Проект по биологии на тему "Исследование воды из разных источников" (10 класс)

РОССИЙСКАЯ НАУЧНО-СОЦИАЛЬНАЯ ПРОГРАММА
ДЛЯ МОЛОДЕЖИ И ШКОЛЬНИКОВ "ШАГ В БУДУЩЕЕ"
----------------------------------------
ВЕРХНЕУФАЛЕЙСКИЙ СЕТЕВОЙ КООРДИНАЦИОННЫЙ ЦЕНТР ПРОГРАММЫ «ШАГ В БУДУЩЕЕ»

Исследовательская работа

Тема: Исследование пресной воды с использованием цифрового микроскопа 

Levenhuk D70L

 Секция: 2Е1 Системная биология и биотехнология

 Автор: 

Кукушкина Вера Ильинична

10 класс

МОУ «Миасская СОШ №1»

Научный руководитель:

Петрова Е.Н., учитель биологии

МОУ «Миасская СОШ №1»

Москва 2019 г.

Содержание.

                      Введение……………………………………………………………………….. 3

•                     Теоретическая часть

•                      Вода как источник жизни……………………………………………………….. 4

•                      Методы определения качества воды…………………………………………… 5

•                     Практическая часть

•                      Организация эксперимента……………………………………………………..  5

•                      Результаты исследования ………………………………………………………..6

Заключение………………………………………………………………………………..7

Список источников……………………………………………………………………….8

Приложение……………………………………………………………………………….9

Введение

Актуальность нашей работы заключается в том, что сейчас остро стоит вопрос о качестве воды, которую мы пьем. В последнее время обострена проблема влияния деятельности человека на окружающую среду. Промышленная деятельность имеет последствия, как положительные, так и отрицательные. Количество выбросов на многих предприятиях превышает допустимые нормы. Эти выбросы идут и в атмосферу, и в открытые водные источники. Они влияют на качество воздуха и на качество воды, которой мы каждый день пользуемся.

Чаще всего люди не задумываются и заблуждаются в безопасности источников воды, которыми они пользуются постоянно. В воде живут различные микроорганизмы, которые могут вызывать опасные и даже смертельные заболевания, такие как брюшной тиф, холера, туляремия, инфекционный гепатит, дизентерия и другие. Многие просто не знают, что вода которую они пьют, может быть заражена. Поэтому мы решили исследовать с помощью микроскопа наличие микроорганизмов в разных источниках.

Цель: исследовать качество воды из разных источников с помощью цифрового микроскопа.

     Задачи:

•         Ознакомиться с разными методами определения качества питьевой воды.

•         Показать преимущества цифрового микроскопа для фиксации и сохранения данных.

•         Провести эксперимент по исследованию с помощью цифрового микроскопа.

•         Рассказать учащимся и их родителям о безопасных источниках воды в селе Миасское.

Гипотеза: в открытых источниках воды (лужа, река) будут присутствовать микроорганизмы, а в закрытых (водопроводная, родниковая, бутилированная) их не должно быть.

Объект исследования: вода

Предмет исследования: микроорганизмы, живущие в воде

Методы:

•         Изучение литературы

•         Эксперимент

•         Наблюдение

•         ИКТ технологии

Оборудование:

•         Микроскоп

•         Пробирки

•         Предметные стекла

•         Пипетка

•         Компьютер

Вода как основа жизни.

Вода – неотъемлемая часть нашей природы. Она является основным неорганическим веществом всех живых организмов, а также для многих средой постоянного обитания или этапа онтогенеза.

 Это уникальное вещество не похоже на другие. Вода обладает уникальной способностью иметь все три агрегатных состояния: жидкое, твердое и газообразное. Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве и входят в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.

На нашей планете гидросфера является водной средой обитания и включает поверхностные и подземные воды. Мировой океан занимает почти 70,8 % земной поверхности и содержит около 90,1% всей поверхностной воды на Земле. Количество пресной воды составляет 6% от общего объема воды на нашей планете, причем всего 0,36% от этого находится в легкодоступных местах. Большая часть находится в снегах, пресноводных айсбергах и ледниках (1,7%), а также глубоко под землей (4%). Такое соотношение наглядно показывает, насколько скромны запасы пресной воды и, несмотря на круговорот воды в природе, который показывает, что вода неисчерпаемый источник, проблема с обеспечением населения пресной водой усугубляется каждый год.

