Sąvokos:
nelytinis dauginimasis, vienaląsčiai mikroorganizmai, dalijimasis pusiau, pumpuravimas
Šioje temoje jūs:
- nagrinėsite organizmų nelytinio dauginimosi būdus ir sužinosite, kokių sąlygų reikia tokiam dauginimuisi;
- išnagrinėję įvairius informacijos šaltinius aptarsite, kuo nelytinis dauginimasis patogus gamtoje gyvenantiems organizmams ir žmogaus veiklai;
- atliksite praktinę veiklą „Mieliagrybių dauginimosi tyrimas“.
Ant stalo palikta uogienė ar pienas greitai surūgsta. Kas sugadino skanią uogienę? Mamos ar močiutės pyragui užmaišyta tešla su mielėmis šiltoje vietoje greitai iškyla ir pradeda lipti lauk iš dubens. Pamąstykite, kaip mielės paveikė tešlą, kad ji tapo tokia puri.
Susirgus angina jau po kelių valandų pakyla aukšta temperatūra ir skubame pas gydytoją. Kodėl?
Mitozės rezultatas – genetiškai vienodos ląstelės
Jau žinote, kad branduolį turinčios nelytinės ląstelės dalijasi. Jei dukterinėse ląstelėse atsiranda toks pat chromosomų skaičius kaip motininėje, šis dalijimasis vadinamas mitoze (4.2.1 pav.). Prisiminkite: ląstelė prieš dalydamasi turi šiam procesui pasiruošti. Vienas svarbiausių pasiruošimo darbų – jos branduolio chromatine esančios DNR padvigubėjimas.
Padvigubėjus DNR, iš vienos DNR molekulės susidaro dvi visiškai vienodos molekulės. Chromatinas kondensuojasi į dvigubas chromosomas.
Vykstant mitozei dalijimosi verpstės siūlai dviguboje chromosomoje atskiria seserines chromatides į dvi viengubas chromosomas ir jas nutempia į priešingas ląstelės puses (4.2.1 pav.). Susidaro du vienodi chromosomų rinkiniai.
O vėliau, kaip jau mokėtės, aplink chromosomas susidaro branduolio apvalkalėlis. Taip atsiranda du nauji genetiškai vienodi branduoliai. Pasidalijus motininės ląstelės citoplazmai, susidaro dvi naujos genetiškai vienodos dukterinės ląstelės. Dėl turimos vienodos paveldimosios medžiagos jos vadinamos genètiškai vienódomis dukterinėmis ląstelėmis.
Mitozės svarba vienaląsčiams organizmams
Vienaląsčiai organizmai – tai mikroorganizmai, sudaryti tik iš vienos ląstelės. Vienaląsčiams priklauso bakterijos, vienaląsčiai dumbliai (pavyzdžiui, valkčiadumbliai), pirmuonys (pavyzdžiui, amebos) ir vienaląsčiai grybai – mieliagrybiai (4.2.2 pav.)
Visus šiuos mikroorganizmus, išskyrus bakterijas, sieja viena bendra ypatybė – jų pasidalijimas į dvi dukterines ląsteles, prieš tai chromosomoms pasidalijus per mitozę, vadinamas nelytiniù dáuginimusi, nes motininė ląstelė buvo vienas vienaląstis organizmas, o pasidalijus susidariusios dukterinės ląstelės tampa dviem atskirais vienaląsčiais organizmais.
Nelytinis dauginimasis gali būti dvejopas:
- skilimas (arba dalijimasis pusiau į dvi vienodas dalis);
- pumpurãvimas (arba dalijimasis į dvi nevienodas dalis).
Iš ankstesnės temos žinote, kad mitozė vyksta tik branduolius turinčiose ląstelėse. Bakterijos neturi branduolio, todėl jų ląstelėse mitozė nevyksta. Bakterijos dauginasi nelytiniu būdu, skildamos pusiau. Prieš ląstelei skylant jos DNR molekulė padvigubėja, todėl kiekviena nauja dukterinė bakterija gauna po tikslią jos kopiją (4.2.3 pav.).
