Небольшая группа бактерий - бациллы - способна образовывать споры. При этом бактериальная клетка претерпевает ряд существенных биохимических и морфологических изменений. В ней уменьшается количество свободной воды, снижается ферментативная активность, клетка сжимается и покрывается очень плотной оболочкой. Споры обеспечивают бактериям возможность переносить неблагоприятные условия. Они выдерживают длительное высыхание, нагревание свыше 100 °С и охлаждение почти до абсолютного нуля.
Значение бактерий очень велико. Благодаря их жизнедеятельности происходит разложение и минерализация органических веществ отмерших растений и животных. Образовавшиеся при этом простые неорганические соединения (аммиак, сероводород, углекислый газ) вовлекаются в общий круговорот веществ, без которого невозможна жизнь на Земле. Бактерии принимают участие в почвообразовательных процессах. Особую роль в природе играют бактерии, способные связывать свободный молекулярный азот, совершенно недоступный для высших растений. Населяя почву, такие свободно живущие бактерии обогащают ее азотом. Другая группа азотфиксаторов - клубеньковые бактерии поселяются в корнях бобовых растений. Проникая через их корневой волосок в корень, клубеньковые бактерии вызывают сильное разрастание ткани корня в виде клубеньков. Получая от растения углеводное питание, бактерии начинают фиксировать азот с образованием аммиака, а из него - нитритов и нитратов. Образовавшихся азотистых веществ достаточно и для бактерий, и для растения. Кроме того, часть азотистых соединений выделяется в почву, повышая ее плодородие. Здесь мы встречаемся с явлением симбиоза - взаимовыгодным сожительством двух организмов: бактерии получают от своего хозяина необходимые для питания углеводы, образующиеся при фотосинтезе, а сами снабжают растение аминокислотами и другими продуктами связывания молекулярного азота.
Цикл развития спорообразующих бактерий
Бактерии играют положительную роль в хозяйственной деятельности человека. Молочнокислые бактерии, питаясь молочным сахаром (лактозой), выделяют молочную кислоту, благодаря которой происходит сквашивание. Эта их особенность используется для получения и приготовления разнообразных пищевых продуктов из молока (сметаны, простокваши, кефира, масла, йогурта, сыра), а также при квашении и мочении овощей, при силосовании кормов. Уксуснокислые бактерии используются человеком для получения уксуса. Многие отрасли промышленности не могут обходиться без таких продуктов жизнедеятельности бактерий, как этиловый спирт, уксусная кислота, бутиловый спирт, ацетон. Без бактерий не обходятся сушка листьев табака, дубление кожи, производство какао, кофе. В процессе жизнедеятельности бактерий образуются биологически активные вещества - антибиотики, витамины, аминокислоты. Спороносные анаэробные бактерии, вызывающие разрушение пектиновых веществ в процессе брожения при мочке льна, конопли, разрушают межклеточное вещество и способствуют освобождению прядильных волокон. Человек использует бактерии и для обработки сточных вoд: сообщество самых разнообразных бактерий разрушает и окисляет все вещества, поступающие с отходами и образовавшаяся после высушивания масса используется как удобрение. С помощью генной инженерии в геном бактерий внедряют гены, кодирующие нужные человеку вещества, например инсулин или гормон роста.
Велика и отрицательная роль бактерий. Многие бактерии вызывают порчу самых разных материалов и пищевых продуктов. Наряду с выделением углекислого газа, аммиака и энергии, избыток которой вызывает нагревание субстрата (например, навоза, влажного сена, зерна) вплоть до его самовоспламенения, бактерии образуют целый ряд ядовитых веществ. Велика роль паразитических и патогенных бактерий. Они способны проникать в ткани растений, животных и человека и выделять при этом токсичные вещества, отравляющие организм хозяина. Продукты жизнедеятельности многих патогенных микроорганизмов (дифтерийная и столбнячная палочки, стафилококк, холерный вибрион и др.) особо ядовиты. Они вызывают такие опасные для человека заболевания, как дифтерия, туберкулез, коклюш, гонорея, сифилис, тиф, столбняк, холера. Возбудители этих заболеваний унесли человеческих жизней во много раз больше, чем все войны вместе взятые. Русские летописи донесли до нас боль и горечь людскую. «Только выйдоша из города пять человек, город затвориша» - так повествует летопись об эпидемии чумы в Смоленске в 1387 г. Поражая растения, бактерии вызывают у них так называемые бактериозы: пятнистость, увядание, ожоги, мокрые гнили, опухоли.
