К классу Инфузорий относится около 6 тыс. видов. Эти животные являются наиболее высокоорганизованными среди простейших.

С морфологическими и биологическими особенностями строения инфузорий познакомимся на примере типичного представителя - инфузории-туфельки.

Строение инфузории туфельки

Внешнее и внутренне строение инфузории туфельки

Инфузория-туфелька имеет размер около 0,1-0,3мм. Форма тела напоминает туфельку, потому она получила такое название.

Это животное имеет постоянную форму тела, так как эктоплазма снаружи уплотнена и образует пелликулу . Тело инфузорий покрыто ресничками. Их насчитывается около 10-15 тыс.

Характерной чертой строения инфузорий является наличие двух ядер: большого (макронуклеус) и малого (микронуклеус). С малым ядром связана передача наследственной информации, а с большим - регуляция жизненных функций. Инфузория-туфелька передвигается с помощью ресничек, передним (тупым) концом вперед и одновременно вращается вправо вдоль оси своего тела. Большая скорость движения инфузории зависит от веслообразного движения ресничек.

В эктоплазме туфельки имеются образования, называемые трихоцистами. Они выполняют защитную функцию. При раздражении инфузории-туфельки трихоцисты «выстреливают» наружу и превращаются в тонкие длинные нити, поражающие хищника. После использования одних трихоцист на их месте в эктоплазме простейшего развиваются новые.

Питание и органы выделения

Органеллами питания у инфузории-туфельки являются: предротовое углубление, клеточный рот и клеточная глотка. Бактерии и другие взвешенные в воде частицы вместе с водой загоняются околоротовыми ресничками через рот в глотку и попадают в пищеварительную вакуоль.

Наполнившись пищей, вакуоль отрывается от глотки и увлекается током цитоплазмы. По мере передвижения вакуоли пища в ней переваривается пищеварительными ферментами и всасывается в эндоплазму. Затем пищеварительная вакуоль подходит к порошице и непереваренные остатки пищи выбрасываются наружу. Инфузории перестают питаться только в период размножения.

Органеллами осморегуляции и выделения у туфельки являются две сократительные, или пульсирующие, вакуоли с приводными канальцами.

Таким образом, инфузории, в сравнении с другими простейшими, имеют более сложное строение:

• Постоянная форма тела;
• наличие клеточного рта;
• наличие клеточной глотки;
• порошица;
• сложный ядерный аппарат.

Размножение инфузории. Процесс конъюгации

Размножается инфузория путем поперечного деления, при котором сначала происходит деление ядер. Макронуклеус делится амитотически, а микронуклеус - митотически.

Время от времени у них происходит половой процесс, или конъюгация . Во время этого две инфузории, сближаются и тесно прикладываются друг к другу ротовыми отверстиями. При комнатной температуре в такой виде они плавают около 12ч. Большие ядра разрушаются и растворяются в цитоплазме.

В результате мейотического деления из малых ядер формируется мигрирующее и стационарное ядра. В каждом из этих ядер содержится гаплоидный набор хромосом. Мигрирующее ядро активно перемещается через цитоплазматический мостик из одной особи в другую и сливается с ее стационарным ядром, то есть происходит процесс оплодотворения. На этой стадии у каждой туфельки образуется одно сложное ядро, или синкарион, содержащее диплоидный набор хромосом. Затем инфузории расходятся, у них снова восстанавливается нормальный ядерный аппарат и они в дальнейшем интенсивно размножаются путем деления.

Процесс конъюгации способствует тому, что в одном организме объединяются наследственные начала разных особей. Это приводит к повышению наследственной изменчивости и большей жизнестойкости организмов. Кроме того, развитие нового ядра и разрушение старого имеет большое значение в жизни инфузорий. Это связано с тем, что основные жизненные процессы и синтез белка в организме инфузорий контролируются большим ядром.

При длительном бесполом размножении у инфузорий снижается обмен веществ и темп деления. После конъюгации восстанавливается уровень обмена веществ и темп деления.

Значение инфузорий в природе и жизни человека

Установлено, что инфузории играют значительную роль в круговороте веществ в природе. Инфузориями питаются различные виды более крупных животных (мальки рыб).

Они служат регуляторами численности одноклеточных водорослей и бактерий, тем самым очищая водоемы.

Инфузории могут служить индикаторами степени загрязнения поверхностных вод - источников водоснабжения.

Инфузории, проживающие в почве, улучшают ее плодородие.

Человек разводит инфузорий в аквариумах для кормления рыб и их мальков.

В ряде стран широко встречаются заболевания человека и животных, вызываемые инфузориями. Особую опасность представляет инфузория балантидиум, обитающая в кишечнике свиньи и передающаяся человеку от животного.

«Типы простейших» - Эвглена обитает в пресных водоемах. Инфузория-трубач. Затем материнская колония разрушается, а дочерние колонии начинают самостоятельное существование. Наружная мембрана вместе с уплотненной эктоплазмой может образовывать пелликулу. Осенью из генеративных зооидов образуются макрогаметы и микрогаметы.

«Тип Ресничные» - Умение называть и показывать органоиды инфузории. На стадии «Вызов» - актуализация знаний. На стадии «Рефлексии» осуществлялся анализ новой информации. Стадии урока. Краткий самоанализ урока. Цели. Стадия «Вызов». Физкультминутка. Тип урока: усвоение новых знаний. Стадия «Осмысление». Тип инфузории или ресничные.

«Урок простейшие» - Тема учебного проекта Простейшие - одни из первых на Земле. Вопрос учебной темы: Каковы биологические особенности простейших? Как реагируют простейшие на воздействия окружающей среды? Что можно обнаружить в капельках аквариумной и прудовой воды? Учебные предметы: Биология, экология, география, информатика.

«Простейшие» - К простейшим относят животных, состоящих из одной или нескольких клеток - колонии. Историческая справка. Классификация типа Простейшие. Количество видов Образ жизни Строение Место обитания Пример Значение. Многообразие животных. Представители простейших. Класс Саркодовые (Корненожки). Класс Жгутиковые.

