Е.Н. ВОЛЕНКО,
учитель биологии и химии МОУ СОШ №17,
с. Краснопартизанское, Краснодарский край

Прокариотическая клетка

Урок-соревнование для учащихся 9-го класса

Цели урока: закрепление знакомых понятий по данной теме и формирование новых, усвоение терминологии; развитие умений анализировать данные и делать обобщения; развитие творческих способностей, расширение кругозора учащихся.

Предварительная подготовка

1. Класс делится на три команды: «Аналитики», «Теоретики», «Практики». Каждая команда готовит эмблемы и трафарет с названием команды.
2. Каждой команде дается домашнее творческое задание: подготовить рассказ, сценку, сказку или частушку по теме открытого урока.
3. Готовится большой опорный плакат, каждому ученику выдается его уменьшенная копия.

Оформление урока

1. В классе устанавливаются компьютер и телевизор.
2. На доске – таблица «Строение бактерий» и опорная схема.
3. На демонстрационном столе – упаковки из-под кефира, йогурта, ряженки, баночка квашеной капусты, витамины.
4. Энциклопедии с портретами ученых-микробиологов, диск «Репетитор. Биология».

Ход урока

Учитель. Тема сегодняшнего урока – «Прокариотическая клетка».

Одной из важнейших и наиболее сложных проблем биологии является классификация (систематика) организмов – разделение их на группы, более или менее сходные по своей организации. Все известные науке организмы имеют клеточное строение, поэтому естественно, что различия в строении клеток должны учитываться при создании любой классификации организмов. Решая эту проблему, Э.Четтон в середине 1930-х гг. разделил все организмы на эукариоты и прокариоты. По его определению, клетки эукариот должны иметь истинные клеточные ядра (обладающие ядерной мембраной) и митохондрии, а также некоторые другие особенности внутриклеточного строения. Прокариоты же определялись как организмы, не имеющие признаков эукариот. Такое грубое деление привело к тому, что целое новое царство организмов – Архебактерии – было открыто только около полувека назад. Архебактерии похожи на обычные бактерии (за которыми теперь закрепилось название «эубактерии»), но существенно отличаются от них особенностями биосинтеза. Таким образом, в настоящее время организмы по типу клеток могут относиться к одной из трех групп: эукариоты, эубактерии или архебактерии, причем последние две группы формально относятся к прокариотам.

Прокариоты окружают нас повсюду. Их находят в почве, воде, воздухе, причем иногда в условиях, казалось бы, не совместимых с жизнью, например вблизи горячих источников на дне океана при температурах около 100 °С или в кернах скальных пород, полученных с глубин в несколько километров (в экстремальных условиях обычно обнаруживаются архебактерии). В дальнейшем под прокариотами мы будем понимать только бактерии.

Бактерии были первыми организмами, появившимися на Земле, но и сейчас жизнь без бактерий вряд ли бы была возможна. Посмотрите на всем знакомые упаковки продуктов на столе. Что объединяет находившиеся в них продукты?

В 7-м и 8-м классах вы уже знакомились со строением, питанием, размножением бактерий. Сегодня вы продолжите изучение этих удивительных организмов и пополните ваши знания новыми понятиями и терминами.

Между командами учащихся – «Аналитиками», «Теоретиками» и «Практиками» – проводится соревнование. Оценка каждого члена команды – число баллов, которое он принесен команде. В конце урока подводятся итоги, и команда, набравшая наибольшую сумму баллов, объявляется победительницей.

Первое задание для всех команд общее: после объяснения учителем нового материала один из членов команды должен сделать небольшое сообщение по теме урока: аналитики делают анализ услышанного (по плану, выданному учителем), теоретики и практики рассматривают теоретические и прикладные аспекты материала урока (им также выдаются планы выступлений).

План выступления аналитика

1. С какой темой вы познакомились на уроке?
2. Что вам уже было известно по данной теме?
3. Что нового вы узнали из объяснения учителя?
4. С какими новыми понятиями познакомились?
5. Какие науки связаны с темой урока?
6. Где могут пригодиться знания, полученные на уроке?

План выступления теоретика

1. Строение прокариот.
2. Формы бактериальных клеток.
3. Способы питания прокариот.
4. Отношение к кислороду.
5. Размножение.
6. Спорообразование.

План выступления практика

1. Роль бактерий в природе.
2. Роль бактерий в жизни человека:

– положительная;
– отрицательная.

3. Биотехнология – современная наука, изучающая возможности использования прокариот в производстве необходимых человеку веществ (белков, гормонов, витаминов, антибиотиков и т.д.).

