Биология · базовый уровень · 7 класс · Урок 18

Бактерии: клетка без ядра, деление и значение

Посмотрим, как устроена бактериальная клетка, почему бактерии не равны болезням и как безопасно изучать их роль в природе и промышленности.

Грибы. Лишайники. Бактерии

Федеральная программа · базовый уровень · 7 класс

Грибы. Лишайники. Бактерии

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

Бактерии как доядерные организмы
Строение бактериальной клетки и размножение
Распространение и разнообразие бактерий
Значение в природных сообществах
Болезнетворные бактерии и меры профилактики
Бактерии в сельском хозяйстве и промышленности

Условная схема одной бактерии с мембраной, клеточной стенкой, ДНК и рибосомами. Не каждая бактерия имеет все дополнительные структуры; размеры условны.

Примеры форм клеток и независимый перечень экологических ролей. Верхний ряд не сопоставлен по колонкам с нижним: форму можно описать на препарате, но по ней нельзя определить вид, метаболизм или медицинский риск.

Как это устроено

Бактериальная клетка имеет мембрану, цитоплазму, ДНК и рибосомы, но не имеет оформленного ядра. Многие бактерии обладают клеточной стенкой, а некоторые — жгутиками или дополнительными поверхностными структурами. На школьной схеме часто рисуют один «универсальный» вид бактерии; в природе формы и способы питания гораздо разнообразнее.

Сравните два уровня знания о клетке. Мембрана отделяет внутреннюю среду, в цитоплазме находится ДНК без ядерной оболочки, а рибосомы синтезируют белки. Стенка с пептидогликаном характерна для многих, но не всех бактерий; жгутик есть лишь у части видов. Кокк, палочка и извитая форма — описания силуэта, а не названия трёх «болезней». По силуэту на школьном микропрепарате нельзя доказать, что клетка фотосинтезирует, фиксирует азот или вызывает инфекцию.

При делении надвое клетка копирует ДНК и разделяется на две. Это размножение, в отличие от образования эндоспоры, которая помогает некоторым бактериям пережить тяжёлые условия. Бактерии также могут обмениваться генетическим материалом разными путями; поэтому утверждение «все дочерние клетки всегда абсолютно одинаковы и не меняются» неверно.

Бактерии расселяются вместе с водой, частицами почвы, на поверхностях и в организмах; наличие бактерий везде не означает одинаковой численности или видов. После деления надвое образуются две клетки, а при формировании одной эндоспоры число организмов не удваивается. Эндоспора — состояние выживания лишь некоторых линий, не обычный жизненный этап каждой бактерии. Обмен участками ДНК может менять свойства популяции, но не заменяет само размножение делением.

Бактерии участвуют в разложении органических остатков, круговороте азота, симбиозах и пищевых технологиях. Часть бактерий вызывает болезни людей, животных и растений, но большинство встречающихся в природных сообществах нельзя называть опасными по умолчанию. Устойчивость пищевого продукта и эффективность технологии зависят от конкретного вида, штамма и контролируемых условий.

Разнообразие хорошо видно по источникам энергии и углерода. Многие бактерии получают готовые органические вещества, некоторые разлагают остатки; цианобактерии способны к кислородному фотосинтезу. Определённые бактерии, в том числе партнёры бобовых, превращают N₂ в связанные формы азота; другие участвуют в последующих шагах круговорота. Эти функции не принадлежат одной «универсальной полезной бактерии» и не делают каждый микроб безопасным для контакта или еды.

Профилактика инфекций включает безопасную питьевую воду, гигиену рук и пищевых продуктов, соблюдение правил приготовления и хранения пищи. Вид возбудителя и лечение устанавливают специалисты; школьная микроскопия готового препарата не заменяет диагностику. Не выращивайте неизвестные бактерии дома и не открывайте чашки с колониями для интереса.

