Вкр. ВКР Порхун. Минпросвещения россии федеральное государственное бюджетное
 Скачать 1.44 Mb.
|
|
МИНПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ.М.АКМУЛЛЫ» ЕСТЕСТВЕННО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра биоэкологии и биологического образования Направление 44.04.01 Педагогическое образование (уровень магистратуры) Направленность (профиль) Экологическая безопасность Курс II ПОРХУН МАРИЯ ЮРЬЕВНА МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ РАЗВИТИЯ НАЗЕМНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ И ЦИАНОБАКТЕРИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ПИЩЕВОГО ПЛАСТИКА ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА Научный руководитель: д-р биол. наук, доцент Гайсина Л.А. Дата защиты:____________________________ Оценка:_________________________________ Уфа 2020 СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВА 1. ОБРАСТАНИЕ ВОДОРОСЛЕЙ ПЛАСТИКОМ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) ............................................................................................................. 6 1.1. Строение клеток водорослей ....................................................................... 6 1.2. Экологические группы водорослей........................................................... 12 1.2.1. Планктонные водоросли. ..................................................................... 12 1.2.2. Бентосные водоросли ........................................................................... 13 1.2.3. Водоросли горячих источников .......................................................... 16 1.2.4. Водоросли соленых водоемов ............................................................. 16 1.2.5. Понятие о наземных водорослях ............................................................ 17 1.3. Распространение водорослей в почвах ..................................................... 25 1.4. Основные подходы к изучению экологии водорослей ........................... 34 1.5. Пластик: понятие и виды ............................................................................ 36 1.6. Обрастание пластика водорослями ........................................................... 43 ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ .................................. 46 2.1. Отбор проб ................................................................................................... 46 2.2. Идентификация цианобактерий и водорослей. ........................................ 48 ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ........................................................ 49 ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДИКИ В ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ .................................................................................................................. 53 4.1. Примерный план кружка по изучению наземных водорослей и цианобактерий. ................................................................................................... 53 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 55 ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................................. 56 Приложение ................................................................................................................. 60 ВВЕДЕНИЕ Актуальность. Загрязнение окружающей среды пластиком является одной из наиболее острых экологических проблем в настоящее время. Эта проблема приобрела общепланетарный характер и требует детального изучения, а также поиска путей ее решения (Сапожников и др., 2019; Рябушко и др., 2019). В литературе имеются отдельные сведения об обрастании микроводорослями пластикового мусора в океане. В то же время, нам не удалось найти сведений о целенаправленных исследованиях развития водорослей и цианобактерий на пластике в наземных экосистемах. В этой связи, изучение этой проблемы является весьма актуальной задачей. Цель и задачи исследования. Целью работы являлась разработка методики развития наземных водорослей и цианобактерий на поверхности пищевого пластика и оценка ее эффективности. В ходе работы были поставлены следующие задачи: 1. Провести анализ литературы, посвященной изучению проблемы загрязнения окружающей среды пластиком. 2. Отобрать пробы почвы согласно методам почвенной альгологии. 3. Разработать методику изучения развития наземных водорослей и цианобактерий на поверхности пищевой пластиковой пленки, ориентированную на сельскую школу. 