Прокариоты – это самые простые, очень мелкие и широко распространенные организмы, которые существуют на Земле более 2 млрд лет. Их клетки не имеют ограниченного мембраной ядра. Генетическая система (генофор) представляет собой кольцевую хромосому. Помимо хромосомы у прокариот могут присутствовать небольшие кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами, которые несут до сотни генов, но не являются обязательными для генома данного вида. Прокариоты лишены хлоропластов, митохондрий, аппарата Гольджи, центриолей. Клетка заключена в плотную жесткую оболочку, в большинстве случаев она окружена слизистой капсулой. Рибосомы прокариот отличаются от рибосом эукариот. Густая цитоплазма содержит гранулы гликогена, белков и жиров.
Митоз у прокариот отсутствует, размножаются они прямым делением.

Бактерия

По форме клеток бактерии разделяют на:

– кокки (шаровидные);
– бациллы (палочковидные);
– извитые (вибрионы, спириллы, спирохеты);
– колониальные и нитчатые.

По способу питания бактерии разделяются на автотрофы (хемотрофы, фотосинтетики) и гетеротрофы (сапрофиты, паразиты).

Фотосинтезирующие бактерии содержат особый хлорофилл – бактериохлорофилл, – отличающийся от хлорофилла высших растений. У многих бактерий фотосинтез проходит без выделения кислорода, поскольку донором водорода является не вода, а сероводород, перекись водорода, спирты. В XIX в. биологи заинтересовались странными микробами, внутри клеток которых были обнаружены кристаллики серы. Русский ученый С.Н. Виноградский в 1887 г. доказал, что подобные бактерии, окисляя сероводород, используют образующуюся при этом энергию на построение органических веществ из углекислого газа и воды. В результате такого процесса получается серная кислота или сера, кристаллики которой и были обнаружены в клетке.

Формы бактерий

К этой же группе относятся бактерии-нитрификаторы. Они способны превращать аммиак в селитру. За один год на 1 га почвы ими может быть образовано более 0,25 т селитры. В районе Бухары почва глинистых пустынь нередко содержит до 2% селитры. Особенно много ее на местах старых городищ, древних караван-сараев, кладбищ. Скопление органических остатков в этих районах послужило для микробов сырьем при образовании селитры. Некоторые бактерии способны усваивать азот из воздуха и вступать в симбиоз с бобовыми.

По отношению к кислороду прокариоты делятся на аэробов и анаэробов.
При неблагоприятных условиях бактерии образуют споры. Но это не способ размножения. Споры содержат очень мало воды, что позволяет им переносить экстремально низкие и экстремально высокие температуры (для разных видов от –245 до +160 °С). Палочки сибирской язвы (в виде спор) сохраняют жизнеспособность в течение 30 лет.

Размножение бактерий

Небольшая часть бактерий живет за счет других живых организмов, вызывая у них различные заболевания. Микробная теория болезней утвердилась благодаря работам Луи Пастера, Роберта Коха и других исследователей. Болезнетворные бактерии не всегда вызывают заболевания: у многоклеточных организмов существуют специальные защитные реакции – иммунитет, который подавляет или уничтожает «интервентов». Иммунитет может быть врожденным и приобретенным (активным и пассивным).

Значение бактерий огромно. В природе они:

– способствуют образованию гумуса;
– участвуют в геологических процессах, разлагая органические вещества до минеральных, образуют залежи серных, железных руд, насыщают почву азотом;
– вызывают заболевания растений и животных.

Человек широко использует бактерии в:

– пищевой промышленности (кисломолочные продукты, квашеная капуста);
– сельском хозяйстве (кормовой белок, силос);
– медицине (витамины, гормоны, антибиотики);
– промышленности (добыча металлов);
– энергетике (биогаз).

Такое широкое использование микроорганизмов стало возможным благодаря развитию новой отрасли науки – биотехнологии, занимающейся изучением возможности использования биологических объектов в промышленности. Применение методов генной инженерии позволяет изменять генотипы бактерий, получать продуцентов или утилизаторов различных веществ. Так, кишечная палочка со встроенным в ее генотип человеческим геном инсулина, используется в производстве инсулина, необходимого больным сахарным диабетом. Бактерии можно иммобилизовать – «пришить» к твердой подложке. Иммобилизованные бактерии сохраняют жизнеспособность длительное время. Их используют в проточных реакторах, что значительно удешевляет производство синтезируемых ими веществ.

Члены команд могут приступать к подготовке сообщений, а три ученика – по одному от каждой команды – выходят к доске для выполнения следующих заданий. Хочу обратить ваше внимание на то, что эти задания подобны тем, которые используют в КИМах ЕГЭ уровня В, в которых от учеников требуются умения анализировать и сопоставлять.

