Projektas

„Gamtos mokslų mokytojų kompetencijų biotechnologijos srityje kėlimo struktūros sukūrimas“

Tiriamųjų darbų aplankas

Vilnius

2012

Tiriamųjų darbų aprašų turinys: Įvadas Rekomendacijos tyrimo aprašo parengimui ir pristatymui Rekomendacijos tyrimo vertinimui 1.DNR išskyrimas ir jos savybių tyrimas 2.Skalbimo priemonių veikimo tyrimas 3.Virškinimą gerinančių vaistų tyrimas 4.Aplinkos mikroorganizmų augimo sąlygų tyrimas 5.Dumblių augimo sąlygų tyrimas 6.Biologinės kilmės repelentų tyrimas 7.Etanolio gamyba iš popieriaus 8.Biologinės kilmės klijų ir jų valymo priemonių gamyba 9.Molekulių elektroforetinio judrio tyrimas 10.Bioinformatiniai tyrimai 11.Biologinio valymo įrenginių kūrimas 12.Vartotojų požiūrio į genetiškai modifikuotus produktus tyrimas 13.Vitamino C gamybos tyrimas 14.Duonos gamybos procesų tyrimas 15.Pieno produktų gamybos tyrimas Priedas: Tiriamųjų darbų taikymo lentelė

Įvadas

Esminis mokinių tiriamosios veiklos organizavimo tikslas – suteikti galimybę mokiniui

pačiam išbandyti mokslinio metodo taikymą ir praplėsti gamtos mokslų žinias. Tokia

veikla neabejotinai yra praktinio pobūdžio ir reikalauja mokinio kūrybiškumo bei

motyvacijos. Mokinio tiriamosios veiklos principas yra toks pat, kokiu vadovaujasi

mokslininkai savo darbe. Todėl tai puiki galimybė išbandyti ir atrasti save kiekvienam

įvairių gebėjimų mokiniui.

Šis leidinys skirtas tiek mokytojui, tiek pačiam jaunajam tyrėjui. Jame pateikiama 15

tiriamosios veiklos idėjų, susijusių su biotechnologija. Ši mokslo sritis yra gimusi

sujungus technologinius gebėjimus ir gamtos mokslų žinias, todėl toks tarpdisciplininis

pagrindas leidžia kiekvienam tyrėjui rasti jį dominančią sritį ir joje pritaikyti savo

gebėjimus. Be klasikiniais gamtos mokslų eksperimentais paremtų veiklų siūlomi ir su

biotechnologija glaudžiai susijęs socialinis tyrimas bei darbo su kompiuteriais įgūdžių

reikalaujantis bioinformatikos srities darbas.

Kiekvieną tyrimo idėjos aprašą sudaro nuosekli informacija, kokiomis kryptimis gali būti

organizuojama tiriamoji veikla. Pateikiamose tyrimo veiklų variacijose nagrinėjamos

mokyklos sąlygomis galimos atlikti eksperimentinės veiklos, jų loginis eiliškumas.

Papildomai pateikiamos kryptys, kuriomis tyrimas gali būti plėtojamas už siūlomos

temos ribų. Tai leidžia įdomias ir patrauklias veiklas atrasti įvairių gebėjimų mokiniui.

Leidinyje papildomai pateikiama informacija, būtina norint taisyklingai suformuoti

tyrimo veiklos raštišką pristatymą. Mokytojui svarbus veiklos įvertinimo modelis

pateikiamas kaip modelis, kurio formą kiekviena mokyklos bendruomenė turėtų

pritaikyti prie konkrečių tiriamosios veiklos tikslų. Leidinio gale pateikiama lentelė,

kurioje nurodomi susiję ugdymo programose numatyti gebėjimai. Ji leis gamtos mokslų

mokytojams atrasti ir aktyviau taikyti tiriamojo darbo veiklą nuoseklaus

gamtamokslinio ugdymo procese.

Tai bandomoji šio leidinio versija (2012 m. gruodis), kuri bus papildyta konkrečių

mokyklose atliktų tiriamųjų darbų santraukomis.