«Тест простейшие» - Конъюгация. Имеют разнообразную форму и симметрию. Хлоропласты. Порошица. Дыхание. Светочувствительный глазок. Реснички. 3-ий лот Класс Инфузории. Ложноножки. Биологический аукцион «Простейшие». Характерные признаки простейших. Образование цисты. Питание эвглены. Строение инфузории-туфельки. Большое ядро.

«Простейшие организмы» - Найдите на рисунке: Ложноножки Сократительную вакуоль Ядро Цитоплазму Пищеварительную вакуоль. Тип саркожгутиконосцев представлен двумя классами: саркодовыми и жгутиковыми. Предложите название. Задачи. Подцарство одноклеточные или Простейшие. Подцарство Одноклеточные или Простейшие. Класс Жгутиковые Колония вольвокса.

Всего в теме 17 презентаций

Тип Инфузории, или Ресничные, - наиболее сложноорганизованные простейшие. На поверхности тела у них имеются органоиды движения - реснички. В клетке инфузории два ядра: большое ядро отвечает за питание, дыхание, движение, обмен веществ; малое ядро участвует в половом процессе.

Особенности строения и жизнедеятельности инфузорий рассмотрены на примере инфузории-туфельки.

Среда обитания, строение и передвижение. В тех же водоемах, где живут амеба протей и эвглена зеленая, встречается и инфузория-туфелька (рис. 30). Это одноклеточное животное длиной 0,5 мм имеет веретеновидную форму тела, отдаленно напоминающую туфлю. Инфузории-туфельки все время находится, к движении, плавая тупым концом вперед. Скорость передвижения этого животного достигает 2,5 мм в секунду.

Рис. 30. Строение инфузории-туфельки: 1 - реснички; 2 - сократительная вакуоль; 3 - цитоплазма; 4 - большое ядро; 5 - малое ядро; б - клеточная мембрана; 7 - клеточный рот; 8 - клеточная глотка; 9 - пищеварительная вакуоль; 10 - порошица

Организм инфузории устроен сложнее, чем у амебы и эвглены. Тонкая эластичная оболочка, покрывающая инфузорию снаружи, сохраняет постоянную форму ее тела. Этому же способствуют хороню развитое опорные волоконца, которые находятся в прилегающем к оболочке слое цитоплазмы. Па поверхности тела инфузории расположено около 15 тыс. колеблющихся ресничек. У основания каждой реснички лежит базальное тельце. Движение каждой реснички состоит из резкого взмаха в одном направлении и более медленного, плавного возвращения к исходному положению. Реснички колеблются примерно 30 раз в секунду и словно весла толкают инфузорию вперед, волнообразное движение ресничек при этом согласованно. Когда инфузория-туфелька плывет, она медленно вращается вокруг продольной оси тела.

Под эластичной оболочкой по всему телу разбросаны особые образования - трихоцисты (от греч. трихос - «волос» и кистис - «пузырь»). Это короткие «палочки», расположенные в один слой перпендикулярно поверхности тела. В случае опасности трихоцисты с силой выбрасываются наружу, превращаясь в тонкие длинные упругие нити, которые поражают хищника, нападающего на туфельку. На месте использованных трихоцист со временем возникают новые.

Питание. На теле инфузории имеется углубление - клеточный рот, который переходит в клеточную глотку. Около рта располагаются более толстые и длинные реснички. Они загоняют в глотку вместе с потоком воды бактерий - основную пищу туфельки. На дне глотки пища попадает в пищеварительную вакуоль. Пищеварительные вакуоли перемещаются в теле инфузории током цитоплазмы. В вакуоли пища переваривается, переваренные продукты поступают в цитоплазму и используются для жизнедеятельности. Оставшиеся в пищеварительной вакуоли непереваренные остатки выбрасываются наружу в заднем конце тела через особую структуру - порошицу.

Инфузория-туфелька находит свою добычу, чувствуя наличие химических веществ, которые выделяют скопления бактерий.

Выделение. В организме инфузории-туфельки находятся две сократительные вакуоли, которые располагаются у переднего и заднего концов тела. Каждая вакуоль состоит из центрального резервуара и 5-7 направленных к этим резервуарам каналов. Сначала заполняются жидкостью каналы, потом она попадает в центральный резервуар, а затем жидкость изгоняется наружу. Весь цикл сокращения этих вакуолей проходит один раз за 10-20 секунд. Сократительные вакуоли выводят наружу вредные вещества, которые образуются в организме, и излишек воды.

Дыхание. Как и у других свободноживущих одноклеточных животных, у инфузорий дыхание происходит через покровы тела.

Размножение. Половой процесс. Инфузории-туфельки обычно размножаются бесполым путем - делением надвое (рис. 31, А). Однако, в отличие от жгутиковых, инфузории делятся поперек тела. Ядра делятся на две части, и в каждой новой инфузории оказывается по одному большому и по одному малому ядру. Каждая из двух дочерних инфузорий получает часть органоидов (например, сократительные вакуоли), а другие образуются заново. Инфузории-туфельки делятся один-два раза в сутки.

Рис. 31. Бесполое размножение (А) и половой процесс (Б) у инфузории-туфельки

При половом процессе увеличения числа особей не происходит. Две инфузории временно соединяются друг с другом (рис. 31, Б). На месте соприкосновения оболочка растворяется, и между животными образуется соединительный мостик из цитоплазмы. Большое ядро каждой инфузории исчезает. Малое ядро дважды делится, и в каждой инфузории образуются четыре дочерних ядра. Три из них разрушаются, а четвертое снова делится. В результате в каждой инфузории остается по два ядра. Одно из этих ядер каждой из двух особей по цитоплазматическому мостику переходит в другую инфузорию (то есть происходит обмен ядрами) и там сливается с оставшимся ядром. Затем в каждой инфузории из этого вновь образовавшегося ядра формируются большое и малое ядра, и инфузории расходятся. Такой половой процесс называется конъюгацией. Он длится около 12 часов.

Половой процесс ведет к обновлению, обмену между особями и перераспределению наследственного (генетического) материала, что увеличивает жизнестойкость организмов.

