litceysel.ru
добавить свой файл
1
Исследование динамики популяций микроорганизмов


в лабораторных условиях

Воробьева Е., Павлова А., Мосийко Е, Малькова А., Ноздрачева А.Н.

Постановка задачи:

В прозрачной и чистой с первого взгляда воде озер, рек и прудов живет много маленьких живых существ. Зоопланктон – обитатели пресных и морских водоемов, невидимые глазу человека. Зоопланктон - важное звено в пищевых цепях, индикатор качества воды.

Микроорганизмы часто разводят и лабораторных условиях. Небольшие размеры изучаемых животных позволяют планировать исследования различной масштабности и направленности. Можно, например, создавать модели искусственной экосистемы, изучать динамику популяций, конкурентные отношения. Большое научное и практическое значение имеют эксперименты по исследованию воздействия различных факторов на организм, по биоиндикации среды, а также биотестирование различных продуктов. Для этих экспериментов нужна стабильная численность и состояние монопопуляции (искусственной экосистемы, состоящей почти исключительно из особей одного вида). Создание и поддержание монопопуляции представляет определенные сложности, требует особых условий и тщательности при проведении работы.

Различные микроорганизмы могут служить учебным пособием на уроках биологии. В этом случае нужна система с постоянным большим разнообразием организмов. Поддержание разнообразия также представляет определенные сложности, поскольку в ходе выращивания меняется видовой состав.

Необходимость определения оптимальных условий содержания микроорганизмов для создания монокультуры и поддержания разнообразия видов зоопланктона и определила цель и задачи нашей работы.

Задачи исследования:


  1. Создать монопопуляцию одного из видов инфузорий и исследовать динамику ее численности в условиях достаточного количества ресурсов.
  2. Подобрать условия и провести предварительные эксперименты по исследованию изменения состава микроорганизмов в условиях ограниченности ресурсов (создание модели экологической сукцессии)


  3. Исследовать динамику видового и количественного состава животных при содержании зоопланктона в лаборатории в различных условиях.

Различия естественной среды обитания (в водоеме) и и лабораторных условий:

  1. Температурный режим – постоянная температура около 22 - 24оС в учебной комнате гимназии и более низкая, снижающаяся температура в водоеме в сентябре-декабре;

  2. Режим питания: в условиях гимназии – бактериями, выращенными на рисе; в природных условиях – бактериями, размножающимися на гниющих остатках растений. В природных условиях – соседство с многочисленными «хищниками» - рачками, жучками, которые питаются инфузориями; при содержании в помещении гимназии «хищники» ликвидированы.


Объекты и методы.

Объектом исследования явились микроорганизмы (разные виды инфузорий, коловратки, рачки), полученные из водоемов Москвы и Костромской области.

Изучаемые виды микроорганизмов

1) Инфузории:

  • Туфелька хвостатая (Paramecium caudatum)

  • Фронтония (Frontonia leucas)

  • Локсодес (Loxodes rostrum)

  • Кольпода (Colpidium colpoda)

  • Дилептус (Dileptus anser)

  • Сувойка – колокольчик (Vorticella convallaria)

  • Попрыгунчик (Halteria grandinella)

  • Эуплотес (Euplotes)

  • Стилонихия (Stylonychia)

2) Коловратки:

  • Брахионус рубенс (Brachionus rubens)

  • Филодина (Philodina species)

3) Рачки

  • Дафния (Daphnia magna)

  • Циклоп (
    Сyclops)

Для определения микроорганизмов использовались следующие источники: продукты проектов «Электронный атлас инфузорий», «Зоопарк под микроскопом», «Мир в капле воды», «Зоопарк под микроскопом»-2, энциклопедия А.Брэма «Жизнь животных», «Практимум по зоологии беспозвоночных» В.А.Шапкина, З.И.Тюмасьевой, И.В.Машкова, Е.В.Гуськовой, энциклопедия «Жизнь животных» под редакцией Ю.И.Полянского, «Протозоология» Хаусмана К., «Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР».



Методики проведения экспериментов.

Для получения монокультуры инфузорий и исследования динамики ее численности в условиях избытка ресурсов в емкость (№1) с чистой отстоянной водопроводной водой помещались несколько инфузорий туфелек хвостатых (Paramecium caudatum). В емкость помещалось несколько зерен риса в качестве субстрата для бактерий, являющихся пищей инфузорий. По мере необходимости производились добавления риса и воды.

Для исследования динамики изменения качественного и количественного состава иссственной экосистемы в условиях недостатка ресурсов (модель экологической сукцессии) емкость с максимальным разнообразием видов (№2, вода из водоема в Костромской обл., хищники удалены) была оставлена на две недели без вмешательства (органическое вещество и чистая вода не добавлялись)

Вода для емкости 3.б и 3.г была взята из непостоянного водоема в Измайловском парке, часть воды – со дна водоема, часть – из средней части и часть – с поверхности водной глади. В отдельную емкость были помещены гниющие остатки растений со дна водоема, остатки растений с берега около воды (трава, мох, листья). Для емкостей 3.а и 3.в вода была взята из водоема Костромской области.

В емкостях 3.а, 3.б и 3.в хищники были удалены, кормом для инфузорий служили бактерии, размножающиеся на рисе. По мере необходимости производились добавления риса и воды.

В емкость 3.г были помещены гниющие остатки растений, чтобы на них вывелись бактерии для питания инфузорий из водоема Измайловского парка; из этой емкости «хищников» не удаляли. По мере необходимости производились добавления гниющих остатков и воды.

