ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1 Теоретические аспекты организации научно-исследовательской работы
школьников 8
1.1.1 Научно-исследовательская деятельность как способ формирования
универсальной учебной деятельности 8
1.1.2 Виды научно-исследовательской деятельности 9
1.1.3 Организация научно-исследовательской деятельности в школе 11
1.1.4 Алгоритм выполнения научно-исследовательской работы 13
1.1.5 Оформление и представление научно-исследовательской работы .. 16
1.2 Особенности гемоцитов чешуекрылых 19
1.2.1 Общее представление о гемолимфе 19
1.2.2 Состав и свойства гeмoлимфы 23
1.2.3 Дыхательная функция гемолимфы 34
1.2.4 Типы гемоцитов и их роль 36
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 39
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 43
3.1 Структурные особенности гемоцитов Pieris brassicae 43
3.2 Структурные особенности гемоцитов Melanargia galathea 46
3.3 Функциональные особенности гемоцитов Pieris brassicae и Melanargia
galathea 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 56
В условиях ФГОС нового поколения происходит ориентация общеобразовательных стандартов второго поколения школьного учебного процесса на то, чтобы реализовывать системно-деятельностный подход. Этот подход рассчитан на использование тех приемов обучения, методов и форм учебного сотрудничества, в которых бы требовалась инициатива ученика [2].
В настоящее время возрастает социальная значимость научно-исследовательской деятельности школьников в области биологии. Поэтому одной из главных задач школы является обеспечение ученика необходимыми знаниями и умениями, на основе которых формируются биологическое мышление и биологическая культура.
Научно-исследовательская деятельность школьников - это
деятельность обучающихся под руководством учителя, связанная с решением творческой исследовательской задачи с заранее неизвестным решением и предполагающая наличие основных этапов, характерных для исследования в научной сфере: постановку проблемы, ознакомление с литературой по данной проблеме, овладение методикой исследования, сбор материала, собственные результаты, анализ и обобщение, выводы.
Научно-исследовательская деятельность способствует развитию творческих способностей, умений и навыков учащихся. В результате данного вида деятельности формируются межпредметные связи различных курсов школьных дисциплин. Научно-исследовательская деятельность также способствует повышению мотивации к изучению преподаваемых наук.
В литературе хорошо описаны алгоритмы и принципы организации научно-исследовательских работ, их значимость. В процессе современного обучения школьников реализуются различные исследовательские работы, которые имеют разнонаправленную тематику, при этом, имеется множество тем по зоологии, которые являются не изученными.
Особый интерес у учащихся вызывает изучение зоологии беспозвоночных животных, в частности Чешуекрылых, или бабочек, (Lepidoptera Linnaeus') на клеточном уровне.
У Чешуекрылых система крови представлена гемолимфой, состоящей из плазмы и клеточных элементов (гемоцитов) [3]. Наука о гемоцитах обширна и остается весьма актуальной.
Доступна весьма скудная информация о типах гемоцитов чешуекрылых. Главной проблемой является небольшой размер и хрупкость этих насекомых, что затрудняет сбор и идентификацию гемоцитов [4].
Изучением функциональных и морфологических свойств гемоцитов отряда Чешуекрылых занимались Roushall N. (1940), Pigorini L. (1931), Демьяновский С. Я., Гальцова Р.Д. и Рождественская В.А. (1932), Meyer P. E. (1934) и другие. Ими были проведены исследования и опубликованы данные о морфометрических показателях и типологии гемоцитов различных представителей отряда Чешуекрылые.
Актуальность выбранной темы состоит в том, чтобы расширить объем знаний школьников в области изучения данной темы.
Цель исследования: изучить особенности организации научно-исследовательской деятельности школьников на примере темы: «Структурные и функциональные особенности гемоцитов некоторых представителей отряда Lepidoptera».
Объект исследования: организация научно-исследовательской
деятельности школьников на примере темы «Структурные и функциональные особенности гемоцитов некоторых представителей отряда Lepidoptera».
Предмет исследования: научно-исследовательская работа школьников по зоологии.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Определить алгоритм научно-исследовательской работы школьников по зоологии.
2. Осуществить типологию гемоцитов представителей отряда Lepidoptera.
