Учебно-методический материал "Исследование натуральных живых объектов".
учебно-методический материал по биологии (6, 7, 8, 9, 10, 11 класс) на тему

Исследовательская работа на уроках и внеурочное время.

Исследование натуральных живых объектов.

Программой основной школы по разделам «Растения»,  «Животные» и «Общая биология» предполагается изучение одноклеточных и многоклеточных микроскопических водорослей, животных: их строения, процессов жизнедеятельности, роли в биосфере. Известно, что низшие растения, одноклеточные животные являются наиболее трудными для изучения объектами вследствие того, что учащиеся фактически не сталкиваются с этой группой живых организмов в жизни, не могут наблюдать их в природе. Повысить эффективность их изучения можно путем использования  натуральных живых объектов. Учащиеся вместе с учителем закладывают эксперимент. Ведут наблюдения и простейшие исследования.

Изучение инфузорий туфелек.

Строение и передвижение инфузории-туфельки

Цель работы: изучить особенности строения и некоторые процессы жизнедеятельности инфузории-туфельки.

Материал и оборудование: культура инфузории-туфельки в пробирках, инфузории-туфельки, «накормленные» конго красным (в пробирках); таблица с изображением инфузории-туфельки, микроскопы, штативные лупы, предметные и покровные стекла, пипетки, полоски фильтровальной бумаги, кусочек ваты, однопроцентный раствор уксусной кислоты, подкрашенный зеленкой, поваренная соль.

Рекомендации по подготовке к занятию. Инфузория-туфелька — обычный обитатель придонных слоев мелких, богатых органикой водоемов. Этих инфузорий разводят на различных питательных средах, наиболее распространенными из которых являются сенной настой и сенной отвар. Для их приготовления летом заготавливают небольшое количество сухой травяной смеси (тимофеевку, лисохвост, мятлик и др.). Культуру инфузорий ставят обычно за 2—3 недели до занятий. Если практическую работу проводят в зимнее время, то культуру следует приготовить раньше (в октябре) и поддерживать в течение нескольких месяцев. Можно завести специальный аквариум, который с осени заполняют водой из пруда вместе с небольшим количеством разлагающихся растительных остатков. Из этого аквариума с разнообразными простейшими, в том числе и инфузорией-туфелькой, можно брать воду для постановки культур в зимнее время.

Сенной настой готовят следующим образом: стеклянные банки емкостью 0,5 л наполняют нарезанным сеном* заливают водой так, чтобы слой воды над сеном не превышал 2 см, и ставят в теплое место. Через 3—4 дня питательная среда готова к заселению инфузориями.

Сенной отвар готовят так: 20—30 г нарезанного сена заливают 1 л воды и кипятят в течение 30 мин в стеклянной или эмалированной посуде. Остывший отвар вместе с небольшим количеством сена разливают по банкам и через 3—4 дня заселяют инфузориями. При большом количестве туфелек в культуре их скопления могут быть обнаружены по краям сосуда — на поверхности образуется белая пленочка. Именно отсюда набирают инфузорий для занятий.

Для наблюдений за образованием и перемещением пищеварительных вакуолей в небольшую чашечку с культурой инфузорий за 20 мин до занятия добавляют немного растертого красителя конго красного (можно использовать также тушь или краску кармин). Вместе с микроорганизмами краситель попадает внутрь пищеварительных вакуолей и в зависимости от кислотности среды окрашивает содержимое вакуолей либо в синий цвет (кислая среда), либо в красный (щелочная среда). Ядерный аппарат и трихоцисты (органеллы нападения и защиты) можно рассматривать, применяя однопроцентный раствор уксусной кислоты, подкрашенный зеленкой. Одну каплю фиксатора добавляют в препарат с туфелькой и через несколько секунд видны выброшенные трихоцисты в виде ореола тонких нитей вокруг животного, а также большое и малое ядра, окрашенные в зеленый цвет.

Инструктивная карточка

1.                Приготовьте временный препарат. Перенесите пипеткой каплю культуры с туфельками на предметное стекло. Видны ли туфельки невооруженным  глазом?  Накройте  каплю  покровным стеклом и рассмотрите препарат при малом увеличении микроскопа. Понаблюдайте за движением инфузорий. Сравните движение туфелек и эвглен. У кого из этих простейших скорость движения больше? За счет чего?

2.                  Обратите внимание на форму тела туфельки. Почему она получила такое название? Установите, где передняя (поступательная) часть тела, а где задняя. Изменяется ли форма тела туфельки при движении? Видны ли реснички при малом увеличении микроскопа?