4. Провести идентификацию наземных водорослей и цианобактерий. 5. Оценить возможность использования методики при проведении научно-исследовательской работы со школьниками. Методологическая основа. При работе над диссертацией использовались выводы признанных специалистов в области альгологии, таких как Э.А.Штиной, Г.Г.Кузяхметова, И.Е. Дубовик, И.Ю. Костикова, а также Ф.В.Сапожникова – специалиста, изучающего обрастание пластика морскими водорослями. Большинство выводов работы основано на результатах исследования автора, в основу которых положена методика изучения развития водорослей на пищевом пластике. Информационная база. Поставленная цель достигается в процессе изучения научной и специальной литературы, Интернет-источников, собственных исследований и анализа современного состояния исследований по тематике диссертации. Новизна исследования и научные результаты. В работе представлена собственная методика исследования развития наземных водорослей и цианобактерий на поверхности пищевой пленки, которую можно использовать в условиях сельской школы. Апробация работы: результаты диссертации апробированы на двух конференциях. По теме диссертации опубликованы либо отправлены в печать 2 научные работы: 1. Вильданова Г.И., Чумак В.А., Черноусова О.В., Минахметова И.И., Порхун М.Ю., Гайсина Л.А. Использование суспензии водоросли chlorella vulgaris при выращивании огурца посевного методом гидропоники //Вестник Башкирского государственного педагогического университета им.М.Акмуллы. 2020. Специальный выпуск 54 (1). С.20-24. 2. Гайсина Л.А., Порхун М.Ю., Сафиуллина Л.М., Фазлутдинова А.И., Саттаров В.Н., Хасанова Л.А,, Мусалимова Р.С., Борисов И.М. Влияние реакции среды на морфологию микроскопической водоросли Pseudococcomixa simplex (Mainx) Fott (Chlorophyta)// Материалы докладов Национальной научно-практической конференции «Современные проблемы и перспективы развития естествознания» (в печати). Практическая значимость и реализация результатов исследования. Разработанная методика может использоватьсяпри организациинаучно-исследовательской работы школьников в условиях нехватки дорогостоящего оборудования. Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Текстовая часть проиллюстрирована 11 рисунками, список использованных источников включает наименования научной и специальной литературы, Интернет-источники общим объемом 34 источника. ГЛАВА 1. ОБРАСТАНИЕ ВОДОРОСЛЕЙ ПЛАСТИКОМ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) 1.1. Строение клеток водорослей Водоросли – талломные бессосудистые споровые растения характеризуются способностью фотоавтотрофному способу питания. Клетки многих примитивных, имеющих монадную организацию водорослей, а также зооспоры и гаметы большинства водорослей голые, т.е. ограничены снаружи только цитоплазматической мембраной (плазмолеммой). У большинства водорослей к наружи от плазмолеммы находится клеточная стенка, состоящая из аморфного, образованного гемицеллюлозами и пектиновыми веществами матрикса, в котором погружены целлюлозные микрофибриллы. Нередко в толще клеточной стенки присутствуют добавочные компоненты: кремний (педиаструм), спорополленин (сценедесмус), карбонат кальция (харовые водоросли), альгиновая кислота, фукоидин и фуцин (у бурых водорослей), хинин (эндогониум, кладофора). У диатомовых водорослей матрикс клеточной стенки пектиновый, содержит в качестве скелетного вещества кремнезем. Цитоплазма у большинства водорослей расположена тонким постенным слоем, окружая большую центральную вакуоль с клеточным соком. Вакуоль отсутствует в клетках синезеленых водорослей и монадных клетках. В клетках эукариотических водорослей хорошо различимы элементы эндоплазматического ретикуллюма, рибосомы, митохондрии, аппарат Гольджи, клеточные ядра, хроматофоры. Митохондрии обычного строения. В митохондриях некоторых бурых и красных водорослей наблюдались электронно-прозрачные участки, содержащие фибриллы ДНК. Описаны митохондриальные рибосомы более мелкие, чем цитоплазматические, расположенные как свободно, так и прикрепленные к кристам. Аппарат Гольджи образован рядом блюдцевидных двойных мембран, на концах которых нередко имеются вздутия, они отшнуровываются в виде мелких пузырьков. За исключением сине-зеленых, в клетках водорослей особенно заметны хроматофоры (хлоропласты) - носители окраски. Хроматофоры у водорослей весьма разнообразной формы: они могут быть чашевидными (большинство видов хламиномонады), в виде кольца, опоясывающего клетку (улотрикс), в виде полого цилиндра, продырявленного многочисленными отверстиями (эндогониум), одной или многих идущих по спирали лент (спирогира), одной-двух крупных париетальных пластинок (пеннатные диатомеи), звездчатый (зигонема). Хлоропласты водорослей несут зеленый пигмент хлорофилл, существующий в нескольких формах (а, b , с, d , е). Помимо него, в хлоропластах у красных, желто-зеленых, бурых и других водорослей присутствуют и такие пигменты, как фикоцианин, фикоэритрин, фикоксантин, ксантофилл и т.