Человеку для удовлетворения физиологических потребностей требуется всего 1 куб. м в год (2,5 л в день), однако, ежегодно каждый житель Земли в среднем потребляет 650 куб. м воды (с\х 69%, промышленность 23%, быт 6%).

По подсчетам на сегодняшний день человечество потребляет 3900 млрд куб. м воды и с каждым годом эта цифра увеличивается, из чего следует, что нам необходимо разумно использовать водные ресурсы.

Человеческий организм на 80% состоит из воды. Содержание молекул этого вещества в разных клетках колеблется в широких пределах. В клетках эмали зубов воды около 0,2%, а в клетках зародыша – более 90%. Это неорганическое вещество входит в состав ДНК, цитоплазмы, межклеточного вещества, крови, сосудов и многих других.

Важная роль воды в клетке обусловлена её химической природой. Её молекулы позволяют активно вступать во взаимодействие со многими веществами. Также, вода является хорошим растворителем для многих органических и неорганических веществ, и в ней происходят основные химические реакции. Именно в растворенном виде транспортируются питательные вещества, гормоны, выводятся вредные продукты обмена. Не стоит забывать, что у нее ключевая роль в осмотическом давлении и тургоре.

Вода имеет ключевую роль в поддержании жизни. Нет воды – нет жизни. Она входит в состав жизненно важных органов и органоидов. Поэтому, необходимо тщательно следить за состоянием и качеством воды, которой мы пользуемся и употребляем.

Исследования воды

С древнейших времен у людей проявлялся интерес к окружающим вещам. Такой предмет изучения как вода был постоянным объектом многих мыслителей и философов. Изначально они считали её одним из четырех элементов, из которых состоит все сущее. Конечно, мысли Платона далеки от научной реальности, ведь в те времена достаточно было высказать теорию, но её никто не доказывал и не опровергал. Философы  не задавали вопросов природе. Они размышляли. Так, древнегреческий философ и математик Фалес Милетский высказал мысли о сущности воды и был прав: «Вода есть вещество изначальное, а, следовательно, составляет материальную основу всех вещей»

Научное обоснование всех теорий началось только с конца 17 века. Великий вклад в современную химию внёс французский алхимик – А.Л. Лавуазье. Он в процессе своих исследований определил воду как сложное вещество, состоящее из водорода и кислорода, а также доказал невозможность многих алхимических превращений. Чем больше люди узнавали про воду, тем больше задавалось вопросов без ответа.

Постепенно с ростом знаний о воде, росла и область ее применения. Так, промышленное производство в России по сравнению с СССР увеличилось почти в 6 раз. Вместе с ростом производства возрос и экологический вопрос: качество питьевой воды заметно ухудшилось со времен промышленного переворота. Чтобы избежать проблем со здоровьем у потребителей, ученые прикладывают много сил к очистке водных источников.

Технология очистки сточных вод развивается до сих пор. Каждый год система водоснабжения меняется, ведь меняются условия воздействия на воду. Стандартная очистка сточных вод включает в себя 4 этапа: механическая, биологическая, физико-химическая и дезинфекционная – эта система работает давно, но в ней есть свои недостатки. Известно, что сегодня вода не проходит должную обработку из-за чего люди подвергаются заболеваниям, будь то бактериальные или вирусные.

Относительно недавно выпустили в продажу аппарат для качественной очистки воды с помощью электрокоагуляции и электрофлотации. На протяжении 40 лет его разрабатывали ученые из  Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова и выпустили только в 2008. Этот аппарат, в отличии от стандартного,  очищает воду от взвешенных примесей. Кроме того, электрохимические процессы сопровождаются образованием атомарного кислорода, который, являясь мощным окислителем, способствует обеззараживанию воды.

На данный момент существует множество стартапов, направленных на экологическое очищение воды. Так, например, американские ученые выпустили переносные фильтры для воды «Lifestraw», которые уничтожают до 99,9% всех бактерий и защищает от вирусов. Такие фильтры удобны тем, что занимают немного места и небольшие по  массе. А технология очень простая: все вредные вещества накапливаются в дополнительном фильтре у основания, что потом дает возможность их утилизировать.

Методы определения качества воды

В современном мире анализ того или иного вещества возможно провести даже школьнику, для этого не обязательно иметь ученую степень и хорошую лабораторию. Однако, если нужен детальный анализ с углублением в микробиологию и неорганическую химию, то без института не обойтись.

