Методичка

3. Практична частина – виконати рисунки одержаних мікроскопічних препаратів у лабораторному зошиті, супроводити їх поясненнями; намалювати схему послідовності операцій мікробіологічного аналізу нормальної мікрофлори людини методом відбитків. Накреслити таблицю дослідження нормальної мікрофлори людини, результати до якої будуть одержані та внесені на наступному занятті:

	Аналіз норомальної мікрофлори людини			Примітки
Об’єкт дослідження	Характеристика мікрофлори
	бактерії	гриби	дріжджі
Зуби
Пальці
Волосся

У висновку до роботи необхідно зазначити мету, принципи і методи мікробіологічного аналізу мікрофлори людини та описати морфологічні ознаки вирощених мікроорганізмів.

Контрольні запитання

1.Дайте визначення поняття «Нормальна мікрофлора людини».

2.На які групи поділяються мікроорганізми, що складають мікрофлору людини? Яке їх значення?

3.Охарактеризуйте методи мікробіологічних досліджень мікрофлори людини.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 18

Морфологічні особливості та практичне значення водоростей як перспективних біологічних агентів

Мета роботи: ознайомитися з особливістю морфології та практичним значенням мікроводоростей і опанувати методи їх мікроскопічного аналізу

Матеріали та обладнання: мікроскопи; предметні та покрівні скельця; крапельниці з дистильованою водою; спиртівки, фільтрувальний папір; набір барвників, мікровдорості.

Загальні відомості

Мікроводорості, подібно до вищих рослин, є фотосинтезуючими організмами.

Основним місцем поширення водоростей (лат. Algae) є водоймища, але багато з них мешкають у наземних екосистемах: у ґрунті, на корі дерев тощо.

Велика кількість водоростей – одноклітинні мікроорганізми, але існує також значна кількість нитчастих, колоніальних та ценоцитних форм, а також

131

багатоклітинних організмів з диференціюванням клітин і тканин, аналогічним вищим рослинам.

Об’єктами досліджень біотехнологів є в основному одноклітинні форми – представники рухливих форм (джгутикові) та нерухливих (діатомові, десмідієві). Ці водорості складають основну масу планктону, беруть участь у процесах самоочищення природних водоймищ, очищення стічних вод у очисних спорудах (біологічні пруди, поля фільтрації, аеротенки, сімбіотенки тощо). Культивування мікроводоростей біотехнологічними методами має на меті одержання поживно цінної біомаси та біологічно-активних речовин. Спостереження за водоростями у водних екосистемах дає змогу використовувати їх для біоіндикації екологічного стану природи.

Водорості також надзвичайно поширені у грунтах. Нині розробляються три напрямки практичного використання ґрунтових водоростей: 1) штучне внесення живих культур водоростей у ґрунт – до посіву рослин, під час посіву разом з насіннями або після посіву, що виявилося ефективним прийомом підвищення врожаю рису; 2) регулювання розвитку ґрунтової альгофлори (флори водоростей) з метою посилення корисних, наприклад азотфіксувальних, видів і пригнічення шкідливих, наприклад зелених, водоростей на рисових полях у початкові періоди розвитку рису; 3) застосування водоростей як біологічних індикаторів для оцінки родючості ґрунту й визначення потреби ґрунту в добривах.

Отже, подальший розвиток біотехнології мікроводоростей (альгобіотехнології) може забезпечити ряд галузей: виробництво фармакологічно активних препаратів, продуктів для косметичних аплікацій (антиоксиданти, протизапальні засоби) і дієтичних продуктів, клітинну інженерію, технології оздоровлення довкілля та інше.

18.1. Характеристика деяких водоростей

Рід мікроцистіс (Mіcrocystіs) формує мікроскопічні, частіше безформні колонії, у яких кулясті клітини занурені в загальний слиз. Межі колоній можуть бути різноманітні, варіюючи від кулястої до ниткоподібної форми, причому в слизу іноді виникають отвори, надаючи колонії сітчастий або продірявлений вигляд (рис. 93).

У деяких видів у клітинах є газові вакуолі, через які клітини під мікроскопом здаються майже чорними. Завдяки цим вакуолям колонії спливають на поверхню води, утворюючи на ній маслянистий бруднозеленуватий наліт.

Викликає масове цвітіння води, що супроводжується масовим замором риб. Найбільш інтенсивний розвиток (до 17 млрд. кл/л) спостерігається за температури води 26-28°С.

Види роду, наприклад Mіcrocystіs aeruginosa, характеризуються токсичністю. Проте біомаса цих водоростей використовується як добриво, а також для одержання біологічно активних речовин.