Для профилактики пищевых инфекций разделяйте сырые и готовые продукты, тщательно готовьте пищу, соблюдайте условия хранения и используйте безопасную воду; руки моют с мылом перед приготовлением пищи и после туалета. Это снижает риск разных инфекций, а не служит тестом на наличие конкретной бактерии. Если есть подозрение на болезнь, лабораторную диагностику и решение о лечении принимает медицинский специалист; антибиотики не выбирают по форме клетки на рисунке.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Бактерии

Большая эволюционная группа одноклеточных прокариотических организмов без ограниченного мембраной клеточного ядра, с разнообразными способами получения энергии и веществ.

Пример: Одни бактерии разлагают остатки, другие живут в клубеньках бобовых, третьи могут вызывать болезни.

Прокариотическая клетка

Клетка без оформленного мембраной ядра и без типичных мембранных органоидов эукариот; её ДНК находится в цитоплазме, обычно в области нуклеоида.

Пример: У бактериальной клетки нет ядра как у клетки берёзы или гриба, но есть ДНК и рибосомы.

Бактериология

Раздел микробиологии, изучающий бактерии: устройство их клеток, разнообразие, обмен веществ, размножение, наследование и связи с другими организмами. Он не ограничивается болезнетворными бактериями.

Пример: Изучение бактерий-разлагателей в почве или азотфиксирующих бактерий клубеньков относится к бактериологии.

Нуклеоид

Область бактериальной клетки, в которой сосредоточена основная молекула или молекулы ДНК; она не окружена отдельной ядерной мембраной.

Пример: На учебной схеме нуклеоид обозначают в центре клетки, не рисуя вокруг него оболочку ядра.

Рибосома

Мелкая клеточная структура, на которой по информации РНК собираются белки; рибосомы есть и у бактерий, и у эукариот.

Пример: Бактерия синтезирует свои ферменты на рибосомах, хотя не имеет оформленного ядра.

Клеточная стенка бактерии

Наружный по отношению к мембране прочный слой, помогающий поддерживать форму и защищать клетку; у многих бактерий он содержит пептидогликан.

Пример: Палочковидная бактерия сохраняет форму благодаря сочетанию клеточной стенки и внутренних структур.

Важно: Состав стенки различается у разных бактерий; некоторые формы вообще не имеют типичной стенки.

Кокк, палочка и извитая форма

Описания внешней формы бактериальной клетки: примерно шаровидная, удлинённая или изогнутая/спиральная. Форма помогает описать препарат, но сама по себе не устанавливает вид, способ питания или опасность бактерии.

Пример: На трёх подписанных микрофотографиях можно отдельно отметить округлые кокки, удлинённые палочки и извитые клетки, не подписывая диагноз по их очертаниям.

Бактериальный жгутик

Нитевидная двигательная структура некоторых бактерий, связанная с клеточной оболочкой и способная вращаться. Не все бактерии имеют жгутики, а отсутствие видимого жгутика на школьном препарате не доказывает неподвижность вида.

Пример: На учебной электронной микрофотографии у некоторых палочковидных бактерий видны жгутики; под обычным школьным микроскопом их можно не различить.

Деление надвое

Распространённый способ бесполого размножения бактерий: ДНК копируется, клетка растёт и разделяется на две дочерние клетки.

Пример: При благоприятных условиях численность бактериальной популяции может быстро увеличиваться за счёт повторных делений.

Важно: Бактерии не делятся митозом, потому что у них нет типичного ядра и митотического веретена.

Спора бактерии (эндоспора)

Особая устойчивая покоящаяся структура, которую некоторые бактерии образуют для переживания неблагоприятных условий; она не является способом увеличения числа клеток сама по себе.

Пример: У отдельных почвенных бактерий эндоспора помогает пережить высыхание или нагревание.

Важно: Эндоспора бактерии не равна споре гриба, которая обычно участвует в размножении и расселении.

Болезнетворная бактерия

Бактерия определённого вида или штамма, способная вызвать заболевание хозяина при подходящих условиях заражения.

Пример: Некоторые бактериальные инфекции передаются с загрязнённой водой или через плохо обработанную пищу.

Важно: Не все бактерии болезнетворны, и по форме клетки под обычным микроскопом нельзя поставить медицинский диагноз.