REKOMENDACIJOS TYRIMO APRAŠO PARENGIMUI IR PRISTATYMUI

Mokinio tiriamosios veiklos apibendrinimas ir pristatymas yra labai svarbi ugdymo

proceso dalis. Tinkamai pristatytas problemos aktualumas ir apibendrinti esami

sprendimo būdai leidžia atskleisti tiriamosios veiklos būtinumą ir vertę. Žemiau

pateikta tiriamojo darbo pristatymo struktūra yra tik rekomendacinio pobūdžio, ji

skatina nuosekliai perteikti tiriamosios veiklos aktualumą ir pilnumą. Mokytojui

rekomenduojama prieš mokinio tyrimų veiklas su jaunuoju tyrėju aptarti tyrimo

struktūrą ir susitarti, kokiu formatu bus pristatomi rezultatai.

Rekomenduojamo mokinių tiriamojo darbo struktūra:

1. titulinis lapas, kuriame turėtų būti pateiktas mokinio vardas, pavardė, klasė, mokykla,

darbo pavadinimas, darbo atlikimo metai ir vieta.

2. turinys, kuriame nurodoma darbo struktūra ir kiekvienos dalies puslapio numeris.

3. įvadas, kuriame yra apibūdinama tema, apibrėžiama jos esmė ir pagrindimas.

Paaiškinama, kodėl šią temą verta nagrinėti, kodėl ji aktuali, pabrėžiama darbo vertė.

Įvade atliekamas pirminis literatūros pagrindimas, kuris įgalina suformuluoti tyrimo

tikslą, uždavinius ir metodus. Taip pat aprašoma nagrinėjama probleminė situacija bei

tiksliai apibūdinama pati problema.

4. tikslas ir uždaviniai, t.y. problemos sprendimą (rezultatą) nusako tyrimo tikslas, o

konkrečius struktūrinius – loginius etapus, kaip bus siekiama šio sprendimo, parodo

uždaviniai.

5. literatūros apžvalga, t.y. tas skyrius, kuris parodo, ką Lietuvos ir pasaulio mokslininkai

jau yra nuveikę mums opiu klausimu. Literatūros apžvalgos skyrius gali būti rašomas

trejopai:

a. referatyviai (ką ir kaip tam tikru klausimu rašo skirtingi autoriai);

b. chronologiškai (pradedant nuo seniausių šaltinių ir baigiant naujausiais);

c. problemiškai (polemizuoti, svarstyti diskutuotinus ar mažai ištyrinėtus nagrinėjamo

klausimo aspektus).

6. metodinė (eksperimentinė) dalis, tai viena iš svarbiausių tiriamojo darbo ataskaitos

skyrių. Jame nuosekliai informuojama, kas ir kaip buvo atlikta per tyrimą. Šią dalį

sudaro trys elementai:

a. Tyrimo imtis ir jos charakteristika, kuri charakterizuojama pagal amžių, lytį,

išsilavinimą ir pan. (priklausomai nuo tyrimo pobūdžio).

b. Matavimo priemonės (testai, skalės, klausimynai, kiti matavimo prietaisai).

Aprašomos visos tyrimo metu naudotos priemonės. Jei buvo remtasi antriniais

duomenimis, tai nurodomas jų šaltinis.

c. Eksperimentai. Aprašoma, kada, kur ir kokiomis aplinkybėmis atliktas tyrimas. Tai

ypač aktualu gamtos mokslų tyrimams. Jei buvo atliekamas eksperimentas, taip pat

reikia aprašyti visas procedūras bei valdomus nepriklausomus kintamuosius.

7. gautų rezultatų aptarimas, kuriame yra pateikiami (konstatuojami) rezultatai

aprašomuoju, grafiniu arba / ir skaitiniu būdu; rezultatų aptarimo skyrelyje išryškėja

autoriaus erudicija ir gebėjimas sintezuoti tyrimo rezultatus, juos lyginti su kitų autorių

darbais, formuluoti tolesnio mokslinio tyrimo kryptis ir t.t. Gauti rezultatai pateikiami

žodine forma, papildomi lentelėmis ir skaičiais. Rezultatams pailiustruoti ar paaiškinti

naudojami paveikslai – grafikai, diagramos, piešiniai, kompiuteriniai spaudiniai ir kt.