д. Хлоропласты являются единственным местом отложения крахмала в клетке, большая часть которого концентрируется вокруг специфических образований - пиреноидов. Монадные клетки обычно имеют кирпично-красный глазок, или стигму, состоящую из ряда гранул, которые содержат пигмент астаксантин (гематохром), клетки снабжены жгутиками, которые у водорослей имеют единый план строения (Великанов, Гарибова, Горбунова и др, 1981). Водоросли - единственная группа растений, где представлены все известные в настоящее время типы клеточной организации: прокариотическая (синезеленые водоросли), мезокариотическая (панцирные жгутиконосцы из группы динофлагеллат), эукариотическая (водоросли остальных отделов). Вегетативное тело водорослей представлено талломом (слоевищем), не дифференцированным на органы - корень, стебель, листья и цветы. В пределах слоевцового строения водоросли отличаются исключительным морфологическим разнообразием. Здесь представлены одноклеточные, колониальные, многоклеточные и неклеточные организмы. Их размеры варьируют в чрезвычайно широких пределах: от 1-2 (реже меньше) мкм до нескольких десятков метров (крупные морские бурые водоросли). Форма и окраска таллома очень разнообразны. Наряду с простейшими шаровидными формами, встречаются сложно расчлененные, внешне напоминающие высшие растения. Слоевища могут быть окрашены в семь основных цветов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый) и огромное число дополнительных цветов (например, розовый, сине-зеленый, золотистый и т. д.). Разнообразие внешней формы водорослей может быть сведено к нескольким основным структурам, повторяющимся в разных систематических группах, что указывает на некоторый параллелизм в эволюции их формы. Тип морфологической структуры тела водорослей является одним из важных таксономических критериев в систематике водорослей. В научной литературе различают следующие ступени морфологической дифференциации таллома водорослей: Монадная организация характеризуется наличием двух или несколькихжгутиков (реже одного), с помощью которых водоросли активно передвигаются в водной среде. Монадная структура свойственна одноклеточным и колониальным организмам, имеющим плотную клеточную оболочку либо лишенным ее. При неблагоприятных условиях многие виды сбрасывают или втягивают жгутики, теряют подвижность и окружают себя слизью. Жгутиковую структуру имеют многие колониальные водоросли. Они представляют собой совокупность отдельных клеток, объединенных слизью в одно целое (у зеленых - Volvox и др.). Амебоидная организация наблюдается у некоторых лишенных твердойоболочки форм, которые развивают цитоплазматические отростки- ризоподии,передвигаются при помощи выпячивания псевдоподий или ризоподий. Амебоидная структура может быть постоянной или временной, отмечена у ряда простейших водорослей, как одноклеточных, так и колониальных. Данный тип структуры распространен не столь широко, наблюдается у представителей из отделов золотистых, динофитовых и желтозеленых водорослей. Пальмеллоидный тип организации представлен колониальными и одноклеточными водорослями, утратившими способность к активному передвижению в вегетативном состоянии. Для данной структуры характерно наличие обильной слизи, в которую погружены одетые оболочками или голые клетки. В простейших случаях слизь бесструктурна и клетки располагаются внутри нее без определенного порядка и не имеют плазматических связей.