Азотфиксация

Превращение молекулярного азота воздуха (N₂) в аммиак и далее связанные формы азота, пригодные для включения в вещества живых организмов. Такой первый шаг способны выполнять некоторые бактерии и археи, но не любая бактерия и не само растение без партнёра.

Пример: Бактерии в клубеньках ряда бобовых фиксируют азот и могут обеспечивать растение его соединениями.

Цианобактерии

Группа бактерий, многие представители которой используют свет для кислородного фотосинтеза. Несмотря на старое бытовое название «сине-зелёные водоросли», это прокариоты без оформленного ядра; отдельные цианобактерии также фиксируют азот.

Пример: В водоёме фотосинтезирующие цианобактерии могут входить в микробное сообщество; по зелёному цвету воды без анализа нельзя определить их вид или безопасность.

Ферментация пищевых продуктов

Контролируемое использование микроорганизмов и их обмена веществ для изменения сырья и получения продукта с заданными свойствами.

Пример: Отобранные молочнокислые бактерии участвуют в производстве йогурта при соблюдении технологии безопасности.

Важно: Самопроизвольное брожение неизвестного продукта не гарантирует его безопасность.

Пример по шагам

После кипячения образец воды стал чище на вид. Можно ли по прозрачности заключить, что в нём нет опасных бактерий и он полностью безопасен?

Прозрачность отражает видимые примеси, но бактерии слишком малы для оценки невооружённым глазом.
Нагревание влияет на многие микроорганизмы, но безопасность воды зависит также от химических загрязнений и соблюдения режима обработки.
Для точного вывода нужны проверенные санитарные методы и требования к питьевой воде, а не один внешний признак.

Вывод: Внешняя прозрачность не доказывает микробиологическую и общую безопасность воды.

Практическая работа

Готовые микропрепараты и модели бактерий

Получите герметичный готовый препарат или проверенную микрофотографию бактерий с масштабом; не готовьте мазок из неизвестного образца.
Отметьте видимую форму клеток и расположение в группе, затем сравните с учебной схемой внутреннего строения; не рисуйте невидимые структуры как наблюдённые.
Запишите, какие выводы микроскопия позволяет сделать и чего она не показывает: вид возбудителя, его опасность и состав ДНК.

Что можно заключить: Под обычным школьным микроскопом можно увидеть форму некоторых бактериальных клеток, но не диагностировать заболевание или весь их обмен веществ.

Безопасность: Не культивируйте неизвестные бактерии, не открывайте герметичные препараты, не пробуйте образцы и мойте руки после занятия.

Практическая работа

Растения, грибы, лишайники и бактерии по одному плану

Учебные модельные данные — не результаты реального опыта

Если таблица шире экрана, прокрутите её по горизонтали.

Единый план сравнения: типичные примеры и границы обобщения
Основание	Растение: зелёная фасоль	Грибы	Лишайники	Бактерии
Клетка	Эукариотическая: ядро, клеточная стенка; хлоропласты в зелёных клетках, не во всех клетках растения	Эукариотическая: ядра, стенка с хитином и другими веществами; хлоропластов нет	Грибные клетки с ядрами; зелёная водоросль имеет ядро и хлоропласты, цианобактериальный партнёр — без ядра и хлоропластов	Прокариотическая: ДНК без оформленного ядра; хлоропластов нет, в том числе у фотосинтезирующих цианобактерий
Организация тела	Многоклеточное растение с тканями и органами	Дрожжи обычно одноклеточные; мицелий состоит из гиф, бывают септированные и многоядерные несептированные гифы	Слоевище совместно живущих грибного и фотосинтезирующего партнёров; не самостоятельное царство	Обычно отдельные клетки; возможны колонии и нити, у ряда видов взаимодействие и специализация клеток
Источник углерода	Обычно CO₂ для образования органических веществ при фотосинтезе	Готовые органические вещества из мёртвого материала, хозяина или партнёра	Фотопартнёр фиксирует CO₂; гриб получает часть образованных органических веществ	По виду: CO₂ у автотрофов или готовые органические вещества у гетеротрофов
Источник энергии	Свет используется при фотосинтезе; для работы клеток химическая энергия органических веществ преобразуется при дыхании	Химическая энергия органических веществ; свет не заменяет им питание	Фотопартнёр использует свет; гриб использует химическую энергию полученной органики; клетки обоих партнёров дышат	По виду: свет или энергия химических превращений; способ нельзя определить только по форме клетки
Размножение	Половой цикл с семенами в плоде; у растений также бывают вегетативное размножение и другие циклы со спорами	Бесполые и половые споры по виду; у дрожжей часто почкование; возможно разрастание фрагмента мицелия	Фрагменты, соредии или изидии переносят основных партнёров вместе; грибная спора для образования нового лишайника должна встретить совместимого фотопартнёра	Чаще деление клетки надвое; обмен участками ДНК не увеличивает число особей, эндоспора некоторых видов служит переживанию неблагоприятных условий
Роли	Продуцент, пища и местообитание других организмов; культурная фасоль выращивается человеком	Разлагатели, микоризные партнёры, паразиты; дрожжи и культивируемые грибы используются человеком	Участие в заселении поверхностей, почвообразовании и пищевых связях; не точный датчик одного загрязнителя	Продуценты, разлагатели, симбионты и возбудители болезней по виду; часть применяется в технологиях