АрхебактерииАрхебактерии выделены в отдельное царство из-за особенностей строения своих оболочек и субклеточных структур. Мембраны у них однослойные, липидные, образованы из эфиров глицерина и изопреноидных углеводородов, тех самых, из которых производят один из видов искусственного каучука. Архебактерии широко распространены в почвах и водоемах. Они живут в кислых, плохо аэрируемых почвах тундр и северных болот, в иле водоемов, в жeлудкax жвачных. Среди архебактерий важное место занимают метанобразующие бактерии - метаногены. Усваивая образующийся при брожении водород и углекислый газ, они синтезируют метан (его раньше называли болотным газом). Другую группу архебактерий составляют термоацидофилы. Многие из них живут в горячих (до 100 °С) вулканических источниках. Одни архебактерии окисляют серу и превращают ее в довольно концентрированную серную кислоту, другие, наоборот, восстанавливают серу до сероводорода. Есть среди архебактерий и фотосинтезирующие, так называемые галобактерии. Они обитают в соленых озерах, где на дно выпадает поваренная соль. Такие водоемы выглядят ярко-красными, цвета пурпура, ведь фотосинтезирующий пигмент у этих бактерий не хлорофилл, а родопсин - вещество близкое к тому, которое служит светоприемником в наших глазах. Древнейшие следы архебактерий - следы деятельности метанобразующих организмов - обнаружены в слоях Земли, имеющих возраст 2,8 млрд лет. Метан наряду с двуокисью углерода влияет на возникновение парникового эффекта, ведущего к глобальному потеплению климата нашей планеты.
В последнее время метанобразующие архебактерии используют для получения биогаза: они превращают отходы животноводства в безопасное удобрение и бытовой газ метан.
Синезеленые бактерии (цианобактерии)Современные цианобактерии и созданные ими строматолитыЦианобактерии представляют собой древнейшую группу прокариотических фотосинтезирующих организмов, возникших свыше 3 млрд лет назад. Они представлены одноклеточными, многоклеточными (нитчатыми) и колониальными формами. Цианобактерии распространены в пресных и соленых водоемах, на поверхности почвы и скал, в горячих источниках, входят в состав лишайников. Клетки цианобактерий характеризуются толстыми двухслойными оболочками. Клеточная оболочка содержит некоторое количество целлюлозы, но главными ее компонентами являются полисахариды и пектиновые вещества. В клетках цианобактерий часто встречаются особые, наполненные газом, вакуоли, которые, как предполагают, служат для облегчения парения в толще воды. Цианобактерии способны фиксировать азот воздуха и превращать его в органические формы азота. В отличие от других фотосинтезирующих бактерий синезеленые водоросли при фотосинтезе выделяют молекулярный кислород, а в качестве единственного источника углерода - углекислый газ. Предполагается, что именно благодаря цианобактериям в архейскую эру возникла современная атмосфера. В периферической части клеток этих организмов диффузно распределены синие и бурые пигменты, определяющие вместе с хлорофиллом их сине-зеленый цвет. Некоторые синезеленые бактерии имеют дополнительные пигменты, изменяющие их характерный цвет до черного, коричневого и красного. Цианобактерии, будучи автотрофными организмами, способны синтезировать все вещества клетки за счет энергии света. Однако они способны и к смешанному типу питания. Размножаются цианобактерии, как и другие прокариоты, только бесполым путем.