Рис. 32. Многообразие инфузорий: 1 - бурсария; 2 - стентор; 3 - стилонихия; 4 - сувойка

У бурсарии одно большое и длинное колбасовидное ядро, малых ядер - около 30. Большинство инфузорий активно плавает, однако некоторые из них, например стилонихия, передвигаются по дну водоема, по водным растениям, как бы шагая на особых удлиненных ресничках, расположенных на брюшной стороне тела. Другие инфузории, например сувойки, прикрепляются ко дну или к растениям длинными стебельками, которые могут сокращаться благодаря особым сократительным волоконцам. Многие сувойки образуют колонии. Питаются эти инфузории преимущественно бактериями. Сосущие инфузории также ведут сидячий, неподвижный образ жизни. У них отсутствуют реснички. Они снабжены сосательными щупальцами в виде тонких сократимых трубочек, которые служат для ловли добычи (главным образом других простейших) и высасывания из нее содержимого. Прикоснувшиеся к щупальцам простейшие, например жгутиконосцы, мгновенно к ним прилипают. А затем содержимое жертвы всасывается, как бы перекачивается по щупальцу внутрь сосущей инфузории.

Рис. 33. Простейшие из желудка копытных животных

Некоторые инфузории обитают в кишечнике крупных травоядных копытных животных (рис. 33). У коров, овец, коз, антилоп, оленей инфузории в огромных количествах населяют передние отделы желудка. Эти инфузории питаются бактериями, зернами крахмала, грибками, частичками растительных тканей. Более крупные инфузории пожирают более мелких. В других отделах желудка травоядных животных инфузории перевариваются. Таким образом, эти инфузории приносят пользу тем животным, в чьих желудках они обитают. Заражение инфузориями происходит в момент группового кормления или водопоя.

Лабораторная работа № 1

1. Тема. Строение и передвижение инфузории-туфельки. Цель. Изучить особенности строения и передвижения инфузории-туфельки.
2. Оборудование: микроскоп, штативная лупа, предметное и покровное стекла, пипетка, вата, культура инфузории-туфельки в пробирке.

Ход работы

1. Установите, видны ли невооруженным глазом инфузории-туфельки в пробирке.
2. На предметное стекло нанесите из пробирки каплю воды с инфузориями-туфельками. Рассмотрите с помощью лупы форму тела, внешнее строение, отличие передней части тела от задней, способ передвижения. Сосчитайте число инфузорий в капле воды.
3. Поместите две капли воды с инфузориями на предметное стекло, соедините их водяным «мостиком». На край одной капли положите кристаллик соли. Объясните происходящие явления.
4. В каплю воды с инфузориями положите два-три волоконца ваты (для замедления движения инфузорий). Осторожно накройте покровным стеклом.
5. Поместите препарат под микроскоп. Рассмотрите вначале при малом, а затем при большом увеличении микроскопа то, что происходит внутри тела инфузории.
6. Зарисуйте внешнее и внутреннее строение инфузории-туфельки, пользуясь большим увеличением микроскопа. Сделайте необходимое обозначение.
7. На основе наблюдений перечислите признаки, характерные для инфузорий как представителей простейших.

Инфузории - сложно организованные простейшие. Имеют в клетке два ядра: большое и малое. Размножаются бесполым и половым путем. Половое размножение способствует обновлению, обмену между особями и перераспределению наследственного (генетического) материала, что увеличивает жизнестойкость инфузорий.

Упражнения по пройденному материалу

1. Почему инфузория-туфелька так названа?
2. Какие признаки доказывают более сложную организацию инфузории-туфельки по сравнению с амебой протеем и эвгленой зеленой?
3. Как проявляется более сложное, чем у других простейших, строение инфузории-туфельки в процессах питания и выделения?
4. В чем особенности процесса размножения инфузории-туфельки?
5. Почему важное биологическое значение имеет половой процесс в жизни инфузории-туфельки?

Специфика гидробиологического контроля заключается в том что только ему доступно оценка последствий загрязнений, но не их последствия. Важно так же и то, что биологический контроль по сравнению с другими методами дает быстрый ответ, т. е. является экспресс методом.

Как известно, имеется два типа биологического тестирования. При первом прямом или экологическом, пробе воды устанавливается видовой и количественный состав фауны, а затем по таблицам показателем организма дается заключение о состоянии водоема (о принадлежности водоемов к той или иной зоне сапробности). При втором, непрямом, или физиологическом используют оценку жизненной активности организмов. Избираются отдельные виды, или тест организмы, которые культивируются в лабораторных условиях и затем помещаются пробе испытываемой воды (среды). Индексом для оценки качества воды служит та или иная реакция тест организмов. Например, рост, размеры и другие.

С «экологической системой рубца» связано и состояние здоровья сельскохозяйственных животных. Под влиянием изменяется и состояние среды обитания микроорганизмов эндобионтов. Например, вследствие неполноценного кормления животных изменяется, и состав микроорганизмов, что может стать причиной изменения процессов рубцового пищеварения и обмена веществ, возникновению в организме животного хозяина таких болезней как ацидоз и алкалоз.

Цели и задачи. В связи с выше указанной проблемой нами были поставлены следующие цели и задачи работы:

Изучить литературу по теме работы;

Ознакомиться и освоить методы микроскопирования и методики изготовления временных микропрепаратов;

Ознакомиться и освоить методы культивирования простейших;

Изучить строение, жизнедеятельность инфузорий-туфелек;

Провести опыты по изучению движения и таксисов инфузорий-туфелек;

Ознакомиться с методикой культивирования эндобионтных инфузорий сельскохозяйственных животных;

Изучение устойчивости клеток инфузорий на летучие выделения растений;

Изучить строение, жизнедеятельность и значение эндобионтных инфузорий сельскохозяйственных животных.

Первый этап был проведен в 2002-03 учебном году и по результатам работы принимали участие в городской научно-практической конференции школьников «Шаг в будущее». Также работа была удостоена звания лауреата Всероссийского научного открытого конкурса школьников «Первые шаги - 2004» проведенного в г. Москве.

Второй этап работ проведен в октябре-декабре 2003-04 года. На данном этапе работы нами было изучено методика культивирования эндобионтных инфузорий и их изучение. В результате работы было доложено на научном конференции школьников города Якутска.

