Выращивание бактерий исследовательская работа

Исследовательская работа «Анализ условий питательной среды для бактерий»

Полезные и опасные, милые и ужасные, смертоносные и дающие жизнь. Они вокруг и их невозможно увидеть. Непросто отыскать более интересный объект для исследований. По количеству невероятных сюжетов мир бактерий можно сравнить с миром привидений. Но в отличие от изучения привидений, из информации о бактериях можно извлечь массу практической пользы, чем научное сообщество и занимается вот уже более ста лет.

Проблема заключается в том, что микроорганизмы распространены повсеместно. Все живые существа — растения, животные и люди — постоянно взаимодействуют с микробами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Ни сверхнизкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни резкие колебания кислотности среды, ни многое другое не мешают существованию и развитию микрофлоры в природных субстратах. Взаимодействие человека с бактериальной микрофлорой неизбежно, а его характер зависит от биологической и экологической грамотности человека. Это делает актуальной тему исследования «Анализ условий питательной среды для бактерий».

Цель исследования: изучение условий среды, способствующей росту и размножению бактерий.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Управление образования администрации города Черемхово

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Анализ условий питательной среды для бактерий

Вид работы: исследовательская

Автор: обучающаяся 8 класса

Булгакова Светлана Владимировна,

1. Питательные среды для размножения бактерий: условия, виды

1.1. Бактерии и условия их культивирования

1.2. Принципы культивирования бактерий

1.3. Основные питательные среды.

2.Влияние окружающей среды на микроорганизмы

3. Проведение бактериологического исследования

3.1. Организация проведения бактериологического исследования

3.2. Результаты бактериологического исследования

Список использованных источников

Полезные и опасные, милые и ужасные, смертоносные и дающие жизнь. Они вокруг и их невозможно увидеть. Непросто отыскать более интересный объект для исследований. По количеству невероятных сюжетов мир бактерий можно сравнить с миром привидений. Но в отличие от изучения привидений, из информации о бактериях можно извлечь массу практической пользы, чем научное сообщество и занимается вот уже более ста лет .

Учёные прогнозируют, что результаты изучения жизни бактерий в будущем приведут к:

• открытию секрета долголетия и даже бессмертия (во льдах найдены бактериальные сообщества, в которых обнаружены представители возрастом более миллиона лет);
• получению альтернативных источников энергии, в том числе и пищи;
• получение новых материалов биологического происхождения;
• формированию новых экосистем.

Любое открытие в микробиологии сразу же подхватывается промышленниками, которые внедряют новые технологии в современное производство и предлагают результаты рынку.

Знакомясь с новинками, человек получает возможность не только оперировать более значительным объемом средств в достижении утилитарных целей, но и самостоятельно заглянуть в прошлое планеты Земля и в ее будущее.

Проблема заключается в том, что микроорганизмы распространены повсеместно. Все живые существа — растения, животные и люди — постоянно взаимодействуют с микробами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Ни сверхнизкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни резкие колебания кислотности среды, ни многое другое не мешают существованию и развитию микрофлоры в природных субстратах. Взаимодействие человека с бактериальной микрофлорой неизбежно, а его характер зависит от биологической и экологической грамотности человека. Это делает актуальной тему исследования «Анализ условий питательной среды для бактерий».

Цель исследования : изучение условий среды, способствующей росту и размножению бактерий.

1. Получить представление о бактериях и условиях их культивирования;
2. Рассмотреть виды питательных сред для размножения бактерий;
3. Понять особенности размножения бактерий на жидких и плотных питательных средах;
4. Раскрыть влияние факторов окружающей среды на микроорганизмы;
5. Провести бактериологическое исследование.

Объект исследования : бактерии.

Предмет исследования : рост бактерий на различных питательных средах.

Гипотеза : скорость размножения микроорганизмов помимо видовой принадлежности зависит от состава питательной среды, рН, температуры, аэрации и других факторов.

