Усі лабораторні роботи. 6-11 класи

Практична робота 9

Різноманітність бактерій, їх значення у природі та в житті людини

Мета: навчитися розрізняти на мікроскопічних препаратах, фотографіях і схемах різні типи будови клітин бактерій, ціанобактерій.

Обладнання та матеріали: мікроскопічні препарати клітин бактерій, ціанобактерій, одноклітинних грибів, рослин і тварин, наочні таблиці та фотографії із зображенням перелічених об’єктів.

Хід роботи

1. За допомогою мікроскопа ознайомтеся з будовою бактерій, ціанобактерій, одноклітинних грибів, рослин і тварин. Знайдіть спільне й відмінне у їхній будові.

2. Знайдіть на мікрофотографіях різні типи будови клітин бактерій та ціанобактерій. Запишіть у зошит їх назви.

3. Замалюйте побачене.

4. Розгляньте на схемах ґрунтовий профіль. Запишіть у зошит роль бактерій у процесах ґрунтоутворення.

5. Розгляньте фотографії чи малюнки блохи пацюкової та мухи кімнатної. Записати у зошит, збудників яких захворювань вони поширюють. Зазначте заходи профілактики поширення цих захворювань.

6. Розгляньте фотографії цвітіння води. Визначте роль ціанобактерій у цих процесах. Запишіть у зошит наслідки процесів цвітіння води і зазначте фактори, які сприяють цим процесам.

7. Зробіть висновки.

Виконання роботи

Учені виокремлюють прокаріотів в особливе надцарство живих організмів, до якого включають два царства: Архебактерії та Справжні бактерії (до них належать бактерії та Ціанобактерії). До царства Справжні бактерії належать різноманітні за формою клітин та особливостями процесів життєдіяльності види, яких налічують близько 30 тис. видів. Серед них є як одноклітинні, так і колоніальні (стрептококи, стафілококи тощо) форми. А серед ціанобактерій трапляються навіть багатоклітинні види. Одні з цих бактерій нерухомі, інші здатні пересуватись за допомогою джгутиків чи виділяючи слиз.

Рис. 1. Різні форми клітин бактерій: 1 — спірила (паличкоподібна клітина, закручена у вигляді спіралі), 2 — ланцюжок клітин бацил (паличкоподібна форма), 3 — стрептокок (також колонія бактеріальних клітин кулястої форми — коків)

Особливе місце серед справжніх бактерій належить ціанобактеріям, яких налічують понад 2 тис. видів. Тривалий час, на підставі того, що ці прокаріоти здійснюють фотосинтез з виділенням кисню — подібно до водоростей і вищих рослин, їх відносили до царства Рослини під назвою «синьо-зелені водорості». Крім того, ціанобактерії мають подібний до рослин тип молекул хлорофілу (хлорофіл а). Але клітинна стінка ціанобактерій містить сполуку муреїн, притаманну прокаріотам. Зовні від неї розташований шар, що складається переважно з пектинових речовин і білків, серед яких є скоротливі. Ядра немає, під час поділу клітини веретено поділу не формується.

Рис. 2. Нитчасті ціанобактерії роду Осцеляторія

Ціанобактерії мешкають переважно у ґрунті та прісних водоймах, деякі — у морях, є види, здатні вступати у симбіоз з іншими організмами (наприклад, разом з грибами можуть входити до складу лишайників, трапляються у клітинах діатомових водоростей). Часто мешкають в екстремальних умовах. Окремі клітини та колонії забарвлені в різні кольори — від синьо-зеленого до червоного, чорного тощо. Таке забарвлення є наслідком обов’язкової одночасної присутності в клітині не лише хлорофілу, а й інших пігментів.

Прокаріотам притаманна здатність до високих темпів розмноження і росту клітин. Це врівноважує незначні розміри та масу кожного окремого прокаріотичного організму, сприяє повнішому використанню ресурсів довкілля та усуненню конкурентів.

Серед прокаріотів є гетеротрофи (сапротрофи, паразити, мутуалістинні види, коменсали) та автотрофи (фототрофи та хемотрофи). Фототрофи — це зелені бактерії, пурпурні сірчані та несірчані бактерії, ціанобактерії. На відміну від ціанобактерій, у процесі фотосинтезу, який здійснюють бактерії, кисень не виділяється. До хемотрофів належать нітрифікуючі, залізобактерії, безколірні сіркобактерії тощо. Гетеротрофи поглинають розчини поживних речовин за допомогою піноцитозу.

Серед прокаріотів є як аероби, так і анаероби.

Клітини прокаріотів розмножуються лише нестатево: поділом навпіл, зрідка — брунькуванням. У деяких прокаріотів спостерігають кон’югацію, під час якої вони обмінюються спадковою інформацією.

За настання несприятливих умов деякі прокаріоти утворюють спори або цисти. Спори та цисти слугують і для поширення прокаріотів за допомогою вітру, води, живих організмів, а також забезпечення зараження нових господарів (у паразитичних видів).

Крім розкладення органічних сполук до неорганічних, бактерії відіграють й іншу важливу роль у процесах ґрунтоутворення. За їх участі синтезуються речовини, з яких формується найродючіший шар ґрунту — гумусовий. А масове розмноження у ґрунті бактерій і ціанобактерій збагачує його органікою. Ціанобактерії, разом з іншими фотосинтезуючими організмами (водоростями, деякими одноклітинними тваринами) збагачують ґрунт і водойми киснем.