Задания на доске

1. Выберите правильные утверждения:

а) бактерии размножаются спорами;
б) бактериальная клетка не имеет аппарата Гольджи;
в) для бактерий благоприятными условиями являются высокая температура и ультрафиолетовое излучение;
г) к прокариотам относятся простейшие, водоросли и грибы;
д) прокариоты широко используются в различных отраслях народного хозяйства;
е) среди прокариот встречаются как автотрофы, так и гетеротрофы;
ж) бактерии живут только в анаэробных условиях;
з) серобактерии относятся к хемотрофам;
и) прокариоты способны активно передвигаться;
к) все бактерии – паразиты животных и растений.

2. Установите соответствие:

3. Найдите ошибки в тексте.

Прокариоты – это организмы, клетки которых имеют ограниченное мембраной ядро. Размножаются они делением. В клетках содержатся хлоропласты, митохондрии, аппарат Гольджи, центриоли. По способу питания они могут быть как автотрофами, так и гетеротрофами. Обитают только в аэробных условиях. При неблагоприятных условиях превращаются в спору.

После прослушивания сообщений учащиеся решают биологические задачи.

1. Жара. На столе стоит закупоренная бутылка с хлебным квасом. Через некоторое время жидкость начинает пениться, выделяя газ. Вдруг пробка с оглушительным хлопком вылетает из бутылки, а за ней и квас. Объясните причину образования этого газа. (Речь, конечно, идет о дрожжах-сахаромицетах, являющихся эукариотами.)

2. Вы получили небольшую ссадину, поленились смазать ранку йодом. Через некоторое время вокруг ранки появляется покраснение, а через несколько дней нагноение. И только нож хирурга сможет предотвратить опасные последствия. В чем причина нагноения?

3. Микробиологи предложили использовать особые бактерии в качестве разведчиков залежей нефти. Обычно на поверхность земли над залежами нефти просачиваются нефтяные газы. Если воздух пропускать через среду, содержащую эти бактерии, то при малейших следах подобных газов в колбе на поверхности жидкости появляется пленка, и раствор сильно мутнеет. Это служит индикатором того, что в этом месте можно искать нефть. Что происходит с микробами – разведчиками нефти в присутствии нефтяных газов?

4. Однажды большой океанский пароход шел с грузом хлопка из Египта в Англию. В плохо проветриваемых трюмах влажный хлопок стал постепенно нагреваться, а затем воспламенился. На пароходе возник пожар. Объясните причину самовозгорания хлопка. (Термогенные бактерии, размножаясь во влажной среде, выделяют большое количество тепла, которое приводит к нагреванию плотно уложенного хлопка (а также сена, торфа и т.п.) до 70–80 °С. При этой температуре начинается интенсивное окисление кислородом воздуха растительных масел на поверхности волокон, приводящее к дальнейшему росту температуры и ускорению процессов окисления, что в конце концов приводит к самовозгоранию хлопка.)

Колонии бактерий на плотной питательной среде

После решения биологических задач трое учащихся, по одному из каждой команды, выполняют следующие тесты.

1. Для прокариот характерны:

а) кольцевая молекула ДНК;
б) митохондрии, центриоли, аппарат Гольджи;
в) развитая система вакуолей;
г) оформленное ядро.

2. Бактерии размножаются:

а) половым способом;
б) вегетативно;
в) делением;
г) спорами.

3. Прокариоты для получения энергии используют:

а) свет;
б) готовые органические вещества;
в) окисление неорганических веществ;
г) все перечисленные способы.

4. К прокариотам относятся:

а) цианобактерии;
б) грибы;
в) простейшие;
г) губки.

5. Основателем микробиологии считается:

а) Ч.Дарвин;
б) К.Линней;
в) Л.Пастер;
г) И.Мечников.

Далее команды показывают творческие домашние задания.

1-й ученик.

Частушки (посвящаются бактериям)

2-й ученик.