Методы исследования: поисковый метод; наблюдение; анализ, синтез, сравнение; обобщение.

Научная значимость исследования заключается в расширении аппарата для решения заданий ЕГЭ . Практическая значимость исследования состоит в том, что его материалы могут быть использованы в образовательной деятельности по биологии, для проведения занятий в кружке, факультативных занятий.

Бактерии и их размножение привлекло внимание учёных со времён Левенгука, когда он впервые увидел их в микроскоп. В 1850-х годах Луи Пастер положил начало изучению физиологии и метаболизма бактерий, а также открыл их болезнетворные свойства. Это послужило возникновению микробиологии – науки, которая

В разное время изучением бактерий занимались Гусев М. В.и Минеева Л. А., Заварзин Г. А., Герхардт Ф . и др. учёные микробиологи.

Рассмотрим наиболее значимые на современном этапе развития микробиологии научные труды, посвящённые питательным для бактерий средам.

К. Френкель в своей монографии «Основы учения о бактериях» [1] подробно охарактеризовал питательные среды, принципы их классификации, требования, предъявляемые к питательным средам, условия культивирования микроорганизмов.

H. В. Прозоркина, П. А. Рубашкина. Свой труд «Основы микробиологии, вирусологии и иммунологии» посвятили описанию методов микробиологических исследований [2] . Эти труды и послужили методологической основой для нашего исследования.

1. Питательные среды для размножения бактерий: условия, виды

1. Бактерии и условия их культивирования

1.Размножение бактерий на жидких и плотных питательных средах

Бактерии, как правило, характеризуются высокой скоростью размножения по сравнению с другими прокариотами. Скорость их размножения, помимо видовой принадлежности, зависит от состава питательной среды, рН, температуры, аэрации и других факторов. На плотных питательных средах бактерии образуют скопления клеток, называемые колониями. Внешний вид колоний у многих бактерий настолько характерен, что может служить одним из дифференциальных признаков для их идентификации. Колонии разных видов отличаются по своим размерам, форме, поверхности, окраске, прозрачности и др. Однако эти признаки могут изменяться в зависимости от условий культивирования.

На жидких средах рост бактерий характеризуется образованием пленки на поверхности питательной среды, равномерного помутнения, либо осадка.

Размножение бактерий определяется временем генерации, т. е. периодом, в течение которого осуществляется деление клетки. Продолжительность генерации зависит от вида бактерий, возраста, популяции, состава питательной среды, температуры и других факторов. В оптимальных условиях время генерации у разных бактерий колеблется довольно в широких пределах: от 20 минут у кишечной палочки до 14 ч у микобактерий туберкулеза, в связи с чем их колонии образуются через 18 – 20 ч либо через 3 – 5 недели соответственно [3] .

При выращивании бактерий в жидкой питательной среде наблюдается последовательная смена отдельных фаз в развитии популяции, отражающая общую закономерность роста и размножения бактериальных клеток.

Динамика развития бактериальной популяции представлена на рис.1

Рис.1. Динамика развития бактериальной популяции

I — исходная стационарная фаза начинается после внесения бактерий в питательную среду. В течение данной фазы число бактериальных клеток не увеличивается.

II — лаг-фаза , или фаза задержки размножения, характеризуется началом интенсивного роста клеток, но скорость их деления остается невысокой. Две первые фазы можно назвать периодом адаптации бактериальной популяции, продолжительность которого определяется возрастом культуры, а также количеством и качеством питательной среды.

III — лог-фаза , или логарифмическая (экспоненциальная), фаза отличается максимальной скоростью размножения клеток и увеличением численности бактериальной популяции в геометрической прогрессии. Логарифмическая фаза у бактерий с коротким временем генерации продолжается несколько часов.

IV — фаза отрицательного ускорения характеризуется меньшей активностью бактериальных клеток и удлинением периода генерации. Это происходит в результате истощения питательной среды, накопления в ней продуктов метаболизма и дефицита кислорода.