Определить качество воды сейчас очень просто, не рассматривая ее химическую и биологическую природу: понюхав воду, можно определить давность ее хранения; посмотрев ее цвет, мы видим, насколько она загрязнена; если мы попробуем воду, можем определить ее качество. Мы делаем это каждый день, но не думаем, насколько мы помогаем нашему организму, защититься от нежелательных гостей.

В школьных условиях или при наличии микроскопа можно провести массу исследований.

Например, определение уровня водородного показателя pH среды в воде. Для этого понадобится лакмусовая бумажка, шкала значений pH и вода. Проводить эксперимент очень просто, и времени тратится не более двух минут.

Также, можно определить количество хлоридов в воде. Для качественного определения хлоридов, в пробирку с водой добавляем 3 капли 10% нитрата серебра (AgNO₃) и наблюдаем за выпадением осадка или помутнения воды.

Определить жесткость воды можно дома, без наличия каких-либо химических веществ и реактивов. Достаточно бросить в пробирку с водой кусочек мыла и встряхнуть до полного растворения. Если нет осадка в виде хлопьев, и появилась пена, то вода достаточно мягкая.

Организация эксперимента.

В школу поступили новые цифровые микроскопы Levenhuk D70L с разрешением 40-1600 крат (приложение 1). К особенностям микроскопа относится то, что он имеет ЖК-монитор диагональю 9,1 см со съемной картой памяти, что дает возможность делать и сохранять снимки и видео. Также примечательно то, что он имеет 2 светодиодных осветителя (верхний и нижний), с их помощью можно рассматривать как прозрачные, так и непрозрачные плоские объекты. Такой микроскоп отлично подойдет для обучения школьников  и студентов, наличие ЖК-монитора позволяет быстро и продуктивно проводить практические и лабораторные работы по биологии, ботанике и другим наукам, требующим микроскопических исследований. У нас появилось множество возможностей: от рассмотрения клеток ткани до наблюдения за микроорганизмами в их среде обитания. К микроскопу прилагается инструкция по эксплуатации и руководство, где описано, какие лучше методы приготовления препаратов нам помогут. Также огромным плюсом добавлялся набор 5 готовых препаратов и 5 предметных стекол.

С целью подтвердить выдвинутую гипотезу мы исследовали пять образцов из разных водных источников:

·         Из дождевой лужи на почвенной среде;

·         Из-под крана центрального водоснабжения;

·         Из бутилированой емкости фирмы «Святой источник»;

·         Из шахтного колодца села Миасское;

·         • С берега реки Миасс;

 Ознакомившись с дополнительной литературой, мы решили воспользоваться методом «Висячая капля», который в 1876г. ввел Роберт Кох в микробиологию. Он очень удобен для наблюдения за микроорганизмами в их естественной среде обитания. Для его осуществления необходимо было нагреть покровное стекло,  что мы и сделали, остудить и капнуть образец, после чего аккуратно положить на предметное стекло, с заранее отшлифованной дырочкой и смазанной вазелином, образец должен остаться как будто в висячем положении , как и вышли у нас.

Результаты исследования проб воды.

При исследовании проб воды нам удалось выполнить поставленную задачу – найти микроорганизмы.

1.      В первом образце, в воде из дождевой лужи, были замечены простейшие. Также, присутствовали колонии водорослей, предположительно  Вольвокс.

Предположительный видовой состав:

     Парамеция (инфузория-туфелька)

     Отряд Hypostomata (тип инфузория)

2.      Вода из-под крана показала результаты лучше. В ней не было простейших организмов, что говорит нам о том, что в закрытых источниках вода безопасная. Однако, на самом большом увеличении мы отметили, что там присутствуют бактерии/микроорганизмы. Требуются дополнительные исследования, чтобы определить видовой состав. Фотоотчет по данному образцу в приложении 3.

Предположительный видовой состав:

      

3.      Бутилированая воды подтвердила ожидания – в ней не было найдено ни микроорганизмов, ни бактерий. Это говорит о том, что бутилированная вода полностью безопасная. В нее не могут попасть простейшие и бактерии, потому что сначала вода проходит очистку и фильтрацию, а также, упаковка полностью герметична и не дает никому проникнуть внутрь. Подтверждение на фотографии в приложении 4.