Vienaląsčiai dumbliai (pavyzdžiui, valkčiadumbliai) ir pirmuonys (pavyzdžiui, amebos) dauginasi skildami pusiau. Jų ląstelės branduolius turi, todėl ląstelė dalijasi tik įvykus branduolio mitozei (4.2.4 pav.).
Palyginę bakterijos ir amebos skilimo pusiau schemas, rasite ir panašumų, ir skirtumų.
Panašumai:
- tiek bakterijose, tiek ameboje pirmiausia padvigubėja DNR molekulė ir susidaro dvi vienodos molekulės;
- pasidalijus bakterijų ir amebų citoplazmai, susidaro dvi genetiškai vienodos dukterinės ląstelės.
Skirtumas:
- bakterijose mitozė nevyksta, o ameboje – vyksta.
Mieliagrybių dauginimasis
Mieliagrybiai taip pat dauginasi prieš tai padalydami branduolinę medžiagą vykstant mitozei. Toks jų dauginimasis vadinamas pumpurãvimu. Mieliagrybiams pasidauginus, dukterinės ląstelės nuo motininės niekur toli nenukeliauja, susikuria vienaląsčių grybų ląstelių kolonijos. Paanalizuokite 4.2.5 paveiksle pavaizduotą mieliagrybių dauginimosi schemą ir išsiaiškinkite, kodėl jų dauginimasis vadinamas ne skilimu, o pumpuravimu.
Skilimo pusiau ir pumpuravimo palyginimas
Abu nelytinio dauginimosi būdai turi ir panašumų, ir skirtumų.
Panašumai:
- ląstelėms daugintis pakanka vienos motininės ląstelės;
- branduolį turinčiose ląstelėse genetinė medžiaga padalijama vykstant mitozei;
- dukterinės ląstelės lieka genetiškai tapačios motininėms ląstelėms;
- prieš dauginantis yra viena ląstelė, pasidauginus – dvi.
Skirtumai:
Vienaląsčiams organizmams daugintis būtinos tam tikros sąlygos
Daugintis nelytiniu būdu organizmai gali labai sparčiai, bet tuo metu turi gyventi palankiomis sąlygomis.
Vienaląsčių organizmų nelytiniam dauginimuisi būtinos sąlygos:
- Drėgmė. Ląstelės turi gyventi drėgnoje aplinkoje, kad galėtų judėti dalijimuisi būtinos medžiagos. Sausos mielės lentynoje gali ilgai gulėti, jos išliks visai nepakitusios, tačiau įmaišius šiek tiek vandens mieliagrybiai atgis ir jų tirpalas pradės keistis.
- Aplinkos temperatūra. Šiltoje aplinkoje (šiltame vandenyje) ląstelės greitai dauginasi. Kodėl? Šilumoje medžiagų molekulės juda greičiau, todėl ir ląstelėms dalytis būtinos cheminės reakcijos vyksta greičiau. Prisiminkite vadovėlio 2 skyriuje analizuotą medžiagų difuziją. Maišydami mielinę tešlą, naudojame iki 37–40 °C temperatūros pašildytą vandenį. Kas nutiktų, jeigu mielių tirpalą gamintume šaltame vandenyje? Mieliagrybiai nepumpuruos, nes tokioje vandens temperatūroje nevyks arba pernelyg lėtai vyks būtinos cheminės reakcijos. Kas nutiktų, jeigu mieliagrybius įmaišytume į karštą (70 °C temperatūros) vandenį? Mielių tirpalas iš pradžių šiek tiek pakiltų (suputotų), o vėliau nuslūgtų ir niekaip nepasikeistų. Mieliagrybiai karštyje žūtų.