3. Определить морфометрические параметры гемоцитов представителей отряда Lepidoptera.
4. Изучить динамику морфофункциональных характеристик гемоцитов представителей отряда Lepidoptera при инкубации в условиях осмотической нагрузки.
5. Оценить интенсивность использования мембранного резерва гемоцитами представителей отряда Lepidoptera.
Научно-исследовательская деятельность - важный компонент в процессе обучения школьников. Деятельность учащихся должна иметь четкие цели и задачи. При организации научно-исследовательской деятельности в школе необходимо учитывать индивидуальные особенности школьников. Успех ученика - результат грамотной работы руководителя исследования.
При выполнении научно-исследовательской работы на тему: «Структурные и функциональные особенности гемоцитов представителей отряда Lepidoptera», учащиеся изучили литературу по теме исследования, оформили литературный обзор. При анализе литературных данных было выяснено, что существует несколько типов гемоцитов, различающихся размерами, структурой и функциями. Основные их функции - трофическая, выделительная, защитная. Прогемоциты представляют собой округлые клетки с крупными ядрами и узкими полосками внеядерной цитоплазмы, лишенные внутриклеточных включений и способные к митотическим делениям. Плазмоциты крайне изменчивы по форме, могут переходить в амебоидное состояние, лишены внутриклеточных включений и тоже способны к митозам. Гранулоциты сходны с плазмоцитами, но в отличие от них содержат гранулы запасных питательных веществ. Эноцитоиды - округлые клетки, сходные с гранулоцитами. В цитоплазме эноцитоидов содержатся гранулированные или кристаллические включения. Цистоциты покрыты снаружи темным ободком цитоплазмы и снабжены немногочисленными гранулами внутриклеточных включений. Сфероциты и адипогемоциты обычно имеют округлую или овальную форму, а их цитоплазма заполнена гранулами, жировыми каплями и вакуолями [49]. На воздухе рН гемолимфы, выделенной из тела насекомого, сильно меняется, особенно в том случае, если в ней остаются обрывки тканей. Поэтому помещение исследуемых органов насекомого в каплю гемолимфы не так 53
безвредно, как это предполагали раньше; для этой цели гораздо лучше использовать забуференные растворы и стараться избегать соприкосновения исследуемых органов с воздухом [69].
В результате проведенных экспериментальных исследований осуществлено определение размеров, а также площади и объема гемоцитов, инкубированных в растворах разной осмолярности.
При окрашивании гемоцитов хорошо видны ядро, протоплазма и ее включения.
На основании полученных данных по некоторым морфологическим показателям и линейным параметрам в гемолимфе Pieris brassicae были выделены 2 типа гемоцитов.
Тип 1 характеризуется как круглые, относительно крупные клетки с крупным ядром.
Тип 2 - это клетки овальной формы, со смещенным ядром. Имеются нитевидные псевдоподии.
В гемолимфе Melanargia galathea выделено 3 основных типа гемоцитов.
Тип 1 - круглые клетки средних размеров. Трудно просматриваемое ядро.
Тип 2 - имеют более или менее округлую форму, ядро не
просматривается.
Тип 3 довольно крупные веретеновидной формы клетки, быстро распластываются на субстрате, их можно отнести к плазмоцитам.
Гемоцитами типа 2 у Pieris brassicae меньше всего используется мембранный резерв (23%). У Melanargia galathea он используется примерно одинаково у всех 3 типов клеток (до 47%). Мембранный резерв необходим для образования фагосом, формирования псевдоподий при миграции.
Полученные данные учащиеся оформили в соответствии с установленными требованиями. Работа была представлена на школьной конференции «Старт в науку».
Таким образом, научно-исследовательская работа школьников по зоологии может быть реализована на примере темы: «Структурные и функциональные особенности гемоцитов представителей отряда Lepidoptera».
1. Андреева, Н.Д. Исследовательская работа учащихся при обучении биологии и экологии / Н.Д. Андреева, С.С. Рябова // Биология в школе. - 2012. - №2. - С. 34-38.