Видовой состав отсутствует.

4.      Вода из колодца, несмотря на то, что источник не полностью закрытый, не имела микроорганизмов. Но всё равно рекомендуется ее кипятить, т.к. присутствовал мусор, который не увидите невооруженным глазом.

Видовой состав отсутствует.

5.      Речная вода содержала живых существ, в том числе и водоросли. На увеличении в 1600  раз удалось понаблюдать за бактериями –Это подтверждает, что в открытых источниках вода заражена. Рисунки представлены в  приложение 1,2.

Предположительный видовой состав:

     Парамеция (инфузория-туфелька)

     Отряд Hypostomata (тип инфузория)

     Циста инфузории Euplotes charon

     Condylostoma vorticella Ehrbg. sp. 

     Spirillum winogradskyi 

     Spirillum volutans

Заключение

На первый взгляд, нам может показаться, что вода абсолютно чистая. Мы не видим в ней ни мусора, ни бактерий, ни простейших. Невооруженным глазом можно разглядеть гораздо меньше, чем есть на самом деле, не всегда фильтрация может обезопасить вашу воду, самое опасное - таится в глубинах неизвестного. Угроза может быть совсем незначительной, например, безобидная инфузория, которая сразу же погибнет в вашем организме, но может вы откроете дверь опасным бактериям и простейшим, таким как кишечная палочка и лямблия. Важно пить только предварительно очищенную воду, не полагаться исключительно на свое чутье и зрение, ведь оно может подвести.

Как выяснилось выше, существует множество способов узнать качество воды: начиная визуальным и заканчивая наблюдением под микроскопом. Конечно, для детального исследования необходимы лабораторные условия, но при первичном изучении уже можно понять: стоит ее пить или нет.

Микроскоп Levenchuck D70L позволяет снимать и сохранять данные на CD карту, что потом дает возможность обсудить увиденное с учителями и экспертами. Также, на уроках учителя могут в записях показать ученикам образцы и наглядно объяснить школьный материал.

Мы провели исследование пресной воды с помощью цифрового микроскопа и выяснили, что заблуждаемся в безопасности некоторых источников воды. На разном увеличении мы увидели разных обитателей того или иного образца. Гипотеза частично подтверждена: не во всех закрытых источниках вода абсолютно чистая и безопасная, однако, в открытых источниках, таких как река, лужа, вода заражена бактериями и простейшими. При дополнительных исследованиях можно определить виды простейших, но уже сейчас можно сказать, что воду из открытых источниках пить категорически не рекомендуется! Колодезная вода и вода из-под крана содержала мелкий мусор, поэтому необходимо проводить термическую обработку или фильтрацию.

Все задачи выполнены, в том числе, мы донесли до школьников и их родителей информацию о безопасных источниках пресной воды. Мы рассказали и показали, какая жизнь обитает в толще воды реки Миасс и в местных лужах. Также, порекомендовали обрабатывать воду из-под крана и из колодца. На наглядном примере показали, что бутилированная вода абсолютно чистая. К счастью, никто из опрошенных не употреблял воду из открытых водоемах, многие пользуются фильтрами и кипятят воду.

По результатам исследования, мы удостоверились в качестве разной воды, и оповестили о результатах своих родственников и знакомых. Если все, основываясь на нашем проекте, будут доносить информацию о безопасности воды своим знакомым, то будет гораздо меньше количества болезней и смертей от них.

Источники информации

•         Мамонтов С.Г.  Биология для поступающих в вузы.

•         http://childrenscience.ru/

•         http://class-fizika.narod.ru/7_wod.htm

•         http://ovode.net/6.php

•         https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D0%BE%D0%BA%D0%B5%D0%B0%D0%BD

•         https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%B2%D0%B8%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B1%D1%83%D0%BB%D1%8C%D0%BE%D0%BD

•         https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1328604

•         https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D0%B7%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C

•         https://www.youtube.com/watch?v=h_H4begTgzs

•         https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2012/03/17/opredelenie-kachestvennogo-sostava-vody-obektov#h.36604e263d95

•         http://greenbelarus.info/articles/04-08-2015/kto-zhivyot-v-nashih-vodoyomahhttp://parazitoved.ru/infection/prosteyshie/prostejshie-parazity.ht

Приложение 1.

Приложение 2.

Приложение 3.

Приложение 4.

Приложение 5