3.               Для детального изучения строения нужно приготовить другой препарат. На новое предметное

стекло перенесите большую каплю культуры с инфузориями, «накормленными» конго красным или тушью. Замедлить движения инфузорий можно, поместив в эту каплю несколько волокон ваты. Накройте раствор покровным стеклом. Если под ним осталось воздушное пространство, добавьте туда воды пипеткой. Ее избыток удалите фильтровальной бумагой. Рассмотрите препарат при малом увеличении микроскопа. Какие органеллы инфузории-туфельки видны?

4.                 Переведите объектив микроскопа на большое увеличение и рассмотрите одну из наименее подвижных инфузорий. Обратите внимание на биение более длинных ресничек на задней, заостренной части тела. Вся остальная поверхность тела туфельки покрыта более короткими ресничками, работа которых также хорошо заметна.

5.                  Найдите две попеременно пульсирующие сократительные вакуоли, расположенные в передней и задней частях тела. В течение нескольких минут понаблюдайте за работой органелл. Отметьте, через сколько секунд происходит их сокращение. Какова функция сократительных вакуолей?

6.                 Туфелька постоянно поглощает различные микроорганизмы. У вращающегося вокруг своей оси животного найдите впячивание — околоротовую впадину.

Проследите за образованием и движением пищеварительной вакуоли. Подсчитайте, какое количество пищеварительных вакуолей может одновременно находиться в одной инфузории. Сколько вакуолей имеют щелочную среду (окрашены в красный цвет), а сколько — кислую (окрашены в синий цвет)? Результаты запишите. Сделайте рисунок инфузории-туфельки и обозначьте: 1 — передняя часть тела, 2 — задняя часть тела, 3 — реснички,

4 — оболочка, 5 — пищеварительные вакуоли, 6 — сократительные вакуоли, 7 — околоротовое углубление.

7.                  Для изучения ядерного аппарата туфельки необходимо сделать новый препарат. Большое и малое ядра видны только на окрашенных препаратах. В каплю культуры добавьте каплю фиксатора — однопроцентного раствора уксусной кислоты, подкрашенного зеленкой. Накройте покровным стеклом. Сначала при малом, а потом при большом увеличениях микроскопа найдите и рассмотрите туфелек с «выстреленными» трихоцистами, которые выглядят как длинные тонкие нити. Ближе к средней части тела туфельки найдите окрашенные в зеленый цвет большое и малое ядра. Последнее, правда, часто не видно, так как может располагаться за большим ядром. Изобразите на рисунке инфузории большое и малое ядра (если видели) и обозначьте: 8 — большое ядро, 9 — малое ядро. Сделайте контурный рисунок туфельки с «выстреленными» трихоцистами.

8.                Для изучения реакции туфельки на химический раздражитель перенесите пипеткой на предметное стекло две большие капли культуры туфельки. Соедините их жидким «мостиком». Положите препарат на столик штативной лупы. Внесите в одну из капель маленький кристаллик соли и понаблюдайте, куда будут передвигаться туфельки по мере ее растворения. В какой из двух капель соберутся все инфузории? Как туфельки реагируют на изменения окружающей среды? Как туфельки защищаются? Подумайте, почему инфузории считаются наиболее высокоорганизованными простейшими.

Культивирование микроскопических водорослей.

Наиболее простых способов их получения и культивирования в условиях практически любой школы.

Получение культуры почвенных водорослей.

Небольшое количество любой почвы (сухой, промерзшей, из цветочного горшка и т. д.) помещают в чашки Петри, заполняя их до половины объема, увлажняют (до такого состояния, когда при наклоне чашки по краю выступает вода) и помещают на освещенное место — на подоконник или под электрическую лампу. Влажность необходимо поддерживать на постоянном уровне. При отсутствии чашек Петри можно использовать любую другую стеклянную посуду.

Через 10—15 дней на поверхности почвы и на стенках сосуда появится зеленоватый налет. Он состоит из водорослей, находившихся в почве. Для просмотра берут соскоб со стенок чашки, помещают в каплю воды на предметном стекле, закрывают покровным стеклом и микроскопируют.

Удобным объектом для наблюдения микроскопических водорослей является почвенная культура на стеклах обрастания.