- Maisto medžiagos. Mieliagrybių ląstelių pumpuravimui reikia energijos, o ji gaunama kvėpuojant ląstelėms. Prisiminkite ląstelinio kvėpavimo cheminę reakciją:
Gliukozė + deguonis → anglies dioksidas + vanduo + energija
Mieliagrybiai kvėpuodami deguonies nenaudoja, todėl jų kvėpavimą vadiname rūgimu. Jo cheminę reakciją užrašome taip:
Gliukozė → anglies dioksidas + alkoholis + energija
Panagrinėkite abi cheminių reakcijų lygtis. Ar pastebite, kad abiem būtina gliukozė?
Maišydami mielinę tešlą, būtinai turime į šiltą vandenį įberti šiek tiek cukraus ir miltų, kad mieliagrybiai galėtų pasigaminti pumpuravimui būtinos energijos. Pastatę dubenį šiltoje vietoje, jau po 15–20 minučių pastebėsime, kad tešla gerokai pakilusi, joje matysime gausybę burbuliukų. Mieliagrybių ląstelės sparčiai pumpuruos, o skaidydami gliukozę į tešlą išskirs anglies dioksido burbuliukų; jie ją ir padarys purią (4.2.6 pav.).
Vienaląsčių organizmų dauginimosi greitis
Temos pradžioje klausėme, kodėl ant stalo pamiršta uogienė ir pienas surūgsta, kodėl susirgus angina jau po kelių valandų pakyla aukšta temperatūra.
Apibendrinkite žinias ir rasite visus atsakymus. Uogienėje ir piene yra vandens ir maistinių medžiagų. Virtuvėje ant stalo šilta, taigi palankios sąlygos sparčiai daugintis bakterijoms. Kaip ir visi gyvieji organizmai, jos šalina savo apykaitos produktus. Pastarieji ir sugadina maisto produktus, taigi sakome, kad uogienė ir pienas surūgo.
Anginą sukelia parazitinės bakterijos (4.2.7 pav.), jomis galima užsikrėsti nesilaikant higienos reikalavimų: naudojantis tais pačiais indais, dalijantis patiekalais su ligoniu, netinkamai plaunant indus ir rankas. Patekusios į burną, bakterijos labai greitai nukeliauja į ryklę ir ten randa palankias sąlygas: burnoje visada šilta, drėgna, o iš mūsų valgomo maisto pasiima reikalingų maisto medžiagų ir šalina kūno ląstelėms nuodingas medžiagas. Pajuntame skausmą, gerklė parausta, tonzilės sutinsta, netrukus pakyla aukšta temperatūra.
Kodėl maisto produktai sugenda, o bakterijų sukeltų ligų simptomai pasireiškia taip greitai? Bakterijos palankiomis sąlygomis skyla, dauginasi žaibišku greičiu, tai yra kas 20 minučių, todėl jau po valandos šiltoje aplinkoje paliktame maiste ar gerklėje jų galima rasti galybę.
Žarninė lazdelė (4.2.8 pav.) palankiomis sąlygomis dalijasi kas 20 minučių. Vadinasi, turint vieną bakterijos ląstelę po septynių valandų jų bus 2 097 152, o dar po valandos – 16 777 216 ląstelių.
Klausimai ir užduotys
- Kaip dauginasi žarninės lazdelės, amebos, valkčiadumbliai, mieliagrybiai?
- Kokių sąlygų reikia, kad jie daugintųsi?
- Palyginkite skilimą pusiau ir pumpuravimą. Nurodykite kelis panašumus ir skirtumus.
- Paaiškinkite, kodėl įvykus mitozei susidaro genetiškai vienodos ląstelės.
- Apskaičiuokite bakterijų, esančių šiltoje ir drėgnoje aplinkoje, turinčioje pakankamai maisto medžiagų, dauginimosi greitį. Jeigu turime dvi bakterijas, kiek jų bus po trijų valandų? Nubraižykite bakterijų skaičiaus augimo grafiką.
- Remdamiesi gautais rezultatais, paaiškinkite, kodėl bakterinės ir grybelinės kilmės ligos plinta taip greitai. Kaip galima apsisaugoti nuo bakterijų sukeliamų ligų?