Деякі ґрунтові бактерії здатні засвоювати з повітря атмосферний азот і включати його до складу різних синтезованих сполук. Так ґрунт збагачується нітрогенумісними сполуками, які поглинаються коренями рослин. Такі види прокаріотів мають назву азотфіксаторів. Вони можуть мешкати безпосередньо в ґрунті, на поверхні коренів рослин (наприклад, види роду Азотобактер) або живуть у бульбочках коренів бобових і деяких інших рослин (бульбочкові бактерії). Нітрифікуючі бактерії окиснюють отруйний аміак, який утворюється внаслідок розкладу решток живих істот чи іншими шляхами, до солей нітратної кислоти — необхідного компоненту мінерального живлення рослин. Інші види хемосинтезуючих бактерій перетворюють отруйні сірководень на необхідні рослинам сполуки.

Важлива й санітарна роль прокаріотів: розкладаючи мертву органіку вони звільняють поверхню нашої планети від решток організмів. У водоймах прокаріоти беруть участь у процесах їх самоочищення. Живлячись органічними речовинами, вони зменшують їх вміст у воді. Цю властивість мікроорганізмів людина використовує і для очищення стічних вод як побутових, так і промислових.

Завдяки діяльності бактерій-хемосинтетиків, у земній корі утворилися поклади залізних руд та деяких інших корисних копалин. Наявності основних енергоємних корисних копалин сьогодення — нафти та газоподібних вуглеводнів, зокрема метану, як припускають вчені, ми також завдячуємо діяльності певних груп бактерій.

Ціанобактерії, так само як і водорості, переважно зелені, в симбіозі з грибами утворюють лишайники. Вони синтезують органічні речовини, які споживає гриб, а той постачає клітинам ціанобактерій необхідні для фотосинтезу воду і мінеральні сполуки, а також забезпечує їх захист.

Не слід забувати і про негативну роль прокаріотів у житті та господарстві людини. Так, масове розмноження ціанобактерій (роди Анабена, Осціляторія, Носток та ін.) у неглибоких прісних водоймах, що добре прогріваються, спричиняє «цвітіння» води, яка стає непрозорою та набуває зеленкуватого кольору. Ціанобактерії, виділяючи отруйні речовини — токсини, можуть призводити до масової загибелі мешканців водойм. Така вода непридатна для пиття, а купання в ній може спричинити отруєння або алергічні реакції. Для здоров’я та життя людини і тварин становлять небезпеку бактерії-лептоспіри, які часто трапляються у стоячих водоймах. Потрапляння лептоспіри в організм людини та тварин призводить до гострої пропасниці і навіть смерті. Тому у водоймах, у яких виявлені лептоспіри, купатися заборонено, а воду з них не слід вживати для будь-яких господарчих потреб.

Серед бактерій є багато паразитичних видів, які, оселяючись в організмах людини, тварин і рослин, спричиняють різноманітні, часто смертельно небезпечні захворювання. Такі захворювання називають інфекційними. Хвороботворні бактерії швидко розмножуються, при цьому продукти їх життєдіяльності отруюють господаря, що призводить до різних порушень в організмі та навіть смерті. На органах рослин, вражених бактеріями, можуть виникати плями, пухлини тощо, вони можуть загнивати та відмирати.

Найвідоміші бактеріальні захворювання людини — ангіна, дизентерія, дифтерія, туберкульоз, холера, тиф, скарлатина та багато інших, тварин — сибірка, бруцельоз тощо. Бактеріальні захворювання лікують за допомогою антибіотиків або зведенням лікувальних сироваток.

До організму господаря мікроорганізми проникають різними шляхами: через шлунково-кишковий тракт разом із їжею чи питвом (бактерії — збудники сальмонельозу (черевного тифу), бактеріальної дизентерії, холери, чуми; через дихальні шляхи — збудники туберкульозу, ангіни, пневмонії, дифтерії, чуми; через пошкодження покривів — бактерії, що паразитують у шкірі, нігтях тощо; під час статевих контактів — збудники сифілісу, гонореї, хламідіозу та інших збудників венеричних захворювань; за допомогою переносників. Так, збудника чуми переносять пацюкові блохи, а тифу — людські воші. Хатні мухи на своєму тілі переносять збудників дизентерії, сальмонельозу, туберкульозу із смітників та інших подібних місць на продукти харчування.

Певні види бактерій можуть псувати продукти харчування, виробляючи токсичні сполуки. У разі споживання зіпсованих продуктів, організм людини або тварини може отруїтися. Так, паличка ботулізму псує консервовані продукти, рибу, ковбасу. Її отрута насамперед діє на нервову систему та м’язи, спричиняє втрату голосу, запаморочення, порушує зір, процеси травлення та дихання. Якщо хворій людині своєчасно не ввести особливу сироватка та препарати, які знешкоджують отруйні речовини, може настати смерть. Тому під час консервування продуктів слід суворо дотримуватись технології цього процесу, застосовувати технології пастеризації чи стерилізації.