 Для этого вышеописанным способом готовят почву и на ее поверхность кладут несколько покровных стекол. Затем подготовленные чашки Петри выставляют на освещенное место. Через 10—15 дней на нижней стороне покровных стекол (стекло обрастания) развиваются колонии микроскопических водорослей, находившихся в почве.

Для просмотра покровное стекло осторожно снимают с поверхности почвы, верхнюю сторону очищают от грязи (кусочком фильтровальной бумаги или марлевой салфеткой) и той стороной, которая соприкасалась с почвой, помещают на предметное стекло в каплю воды. Готовый микропрепарат рассматривают под микроскопом.

В соскобе со стенок чашки Петри с почвенными культурами и на стекле обрастания под микроскопом можно увидеть одноклеточные зеленые водоросли: хламидомонаду, хлореллу, хлорококка; нитчатые зеленые водоросли: улотрикс, формидиум; вытянутые подвижные клетки диатомовых водорослей: хантшии, навикулы, пиннулярии, нити формидиума, микро-колеуса и колонии ностока (сине-зеленые водоросли).

Получение культуры хламидомонады.

Изучение и демонстрацию хламидомонад удобно провести, используя почвенно-водные культуры. Для этого на краю лужи берут небольшое количество воды и почвы, помещают в колбу и выставляют на освещенное место. Через 5—10 дней на стенках колбы появляется зеленоватый налет, состоящий в большинстве случаев из различных видов хламидомонад. Взятый со стенок колбы соскоб помещают в каплю воды на предметном стекле, закрывают покровным стеклом и рассматривают строение клеток хламидомонад. Кроме них в препарате часто обнаруживаются и простейшие (жгутиконосцы, инфузории, различные амебы). Иногда можно увидеть амебу, в теле которой отчетливо видны заглоченные клетки водорослей.

Культивирование микроскопически»; водорослей в водной среде

Микроскопические водоросли выращивают и в различных водных культурах.

Среда Прата (1 г на 1 л дистиллированной или кипяченой воды):

КМО3—0,1, К2НРО4—0,01, MgSО4*10Н2О -  0,01, FeCI3*H2O — 0,001.

Среда Бристоль в модификации I (1 г на 1 л дистиллированной или воды):

NaNO3 — 0,25, КН2РО4 — 0,25, MgSО4*10Н2О - 0,15, СаСI2 — 0,05, NaCI — 0,05, Fe2Q (3 капли 1 % раствора на 1 л воды),

Питательную среду разливают по  колбам и добавляют небольшое количество материала (комочек почвы, около 11 прудовой, озерной воды или воды кусочек тины). Колбу помещают на освещенное  место и выдерживают в течение 10—1 это время на стенках колбы, на дне появляется зеленоватый налет, представляющий разновидности зеленых, сине-зеленых, желтых и диатомовых водорослей.

В виде почвенных и водных культур их можно хранить в течение несколько даже лет. При этом следует учитывать, что в процессе хранения происходит перестройка начально возникшего сообщества.

Микроэкосистема из микроскопических организмов.

Можно получить хороший материал для наблюдения микроорганизмов под микроскопом. Для ее создания в колбу (объем 1 л) наливают 500 мл воды из пруда, добавляют NH4NO3, (0,6 г), MgSO.xlO H2O (0,6 г), КН2РО4 (0,3 г), глюкозу (0,15 г) и NaHCO3 (0,15 г). Колбу плотно закрывают резиновой пробкой, в которой сделано отверстие диаметром 8 мм для отбора пипеткой воды и осадка. Отверстие замазывают пластилином. Колбу устанавливают на свет. Уже на 2—3-й день вода в сосуде начнет мутнеть (развиваются бактерии); затем появляется зелень, что указывает на начало развития сине-зеленых водорослей и жгутиконосцев. В течение 3—4-х месяцев наблюдается постепенное изменение сообщества, т. е. сукцессия. За это время вода очищается и становится прозрачной, на дне сосуда появляется зеленый осадок. Это стационарное состояние, в нем сообщество может находиться годами. В толще воды организмов мало, так как она очищена от органических веществ, углерод зафиксирован в биомассу организмов. Это признак так называемого климаксного сообщества.

Для микроскопирования пипеткой через отверстие в пробке отбирают 0,1 мл осадка, помещают каплю на предметное стекло, накрывают покровным, края которого заливают парафином и просматривают под микроскопом. Сначала, установив окуляр х7, объектив х!0, наблюдают колониальные и нитчатые формы водорослей, коловраток, нематод. Используя объектив х40, можно увидеть одноклеточные водоросли, бактерий и простейших.