8. išvados, tai tarsi trumpas tiriamojo darbo apibendrinimas. Šiame skyriuje atsakoma į

darbo pradžioje iškeltus tyrimo tikslus ir uždavinius. Išvados turi būti konkrečios

(koncentruotos), atitikti darbo pavadinimą, tikslą, uždavinius. Formuluojant išvadas

reikėtų vengti kraštutinumų:

a. nedaryti pernelyg plačių ar kategoriškų išvadų, nepagrįstų tyrimo rezultatais. Jei

daromos išvados iš dalies patvirtinamos tyrimo rezultatais, jas reikėtų formuluoti kaip

tendencijas.

b. vengti perdėto kuklumo, nepasitikėjimo savo tyrimo rezultatais, baimės prisiimti

atsakomybę už tiriamojo darbo rezultatus.

c. dar viena problema – baimė dėl gautų išvadų, kartais atrodančių kaip visiems

žinomos tiesos. Tai, kas visiems žinoma, ne visada būna tiesa. Todėl net žinomą tiesą

kartais reikia pagrįsti, įrodyti. Be to, didžiosios tiesos yra ypač akivaizdžios, kai jos

patvirtinamos faktais.

9. pasiūlymai ir rekomendacijos, jei darbo rezultatai ir išvados įgalina pateikti praktines

rekomendacijas, tai jos formuluojamos po išvadų. Jei jos neišplaukia iš konkretaus

tyrimo rezultatų, tai rekomendacijų ar pasiūlymų reikia atsisakyti.

10. naudotos literatūros sąrašas, t.y. išsamus bibliografinių nuorodų ir kitų informacijos

šaltinių sąrašas

11. priedai, t.y. tyrimo darbe naudota arba sukurta medžiaga.

Plačiau:

Mičiulienė R., Daukilas S. Vaišnorienė D. Mokslinio tyrimo pagrindai profesinėje

edukologijoje. Akademija, 2005, 62 p.

REKOMENDACIJOS TYRIMO VEIKLOS VERTINIMUI Šioje dalyje pateikiamos tiriamųjų darbų vertinimo rekomendacijos. Dėl skirtumų

mokyklų vertinimų praktikose šią schemą mokytojai yra raginami koreguoti, papildyti ir

pritaikyti pagal savo mokinių ir veiklos organizavimo poreikius.

Tiriamųjų darbų vertinimui siūloma naudoti kriterinį vertinimą. Mokyklos

bendruomenėje iš anksto sutarti ir įvardinti kriterijai surado palankias sąlygas

vertinimą panaudoti kiekvieno mokinio mokymui ir mokymuisi. 1 lentelėje pateikiami

orientaciniai kriterijai ir atitinkami pasiekimų lygiai. Tiriamojo darbo veikla susideda iš

dviejų arba trijų dalių:

- Tiriamosios veiklos (eksperimentų planavimo ir atlikimo, duomenų analizės) (1-4

kriterijai);

- Tyrimo ataskaitos (pristatymo raštu) (5 kriterijus);

- Tyrimo pristatymo (viešai, žodžiu) (6 kriterijus).

Priklausomai nuo tiriamosios veiklos rezultatų pristatymo formos, galima taikyti 5 arba

visus 6 kriterijus. Mokytojai kviečiami šią lentelę modifikuoti pagal mokykloje taikomos

tiriamosios veiklos intensyvumą ir formą. Būtina pabrėžti, jog tiriamoji veikla

daugumoje mokyklų kol kas yra tik papildoma gamtamokslinio ugdymo forma, į kurią

pritraukiami tik motyvuoti ir aukštesnių gebėjimų mokiniai, todėl vertinant

tiriamuosius darbus būtina atsižvelgti į veiklos organizavimo aplinkybes, mokinio

motyvaciją.

Konkrečius mokinių pasiekimų įvertinimo formatus turi nustatyti mokyklos

bendruomenė. Tyrimo veiklos pristatymui rekomenduojama organizuoti atvirus

renginius - konferencijas, kurių metu mokiniai turėtų galimybę pristatyti tyrimus ne tik

savo klasės draugams, bet ir kitiems bendruomenės nariams ar svečiams. Tokiu būdu

pateikiamas kriterinis vertinimas gali tapti pagrindine matrica, kuria remiantis būtų

nustatomi tokių renginių geriausi pranešimai.

1 lentelė. Tiriamojo darbo vertinimo gairės

Pasiekimai: Aukštesnysis Pagrindinis Patenkinamas Nepakankamas

1. Mokslinio metodo pritaikymas

Mokinys tiriamąją veiklą planavo numatydamas tinkamas kontroles ir tyrimo grupes.