1. 1. Строение, жизнедеятельность и разнообразие простейших

К инфузориям относят около 6000 видов простейших, органеллами, движения которых служит большое количество ресничек. По сравнению с другими группами простейших инфузории имеют наиболее сложное строение, что связано с разнообразием и сложностью их строения. Для большинства инфузорий характерно присутствие двух ядер: крупного вегетативного – макронуклеуса и более мелкого генеративного – микронуклеуса. Макронуклеус регулирует процессы обмена веществ, микронуклеус участвует в половом процессе.

К органоидам питания относят предротовое отверстие, ведущее в клеточный рот, который переходит в клеточную глотку. Вода с бактериями через клеточный рот попадает в клеточную глотку, далее в эндоплазму (внутренний слой цитоплазмы), где образуются пищеварительные вакуоли. Вакуоли передвигаются вдоль тела инфузории. Непереваренные остатки пищи удаляются наружу через порошицу – отверстие, расположенное в задней части тела.

У инфузории туфельки есть две сократительные вакуоли, расположенные в передней и задней части тела. Каждая вакуоль состоит из округлого резервуара и подходящих к нему в виде звезды 5-7 канальцев. Жидкие продукты и вода из цитоплазмы сначала поступают в приводящие канальцы, затем канальцы все сразу сокращаются и изливают свое содержимое в резервуар, после чего последний сокращается и выбрасывает жидкость через отверстие наружу, а канальцы в это время вновь наполняются. Вакуоли сокращаются поочередно.

Бесполое размножение инфузорий осуществляется путем поперечного деления и сопровождается делением макро- и микронуклеусов. Размножение повторяется 1-2 раза в сутки. Через несколько поколений в жизненном цикле инфузорий происходит половой процесс – конъюгация. Две инфузории подходят друг к другу брюшными сторонами, оболочка в месте их соприкосновения растворяется, и между ними образуется цитоплазматический мостик. Макронуклеусы при этом разрушаются, а микронуклеусы делятся мейозом на четыре ядра, три из которых разрушаются, а четвертое вновь делится пополам митозом. В результате в каждой инфузории образуются мужское (мигрирующее) и женское (стационарное) ядра. Затем между особями происходит обмен мигрирующими ядрами с последующим слиянием стационарного и мигрирующего ядер, после чего особи расходятся. Вскоре в каждой из них ядро делится, и впоследствии образуются микро- и макронуклеусы. Таким образом, при половом процессе число инфузорий не увеличивается, а обновляются наследственные свойства макронуклеуса.

В пресных водах часто встречаются и другие виды инфузорий. Одним из наиболее часто встречающихся из брюхоресничных инфузорий является стилонихия. Это довольно крупная инфузория длиной до 0,3 мм, живущая на дне пресноводных водоемов и на водной растительности. Это всеядное животное, питается бактериями, одноклеточными водорослями, также может нападать на другие мелкие простейшие.

Инфузории – наиболее организованные существа среди простейших. Они являются также процветающей и прогрессивной группой среди одноклеточных животных.

В научных исследованиях инфузорий из пищеварительного тракта млекопитающих обычно используется нейтральный термин «эндобионты».

Впервые о нахождении инфузорий в пищеварительном тракте млекопитающих было сообщено в 1843 году французскими исследователями Грюби и Делафон, которые дали небольшое описание простейших из кишечника лошади, собаки, свиньи и из желудка быка. С этой небольшой статьи начался многолетний период изучения эндобионтных инфузорий. Сегодня известно уже более 500 видов эндобионтных инфузорий млекопитающих, и исследование их продолжается. Наиболее изученной в настоящее время является инфузорная фауна домашнего рогатого скота и лошадей. Изучены эндобионтные инфузории у определенных сельскохозяйственных животных-хозяев, таких как бык домашний, зебу, буйвол, бизон, коза, овца, северный олень, одногорбый и двугорбый верблюды.

Много научных работ посвящено исследованию инфузорий в определенном хозяине в зависимости от географических условий, это в основном работы, связанные с изучением инфузорий крупного рогатого скота и лошадей в Европе, Бразилии, Африки, северных районов Евразии.

Особенно многочисленны и разнообразны инфузории, населяющие пищеварительный тракт копытных животных. У жвачных (крупный рогатый скот, овцы, козы, антилопы, олени, лоси) эти инфузории в огромных количествах населяют передние отделы желудка. В рубце (самый вместительный отдел желудка жвачных) в огромных количествах живут разнообразные бактерии и простейшие (жгутиковые и инфузории). Количество инфузорий в 1 см3 содержимого рубца достигает 1 млн. , а нередко и более. Установлено, что численность инфузорий в рубце значительно варьирует в зависимости от кормления хозяина, как в течение суток, так и по сезонам. Такие факторы как заболевания хозяина и применение лекарственных препаратов оказывает существенное влияние на эндобионтные инфузории.

С «экологической системой рубца» связана также состояние здоровья сельскохозяйственных животных. Под влиянием различных факторов, например вследствие неполноценного кормления животных, изменяется и среда обитания микроорганизмов рубца. Вследствие чего изменяется и состав микроорганизмов, что может стать причиной изменения процессов рубцового пищеварения и обмена веществ в организме животного-хозяина. Так установлено, что в случаях, когда в рационе кормления животных отмечается избыточное количество растворимых углеводов (крахмала, сахаров), в преджелудках формируется среда, способствующая бурному размножению молочнокислых бактерий. Молочнокислое брожение сопровождается образованием больших количеств молочной кислоты, смещением рН рубца в кислую сторону. Развивается ацидоз рубца – тяжелое заболевание, характерной чертой которого является отравление организма-хозяина молочной кислотой.

У непарнокопытных (лошадь, осел, зебра) в пищевом тракте тоже имеется большое количество инфузорий. В толстом отделе и слепой кишке непарнокопытных обитают инфузории семейства офриосколецид.