Клетки ископаемых прокариотных организмов, близких к цианобактериямВместе с другими микроорганизмами цианобактерии обогащают почву органикой и органическим азотом, являются кормом для зоопланктона. После массового размножения цианей в водоемах (так называемое цветение воды) происходит процесс их отмирания и разложения, вода приобретает неприятный запах и становится непригодной для питья; наблюдается массовая гибель рыбы. При цветении воды на поверхности часто образуется маслянистая грязно-зеленая пленка, состоящая из отмерших цианобактерий. Среди относительно немногих случаев полезного использования человеком цианобактерий необходимо упомянуть искусственное разведение видов рода анабена на рисовых полях в тропиках с целью обогащения почвы соединениями азота. Отдельные виды цианей, например спирулина, могут употребляться в пищу человеком.
3.2 Урок-Знакомство с Царством бактерий
Цель урока: познакомить учащихся с представителями Царства бактерий, их строением, жизнедеятельностью и распространением на земле.
Задачи урока: сформировать понятия - бактерии, бациллы, спириллы, вибрионы, кокки; показать особенности строения и жизнедеятельности бактерий, которые позволяют выделить их в отдельное царство; продолжить формировать умение делать выводы на основании полученной информации.
ХОД УРОКА
1. Организационный момент (2 мин)
2. Постановка познавательной задачи (3 мин)
Учитель. Представьте, что мы - путешественники во времени. Я перевожу часы на машине времени на 3,5 млрд лет назад. Но перед началом путешествия давайте подумаем, что мы можем увидеть в это время на Земле?
Учащиеся. Вода занимает большее пространство. Суша - каменистая равнина. В воздухе нет кислорода, зато есть аммиак, сероводород, метан и пары воды.
Учитель. Правильно. Значит, нам необходимо надеть скафандры. Целью нашего перемещения являются поиски жизни. Господа исследователи, где нам искать жизнь?
Учащиеся. Наверное, жизнь можно обнаружить в воде.
Учитель. Совершенно верно. Зачерпнем немного океанической воды и вернемся в наше время. Та форма жизни, которая находится в этом стакане, - объект нашего сегодняшнего изучения. Догадались, о чем идет речь?
Учащиеся. Это бактерии.
3. Объяснение нового материала (10-15 мин)
Учитель. Да. Тема сегодняшнего урока - Царство бактерий. Она записана на раздаточных листках. Это первые живые организмы на нашей планете. Возникли они около 3,5 млрд лет назад.
Где же распространенны бактерии? Увидеть их невооруженным взглядом невозможно, но, представьте себе, что в 1 мл воды содержится 6 тыс. бактерий (демонстрация пробирки с аквариумной водой), в 1 г почвы - до 3 млн (демонстрация пробирки с почвой), а 1 м3 воздуха может содержать до 280 тыс. бактерий. Даже в воздухе кабинета биологии содержатся бактерии. Не верите? Тогда давайте проверим.
Как известно в биологии для доказательства принято проводить опыты. Такой опыт и мы с вами заложили на прошлой неделе. А теперь посмотрим на его результат.
Методика демонстрационного опыта
1. Создание питательной среды для бактерий: агар-агар залить водой (до концентрации 0,5-1%) и прокипятить в течение 15 мин.
Полученную питательную среду вылить ровным слоем в чашку Петри.
2. Осаждение бактериальных клеток: открытую чашку Петри на 20 мин поставить в центре обследуемого помещения (например, в кабинете) для оседания клеток бактерий из воздуха.
3. Выращивание колоний бактерий: чашку Петри закрыть крышкой и поставить в темное теплое место на 7-10 дней.
Результат: в чашках Петри выросли колонии (в отличие от одной клетки колонии хорошо различимы невооруженным глазом).
Учитель. Этот метод называют бактериологический посев. Он очень часто используется на практике. Например, в медицине и в пищевой промышленности его используют для выявления наличия бактерий в организме человека и продуктах питания. Ученые-микробиологи научились определять виды бактерий по формам их колоний.
Данные о распространении бактерий записаны у вас на рабочих листках. А теперь, используя эти данные, перечислите среды обитания бактерий.
Учащиеся. Водная, почвенная, наземно-воздушная.
Учитель. Хорошо. Запишите их в свои рабочие листки. Но, постойте, мы перечислили только 3 среды обитания, но в схеме их указано 4, а какая же четвертая? Я подскажу. Еще бактерии могут обитать в организме человека, например когда он болеет. Как тогда назвать такую среду обитания?