Авторская сравнительная таблица по научным источникам, не данные нового опыта. Группы неоднородны: например, не все растения фотосинтезируют и не все бактерии дышат кислородом. Основные функции лишайника распределены между партнёрами; водоросли нельзя автоматически приравнивать ко всем наземным растениям или к бактериям.

Сравните четыре колонки таблицы по одному плану: клетка → организация тела → источник углерода → источник энергии → размножение → экологическая роль. Для растения здесь выбран типичный зелёный наземный представитель — фасоль; особенности одного примера нельзя переносить на все растения без проверки.
Выпишите одно сходство фасоли и гриба на клеточном уровне и два различия в питании. Почему зелёный цвет не доказывает наличие хлоропластов у бактерии? Назовите отдельно источник углерода и источник энергии у фотосинтезирующего партнёра лишайника и у грибного партнёра.
Карточки для вывода: А — одна клетка без оформленного ядра, делится надвое; Б — гифы с ядрами, нет хлоропластов, поглощаются органические вещества; В — слоевище из гиф и клеток зелёной водоросли; Г — цветок и плод-боб на зелёном побеге с корнями. Сопоставьте с колонками и приведите основание, а не только название.
Уточните границы сравнения: водоросли — собирательное обозначение разных линий, а не единый современный таксон; лишайник — устойчивое партнёрство, а не отдельное царство и не клетка с одновременными признаками всех партнёров. У него могут быть дополнительные микроорганизмы, но таблица разбирает двух основных функциональных участников.
Критерии: все шесть оснований сравнения заполнены, углерод отделён от энергии, эндоспора не названа размножением, а грибы и бактерии не объявлены только вредными или только разлагателями. По форме микроба не делают вывода об опасности или обмене веществ.

Что можно заключить: Ориентир карточек: А — бактерия по отсутствию оформленного ядра и делению; Б — гриб по гифам, ядрам и гетеротрофному питанию; В — лишайник как партнёрство; Г — цветковое растение. Фасоль и гриб имеют эукариотические клетки со стенками, но зелёные клетки фасоли фиксируют углерод из CO₂ за счёт света, гриб получает органический углерод и химическую энергию из готовых веществ. В лишайнике эти функции распределены: фотопартнёр фотосинтезирует, гриб получает часть его продукции и участвует в обеспечении условий. Цианобактерия способна фотосинтезировать без хлоропласта: фотосинтетические структуры находятся внутри её прокариотической клетки. Единственный признак, например неподвижность или зелёный цвет, не заменяет сравнение клеток, тела, обмена и размножения.

Безопасность: Сравнение выполняется по готовым материалам. Не культивируйте неизвестные микроорганизмы, не соскребайте лишайники и не проверяйте съедобность грибов; для очной микроскопии грибов и бактерий нужны подписанные закрытые готовые препараты и руководство учителя.

Попробуйте сами

Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.

Открываем задания…

Сверка содержания

Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.