Mokinys tiriamąją veiklą planavo numatydamas tinkamas kontroles, tačiau tyrimo grupės nepilnai patvirtina hipotezę.

Mokinio suplanuotos kontrolės ir tyrimo grupės netiesiogiai patvirtina hipotezę

Mokinio tiriamosios veiklos kontrolės ir tiriamos grupės yra nesusijusios su tikrinama hipoteze.

2. Tyrimo temos išnagrinėjimas

Temą atskleidžianti literatūra išnagrinėta plačiai ir nuosekliai, naudoti naujausi ir patikimi informacijos šaltiniai.

Temą atskleidžianti literatūra išnagrinėta plačiai, bet nenuosekliai, naudoti patikimi informacijos šaltiniai.

Tema atskleista ribotai, nenaudoti naujausi informacijos šaltiniai.

Temos atskleidimui naudoti nepatikimi informacijos šaltiniai, pateikimas yra nenuoseklus.

3. Eksperimentinių duomenų surinkimas

Duomenys surinkti atidžiai, jų tikslumas ir patikimumas nekelia abejonių, tyrimas atliktas naudojant tinkamą aparatūrą ir metodus.

Duomenys surinkti atidžiai ir tiksliai, tačiau metodo pasirinkimas yra netinkamas tyrimo objektui.

Duomenys yra surinkti atidžiai, bet juose yra netikslumų, atsiradusių dėl netinkamo prietaisų ir priemonių panaudojimo.

Duomenys yra netikslūs, surinkti neatidžiai, netinkamai naudojantis priemonėmis.

4. Tyrimo naujumas

Mokinio tyrimas originalus, kūrybiškai panaudoti metodai aktualiai problemai spręsti.

Mokinio tyrimas išplėtė standartinį metodų panaudojimą, nagrinėjama problema yra aktuali.

Mokinio vykdytas tyrimas apsiribojo standartiniais metodais.

Mokinio tyrimo temoje nėra naujumo, naudoti tik standartiniai metodai, kurių mokomasi pamokų metu.

5. Temos suvokimas ir pristatymas (raštu)

Mokinys puikiai išmano tirtą temą, naudoja tinkamą terminologiją.

Mokinys išmano tirtą temą, naudoja netikslią terminologiją.

Mokinys supranta tirtą temą, bet painioja terminus, kalba buitinio stiliaus.

Mokinys neišmano temos, kalba buitinė, terminai yra netinkami.

6. Pristatymo kokybė

Pristatymas yra koncentruotas, aiškus ir originalus, naudojamos IT, vizualinis informacijos perteikimas.

Pristatymas yra koncentruotas, tikslus, tačiau pateikiamas nekūrybiškai, nepilnai išnaudojant galimybes.

Pristatymas yra koncentruotas, nuoseklus, nenaudojamos vizualinės priemonės.

Pristatymas yra nepilnas, nenuoseklus, nenaudojamos vizualinės priemonės.

Tiriamojo darbo idėja:

1. DNR išskyrimas ir jos savybių tyrimas

Kiekvienoje gyvoje ląstelėje (daugiausia branduolyje) yra nukleorūgštis, kurioje (jos

azotinių bazių sekoje) yra užkoduota genetinė informacija, kuri perduodama dalijimosi

metu naujoms ląstelėms, o per lytines ląsteles – individo palikuonims. DNR molekulė yra

tokia maža, kad jos neįmanoma pamatyti net pro galingiausius optinius mikroskopus. DNR

grandinė – tai dviguba spiralė, kuri yra panaši į susuktas virvines kopėčias su daugybe

pakopų. Kiekvienos organizmų rūšies DNR yra specifinė – turi skirtingą azotinių bazių

kiekių santykį, arba specifiškumo koeficientą (įvairiuose organizmuose jis svyruoja nuo

0,32 iki 3,04), ir skirtingą bazių seką molekulėje.

Didžiosios Britanijos tyrėjai pranešė tyrimo rezultatus, kurie patvirtina, kad labai galimas

dalykas, jog vienodą pavardę turinčių vyrų panaši ir DNR sudėtis. Pasak Lesterio

universiteto mokslininkų, tokia tikimybė didesnė tiems, kurių pavardės retos. Tyrimas,

kuriame dalyvavo 2 500 vyrų, parodė, jog yra 24 proc. tikimybė, kad du vienodą pavardę

turintys vyrai, turėjo bendrą prosenelį. Vyrams, kurių pavardė reta, tokia tikimybė sudaro

beveik 50 proc. Ar ta pati taisyklė galioja augalų pasauliui? Ar persiko ir persimono DNR

sekos panašios?