Praktinė veikla
- Pasidomėkite mieliagrybių panaudojimo galimybėmis kulinarijoje, medicinoje bei moksliniuose tyrimuose ir parenkite pranešimą klasei.
Siūloma medžiaga
∘ Tekstas „Faktai apie mieliagarybius“
∘ Filmukas. Kaip kyla tešla
- Atlikite tiriamąjį darbą „Mieliagrybių dauginimosi tyrimas“.
Siūloma medžiaga
∘ Filmukai. Kaip dauginasi mieliagrybiai
Darbo aprašymas: aptarkite ir užrašykite tiriamojo darbo tikslą. Užrašykite hipotezę.
Darbo priemonės: lupa, mikroskopas, dengiamieji ir objektiniai stikleliai, preparavimo priemonių rinkinys, termometras, stikliniai indai, metileno mėlis, mielės (sausos arba šviežios presuotos), cukrus, vanduo, kaitlentė, popierinės servetėlės.
Darbo eiga:
Pasiruošimas tyrimui
Parduotuvėje įsigykite (o gal turite namuose) sausų ar šviežių presuotų mielių. Pastarųjų dairykitės parduotuvių šaldytuvuose.
Darbui teks ruoštis iš anksto. Likus valandai iki pamokos, paruoškite mielių mėginį (arba susitarkite su mokytoju, kad jis jums padėtų ir paruoštų mėginį): į stiklinę įpilkite 100 ml šilto vandens (30–35 °C), į vandenį įmaišykite 2 šaukštelius cukraus ir pusę šaukštelio mielių. Paruoštą tirpalą išmaišykite. Įstatykite indą į šiltą vonelę, jį ten laikykite apie valandą. Svarbu, kad tirpalo temperatūra išliktų nepakitusi. Kartu su mokytoju pasiruoškite 0,01 proc. metileno mėlio tirpalą. Patariama jį ruošti praskiedžiant 1 proc. (1 g/100 ml vandens) metileno mėlio tirpalą vandeniu 100 kartų. Metileno mėlis padės mieliagrybius stebėti mikroskopu.
Patarimas: indą nufotografuokite, kad galėtumėte palyginti tirpalo pokyčius per tiriamąjį darbą.
Saugiai dirbkite:
- drabužiai ir plaukai turi būti tvarkingi, kad netrukdytų atlikti tiriamojo darbo;
- atsargiai elkitės su kaitlente, kad nenudegtumėte. Atsitikus nelaimei, laikykite nudegintą odos plotą po šalto vandens srove.
Skubiai prašykite mokytojo pagalbos; - dirbdami naudosite indus, tad nesudaužykite. Jei suduš, nedelsdami sušluokite šukes, kad nesusipjaustytumėte ir nesukeltumėte pavojaus draugams. Šukių neimkite rankomis;
- ruošdami laikinuosius mikroskopų preparatus ir juos stebėdami mikroskopu būkite atsargūs ir atidūs;
- medžiagas naudokite taupiai;
- baigę darbą, būtinai sutvarkykite darbo vietą.
Tyrimas
- Apžiūrėkite inde įvykusius tirpalo pokyčius. Palyginkite, kaip tirpalas atrodė tik jį sumaišius ir dabar. Atkreipkite dėmesį, kad suputojo. Rezultatą užrašykite (arba nufotografuokite).
- Aptarkite, kodėl tirpalas suputojo. Prisiminkite: mieliagrybiai yra gyvos ląstelės, todėl joms būtina energija, kad gyvuotų ir daugintųsi.
- Gaminkite mieliagrybių preparatą. Ant objektinio stiklelio užlašinkite 0,01 proc. metileno mėlio vandeninio tirpalo lašą. Pipete įtraukite ar stikline lazdele paimkite mieliagrybių kultūros lašą ir užlašinkite jį ant metileno mėlio lašo. Atsargiai uždenkite dengiamuoju stikleliu (prisiminkite, kaip jį dedame, kad neliktų oro burbuliukų). Metileno mėlio perteklių nušluostykite popierine servetėle.