В этой системе водоросли из углекислого газа и минеральных элементов продуцируют органическое вещество в виде массы собственного тела и прижизненных выделений, а также кислород. Бактерии в основном питаются прижизненными выделениями водорослей, простейшие и коловратки — бактериями. Некоторые коловратки поедают мелких простейших и водоросли, нематоды потребляют клетки водорослей и образующийся детрит. Все они при этом выделяют углекислый газ, который снова потребляется водорослями. Таким образом поддерживается непрерывный круговорот веществ.

Изучение плазмолиза и деплазмолиза.

Предварительный эксперимент.

Нанесите на срез картофеля поваренную соль.

Наблюдения: Вода из картофелины сочится наружу, где больше соли. Так будет продолжаться до тех пор, пока концентрация солей по обе стороны от среза не выровняется.

Плазмолиз и деплазмолиз в клетках кожицы лука.

Приготовьте микропрепарат кожицы лука. Рассмотрите его под микроскопом, зарисуйте увиденное.

Нанесите на микропрепарат 10% раствор хлорида натрия. Наблюдайте за состоянием цитоплазмы в клетках.  ( Вода из цитоплазмы клетки будет переходить в окружающую среду.  Объем цитоплазмы при этом уменьшается, и она вместе с мембраной начнет отходить от клеточных стенок. Постепенно цитоплазма примет форму шара. Это явление называется плазмолиз.)

Добавьте под покровное стекло дистиллированную воду. (Она начнет поступать в цитоплазму, которая в результате займет прежний объем. Это явление называется деплазмолизом.)

Изучение ферментативной активности белка.

Изучение ферментативной активности каталазы.

В пробирки с кусочком сырого картофеля, соком картофеля, кусочком вареного картофеля прилейте перекись водорода.

Опишите наблюдения, сделайте выводы.

Применение полученных знаний.

Положите в фарфоровую чашку кусочек сырого и вареного картофеля.

Через 10 минут опишите наблюдения. Объясните результаты.

(Разрезанные сырые клубни картофеля, яблоко или грибы на воздухе быстро темнеют. Фермент клетки тирозиназа катализирует процесс окисления кислородом воздуха аминокислоту тирозин. Тирозин бесцветен, его окисленная форма бурого цвета.)

Качественное определение железа.

Для проведения химического анализа отбирают почву методом конверта с глубины 10 см, так как именно в верхнем ее горизонте накапливаются тяжелые металлы.

Затем почву высушивают и измельчают. Удаляют из нее посторонние примеси и частицы при помощи набора сит с отверстиями разного диаметра — от 5 до 1 мм. Для сокращения объема пробы используют метод квартования. Измельченный материал тщательно перемешивают и рассыпают ровным тонким слоем в виде квадрата, разделяя его на четыре сектора. Содержимое двух противоположных секторов отбрасывают, а два оставшихся снова смешивают.

После многократных повторений оставшуюся пробу высушивают в хорошо проветриваемом помещении или сушильном шкафу при 30-40 °С, рассыпав тонким слоем на кальке, а затем измельчают в ступке и просеивают через сито.

Почвенный раствор готовят за два дня до практического занятия следующим образом.

Сухую измельченную почву заливают 1 М раствором азотной кислоты (10г почвы на 50 мл кислоты) и оставляют на сутки, потом смесь фильтруют и упаривают фильтрат до необходимого объема.

Затем определяют содержание железа (ионов Fe3+), меди (ионов Сu2+), никеля (ионов Ni2+), свинца (ионов Рb2+).                                                        

Качественное обнаружение ионов железа Fe3+ [7].

Для определения содержания тяжелых металлов в почвенной вытяжке необходимо знание качественных реакций на ионы данных металлов.

 1. Раствор, содержащий ионы Fe3+, образует с раствором гексацианоферрата(I I) калия К4[Fе(СN)6] (желтая кровяная соль) темно-синий осадок берлинской лазури:  4Fe3++3[Fe(CN)6]4- = Fe4[Fe(CN)6]3

2. Ионы Fe3+ образуют с растворами роданида калия или аммония окрашенный в кроваво-красный цвет роданид железа (Ш) Fe(SCN)3. В присутствии избытка роданид-ионов образуется, кроме того, гексациано-феррат(Ш)-ионы [Fe(SCN)6]3-. В этом случае красная окраска образуется даже при ничтожно малых концентрациях ионов Fe3+.