Такие слизистые талломы имеют различные размеры очертания. Пальмеллоидная структура широко представлена у желтозеленых, зеленых, золотистых водорослей. Коккоидная организация представлена клетками различной формы, лишенными псевдоподий и жгутиков, одиночными или объединенными в колонии разнообразного вида, но не нитчатые. Он характеризуется наличием у клеток плотной оболочки, гладкой или со всевозможными выростами, например у Tetrastrum heteracanthum из отдела зеленых водорослей. Водоросли коккоидной структуры неподвижны в вегетативном состоянии; исключение составляют диатомовые и десмидиевые водоросли, способные активно передвигаться благодаря выделению слизи протопластами их клеток. Данная структура широко распространена почти во всех отделах эукариотических водорослей, кроме эвгленовых и рафидофитовых, встречается также и у прокариотических синезеленых водорослей. Коккоидную структуру рассматривают в эволюционном плане как исходную для возникновения многоклеточных талломов, а также сифонального и сифонокладального типов структуры. Нитчатая (трихальная) структура представлена клетками, соединенными в нити. Эту структуру рассматривают как простейшую форму многоклеточного слоевища. Нити могут быть простыми и разнообразно ветвящимися, свободно живущими, прикрепленными и объединенными в слизистые колонии. Клетки в нитях непрерывно делятся поперечными перегородками, обуславливая их нарастание в длину. В простейших случаях талломы нитчатой структуры слагаются из клеток, подобных друг другу. Нитчатая структура широко представлена у синезеленых, зеленых, красных, несколько реже у золотистых, желтозеленых и динофитовых водорослей. Разнонитчатая (гетеротрихальная) структура характеризуется дальнейшим усложнением нитчатого строения, при котором происходит функциональная дифференциация таллома на горизонтальную часть, стелющуюся по субстрату, и вертикальную, прямостоячую. Горизонтальная часть состоит из ветвящихся, тесно расположенных нитей, иногда смыкающихся в сплошную пластинку. Вертикальная образована одной или многими ветвящимися нитями, на которых развиваются органы размножения. Разнонитчатая структура встречается у зеленых, синезеленых, золотистых, желтозеленых, бурых и красных водорослей. Псевдопаренхиматозный (ложнотканевой) тип структуры характеризуется образованием крупных многоклеточных слоевищ в результате срастания нитей разветвленного разнонитчатого слоевища, нередко сопровождаемого морфофункциональной дифференциацией “тканей”. Наружный корковый слой выполняет ассимиляционную функцию, осевой слой - бесцветный или слабоокрашенный, состоящий из крупных клеток, - опорную и проводящую функцию. Иногда встречается промежуточный слой, включающий крупные бесцветные клетки запасающие продукты ассимиляции. Псевдопаренхиматозную структуру имеют некоторые представители красных, бурых водорослей. Пластинчатая (тканевая, паренхиматозная) структура характеризуется многоклеточными талломами в форме пластинок, состоящих из одного, двух или нескольких слоев клеток. При делении клеток в двух взаимно перпендикулярных однослойная пластинка. При ограниченном числе делений в третьей плоскости, перпендикулярной первым двум, образуется два и более клеточных слоя. Двухслойные пластинчатые слоевища некоторых водорослей могут превращаться в трубу или мешок. Пластинчатые водоросли растут либо свободно распростертыми по субстрату, либо прикрепленными к нему в одном месте краем пластинки. Данная структура представлена у зеленых, бурых, красных и высокоорганизованных синезеленых водорослей. Паренхиматозный тип структуры является наивысшей ступенью в процессе эволюции морфологической дифференциации тела водорослей. Харофитный тип структуры свойственен только представителям отдела харовых водорослей. Он характеризуется крупными многоклеточными слоевищами в виде кустистоветвящихся нитевидных или стеблевидных побегов и отходящих снизу тонких бесцветных ризоидов. Сифональный тип структуры характеризуется отсутствием внутри слоевища клеточных перегородок при наличии большого числа ядер. Талломы, имеющие значительную внешнюю расчлененность, формально представляют собой одну клетку обычно с большим количеством ядер. Сифональная структура представлена в отделах желтозеленых и зеленых водорослей Сифонокладальный тип структуры представлен нитевидными или более сложно устроенными слоевищами, состоящими из многоядерных сегментов. Этот тип известен только у зеленых водорослей. Упомянутые выше организации слоевища в разных отделах водорослей представлены неодинаково. Так, наиболее полно они встречаются в отделах зеленых (Chlorophyta), желтозеленых (Xanthophyta), золотистых (Chrysophyta) и динофитовых (Dinophyta) водорослей. Это рассматривается как доказательство морфологического параллелизма в их эволюционном развитии. Возникновение множественных параллелизмов вызвано, с одной стороны, общностью первичных форм, с другой - влиянием подобных экологических условий, в которых развивались водоросли из различных отделов |