Предполагают о патогенной роли некоторых эндобионтных инфузорий. В кишечнике млекопитающих обнаружены кишечные балантидии (Balantidium coli), которые вызывают заболевание кишечника. Эти инфузории обнаружены у приматов, индийского носорога, лошади, буйвола, быка, верблюда, грызунов, лисы. Таким образом, вопрос о роли эндобионтных инфузорий в жизни хозяина пока до конца не решен.

2. Использование простейших как тест – объектов при биологических и экологических исследованиях.

Для получения оперативной операции о степени биологической надежности различной экосистем разработаны различные экспресс - биотесты, которые можно применить повсеместно и повседневно. Под биологическим мониторингом экосистемы следует понимать оценку биологической активности объектов физико-химического окружения (биотопа с целью выяснения степени влияния их на взаимодействующие с ними живые организмы (биоценоз), а в целом, с целью прогнозирования надежности жизнеспособности экосистемы.

В данной работе рассматривается экспресс - биотест, где использована принципиальная идентичность реагирования на изменяющиеся условия и неблагоприятные воздействия внешней среды свободнодвижущих организмов независимо от биологического уровня или иерархии. В качестве тест- объекта используется свободнодвижущий, легко культивируемый одноклеточный организм – инфузория- туфелька.

Рекомендуемый экспресс - биотест позволяет быстро, дешево и массово определять токсичность, полноценнорость и неспецифическую активность кормов, воды, почвы, воздуха, пищи, лекарств и неизвестных веществ. Это особенно необходимо санитарно- эпидемиологической, ветеринарной лабораторной, таможенной службам, органам стандартизации, сертификации и контроля, центром мониторинга водных, воздушных бассейнов, лесов, земельных ресурсов.

Экспресс - биотест позволяет создавать банки данных биологического мониторинга экологических систем, определять и выявлять изменение в экосистемах под влиянием загрязнителей. С его помощью можно установить, что экосистема в опасности и необходимо соответствующие срочные меры по восстановлению экосистемы.

1. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2. 1. Методика культивирования простейших

Для культивирования простейших используют различные питательные среды и методики:

1. Можно приготовит смешанную среду. Готовят раствор солей: натрия хлорид – 0,1; калия хлорид – 0,01; магния хлорида – 0,01; натрия гидрокарбоната – 0,02; кальция хлорида – 0,01; воды дистиллированной – до 1 литра. В мерный стакан мелко нарезают качественное разнотравное сено и заливают его приготовленным раствором в соотношении 1:2. Полученную смесь кипятят 20 минут, оставляют остывать при комнатной температуре до 35 - 40°С, процеживают через двойной слой марли и жидкость ставят в термостат при 37°С на 3 суток. За это время она насыщается сенной палочкой. РН среды – 6,8. Приготовленную питательную смесь хранят в холодильнике. Срок годности – 1 месяц.

2. Измельченное сено заливают водой, кипятят 10-15 минут, охлаждают, настаивают 2-3 суток до образования бактериальной пленочки. Добавляют 1-2 мл воды из водоема, аквариума или комочек свежей почвы. Выдерживают 1-2 суток.

Перед использованием питательную среду тщательно перемешивают и отливают в колбу необходимое количество. Колбу оставляют в лаборатории, пока среда в ней не согреется до комнатной температуры. Затем добавляют посевной материал, тщательно перемешивают и определяют фазу роста и плотность культуры. Как для пересева, так и для работы используют культуру, содержащую в экспоненциальной фазе не менее 2500-3000 особей в одном мл среды, а в стационарной не менее 6500-7500. Пересев производят из расчета 10 мл посевного материала на 400 мл питательной среды.

Свежезасеянную колбу с питательной средой обозначают датой посева и помещают в термостат при 25°С. Термостат в течение 6 часов в сутки освещают дневным или искусственным светом. В оптимальных условиях 4-хдневная культура достигает экспоненциальной фазы роста, а 7-ми дневная стационарной.

В размножении простейших существуют циклы. Так, они хорошо размножаются весной и летом, хуже – осенью и зимой (особенно в морозы). Кроме того, даже при хорошем их размножении они прекращают движение в холодном лабораторном помещении (температура ниже +18-20°С), особенно при соприкосновении с холодным предметным стеклом, независимо от токсического эффекта.

Для проведения наших экспериментов во время первого этапа работ, мы использовали методику приготовления культуры простейших №2, так как эта методика более универсальна, доступна и менее трудоемка.

2. Методика приготовления препаратов эндобионтных инфузорий для микроскопирования

Пробы содержимого рубца или пробы содержимого слепой и тонкой кишки берут при забое сельскохозяйственных животных. Материал помещают в физиологический раствор для наблюдения и культивирования и помещают в термоконтейнеры. Часть материала заливают фиксирующими жидкостями – растворами 4% формалина или 96% спирта.

В лаборатории полученные пробы микроскопируют. Для приготовления временного препарата берут сухое и чистое предметное стекло, наносят на него каплю исследуемого материала, затем каплю метиленового красителя. Накрывают покровным стеклом, затем препарат ставят на предметный столик микроскопа и микроскопируют изучаемый объект.

2. 3. Методика приготовление настоев кашицы.

Приготовление настоев растений. Для приготовления настоев растения измельчают до частиц 1-5 мм, заливают кипятком, кипятят на слабом огне 3-5 минут, настаивают 1-2 сутки в термостате. Не следует сильно измельчать растение (кофемолке или мельнице). При заливании водой это приводит к слеживанию материала и плохой экстракции активных веществ.

Приготовление кашиц растений. Мелко нарезанные листья растений быстро растирают в ступке и сразу помещают на часовое стекло. В случае длительного стояния растертого материала фитонцидная активность теряется. Если листья недостаточно влажны и плохо растираются, в ступку добавляют небольшое количество воды. При растирании твердых листьев (эвкалипта, тополя, хвойных) в ступку добавляют дробленное просеянное через сито стекло (1 – 2 мм) или крупный промытый речной кварцевый песок. При дроблении стекла лучше использовать полотняный мешочек и молоток.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3. 1. Наблюдение за движениями таксисами инфузории - туфелек.