2. Анянова, О.Б. Исследовательское обучение и проектирование в современном образовании: / О.Б. Анянова // Материалы российско- американского семинара учителей, 10-13 мая. 2014г.— Томск: 8ТТ. — 56 с.
3. Бей-Биенко Г.Я. Общая энтомология. — 3-е издание., доп.— М.: Высш.школа, 1980. — 416 с.
4. Биологический энциклопедический словарь. Гл. ред. М. С. Гиляров / Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. — 2-е изд., исправл. — М.: Сов. Энциклопедия, 1986.
5. Богомолова, А.А. Организация проектной исследовательской деятельности учащихся / А.А. Богомолова /Биология в школе. - 2006. - N 5. - С. 35-38.
6. Волнистая, А.В. Научно-исследовательская деятельность учащихся: опыт, поиск, результаты / А.В. Волнистая // Биология. - 2012. - №5. - С. 61-67.
7. Гафитулин М.С. Проект «Исследователь» (исследовательская деятельность учащихся) // Школьные технологии. - 2005. - № 3.
8. Голавская Н.И. Психолого-педагогические основания организации учебно-исследовательской деятельности школьников // Теория и практика дополнительного образования. - 2007. - № 10.
9. Горностаев Г.Н. Насекомые // Энциклопедия природы России. — М.: ABF, 1998. — 560 с.
10. Демьяновский С. Я., Гальцова Р.Д. и Рождественская В.А, 1932. Bio- chem. Z., 247, 1-183.
11. Денисова А.А. Исследовательская деятельность в современной системе образования (из опыта) // Биология в школе. - 2008. - № 1.
12. Коршунов Ю. П. Определители по флоре и фауне России // Булавоусые чешуекрылые Северной Азии. Выпуск 4. — М.: Товарищество научных изданий КМК, 2002. — С. 39.
13. Кузнецов Н. Я. Основы физиологии насекомых. М. — Л., 1948, т. 1; 1953, т. 2
14. Лазаренко Ф., 1925. Beitrage zur vergleichenden Histologie des Blutes und des Bind gewebes. II. Die morphologische Bedeutung der Blut- und Bindgewebeelemente der Insekten (experimentelle Untersuchung), Z. mikr. Anat. Forsch., 3, 409-499.
15. Ламперт К. Атлас бабочек и гусениц. Места обитания. Физические характеристики. Поведение. Размножение. К. Ламперт / Под ред. А. И. Быховца. - Мн.: Харвест, 2003. 736 с.
16. Медведева H. Б., 1936. Проблема неспецифхчно! реактивност!
безхребетних нахкрети хребетних / IV. Д1яния адреналину та инсулину на деяких безхребетних / Мед. журн. АН УССР, 6, вып. 2, 369-387.
17. Присный А.А., Гребцова Е.А.. Влияние гипоосмотической нагрузки на объем клеток и определение мембранного резерва гемоцитов представителей отряда Dictyoptera / Белгородский государственный национальный исследовательский университет.
18. Райххолф-Рим Х. Бабочки / под ред. Г. Штайнбаха; ил. Й. Райххолфа / — М.: АСТ, Астрель, 2002. - 286 с.
19. Суматохин С.В. Требования ФГОС к учебно-исследовательской и проектной деятельности / Биология в школе. - 2013. - №5. - С. 34-38.
20. Суматохин С.В. Учебно-исследовательская деятельность по биологии в соответствии с ФГОС: с чего начинать, что делать, каких результатов достичь / Биология в школе. - 2014. - №4. - С. 123-128
21. Тулин Д.В. Гемоциты личинки Calliphora vicina. I. Гистологический анализ / Д.В. Тулин, О.Ю. Чага // Цитология.- 2003.- Т. 45, № 10, С. 976-985.
22. Тыщенко В. П. Основы физиологии насекомых. Часть 1. Физиология метаболических систем. Л., Изд-во ЛГУ, 1976.
23. Тыщенко В. П. Физиология фотопериодизма насекомых. Тр. Всесоюзн. энтомол. об-ва, т. 59, Л.,1977.
24. Тыщенко В. П. Основы физиологии насекомых. Часть 2. Физиология информационных систем. Л., Изд-во ЛГУ, 1977.