132

а

б в

Рис. 93. Загальний вигляд колонії й окремі клітини Mіcrocystіs: а – графічне зображення; б, в – мікрофотографії.

Рід осцилаторія (Oscіllatоrіa) часто утворює синьо-зелені плівки, що плавають у вигляді коржів на поверхні стоячих водойм або покривають вологу землю, підводні предмети й рослини, дно водойм.

Осцилаторія являє собою нитки найчастіше синьо-зеленого кольору, прямі або злегка вигнуті (рис. 94). Кінець нитки повертається то в один, то в інший бік, нитка як би гойдається (осцилаторний рух). Це хитання супроводжується обертанням нитки навколо власної осі та її поступальним рухом субстратом. Рух ниток осцилаторії можна помітити і без мікроскопа при переміщенні їх з води на стінки посудини або по розповзанню із грудочки по всій краплі на предметному склі.

За умови великого збільшення мікроскопа видно, що нитки складаються з однакових циліндричних клітин, рідко бочонкоподібних, коротких або подовжених. Тільки верхівкові клітини можуть за формою відрізнятися від інших. Нитка росте в результаті поперечного поділу клітин.

Водорості роду Oscіllatоrіa можуть бути використані для біоіндикації екологічного стану водних та грунтових екосистем.

133

а	б

Рис. 94 Ділянка нитки Oscіllatоrіa: а - графічне зображення; б - мікрофотографія

Рід спіруліна (Spіrulіna) близький до роду осцилаторія, але відрізняється від нього нитками, що зазвичай мають форму правильної, рідше трохи неправильної спіралі (рис. 95). У великих форм більш-менш добре помітні поперечні перегородки. Нитки здатні до обертального й поступального руху. Спіруліна

поширена в стоячих та повільно проточних водах

а

б

Рис. 95. Ділянка нитки водорості Spіrulіna: а – графічне зображення; б – мікрофотографії за різного збільшення.

Спіруліна відрізняється від інших водоростей тим, що в її складі міститься до 70 % найдовершінішого білка. Спіруліна є найбагатішим джерелом природних вітамінів. Усього лише 0,75 г спіруліни містять рекомендовану денну дозу природного натурального вітаміну B12. Спіруліна – це найбагатіше джерело природного бета-каротину – життєво необхідного антиоксиданту – та інших каротиноїдів. Каротиноїди використовуються багатьма органами

134

організму людини, включаючи надниркові і підшлункову залози, репродуктивну систему, селезінку, шкіру й сітчасту оболонку ока.

Тільки спіруліна й молоко матері є повними джерелами гама-лінолевої кислоти (ГЛК), що відіграє незамінну роль у забезпеченні нормального функціонування організму. ГЛК допомагає запобігти серцевим нападам і інфарктам, – допомагає виводити зайву рідину, поліпшує функцію нервової системи й регулює розмноження клітин, має протизапальні властивості, підтримує у здоровому стані суглоби, допомагає лікуванню артритів. ГЛК також визнана важливим елементом у харчуванні для запобігання нашкірних хвороб, навіть таких як псоріаз. Концентрація ГЛК у спіруліні надзвичайно висока. Спіруліна не містить у своїх клітинних стінках твердої целюлози, на відміну від інших водоростей, що дозволяє її білку легко засвоюватися.

Терапевтичний і профілактичний ефекти від вживання спіруліни обумовлені її унікальним біохімічним складом (табл. 9).

Були доведені наступні терапевтичні ефекти:

•зниження вмісту холестерину в крові й зменшення ризику ожиріння;

•іммуномодуляція й протипухлинний ефект завдяки дії пігменту фікоціаніну;

•радіопротекторна дія;

•зниження нефротоксичности, спричиненої впливом солей важких металів, токсинів і медикаментів;

•збільшення кількісного і якісного складу лактобацил і бифидобактерий у кишечнику;

•зниження вмісту цукру в крові за цукрового діабету;

•загальна оздоровлююча дія, спричинена дією ГЛК.