В ходе исследования нами были проведены опыты по изучению строения и жизнедеятельности инфузорий – туфелек. Инфузория – туфелька плавает благодаря согласованной работе ресничек. Реснички одна за другой совершают ритмичные гребки, и по телу инфузории как бы пробегает волна гребных движений от переднего конца заднему. Каждая волна распространяется в диагональном направлении, поэтому туфелька перемещается по спиральной траектории, вращаясь вокруг своей продольной оси. Если перед инфузорией неожиданно возникает препятствие или она попадает в зону неблагоприятных воздействий, работа ресничек моментально прекращается и возобновляется уже в противоположном направлении. Она продолжает движение в новом направлении до тех пор, пока ей не удастся обойти препятствие или же условия не станут вновь благоприятными. Это пример поведения, направленного на поиск оптимальных условий методом проб и ошибок.

Реснички (находящиеся на заднем конце тела), по-видимому, способны воспринимать внешние раздражения. Инфузория реагирует на прикосновение, высокие концентрации в среде различных химических веществ, содержание кислорода и углекислого газа, изменение интенсивности освещения.

Таксисы – изменение направления движения простейших под влиянием различных раздражителей. Наблюдают: а) положительный таксис (движение к раздражителю); б) отрицательный таксис (движение от раздражителя; в) гальванотаксис – движение, определяемое направлением электрического тока. Если через жидкость, в которой плавают туфельки пропустить слабый электрический ток, то можно наблюдать, что все инфузории ориентируют свою продольную ось параллельно линии тока, а затем, как по команде двинутся в направлении катода, в области которого образуют густое скопление. Далее вели наблюдение по влиянию слабого электрического тока (при изменении силы тока) на выживаемость инфузорий. Измерение напряжения тока проводили с помощью портативного вольтметра. Инфузории погибают через 2 минуты при действии электрического тока под напряжением 12 вольт. Под действием слабого электрического тока (напряжение 3 вольта) наблюдается гибель клеток через 8 минут.

Нами проведены опыты по выявлении действия неблагоприятного фактора на жизнедеятельность инфузорий, в частности химических веществ. В качестве раздражителя взяли раствор хлористого натрия различной концентрации. При повышении концентрации раствора хлорида натрия выше 1% наблюдается угнетение жизнедеятельности клеток, что указывает на вредное действие этих растворов. Значительные изменения продолжительности жизни клеток инфузорий наблюдаются при действии раствора хлорида натрия от 4% до 8%. Почти моментальная гибель клеток наблюдается при действии 8% раствора.

Таким образом, инфузории-туфельки ведут активный образ жизни при благоприятных лабораторных условиях и реагируют на изменения условий окружающей их среды разнообразными таксисами. Под действием сильных раздражителей (электрический ток) неблагоприятных факторов, некоторых химических веществ наблюдается гибель клеток инфузорий. Так, например, при действии раствора 8% хлорида натрия и 2% уксусной кислоты наблюдается моментальная гибель инфузорий-туфелек.

3. 2. Изучение влияния хлористого натрия различной концентрации на выживаемость инфузории – туфелек

Сущность этой работы заключается в выявлении с помощью неблагоприятных факторах биологического изучаемого объекта на устойчивость клетки. В работе использовали культуру инфузории в стационарной фазе роста.

Ход работы. В 5 пробирок по 1 мл культуры инфузории добавляют раствор хлористого натрия (5 мл) различной концентрации, оценивают состояние инфузории и ведут контроль продолжительности жизни клеток до 100% гибели под микроскопом. Результаты наблюдений записаны в ниже приведенной таблице. Как видно из результатов опыта, 1% раствор хлорида натрия на жизнедеятельность клеток влияет незначительно и продолжительность жизни инфузории равен 35 минутам. Значительные изменения продолжительности жизни наблюдается при действии растворов хлорида натрия от 4% до 8% где продолжительность жизни сокращается от 4 до 1 минуты. Почтимоментальная гибель клеток наблюдается при действии 8%-ного раствора хлорида натрия.

Таким образом, при повышении концентрации раствора хлорида натрия выше 1% наблюдается угнетение жизнедеятельности клеток инфузории и сокращается продолжительность жизни клеток, что указывает на токсическое действие растворов хлорида натрия повышенной концентрации.

3. Изучение препаратов эндобионтных инфузорий сельскохозяйственных животных

Для изучения строения и разнообразия эндобионтных инфузорий мы использовали препараты, подготовленные по описанным выше методикам. Пробы были подготовлены в ноябре 2004 года во время забоя сельскохозяйственных животных. Исследовали препараты, подготовленные из содержимого рубца крупного рогатого скота, якутской лошади и северного оленя.

Инфузории рубца крупного рогатого скота. Рубец – первый и самый обширный отдел четырехкамерного желудка жвачных. Он сообщается с сеткой, сетка с книжкой, книжка - с сычугом (собственно железистым желудком). Занимая около 80% вместимости сложного желудка, рубец является основным вместилищем кормовой массы, потребляемой животным. Рубцовое содержимое жвачных создает благоприятную среду для жизнедеятельности микрофлоры и микрофауны. Условия обитания организмов-спутников определяются особенностями анатомии и физиологии животного-хозяина. В рубце поддерживаются на определенном уровне температурные условия, рН и газовый состав среды. Микрофлора и микрофауна получают от хозяина питательные вещества, воду. Без хозяина они жить не могут. Но и без них хозяин не может жить. Без них он погибает вследствие нарушения процессов пищеварения и обменных расстройств.

Жвачные животные питаются растительным кормом, содержащим большое количество растительных волокон и лигнина. У жвачных нет ферментов, способных разлагать этот материал. И микрофлора и микрофауна способны разлагать целлюлозу. Микроорганизмы разных видов обладают определенной специализацией: одни из них расщепляют целлюлозу и ксилозу, другие -–только целлюлозу, третьи – крахмал. Фауна рубца представлена главным образом простейшими и большинство из них – инфузории.

В рубце крупного рогатого скота обнаружено более 30 видов инфузорий. В 1 мл рубцового содержимого насчитывается от 0,2 до 2 млн инфузорий в зависимости от количества и качества принятого корма. Инфузории имеют размер от 20 до 200 мк, общая их масса составляет до 20% массы содержимого рубца.