25. Тыщенко В. П. Физиология насекомых: Учебное пособие для студентов ун-тов, обучающихся по спец. «Биология».— М.: Высш. шк., 1986.—303с.: ил.
26. Уигглсуорс В. Б. Физиология насекомых. М.— Л., 1937.
27.Чайнери М. Бабочки. — М.: АСТ, 2002. — 256 с.
28. Шовен Р. Физиология насекомых. М., 1953.
29. Aubel E., Levy R., 1930. Le potential limite d’oxydoreduction dans les chenilles de Galleria mellonella. C. R. Soc. Biol., 104, 862-864.
30. Bialaszewicz K., Landau C., 1938. Sur la composition minerale de
l’hemolymphe des vers a soie et sur les changements qu’elle subit au cours de la croissance et de la metamorphose, Acta boil. Exp., 12, 307-320.
31. Bishop G. H. et coll., 1923—1925. J. biol. Chem58, 543-565; 66, 77-88.
32. Bishop G. H., 1922. Cell metabolism in the insect fat body. I. Gytological changes accompanying growth and histolysis in the fat body of Apis mellifica.
33. Bishop G. H., 1923. II. A functional interpretation of the changes in
structure in the fat body in the honey-bee, J. Morphol., 36, 567-570; 37, 533-553.
34. Bone G., Ко'с h H., 1942. Le role des tubes de Malpighi et du rectum dans la regulation ionique des insectess, Ann. Soc: R. ZooL Belg73.
35. Bone G.,1944. Sur le rapport podium/potassium dans le liquide coelomique des Insectes, Ann. 'Soc. R, Zool. Belg.l 122-134.
36. Brecher L., 1929. Die anorganischen Bestandteile des
Schmetterlingspuppenblutes (Sphinx pinastri, Pieris brassicae), Biochem. Z., 211, 40-64.
37. Chen H. T., 1934. Reaction of Ctenocephalides canis to Dipylidion caninum, Z. Parasitenk., 6, 603-637.
38. Chorine V., 1931. Contribution a 1’etude de 1’immunite chez les Insectes, Bull. Biol. Fr. Belg.. 65, 291-393.
39. Cuenot L., 1895. Etudes physiologiques sur les Orthopteres, Arch. Biol., 14, 293.
40. Cuenot L., 1897. Les globules sanguins et les organs lympoides des
Invertebres, Arch d’Anat. Microsc., 1.
41. Dewitz J., 1916. Bedeutung der oxydierenden Fermente (tyrosinase) fur die Verwandlung der Insektenlarven, Zool. Anz47, 123-124.
42. Differenzierung, Z. wiss. Zool., 105, 349-499.
43. Drilhon A., 1935. Les reserves alcalines au coursde la metamorphose des Lepidopteres, C. R. Soc. Biol., 118, 132-133.
44. Duchateau G., Florkin M., 1943. Le graphique de precipitation par les phosphates du plasma sanguine d’un Insecte (Hydrophilus piceus), Acta Biol., 1-2, 1.
45. Florkin М., 1937. Sur la teneur du plasma sanguin des insectes en proteines, acide uri que et C02 total, Arch, internat. de Physiol45, 2, 241-246.
46. Frcudenstein K., 1928. Das Herz und das Zirkulationssystem der
Honigbiene, Apis. The morphology of the water scorpion, Nepa cinerea (Rhyncliotcc heteroptera), Proc. 1067-1136.
47. Geiger R., 1942. Das Klima der bodennahen Luftschicht, Drunswick, 2e ed.
48. Geyer K., 1913. Untersuchungen iiber die chemische Zusammensetzung der Insektenha- molymphe und ihre Bedeutung fiir die geschlechtliche
49. Gupta A.P. Hemocyte type: their structure, synonymies, interrelationschips and taxonomie significance. In: Insect hemocytes: development, form, functions and techniques. Ed. Gupta A.P. Cambridge University Press, Cambridge. London. 1979. P. 85 127.
50. Hamilton M. A., 1931. The morphology of the water scorpion, Nepa cinerea (Rhynchota heteroptera), Proc. R. Soc., 1067-1136.