Таблиця 9

Біохімічний склад водорості Spіrulіna platensіs

Назва речовини	Одиниці виміру		Вміст
1	2		3
Білок	%		60...70
Вуглеводи	%		10...20
Жири	%		5,0
Клітковина	%		2,0
Амінокислоти:	%	від
Ізолейцин	загальної		5,7
Лейцин	кількості білка		8,7
Лізин			5,1
Метіонін			2,6
Фенілаланін			5,0
Треонін			5,4
Триптофан			1,5
Валін			7,5
Аланін			7,9
Аспарагінова кислота			9,1
Цистеїн			0,9
Глутамінова кислота			12,7
Гліцин			4,8
Гістидин			1,5

135

Пролін		4,1
Серін		5,3
Тірозин		4,6
Аргінін		6,5
Жирні кислоти:	мг/кг
Лаурінова С12		200
Міристинова С14		600
Пальмітинова С16		16500...21141
Пальмітолеїнова С16		1490...2035
Пальмітоліноленова С16		350
Гептадеканова С17		90...142
Стеаринова С17		0...353
Олеїнова С18		1970...3009
Лінолева С18		10920...13784
Гама-ліноленова С18		8750...11970
Бета-ліноленова С18		160...427
Пігменти:	мг/100 г
Каротиноїди		5,2
Хлорофіл А		50,0
Фікоціаніни		500,0
Вітаміни:	мг/кг
Бета-каротин (провітамін А)		1700
В1 (тіамін)		55
В2 (рибофлавін)		24
В3 (ніацин)		118
В5 (пантотенова кислота)		11
В6 (піридоксин)		3
В8 (інозитол)		350
В12 (кобаламін)		1,6
Вс (фолієва кислота)		0,5
РР (нікотинова кислота)		118
Е (токоферол)		190
С (аскорбінова кислота)		180
Мінерали:	мкг/100 г
Селен		6,0
Мідь		52,0
Кремній		3100,0
Хром		11,0
Кобальт		8,0
Молібден		5,0
Йод		4,5...9,0
Германій		3,9

Рід анабена (Anabаena) представлений одиночними або зібраними в дерновинки нитками, прямими або вигнутими. У нитках поряд з вегетативними клітинами, у яких багато газових вакуолей, можна побачити клітини із прозорим умістом без газових вакуолею, але з товстими стінками – гетероцисти. На межі з'єднання із сусідніми вегетативними клітинами в кожної гетероцисти є "корок". У гетероцистах відбувається фіксація азоту. Окремі вегетативні клітини, сильно розростаючись, перетворюються в спори (акінети).

136

Спори оточені товстою оболонкою, у них зникають газові вакуолі, але накопичуються ціанофіцинові зерна (рис. 96),

а б

Рис. 96. Водорості Anabаena: а – графічне зображення; б – мікрофотографія; 1 – вегетативна клітина; 2 – спори; 3 – гетероциста

Водорості Anabаena беруть участь у процесах біологічного очищення вод, а також використовуються як модельні системи для вивчення різних біологічних явищ.

Рід носток (Nostoc) представлений слизуватими колоніями кулястої або неправильної форми, розміри яких від мікроскопічних до декількох сантиметрів. У слизу є нитки, дуже схожі на анабену (рис. 97).

а б

Рис. 97. Колонії водоростей Nostoc: а – графічне зображення; б – мікрофотографія (стрілкою показана гетероциста).

Відомі приклади практичного застосування водоростей Nostoc як біологічних індикаторів, а також, зважаючи на їх здатність до азотфіксації, як біологічних добрив для збагачення ґрунту цінними біогенними елементами.

137

Рід хламідомонада (Chlamydomonas). Численні види роду живуть у калюжах на глинистих ґрунтах, у канавах і інших дрібних прісних водоймах, а також на снігу (рис. 98). При їхньому масовому розвитку може спостерігатися «цвітіння» води, тобто вода набуває зеленого забарвлення. Клітина має форму від майже округлої до грушоподібної, еліпсоїдальної або майже циліндричної. Розмір її невеликий – не більше 25 мкм у довжину. Від переднього кінця клітини відходять два джгутики, за рахунок обертання яких хламідомонада може досить швидко переміщатися.

а	б

Рис. 98. Клітина Chlamydomonas: а – графічне зображення; б – мікрофотографія.

Водорості роду Chlamydomonas також розглядаються як цінне джерело біологічно активних сполук і їх культивована біомаса вже використовується для збагачення кормового раціону тварин. Фотосинтетичні процеси у клітинах Chlamydomonas можна використати для ефективної конверсії сонячної енергії у цінний енергоносій – водень, що було доведено у процесі культивування мутантних штамів водоростей Chlamydomonas reinhardtii в анаеробних умовах на середовищі без сірки.