В переднем отделе желудка жвачных животных (рубце) встречаются в огромном количестве инфузории из подотряда Entodinomorfa, например семейства Офриосколециды и др. Представители этой группы инфузорий отличаются причудливой формой, так как их тело имеет шипы, отростки и т. п. У них наблюдается сильная редукция ресничного аппарата – имеются только околоротовые мембранеллы и пояски или пучки мембранелл на теле.

2. Эндобионтные инфузории из рубца оленя. Олени относятся к травоядным животным, у которых ферментация пищевых масс идет в передних отделах желудка, также как и у крупного рогатого скота. Передача инфузорий новому хозяину происходит в момент облизывания оленями ротовой полости друг друга. Заражение нового хозяина производится целым комплексом видов эндобионтных инфузорий. В составе рубца северных оленей встречаются представители в основном одного семейства Офриосколицид (Ophryoscolecidae) .

В результате функционирования сообщества, обитающего в рубце, образуются продукты, необходимые для питания животного-хозяина: уксусная, пропионовая, масляная и молочная кислоты, витамины и т. д. Летучие жирные кислоты всасываются в кровь животного-хозяина и участвуют в обмене веществ. Так, например, пропионовая кислота превращается в глюкозу и таким образом участвует в углеводном обмене жвачных. Микрофлора и микрофауна, обитающие в преджелудках, синтезируют тиамин, рибофлавин, пантотеновую кислоту, пиридоксин, биотин, фолиевую кислоту, цианкобаламин и другие витамины, жизненно необходимые для организма животного. Микрофлора и микрофауна из рубца, сетки и книжки поступают в сычуг и под влиянием желудочного сока перевариваются. Образуется очень ценный в питательном отношении микробиальный белок, участвующий в белковом обмене организма-хозяина.

С «экологической системой рубца» связана также состояние здоровья сельскохозяйственных животных. Под влиянием различных факторов, например вследствие неполноценного кормления животных изменяется и среда обитания микроорганизмов рубца. Вследствие чего изменяется и состав микроорганизмов, что может стать причиной изменения процессов рубцового пищеварения и обмена веществ в организме животного-хозяина. Так установлено, что в случаях, когда в рационе кормления животных отмечается избыточное количество растворимых углеводов (крахмала, сахаров), в преджелудках формируется среда, способствующая бурному размножению молочнокислых бактерий. Молочнокислое брожение сопровождается образованием больших количеств молочной кислоты, смещением рН рубца в кислую сторону. Развивается ацидоз рубца – тяжелое заболевание, характерной чертой которого является отравление организма-хозяина молочной кислотой.

При избытке в рационе азотсодержащего белкового корма обильно размножаются протеинолитические, гнилостные алкалофильные микроорганизмы. Потребление ими протеина сопровождается образованием промежуточных и конечных продуктов распада белков, в том числе аммиака. В результате рН рубцового содержимого смещается в щелочную сторону, развивается алкалоз рубца – тяжелое заболевание, отравление аммиаком.

Изменение рН рубцового содержимого при ацидозе и алкалозе, других болезнях преджелудков приводит к уменьшению видового состава и численности инфузорий, снижению их двигательной активности и даже гибели. Сейчас разработаны способы «нормализации» микробиоценоза в рубце. Например, вводят в рубец больных животных 1-2 л свежего содержимого рубцового содержимого, полученного от здоровых коров.

Таким образом, симбионты, обитающие в рубце, играют жизненно важную роль в процессах пищеварения и в обмене веществ жвачных животных. Без «экологической системы рубца» существование и размножение жвачных животных оказались бы невозможными.

3. Эндобионтные инфузории из кишечника лошади. Часто в пробах из фекалий лошади обнаруживаются инфузории циклофостиумы, трипалмари, которые имеют особые скелетные пластины и толстый прочный слой кутикулы. В пробах содержимого кишечника лошади встречаются инфузории циклофостиумы, блефарокоры, бундлеи и другие виды. Из них бундлеи, как указывается в литературе () особенно хламидобундлеи являются одними из наиболее распространенных инфузорий кишечника непарнокопытных. Они встречаются всесветно. Их численность в пробах достигает до 150 000 экземпляров в 1 мл содержимого кишечника лошадиных.

Установлено, что эндобионтные инфузории из кишечника якутской лошади показали высокую устойчивость к воздействию экстремальных условий внешней среды У лошадей, которые являются травоядными млекопитающими с ферментацией пищевых масс в слепой и толстой кишке, передача инфузорий от одной особи к другой возможна только после выделения во внешнюю среду в составе фекальных масс и последующего проглатывания новым хозяином. При этом инфузории до 2-3 часов сохраняют жизнеспособность в критических условиях внешней среды (воздействие низкой температуры, воды и воздуха)

4. Определение устойчивости клеток на летучие выделения растений

В данной работе нами исследуется сравнительная фитонцидная активность различных растений на устойчивость клеток инфузории – туфелек (Paramecium caudatum).

Ход работы. Для опытов берут культуру простейших, приготовленную заранее. Каплю культуры простейших помещают на предметное стекло с кашицей исследуемого материала, чтобы они не соприкасались. Наблюдают в микроскоп при увеличении 300 или 600, отмечают время прекращении движения простейших да 100% гибели.

Для опытов использовали известные растения как лук и чеснок (луковицы), а также зеленые листья лука и комнатной герани. Данные результатов исследования приведены в ниже приведенных таблицах.

Все растения обладают фитонцидными свойствами, но эти свойства неодинаково могут действовать на те или иные живые организмы. Фитонциды одних растений обладают бактерецидными и процистоцидными свойствами, других - благоприятно влияют на их жизнедеятельность. В таб. 2 приведены данные наблюдения гибели простейших под воздействием летучих выделений листьев комнатной герани. Под воздействием летучих выделений листьев герани инфузории – туфельки погибают в среднем через 8,8 минут, т. е. фитонциды этого растения действуют отрицательно на простейшие, вызывая их гибель.