- Preparatą tirkite optiniu mikroskopu. Prisiminkite: stebėti pradedame mažiausiai padidintu vaizdu, o vėliau galingumą didiname. Sukiodami mikroskopo fokusavimo sraigtą, raskite ryškų ir aiškų mieliagrybių ląstelių vaizdą.
4.1. Apibūdinkite, kokių formų ląsteles matote: rutulio, elipsės, cilindro, kiaušinio ar citrinos. Nupieškite matomos ląstelės vaizdą.
4.2. Raskite motininę mieliagrybio ląstelę. Kaip ją atpažinote?
4.3. Raskite dukterines ląsteles. Pagal kokius stebimo vaizdo požymius jas atpažinote?
4.4. Raskite mieliagrybių grandinėlę, susidariusią pumpuravus motininei ląstelei.
4.5. Raskite ir stebėkite gyvas ir žuvusias ląsteles. Jas atpažinsite pagal dažytų ląstelių spalvą. Gyvos ląstelės išblukina metileno mėlį, jos matomos šviesiomis spalvomis, o žuvusi ląstelė spalvos nepakeičia, išlieka mėlyna.
4.6. Nupieškite piešinį, iliustruojantį mikroskopu matytą vaizdą. Piešinyje pažymėkite: motininę ląstelę, jos dukterines ląsteles ir mieliagrybių pumpuravimo rezultatą – ląstelių grandinėlę, gyvą ir žuvusią mieliagrybio ląstelę (4.2.9 pav.).
Rezultatų analizė
- Pagal kokį požymį atpažinote, kad jūsų mielių kultūros tirpale mieliagrybiai dauginosi? Kodėl?
- Kokie mikroskopu stebimo vaizdo požymiai rodo, kad mieliagrybiai dauginasi pumpuruodami?
- Kokių sąlygų reikia mieliagrybiams daugintis?
- Paaiškinkite, kodėl ruošiant tirpalą mieliagrybiams reikia įdėti cukraus.
- Pasiūlykite būdų, kaip galima skatinti arba slopinti mieliagrybių dauginimąsi.
- Kam šiame tyrime reikalingas metileno mėlio tirpalas?
- Aprašykite, kaip tirtumėte mieliagrybių dauginimosi priklausomybę nuo temperatūros.
- Koks būtų tyrimo rezultatas, jeigu į tirpalą įdėtumėte druskos, o ne cukraus?
Suformuluokite ir parašykite tiriamojo darbo išvadą.
Gautus tiriamojo darbo rezultatus aptarkite su bendraklasiais, įvertinkite, kaip pavyko tyrimas.
Apibendrinimas
- Nelytinio dauginimosi būdai: skilimas (dalijimasis pusiau į dvi vienodas dalis) ir pumpuravimas.
- Skildamos dauginasi bakterijos, pirmuonys (amebos), vienaląsčiai dumbliai (valkčiadumbliai), o mieliagrybiai pumpuruoja.
- Vienaląsčių organizmų dauginimuisi būtinos sąlygos: drėgmė, šiluma ir pakankamas maisto medžiagų kiekis.
FAKTAI APIE MIELIAGRYBIUS
Kepimo mielės (lot. Saccharomyces cerevisiae) – cukrumi besimaitinantys grybai.
Pirmasis mieles gėrimams gaminti tyrė ir aprašė Lui Pasteras (Louis Pasteur, 1822–1895) maždaug 1850 m., kai mikroskopu pastebėjo mieliagrybių gebėjimą pumpuruoti. O cheminiai tyrimai parodė, kad mieliagrybiai išskiria cheminę medžiagą – alkoholį. Mielių rasime kiekvienos parduotuvės kulinarinių kepinių skyriuje ar šaldytuve. Mielės kulinarijoje pradėtos naudoti dar Ròmos imperijos laikais. Namuose sumaišę su šiltu vandeniu ir truputėliu cukraus, atgaivinsime ir pagaminsime purią tešlą blynams, pyragui ar picai. Sumaišę mieles su vandens ir išmirkytos juodos duonos mišiniu bei saujele razinų, pasigaminsime skanios giros.