1.2.Принципы культивирования бактерий

Микроорганизмы культивируют, как правило, на искусственных питательных средах. В зависимости от пищевых потребностей того или другого вида питательные среды должны содержать соответствующие исходные вещества, необходимые для пластического и энергетического метаболизма.

Выделение микроорганизмов из различных материалов и получение их культур широко используется в лабораторной практике для микробиологической диагностики инфекционных заболеваний, в научно-исследовательской работе и в микробиологическом производстве вакцин, антибиотиков и других биологически активных продуктов микробной жизнедеятельности. [4]

Условия культивирования также зависят от свойств соответствующих микроорганизмов. Большинство патогенных микробов выращивают на питательных средах при температуре 37 °С в течение 1–2 сут. Однако некоторые из них нуждаются в более длительных сроках. Например, бактерии коклюша – в 2–3 сут, а микобактерии туберкулеза – в 3–4 нед.

Для стимуляции процессов роста и размножения аэробных микробов, а также сокращения сроков их выращивания используют метод глубинного культивирования, который заключается в непрерывном аэрировании и перемешивании питательной среды. Глубинный метод нашел широкое применение в биотехнологии.

Требования к питательным средам . Для выращивания бактерий в лабораторных условиях, исследования их разнообразных свойств, длительного хранения используют питательные среды. Они должны отвечать определенным стандартам, создавая оптимальные условия для роста, размножения и жизнедеятельности микроорганизмов.

В первую очередь, бактерии нуждаются в азоте, углероде и водороде для построения собственных белков. Водород и кислород для клеток поставляет вода. Источником азота выступают многочисленные вещества, в основном, животного происхождения (мясо говяжье, рыба, мясо-костная мука, казеин. Можно использовать и заменители мяса – плаценту, кровяные сгустки, дрожжи. Следовательно, в состав сред должны быть введены источники питательных веществ и вода, а также ростовые факторы (витамины группы В, ферменты). Универсальным источником их служат экстракты из белков животного и растительного происхождения. Для микробов с более сложными пищевыми потребностями в состав сред включают субстраты – кровь, сыворотку, яичный желток, кусочки печенки, почек, мозговой ткани и др. [5]

Среды должны быть сбалансированными за микроэлементным составом и содержать ионы железа, меди, марганца, цинка, кальция, натрия, калию, иметь в своем составе неорганические фосфаты.

Среды должны иметь определенную вязкость, плотность, иметь определенную влажность (до 20 % воды), быть прозрачными и обязательно стерильными.

Oсновные требования к питательным средам: прозрачность; стерильность; лёгкая усвояемость; определенный состав азотистых веществ, углеводов, витаминов; определённая вязкость.

1. 3. Основные питательные среды.

Многочисленные потребности микроорганизмов предопределяют большое разнообразие питательных сред, а для отдельных видов бактерий существуют специальные среды. Часть их готовят в лабораториях непосредственно перед посевом, но с каждым годом появляются все новые и новые среды заводского изготовления (сухие), которые способны удовлетворить самые прихотливые потребности микробиологов. Они сохраняются длительное время, имеют стандартный состав.

Среды разделяются на естественные и искусственные. Для создания естественных сред используют свернутую сыворотку, молоко, яйца, мышечную ткань.

Искусственные среды создают путем комбинирования разнообразных субстратов, которые обеспечивают те или другие потребности микроорганизмов. Их используют в основном для экспериментального изучения отдельных звеньев метаболизма бактерий.

В зависимости от своей плотности, среды разделяются на жидкие, полужидкие и плотные. Полужидкие и плотные среды готовятся из жидких, добавляя соответственно 0,3-0,7 % но 1,5-2,0 % агара. Последний представляет собой волокнистый материал, который добывают из морских водорослей. Состоит он из полисахаридов (70-75 %), белков (2-3 %). Для создания плотных сред используют также желатин (10-15 %), свернутую сыворотку крови.