Известно, что листья герани и других растений (розмарина, лавра, мяты и т. д.) благотворно действуют на организм человека, успокаивают нервную систем и улучшают функцию сна. Эти свойства растений давно используются врачами в фитотерапии – ароматерапии, т. е. лечение запахами лекарственных растений (4).

В таб. №4 приведены данные опытов о влиянии летучих выделений луковицы чеснока на инфузории – туфельки. Летучие выделения кашицы из луковицы чеснока вызывают гибель простейших через 3 минуты (4).

Летучие фитонциды и сок чеснока обладают исключительной способностью убивать различные (дизентерийную палочку, холерный вибрион, туберкулезную палочку и т. д.) и микроскопические грибки (плесневые). Разнообразие литературных данных и несовпадение данных наших результатов исследований с литературными данными указывают, что здесь очень многое зависит от многих факторов и в первую очередь от условий опытов. Опыты надо ставить с набольшей быстротой, так как выделение летучих фитонцидов у большинства растений очень быстро прекращается после измельчения растений испытывается (больное и здоровое), место и условия произрастания растений и т. д. немаловажное значение имеет и повторность опытов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

2. Инфузории-туфельки ведут активный образ жизни при благоприятных лабораторных условиях и реагируют на изменения условий окружающей их среды разнообразными таксисами. Под действием сильных раздражителей (электрический ток) неблагоприятных факторов, некоторых химических веществ наблюдается гибель клеток инфузорий. Так, например, при действии раствора 8% хлорида натрия и 2% уксусной кислоты наблюдается моментальная гибель инфузорий-туфелек.

3. Жвачные животные питаются растительным кормом, содержащим большое количество растительных волокон и лигнина. У жвачных нет ферментов, способных разлагать этот материал. И микрофлора и микрофауна способны разлагать целлюлозу. Микрофауна рубца представлена главным образом простейшими и большинство из них – инфузории, которые способны разлагать грубый растительный корм. В рубце крупного рогатого скота обнаружено более 30 видов инфузорий.

4. В результате функционирования сообщества, обитающего в рубце, образуются продукты, необходимые для питания животного-хозяина: уксусная, пропионовая, масляная и молочная кислоты, витамины и т. д. Микрофлора и микрофауна из рубца, сетки и книжки поступают в сычуг и под влиянием желудочного сока перевариваются. Образуется очень ценный в питательном отношении микробиальный белок, участвующий в белковом обмене организма-хозяина.

5. Под влиянием различных факторов, например вследствие неполноценного кормления животных изменяется и среда обитания микроорганизмов рубца. Вследствие чего изменяется и состав микроорганизмов, что может стать причиной изменения процессов рубцового пищеварения и обмена веществ, возникновению таких болезней как ацидоз и алкалоз в организме животного-хозяина. Это приводит к уменьшению видового состава и численности инфузорий, снижению их двигательной активности и даже гибели. Таким образом, симбионты, обитающие в рубце, играют жизненно важную роль в процессах пищеварения и в обмене веществ животного-хозяина. Без «экологической системы рубца» существование и размножение жвачных животных оказались бы невозможными.

6. По результатам наших исследований видно, что летучие выделения зеленых листьев лука репчатого вызывают гибель инфузории за более короткий период времени, чем летучие выделения луковицы репчатого лука – за 8,6 и 15 минут. Все использованные в опытах растения (лук репчатый – листья и луковицы, чеснок – луковицы, герань – листья) вызывают гибель инфузорий. При этом наблюдается замедление движения и далее постепенная гибель клеток простейших: под воздействием летучих выделений чеснока через 15,2 минуты, листьев герани – 8,8 минут.

Простейшие - древнейшая группа живых организмов. Когда возникли первые простейшие, неизвестно. В западной литературе простейших не рассматривают в качестве животных и относят к царству протистов. А согласно новейшим системам среди простейших выделяют несколько царств.

Особенности жизнедеятельности простейших:

Роль простейших в природе и жизни человека:

Свободноживущий представитель - амеба обыкновенная. Клетка типичного эукариотического строения размером 0,2-0,7 мм. Живет амеба в пресноводных, илистых водоемах. Цитоплазма образует выросты - псевдоподии, или ложноножки, служащие для передвижения и фагоцитоза. У амебы есть пищеварительные и сократительные вакуоли. Она выполняет все функции самостоятельного организма.

Муха цеце

Больной сонной болезнью на последних стадиях заболевания, укушенной мухой цеце

Для дальнейшего развития они должны попасть в желудок малярийного комара, укусившего больного малярией человека. В желудке комара происходит созревание мужских и женских гамет и последующая их копуляция. Образуется подвижная зигота. После многократного деления зиготы образуются спорозоиты, заключенные в оболочку. Затем оболочка разрушается, спороцисты переходят в полость тела, а позже - в слюнные железы комара.

Тип Инфузории. Класс Ресничные инфузории

Инфузория-туфелька - представитель класса, имеет размер 0,1-0,3 мм. (Инфузорий известно около 6 тыс. видов.)

Отличительные особенности этих животных:

• пелликула покрыта ресничками, служащими для передвижения;
• в эктоплазме оболочки находятся трихоцисты - органы защиты инфузории;
• в клетке два ядра - вегетативное, полиплоидное (макронуклеус) и генеративное, диплоидное (микронуклеус);
• ротовое углубление на теле образует ротовую воронку (перистом), переходящую в клеточный рот (цитостом), ведущий в глотку, где формируются пищеварительные вакуоли, переваривающие пищу;
• непереваренные остатки удаляются через порошицу;
• две сократительные вакуоли расположены в противоположных концах тела, через них выводится избыток воды и продукты обмена веществ.

Размножение инфузории происходит бесполым путем, продольным делением клетки. Интересен у инфузорий и половой процесс: между двумя особями образуется цитоплазматический мостик, макронуклеусы разрушаются, а микронуклеусы делятся мейозом с образованием четырех гаплоидных ядер, три из которых погибают, а четвертое делится пополам, но уже митозом, образуя два ядра: одно - стационарное, другое - мигрирующее. Затем между инфузориями происходит обмен мигрирующими ядрами. Потом стационарное и мигрировавшее ядра сливаются, особи расходятся, и в них снова образуются микро- и макронуклеусы.