Учащиеся. Живой организм.
Учитель. Итак, в результате вы должны записать у себя в рабочих листках 4 среды обитания: водная, почвенная, наземно-воздушная и живой организм. (Записываем.)
Бактерии - это очень древние организмы, занявшие все среды обитания. Но открыты они были сравнительно недавно, в XVII в.
Первым человеком, увидевшим микроорганизмы, был голландец Антони ван Левенгук. Заинтересовавшись строением льняного волокна, он отшлифовал для себя несколько грубых линз. Поместил их в оправы из серебра. Как теперь мы называем подобные увеличительные приборы?
Учащиеся. Лупы.
Учитель. Верно. И вот с помощью такой лупы Левенгук впервые увидел бактерий. Вот выдержка из его письма в Лондонское Королевское общество: «24 апреля 1676 г. я посмотрел на воду… и с большим удивлением увидел в ней огромное количество мельчайших живых существ…»
А теперь в рабочие листки запишите год и фамилию первооткрывателя бактерий. Именно Левенгук в одном из своих писем описал известные сейчас формы бактерий. Давайте и мы с ними познакомимся.
Формы бактерий в виде шара называют кокками.
Бактерии с палочковидной формой клетки называют бациллами.
Бактерии, имеющие форму в виде запятой, носят название вибрионов.
И последняя форма - извилистая. Такие бактерии называют спириллами.
А теперь в таблице в колонке «Формы клетки» запишите эти названия.
Мы рассмотрели с вами рисунки бактерий - пока ничего сложного. А попробуйте определить форму бактерии на фото под цифровым микроскопом.
Теперь давайте разберем с вами строение бактериальной клетки. Вы уже знакомы со строением растительной клетки, поэтому будете мне помогать. (Учитель по очереди показывает различные части бактериальной клетки и просит учащихся дать им название и пояснить функции.)
Учащиеся. Оболочка придает форму, защищает и проводит питательные вещества. Цитоплазма - внутренняя среда клетки.
Учитель. Хорошо. А скажите, чего нет в бактериальной клетке по сравнению с клеткой растений?
Учащиеся. Хлоропластов, вакуоли, ядра
Учитель. Действительно, в клетках бактерий нет этих органоидов. Скажите, а какую функцию выполняет ядро в растительной клетке?
Учащиеся. Ядро - главный жизненный центр клетки, который отвечает за размножение.
Учитель. Правильно. В клетках бактерий тоже есть такой центр, но он не имеет ядерной оболочки, мы будем называть его неоформленным ядром. Нам осталось рассмотреть еще один органоид (учитель указывает на жгутик).
Учащиеся. Это жгутик. Он обеспечивает передвижение.
Строение бактериальной клетки
4. Работа в группах (15-20 мин)
Учащиеся делятся на 6 групп по 4 человека (2 парты) и получают задания. По ходу ответов учащиеся заполняют таблицу в рабочих листках.
Задания для групп
1-я группа. Сходство и различие в строении растительной и бактериальной клетки. Строение растительной клетки см. в учебнике на стр. 27*.
2-я группа. По рисункам определите способы передвижения бактерий.
3-я группа. Определите по рисунку тип размножения у бактерий.
Посчитайте, сколько бактериальных клеток образуется из одной за сутки, если известно, что бактерии делятся каждые 20 мин.
4-я группа. Спорообразование - это ... . Сравните значение спор у папоротников и у бактерий, используя знания из пройденной темы по папоротникообразным, а также см. в учебнике (стр. 195-196).
Спорообразоване у бактерий
5-я группа. Определите значение бактерий, используя следующие тексты.
1. Роберт Кох обнаружил бактерию, вызывающую у человека заболевание туберкулез.
2. Количество молочнокислых бактерий брожения в йогурте и кефире должно составлять не менее 107 КОЕ/г. Их также используют для квашения капусты и огурцов.
3. Ученые установили, что процесс разложения растительных остатков (гниение) ускоряется бактериями.