В зависимости от потребностей бактериологов питательные среды разделяются на пять основных групп (прил.1 таблица 1) .

Первая группа – универсальные (простые) среды. К ним принадлежат мясо-пептонний бульон (МПБ) и мясо-пептоннийагар (МПА). За своим составом, наличием питательных веществ они пригодны для культивирования многих видов бактерий.

Вторая группа – специальные среды. Они используются в тех случаях, когда микроорганизмы не растут на простых. К ним принадлежит кровяной, сывороточный агары, сывороточный бульйон, асцитический бульйон, асцит-агар и другие.

Третья группа – элективные среды, на которых микроорганизмы определенного вида растут быстрее, более интенсивно, опережают в своем развитии другие виды бактерий.

Четвертая группа селективные среды, которые благодаря добавлению определенных компонентов (желчь, краски, антибиотики и др.) способны подавлять развитие одних видов микроорганизмов, но не влияют на другие виды.

Пятая группа – дифференциально-диагностичнеские среды. Это большая группа сред, которые позволяют определить определенные биохимические свойства микроорганизмов и проводить их дифференциацию.

Рис.2.Среда Плоскирева. Рис.3. Среда Левина

2.Влияние окружающей среды на микроорганизмы

Рассмотрим факторы окружающей среды, влияющие на микроорганизмы.

Температура. Низкие температуры бактерии выдерживают сравнительно легко. Культуры микроорганизмов в замороженном виде сохраняются в лабораторных условиях более чем 80 лет. Выделено жизнеспособный микроорганизм из толщи ледников, возраст которых 12 000 лет.

Холерный вибрион не погибает при температуре -32 °С; некоторые виды бактерий хранят жизнеспособность при температуре жидкого воздуха ( -190 °С), жидкого водорода (-253 °С).

Низкие температуры прекращают процессы гниения и брожения. На этом принципе основывается использование в практике ледников, погребов и холодильных установок для хранения пищевых продуктов.

Пагубно действуют на бактерии высокие температуры . Большинство бактерий погибают при температуре 58–60 °С через 30–60 мин, при 100 °С – в течение 2–3 мин. Силикатные бактерии сохраняются жизнеспособными после деяния на них нагревание до 160 °С.

Высушивание . Стойкость микроорганизмов к высушиванию разная. Чувствительные к высушиванию гонококки, менингококки, трепонемы, лептоспиры, гемофильные бактерии, фаги. Холерный вибрион не погибает под воздействием высушивания 2 сутки, шигели– 7, чумная палочка – 8, дифтерийная –30, брюшнотифозная – 70, стафилококки и микобактерии туберкулеза – 90 суток. Высохшая мокрота больных туберкулезом остается заразной 10 месяцев, споры бацилл сибирской язвы сохраняются до 10 годов, плесневых грибов – 20 лет.

Лучевая энергия . Разные виды излучения имеют бактерицидное или стерилизующее действие. К ней принадлежат ультрафиолетовое, рентгеновское, альфа-, бета-, гамма- и нейтронное излучение. Наиболее выраженное бактерицидное действие имеет прямой солнечный луч.

Высокое давление, ультразвук, механическое сотрясение . Воздействие высокого атмосферного давления 10 132,5 – 91 192,5 кПа (100–900 атм) на глубине морей и океанов 1000–10 000 м бактерии переносят легко. Дрожжи хранят свою жизнеспособность при давлению 50 662,5 кПа (500 атм). Некоторые бактерии, дрожжи, плесневые грибы выдерживают давление 303 975 кПа (3000 атм), фитопатогенные вирусы – 506 625 кПа (5000 атм).

Ультразвук имеет бактерицидные свойства, которые используют для стерилизации пищевых продуктов, изготовления вакцин и дезинфекции предметов.

3. Проведение бактериологического исследования

3.1 Организация проведения бактериологического исследования

Источник