за зданием нашей школы по Очаковскому шоссе расположен пруд мы, после проведения исследований по выбранной теме, обратились в управу района Очаково-Матвеевское с рекомендациями по предотвращению загрязнения искусственного водоема с целью сохранения экосистемы пруда. Силами управы района были установлены препятствия для въезда машин на территории пруда, во избежание мойки транспортных средств и попадания моющих средств в водоем. Школьниками ГБОУ СОШ 97 г. Москвы организуются субботники на территории прилегающей к пруду (сентябрь-октябрь, апрель - май). Начиная с февраля 2012 года, мы проводим ежемесячный химический и биологический анализ воды Очаковского пруда для продолжения работы по использованию инфузорий как биоиндикаторов водной среды. 22 23 Список использованных источников 1. Бурковский И.В. Основы экологии свободноживущих инфузорий, М., МГУ им М.В. Ломоносова, 1986г, 43с. 2. Бурковский И.В. Псамофильные инфузории Кандалакшского залива М., МГУ им М.В. Ломоносова, 1973г, 58с. 3. Бурковский И.В. Экология свободноживущих инфузорий М., МГУ им М.В. Ломоносова, 1984г, 208с. 4. Догель В.А. Зоология беспозвоночных, М., «Советская наука», 1959г., 511с. 5. Догель В.А. Сравнительная анатомия беспозвоночных, ч.1-2, т.2, Л., Учпедгиз, Ленинградское отделение, 1958г.,600с. 6. Догель В.А Общая протозоология, М.-Л. Изд. Академии наук СССР (Ленинградское отделение), 1962г.,592с. 7. Догель В.А. Как проводить биологические наблюдения над простейшими,Л., Гос. Изд. 1956г., 87с. 8. Заика В.Е. Физиологические особенности водных животных в связи с температурой среды обитания, Киев, 1978г., 102с. 9. Карпов С. А. Происхождение и основные пути эволюции фагоцитоза у простейших. — Вестн. Ленингр. ун-та, 1978, т. 9, с. 153—158. 10. Лозина-Лозинский Л. К. Явление хемотаксиса в связи с выбором пищи у инфузорий. — ДАН СССР, 1929, т. 17, с. 578—581. 11. МУ 1407-76 Методические указания по санитарной охране водоемов от загрязнения синтетическими поверхностно-активными веществами // [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.libussr.ru/doc_ussr/usr_8824.htm 12. Орловская Э.Э. Выбор пищи у простейших, Л., 1973г., 22с. 13. Полевые и лабораторные исследования беспозвоночных и рыб./ Под ред. Ипатьева Г.В. и др. Саратов, изд-во Саратовского университета, 1982, 143с. 23 24 14. Присный А.В., Волынкин Ю.Л., Кампос Н.Н. Механизмы устойчивости инфузорий к химическим повреждениям и их преодоление летальными концентрациями синтетических поверхностно активных веществ (СПАВ)// Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки, 2009. — Т. 11. — с. 45—54. // [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://cyberleninka.ru/article/n/mehanizmyustoychivosti-infuzoriy-k-himicheskim-povrezhdeniyam-i-ih-preodolenie-letalnymikontsentratsiyami-sinteticheskih 15. Раилкин А.И. Фагоцитоз и выбор пищи у инфузорий – седиментаторов. Л., 1975г., 21с. 16. Серавин Л.Н. Функциональные изменения Раramecium caudatum в процессе привыкания к химическим агентам. Л.: Наука, Ленинградское отделение,1958г., 15с. 17. Серавин Л.Н. Двигательные системы простейших. Строение, метанохимия и физиология. Л.: Наука, Ленинградское отделение,1967г., 332с. 18. Серавин Л.Н. Движение и поведение одноклеточных животных. Л.: Наука, Ленинградское отделение,1978г., 105с. 19. Серавин Л.Н. Механизмы адаптации живых организмов к влиянию факторов среды. Л.: Наука, Ленинградское отделение,1977г., 178с. 20. Суханова К.М. Вопросы экологии простейших. Л.,1978г., 28с. 21. Суханова К.М. Температурные адаптации у простейших. Л.: Наука, Ленинградское отделение,1968г., 267с. 22. Хаусман Клаус Протозоология (пер. Райкова И.Б.), М., Мир, 1988г., 334с. 23. Экология морских и пресноводных свободноживущих простейших редкол. К.М. Суханова, Л.: Наука, Ленинградское отделение,1990г., 185с. 24. Шимкевич Л. Проведение биологических наблюдений над простейшими,Л., Гос. Изд. 1960г., 68с. 24 25 ПРИЛОЖЕНИЕ Проведение наблюдений над инфузориями Задача состоит в том, чтобы ознакомиться с рядом важнейших опытов, которые дают представление о различных сторонах жизнедеятельности простейших, - этой в высокой степени интересной и своеобразной группы живых особей. Излагаемые опыты сгруппированы по демонстрируемым на них физиологическим функциям простейших, как - то опыты по питанию, движению, тропизмам и т д. Лабораторное оборудование: -Оптические средства: микроскоп, бинокуляр, препаровальная штативная лупа; - лабораторная посуда; - фильтровальная бумага; -предметные и покровные стекла. Живой материал заготавливаю т заранее за 3-4 недели. Для этого берутся пробы воды из стоячих водоемов (прудов, канав и т д.). Текучие воды обычно беднее наличием простейших, чем стоячие. Пробы забираются в колбы, причем рекомендуется забирать не только воду, но и некоторое количество грунта с гниющими листьями, а также небольшое количество зеленых водорослей. Большое количество зеленых водорослей вредит жизнедеятельности пробы, затрудняя доступ воздуха к воде. Колбы содержат на свету при комнатной температуре; излишнего нагревания солнечными лучами следует избегать. Пробы необходимо просматривать через каждые 3 дня, так как фауна простейших постоянно сменяется. Для ослабления испарения колбы с пробами покрывают сверху стеклянными пластинами. 