6-я группа
1. Вспомните семейство двудольных растений, у которых наблюдается симбиоз с бактериями. Как называются эти бактерии и каково их значение для растений?
2. Ученым известно, что в желудках жвачных животных (коровы, овцы, козы) обитают бактерии, помогающие переваривать траву. Можем ли мы считать их симбиотическими? Ответ обоснуйте.
5. Закрепление (5 мин)
· Все ли вам понятно? Давайте повторим, в чем же состоят особенности бактерий.
· Среды обитания.
· Формы клетки.
· Каковы особенности строения бактериальной клетки?
· Способны ли бактерии передвигаться?
· Тип размножения.
· Зачем нужна бактериям спора?
· Значение бактерий.
3.2 Рабочий листок
Тема: Царство бактерий
Распространение:
в 1 мл воды - 6000 бактерий,
в 1 г почвы - до 3 000 000,
в 1 м2 воздуха непроветренного помещения - 280 000.
Среды обитания: ___________________, __________________,
____________________, ____________________.
Открытие бактерий: год _____ ученый ___________________ .
Таблица. Признаки Царства бактериий
Формы клетки | Строение клетки | Способы передвижения | Способ размножения | ||
Рисунок | Название | ||||
| По количеству клеток |
|
|
По горизонтали. 4. Организмы, в клетках которых есть ядро. 5. Организмы, в клетках которых нет ядра. 10. Гриб-паразит. 11. Бактерии в форме изогнутых палочек. 12. Тело лишайника. 13. Палочковидные бактерии.
По вертикали. 1. Ядовитый гриб. 2. Белая плесень. 3. Бактерии и грибы, питающиеся за счет других живых организмов. 6. Круглые бактерии. 7. Бактерии в форме спирали. 8. Основа, к которой прикрепляются организмы животных, растений, грибов и т.д. 9. Нити гриба.
Ответы:
По горизонтали. 4. Эукариоты. 5. Прокариоты. 10. Трутовик. 11. Вибрионы. 12. Слоевище. 13. Бациллы.
По вертикали. 1. Мухомор. 2. Мукор. 3. Паразиты. 6. Кокки. 7. Спириллы. 8. Субстрат. 9. Грифы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Биологические экскурсии/И.В. Измайлов, В.Е. Михлин, Э.В. Шашков и др.-- М.: Просвещение, 1983.
2. Бобров Р.Н. Зеленый патруль: Пособие для учителей.-- М.: Просвещение, 1984.
3. Всесвятский Б.В. Системный подход к школьному биологическому образованию: Книга для учителя.-- М.: Просвещение, 1985.
4. Генке ль П.А. Физиология растений.-- М.: Просвещение, 1984.
5. Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и ее охрана: Пособие для учителей.-- М.: Просвещение, 1985.
6. Емцев В.Т. Рубежи биотехнологии.--М.: Агропромиздат, 1986.
7. Жизнь растений: В 6 т.-- М.: Просвещение, 1976--1982.
8. За хлебный А.Н., Зверев И.Д., Суравегина И.Т. Охрана природы в школьном курсе биологии.-- М.: Просвещение, 1977.
9. Зверев И.Д., Мягкова А.Н. Общая методика преподавания биологии в средней школе.-- М.: Просвещение, 1985.
10. Зверев И.Д., Мягкова А.Н., Брунов Е.П. Воспитание в процессе обучения биологии/Под ред. И.Д. Зверева.--М.: Просвещение, 1984.
11. Клинковская Н.П., Пасечник В.В. Комнатные растения в школе.-- М.: Просвещение, 1986.
12. Кузнецова В.И. Уроки ботаники.-- М.: Просвещение, 1985.
13. Культиасов И.М. Экология растений.-- М.: Изд-во МГУ, 1982.
14. Максимова В.П., Ковалева Г.Е., Гольнева Д.П. и др. Современный урок биологии.-- М.: Просвещение, 1985.
15. Методика обучения ботанике/Под ред. Н.В. Падалко.-- М.: Просвещение, 1982.
16. Пугал Н.А., Розенштейн А.М. Кабинет биологии.-- М.: Просвещение, 1983.
Страницы: 1, 2