Необыкновенная история одной обыкновенной бактерии

В далекие-далекие времена, когда большую часть суши занимал первичный океан, жила-была на белом свете обыкновенная бактерия. Беззаботно и сытно жилось ей. Вокруг – калорийные жиры и питательные белки с углеводами. Знай переваривай. Все бы ничего, да все хорошее когда-нибудь заканчивается. Так, незаметно, закончились «бесплатные» обеды и ужины. Бактерия похудела, побледнела, потому что день и ночь думала, как ей прокормиться. Решение пришло, как всегда, внезапно. Она решила измениться так, чтобы самой синтезировать органические вещества.
Сказано – сделано. Вот теперь бактерия, действительно, была счастлива и свободна! Жить стало еще веселее: купайся в теплом океане, наблюдай эволюцию беспозвоночных, смотри по вечерам шоу «Морские динозавры»… Когда не было на Земле кислорода, бактерия жила анаэробом, когда в атмосфере появился свободный кислород – продукт ее жизнедеятельности, пришлось научиться жить в кислородной среде и стать аэробом. На всякий непредвиденный случай научилась бактерия прятаться в спору. И вскоре это умение ей пригодилось.
Настало великое похолодание. Теплолюбивая растительность вымерла. Вымерли динозавры, гигантские пауки и ракообразные. Изменились очертания материков и океанов. Бактерии ничего не оставалось, как превратиться в спору, которая стала частицей вечной мерзлоты, и погрузиться в глубокий сон. Окруженная плотной оболочкой, отрешенная от всего мира, спокойно спала бактерия и видела цветные сны.
Так шли года, столетия и тысячелетия. Мир менялся, менялись растения, животные, появился человек и до неузнаваемости изменил окружающую его среду. Лишь ничего не менялось в царстве вечной мерзлоты, которому, казалось, навсегда принадлежит микроскопическая частичка живого существа.
Но судьбе было угодно изменить ход истории. Любознательные ученые, исследовавшие ледяные пустыни, растопили лед и подарили бактерии вторую жизнь. Вырвавшись из ледяного плена, удивленно взирая на незнакомый мир, заполненный компьютерами и сотовыми телефонами, путешествовала она вместе с ветром через страны, моря и континенты.
Бактерия, прожившая на свете около 2 млрд лет, все так же чувствовала себя молодой, совершенной, свободной, легко приспособилась к новым условиям и даже испытывала легкое превосходство над другими существами, считавшими себя «венцом творения».

3-й ученик.

Мой родственник – Луи Пастер

Я хочу рассказать вам о моем пра-пра-пра-прадедушке – Луи Пастере, открытия которого имеют для человечества огромное значение. Луи Пастер родился в 1822 г. Он был сыном французского кожевника из города Доль. Несмотря на слабое здоровье и недостаток средств, Пастер с успехом окончил высшее учебное заведение в Париже, готовящее учителей для средней школы. Стремление к научным исследованиям заставило молодого Пастера предпочесть выгодной должности преподавателя скромную работу лаборанта. В своем увлечении опытами он часто забывал об отдыхе и сне. За короткое время Пастер сумел выполнить очень большую научную работу, подготовил и блестяще защитил две докторские диссертации: одну по физике, другую по химии.
Заинтересовавшись брожением, он доказал, что это биологическое явление. Это открытие сыграло исключительную роль в развитии биологической науки, в сельском хозяйстве и промышленности. В это же время Пастер сделал еще одно очень важное открытие. Он обнаружил организмы, для которых кислород не только не нужен, но и вреден. Такие организмы сейчас называются анаэробными.
Всю свою дальнейшую жизнь Луи Пастер посвятил изучению микроорганизмов и поискам средств борьбы с возбудителями заразных болезней животных и человека. Он доказал, что некоторые болезни возникают только в результате заражения – проникновения в организм микробов из внешней среды. Ученый долгое время искал надежный способ борьбы с ними. И нашел! Способ этот – прививки, в результате которых в организме создается невосприимчивость к определенным заболеваниям.
Луи Пастеру и его последователям пришлось вести борьбу за признание нового способа предупреждения заразных болезней. Ученого упрекали в том, что он опровергает взгляды, существовавшие веками, подвергали сомнению его опыты. Достаточно было одной неудачи, чтобы Пастера обвинили в том, что он своими прививками заражает и убивает людей. Все это не могло не отразиться на его здоровье, и когда в Париже был построен первоклассный Пастеровский институт, ученый уже не мог работать в лаборатории…
Мой пра-пра-пра-прадедушка создал мировую научную школу микробиологов, многие из его учеников впоследствии стали крупнейшими учеными.
Пастер говорил своим ученикам: «Быть уверенным, что открыл важный научный факт, … напрягать все силы, чтобы самому разрушить плоды своих трудов, и не провозглашать полученного результата, пока не испробовал всех противоречащих гипотез, – да, это тяжелый подвиг».
Каждый из нас может многому научиться у великого человека, и прежде всего, умению трудиться, целеустремленности и высокому чувству долга.

Урок завершается подведением итогов, объявлением победителей, выставлением оценок.