25 26 При исследовании надо брать воду пипеткой из разных мест и уровней колбы, так как представители инфузорий могут располагаться на различных уровнях. Колбы с пробами не встряхивать, особенно перед началом работы. Встряхивание ведет к тому, что простейшие, скопившиеся в известных слоях в большом количестве, рассеиваются по всему сосуду. Однако, помимо "естественных культур" необходимо иметь и искусственные культуры простейших, в которых последние разводятся достаточно быстро. Особенно часто употребляют для культуры сенной настой, изготавливаемый следующим образом. Берется 10 гр. сухого сена, помещается в колбу и заливается водопроводной отстоянной водой, затем содержимое колбы кипятят в течение 30 мин. Получается отвар желтовато-бурого цвета. Отвару дают остыть и процеживают, удаляя сено, в несколько одинаковых емкостей. Необходимо иметь 3-4 емкости (стакана) и разбавить в них сенной настой кипяченой водой (до цвета слабого чая). Стаканы оставляют несколько дней открытыми для доступа воздуха. За это время в них разводится сенная бактерия (Bacillus subtilis), которая служит пищей многим инфузориям. Затем помещают в стаканы несколько парамеций из "дикой" пробы и через неделю поверхностный слой кишит инфузориями. Для культуры Paramecium можно применить настой салата. Несколько инфузорий-туфелек помещают в стакан с чистой прудовой водой, затем кладут небольшой капроновый мешочек с листьями салата. Благодаря присутствию этих листьев в стакане разводятся бактерии, служащие пищей туфелькам. Салат меняют каждый день. Для разведения мелких инфузорий берут несколько банок, наполняют их луговым сеном и заливают водой так, чтобы над слоем сена находился слой воды, толщиной в 1-2 см. Через 3 дня в культуру добавляют 50-100см3 воды из любых стоячих водоемов. Через 4-5 дней можно наблюдать результат. 26 27 Для наблюдения над анимальным образом питания одним из лучших объектов служит инфузория-туфелька (Paramecium caudatum). Опыт "Положительный хемотаксис по отношению к углекислому газу у простейших” (Догель В.А., 1956) Инфузории и другие простейшие чувствительны к различным примесям в окружающей их воде. Не только прибавление к культуре капель различных жидкостей, но и введение в нее пузырьков некоторых газов вызывают у инфузорий определенную реакцию. Так углекислый газ оказывает на Paramecium caudatum явно привлекающее внимание. Для проверки этого наливают на предметное большую каплю воды с инфузориями и помещают в нее два небольших отрезка капиллярной стеклянной трубочки. Эти отрезки должны служить в качестве ножек, или подпорок, для покровного стекла. Обе трубочки кладут на небольшом расстоянии (2 см) друг от друга, перпендикулярно к продольной оси предметного стекла. Затем берут длинное покровное стекло (например, размера 26 Х 32 мм) и покрывают им каплю с инфузориями так, чтобы края легли на подпорки. При отсутствии большого покровного стекла можно заменить его предметным. Углекислоту, необходимую для опыта, можно добыть обычным способом, действуя соляной кислотой на мрамор. К отводной трубке из сосуда с газом присоединяется при помощи каучуковой трубки вытянутая в тонкий капиллярный конец пипетка. Конец пипетки подводится осторожно под средину покровного стекла с инфузориями и из пипетки выпускается в каплю воды небольшой пузырек углекислоты. При этом заметить, что туфельки сначала были равномерно рассеяны под всем покровным стеклом, собираются вскоре в виде густого бордюра вокруг пузырька углекислоты. 27 28 Однако привлекающее влияние на инфузорий оказывают только слабые кислоты. Влияние синтетических моющих средств на поликультуру инфузорий Выбор образцов СМС – для проведения исследований использовались моющие средства наиболее известные по рекламе. Оценка свойств воды и действия на них СМС. Определение кислотности воды проводили с помощью универсальной индикаторной бумаги. Способность моющих средств к пенообразованию оценивали визуально. Поверхностное натяжение воды оценивали с помощью следующего опыта: вместо одной чашки рычажных весов использовали подвешенное на нитях стандартное предметное стекло. Коромысло весов уравновешивали, помещая на вторую чашку груз. Под предметное стекло помещали кристаллизатор с водой так, чтобы стекло «прилипло» к поверхности жидкости. Накладывая постепенно на чашку весов дополнительные гирьки, отмечали момент, когда стекло оторвется от поверхности. Таким способом можно измерить поверхностное натяжение жидкости в условных единицах. Изучение влияния СМС на обитателей водоемов. На предметное стекло наносили 2 капли жидкости с простейшими и каплю необходимой концентрации СМС. Затем каплю раствора СМС соединяли тонкой перемычкой (с помощью препаровальной иглы) с одной из капель с простейшими. После этого наблюдали за поведением простейших в этой и другой (контрольной) капле, отмечая характер происходящих изменений и время. 28