51. Heller J., 1936. Les composes phosphoriques chez la nymphe et papillon de Deilephila eu phorbiae, C. R. Soc. Biol., 121, 414-416.
52. Hemmingsen А. М., 1924. The blood sugar of some invertebrates, Skand. Ark. Physiol., 45, 204-210.
53. Hollande A. C., 1927. La signification de 1’autohemorrhee des Insectes, Arch. D’Anat. Microsc., 22, 374-412.
54. Kramer A. C., 1937. Ueber die sogenannten Tracheenlungen von Gryllus domesticus und Nepa cinerea, Zool. Anz., 117, 181-191.
55. Kreuger F., 1914. Physiologisch-biologisch Studien uber die Atmung bei den Arthropoden. 4. Ueber die Bedeutung der Luft der Subelytralraumes bei Dytiscus, Lunds Univ. Arskr., 10, №13, 20
56. Kuvana Z., 1932. Reducing power of the body fluid of Bombyx mori, Japan.
J. Zool., № 7, 273-303.
57. Kuwana Z., 1937. The excretion of uric acid in the silkworm larva, Japan. J. Zool., № 7, 305-309.
58. Kuwana Z., 1940. Reducing power... II. Reduction of redox dyes and oxygen uptake, Japan. J. Zool., № 9, 127-137.
59. Kuwana Z., 1940. The changes in the intensity of melanosis and the content of a phenol- like substance with development, Proc. Imp. Acad. Sc.t Tokyo, 16, 564-568.
60. Lackie A.M. Hemocyte behaviour / A. M. Lackie // Adv. Insect Physiol.- 1988.- V.21.- P. 85-178.
61. Meyer P. E., 1931. Ueber den Blutkreislauf der Ephemeriden, Z. Morph. Oekol. Tiere, 22, 1-52.
62. Meyer P. E., 1934. Untersuchungen iiber die Aufnahme pflanzlicher
Farbstoffe in den Korper der lepidopteren Larven, Z. vergl. Physiol., 2, 173— 209.
63. Muttkowski R. A., 1923. Studies on the blood of insects. I, II, III, Bull. Brooklyn Entom. Soc., 18, 127-136: 19, 4-19.
64. Pigorini et coll., 1931. Ann. Staz. Bachic. sper. Padova, 46, 848.
65. Portier P., Duval M., 1927. Concentration moleculaire et teneur en chlore du sang de quelques insects, C. R. Soc. Biol., 97, 1605-1606.
66. Price C. D. A reappraisal of insect haemocytes classification by examination of blood from fifteen insect orders / C. D. Price, N. A. Ratcliffe // Z. Zellforsch. Mikrosk. Anat.- 1974.- V.147.- P.537-549.
67. Ratcliffe N. A. Insecta / N. A. Ratcliffe, A. F. Rowley // Invertebrate blood cells. London: Acad. Press, 1981.- P. 421-488 (V.2).
68. Riede E., 1912. Vergleichende Untersuchungen der Sauerstoffvesorgung in den Insektenovarien, Zool. Jhrb., Physiol., 31, 231-310.
69. Roche R. D., Buck J. B., 1942. Studies on hydrogen ion conctntration of insect blood and their bearing on in vitro cytological technique, Physiol. Zool., 15, 293-303.
70. Ronzoni E., Bishop G. H., 1929. Carbohydrate metabolism in the honey-bee larva, Trans. 4th Int. Cong. Entom., Ithaca, 2, 361-365.
71. Roushall N., 1940. Osmotische Werte wirbelloser Landtiere, Z. wiss. Zool., 153, 196-217.
72.Steche O., 1913. Verh. Dtsch. Zool. Ges., 23, 272-281.
73. Vaney G., Pelosse J., 1922. Relation entre le sang et la coloration du cocon chez Bombyx mori, C. R. Acad. Sc., 174, 1372-1374.
74. Walter B., 1922. Deitrage zur Kenntnis der Larven von Hypoderma und Gastrophilus, Zool. Jhrb., System., 45, 587-608.
75. Weismann A., 1865. Die Metamorphose von Corethra plumicornis, Z. wiss. Zool.
76. Yamafuji К., 1934. Au sujet de la biochimie du ver a soie, Biochem. Z., 225-228.