Рід сценедесмус (Scenedesmus) формує ценобії – плоскі, іноді загнуті пластинки – «плотики» (рис. ). Вони можуть складатися з 4...8 (рідше 2...16 або навіть 32) клітин, що зростаються своїми боками паралельно одна одній й розташовуються при цьому в один або два ряди, але ніколи що не стають об'ємними. Стінка клітин целюлозна, гладка або певним чином орнаментована. У деяких видів на крайніх або на всіх клітинах є довгі тонкі вирости – «роги» (рис. 99). Види роду Scenedesmus дуже поширені в прісноводному планктоні. Часто вони зустрічаються в прибережній зоні серед жабуринь, мохів і т, п. Можуть масово розвиватися в старих культурах різних водоростей, а також у посудинах для поливу кімнатних рослин і т.п.

Водорості Scenedesmus, а також деякі інші (Nostoc, Chlorococcum, Spіrogyra, Navіcula, Nіtzschіa) використовуються як кормові добавки у тваринництві й птахівництві. Такі добавки справляють виражений позитивний вплив: у тварин підвищується імунітет, зростають їхня вага, плідність і виживаність молоди, у птахів – збільшуються розміри яєць, підсилюється яйценосність та інтенсивність забарвлення яєчного жовтка.

138

	а		б		в

Рис. 99. Scenedesmus: а – ценобій; б – утворення нових ценобіїв; в – мікрофотографія.

Рід хлорела (Chlorella). Види роду – одноклітинні водорості. Клітини одиночні, дрібні (від 2 до 12 мкм у діаметрі), кулясті або овальні, із гладкою стінкою. Розмноження тільки безстатеве, автоспорами. У матеріалі зазвичай можна спостерігати їхнє утворення. Вони оточуються власною стінкою ще усередині материнської клітки й звільняються шляхом розриву її стінки (рис. 100) .

а	б	в

Рис. 100. Водорості Chlorella а – вегетативна клітина; б – утворення автоспор; в – мікрофотографія.

Хлорели поширені в прісних і морських водах, на сирій землі й на корі дерев, а також як симбіонти в клітинах прісноводних безхребетних (гідри, губки, різні найпростіші).

Хлорелла синтезує 13 вітамінів із груп А, В, С, Д, К, нікотинову, пантеонову, фолієву кислоти, лейкофорин і біотин. При цьому, вітаміну С у її клітинах (у масових відсотках) міститься майже стільки ж, скільки в лимонах. Ці водорості добре ростуть на штучних поживних середовищах – як рідких, так і агаризованих.

Багато штамів водоростей Chlorella ідеально підходять для виробництва біопалива завдяки високому вмісту в них олій – надлишок їх становить до 70%. Переваги одержання біодизельного палива з водоростей – висока швидкість росту й, отже, високий вихід на 1 га площі; крім того, біопаливо, одержуване з водоростей, не містить сірки, нетоксичне й добре піддається біорозкладанню.

139

Однак і сьогодні, незважаючи на успіхи розвитку фототрофних біотехнологій, більше ніж 30000 відомих видів мікроводоростей становлять слабковивчений біотехнологічний ресурс.

Завдання на виконання

1.Закінчити роботу по визначенню якісного складу нормальної мікрофлори людини. Результати спостережень занести у таблицю. Зробити висновок

2.Приготувати препарати “висяча крапля” з акваріумної води, що “зацвіла”, а також інших накопичувальних культур. Виявити рухливі та нерухливі форми мікроводоростей, замалювати. Користуючись описом водоростей у лабораторному практикумі та поясненнями викладача спробувати ідентифікувати родову приналежність об’єктфі спостереження..

3.Приготувати препарати “висяча крапля” або “роздавлена крапля” комерційних препаратів водоростей Spirulina. Дослідити морфологічну структуру та мікробну чистоту препаратів.

Опрацювання результатів

За результатами роботи необхідно скласти протокол лабораторної роботи 18, у якому повинно бути відображено:

1.Назва лабораторної роботи. Дата виконання. Мета роботи.

2.Теоретичні відомості:Загальна характеристика водоростей. Значення водоростей як біологічних агентів.

3.Практична частина – виконати рисунки одержаних мікроскопічних препаратів у лабораторному зошиті, супроводити їх поясненнями.

Увисновку до роботи необхідно зазначити морфологічні особливості досліджуваних водоростей та свої припущення стосовно їх родової приналежності та можливого практичного застосування.

Контрольні запитання

1.Охарактеризуйте основні місця поширення водоростей.

2.Наведіть характеристику морфологічних ознак водоростей: Mіcrocystіs, Oscіllatоrіa, Spіrulіna, Anabаena, Nostoc, Chlamydomonas, Scenedesmus, Chlorella.

3.Яке практичне значення мають водорості? Наведіть приклади їх біотехнологічного використання.

140