Для достижения цели исследования удалось «соблюсти» 2 и 3 различия в средах обитания, температура в емкости, где создавались условия, приближенные к природным, также была постоянной и теплой. Однако для летних месяцев года характерна температура водоемов в пределах 22 - 24оС, так что эксперимент соответствовал «летнему» существованию микроорганизмов.


Для исследования сукцессии при разных условиях содержания подсчет микроорганизмов производился регулярно - каждые 2 дня.

Методика подсчета: из 1-й и 3-й емкости производился забор воды в количестве 4 капель с 4 разных уровней – со дна около риса, со дна – вдалеке от риса, из середины и с поверхности воды. Из 2-й емкости забор воды производился в количестве 3 капель с 3-х уровней – со дна, из середины водного столба и с поверхности. Подсчет инфузорий производился при увеличении х100 в одном поле зрения в течение 5 секунд. Просмотры и подсчеты в течение 5 секунд проводились по 5 раз в каждой капле, с фиксацией всех полученных данных. Далее определялись среднее арифметические значения для каждого вида инфузорий, с составлением таблицы по итоговым результатам. По материалам таблицы были построены графики.

Результаты и обсуждение:

В емкость №1 были высажены 5 туфелек хвостатых. Через 10 дней был произведен подсчет. Количество особей увеличилось до ≈ 4000. Все это время поддерживалась монокультура. Такое количество особей соответствует 10 делениям, т.е. в среднем одному делению за сутки. При последующих наблюдениях состояние монокультуры нарушилось, что может быть объяснено перенесением других видов из соседних емкостей недостаточно промытой трубкой для забора проб.

Во 2-й емкости наблюдалось постепенное «вытеснение» коловратками остальных микроорганизмов. Через 20 дней в емкости остались только коловратки.

Результаты эксперимента в емкостях 3.а, 3.б, 3.в и 3.г представлены в виде графиков (см. рис. 1-2 и приложение стр.8-11, «д» означает, что пробы брались со дна, а «п» - с поверхности).

По представленным материалам видно, что в емкостях с созданными искусственными условиями содержания происходят колебания численности различных видов инфузорий, в основном с тенденцией к сохранению видового состава микроорганизмов.

Колебания численности связаны, очевидно, с обеспечением кислородом и питанием, межвидовыми взаимодействиями и другими причинами – моментами добавления органических веществ, риса, чистотой воды, могут представлять собой популяционные волны, обусловленные как взаимодействием различных микроорганизмов, так и особенностями динамики быстроразмножающихся популяций в условиях ограниченных ресурсов.


В емкостях с приближенными к природным условиями сохранение видов более затруднительно, налицо тенденции к исчезновению некоторых видов инфузорий, что связано, очевидно, с агрессивным воздействием размножающихся «хищников».




Рис. 1-2

Погрешность подсчета может достигать 80% в связи с разной скоростью движения инфузорий, нахождением инфузорий разных слоях воды в капле и т.д.


Выводы


  1. При содержании монопопуляции хвостатых инфузорий-туфелек в лабораторных условиях в чистой воде при температуре 22 - 24оС при наличии достаточного питания бактериями, размножающимися на рисе, инфузории делятся ежедневно .

  2. В условиях исчерпания ресурсов в системе микроорганизмов наблюдается экологическая сукцессия (изменение количественного и видового состава животных), причем наибольшей выживаемостью в этих условиях обладают коловратки. Через 20 дней в емкости сохраняются только эти многоклеточные особи.

  3. При содержании микроорганизмов в условиях относительного постоянства ресурсов наблюдаются колебания численности представителей разных видов без существенного уменьшения видового разнообразия.


Практические рекомендации:

1. Для создания монокультуры требуется пользоваться пипеткой только при наборе воды из изучаемой емкости или промывать пипетку перед каждым использованием. Также нужно прикрыть емкость, т.к. некоторые микроорганизмы могут перелетать по воздуху.

2. Для наблюдения сукцессии нужно регулярно просматривать капли из разных уровней воды в емкости, фиксируя кол-во разных видов микроорганизмов.

3. Для демонстрации разных видов инфузорий на уроках биологии и длительного сохранения этих видов, особенно в зимнее время, предпочтительнее содержание их в емкостях с рисом, в отсутствие коловраток и рачков.



Литература.


  1. Интернет портал (сайт) «КЛАСС ИНФУЗОРИИ (INFUSORIA или CILIATA)»

  2. Продукты проектов «Электронный атлас инфузорий», «Зоопарк под микроскопом», «Мир в капле воды», «Зоопарк под микроскопом»-2

  3. Биология. Животные. 7 класс. Константинов В.М., Бабенко В.Г., Кучменко В.С.. М., Вентана-Граф, 2006г.

  4. А.Брэм. Жизнь животных. М., Терра, 1992г.

  5. Догель В. А.. Зоология беспозвоночных. М., «Высшая школа», 1981г.

  6. Черняховский М.Е.. Жизнь животных: Беспозвоночные. М., Астрель, 1999г.

  7. Шарова И.Х. Зоология беспозвоночных. М., Владос, 2004г.

  8. Полянский Ю.И. Жизнь животных. М., Просвещение, 1987г.

  9. Акимушкин И. Мир животных. Беспозвоночные. Ископаемые животные. М., Мысль 1998г.

  10. Р.Барнс, П.Кейлоу, П.Олив, Д.Голдинг. Беспозвоночные. М., Мир, 1992г.

  11. Шапкин В.А., Тюмасьева З.И., Машкова И.В., Гуськова Е.В.. Практикум по зоологии беспозвоночных. М, Асадема, 2003г.

  12. Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР, 1977 г.

  13. Хаусман К. Протозоология. М., Мир, 1988г.

Приложение