Gyvendami tešloje, mieliagrybiai ją padarys purią, nes išskirs anglies dioksido. Malonų aromatą kepiniui suteiks jų gaminamas alkoholis. Jo pyrage neliks, nes dideliame karštyje išgaruos, tačiau ypatingas aromatas ir skonis išliks.
Mieliagrybių rasime ir laisvai gyvenančių gamtoje: jų žinoma apie 500 skirtingų rūšių. Tik jie ten negamina ypatingų patiekalų, o skaido nuokritas: rudenį nukritusius lapus, nesurinktus ir pūvančius vaisius. Ištyrę laukinius mieliagrybius, mokslininkai atrado įdomų faktą. Pasirodo, mieliagrybių išskiriamas alkoholis jiems labai naudingas. Juo nuodijamos mieliagrybių konkurentės puvimo bakterijos, todėl gauna daugiau sau reikalingo maisto iš irstančių negyvų organizmų. Tyrimai parodė, kad mieliagrybiai ypač mėgsta gyventi ant kopūstinių daržovių.
Mieliagrybiai labai atsparūs nepalankioms sąlygoms. Dideliame šaltyje ar sausoje aplinkoje, jei pritrūksta maisto medžiagų, jie apsigaubia storais apvalkalais ir šitaip gali gyventi šimtus metų. Tyrimai parodė, kad net –80 °C šaltis nėra pražūtingas. Patekę į palankią aplinką, atgyja, nusimeta apvalkalus ir pradeda sparčiai daugintis. Ši savybė labai patogi kulinarijoje: galima laikyti mieles šaldiklyje, o prireikus išimti į šiltą aplinką ir naudoti. Deja, aukšta temperatūra mieliagrybiams pražūtinga.
Mokslininkai laboratorijose mieliagrybius dažnai naudoja tyrimams ir naujų produktų kūrimui. Kodėl?
- Mieliagrybių genetinė medžiaga nėra labai didelė, todėl ją patogu tyrinėti, dvigubinti, naudoti kitų organizmų ląstelių procesų tyrimams. Dažniausiai mieliagrybiai naudojami norint išsiaiškinti, kaip ląstelėse gaminami baltymai.
- Kepimo mielės naudojamos ir kitų mieliagrybių rūšių tyrimams, pavyzdžiui, parazitinių, sukeliančių žmonių grybelines ligas. Padeda atrasti ar sukurti naujus šių ligų gydymo metodus. Mieliagrybių genetinė medžiaga lengvai modifikuojama, o rezultatas gaunamas greitai.
- Kepimo mielės yra pigios, greitai dauginasi (per parą jų galima prisiauginti labai daug), todėl laboratoriniams tyrimams tai patogūs mikroorganizmai.
Genetiškai modifikuotų mieliagrybių variacijų yra daugiau nei 500. Dalis jų skirta kulinarijai ar gėrimų pramonei (alaus, vyno, giros). Genetiškai modifikuoti mieliagrybiai naudojami gaminant vaistus, pavyzdžiui, insulino preparatus (vaistai skirti žmonėms, sergantiems cukriniu diabetu), antibiotikus. Jie naudojami ir papildų, vitaminų gamybai: modifikuoti mieliagrybiai naudojami gaminant B grupės vitaminus. Šie vienaląsčiai grybai naudojami ir kosmetikos, prausimosi priemonių bei šampūnų gamyboje. Parduotuvės kosmetikos skyriuje tikrai atrasite šampūnų su mielių ekstraktais. Genetiškai modifikuoti mieliagrybiai naudojami biokuro gamybai.
- Service provided by UAB "Biznio mašinų kompanija" and "Star Cloud OÜ"