Raktiniai žodžiai: DNR, išskyrimas, elektroforezė, augalai

Tikslas: Išskirti DNR iš skirtingų vaisių ir daržovių, rasti optimalias išskyrimo sąlygas.

Integraciniai ryšiai:

Tyrimo metu mokiniai susipažįsta su pagrindiniu analizės metodu – elektroforeze

(biochemija, biotechnologija) ir panaudoja augalų sistematiką (botanika).

Įvadas

Deoksiribonukleorūgštis susideda iš deoksiribonukleotidų. Deoksiribonukleotidas yra

sudarytas iš heterociklinės azoto bazės ir angliavandenio deoksiribozės.

Deoksiribonukleotidai tarpusavyje skiriasi azoto bazėmis. Yra keturios pagrindinės azoto

bazės: adeninas (A), guaninas (G), citozinas (C) ir timinas (T) (1.1 pav.).

1.1 pav. Deoksiribonukleorūgšties struktūra ir azoto bazės.

Adeninas – viena iš purininių heterociklinių bazių, kuri įeina į DNR ir RNR sudėtį. Su

timinu (T) adeninas (A) sąveikauja sudarydamas du vandenilinius ryšius. Adeninas įeina i

biochemiškai svarbaus makroerginio junginio ATP sudėtį.

Timinas (5-metiluracilas) – tai pirimidinė heterociklinė bazė, randama DNR. Su

adeninu timinas nukleorūgštyse sąveikauja sudarydamas dvi vandenilines jungtis.

Guaninas – viena iš penkių nukleobazių, randamų nukleorūgštyse (DNR ir RNR). Tai

purininė heterociklinė bazė, kuri su citozinu (C) sudaro tris vandenilinius ryšius.

Citozinas – tai pirimidinė heterociklinė bazė (aptinkama ir DNR ir RNR molekulėse),

kuri sudaro tris vandenilinius ryšius su guaninu (G).

Šiuo metu įvairių gyvybės formų, pradedant paprasta bakterija, ir baigiant žmogumi, DNR

sekos jau nuskaitytos. Mokslininkams pavyko palyginti žmogaus DNR kodą su kitų gyvybės

formų DNR, kad geriau suprastų, kaip vyko evoliucija. Ir štai keli stebinantys atradimai:

- Mažytė musė turi apie 13 601 geną.

- Žmogus turi apie 30 000 genų, o ne 100 000-140 000, kaip mokslininkai anksčiau

manė pagal mūsų ir kitų organizmų skirtumus.

- Sunku atrasti unikalumo mūsų genuose - apie 99% yra tokių pačių, kaip ir

šimpanzės, o apie 70% jų randama ir pelėje.

Informacija, gauta perskaičius daugelio organizmų DNR sekas, leidžia spėti, jog praeityje

buvo vienas bendras DNR protėvis. Laikui einant gyvybės formos tapo vis sudėtingesnės ir

labiau išsivysčiusios, atsirado vis daugiau genų, o pirminiai paprasti genai keitėsi. Galų

gale atsiradome mes, Homo sapiens. Atrodytų, kad mūsų DNR turi būti visų kitų DNR

mišinys, bet yra viena išimtis. Visus pasaulio mokslininkus stebina tai, kad yra 223 genai,

kurių nėra jokiame kitame gyvame organizme išskyrus žmogų. Kitais žodžiais, pasirodo,

kad mes nepaveldėjom šios genų dalies iš kitos būtybės šioje žemėje. Tai sukelia vieną

akivaizdų klausimą. Iš kur šie 223 genai atsirado? Geriausi mokslininkai atsako, kad jie

atėjo "iš šalies" kaip bakterinė infekcija kažkada senai senai. O galbūt kokia nors labiau

išsivysčiusių būtybių rasė aplankė mūsų planetą prieš tūkstančius metų ir davė mums tuos

223 genus?

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Nuo ko priklauso organizmo genomo dydis ir ar jis koreliuoja su išskiriamos

genominės DNR kiekiu?

- Kokie yra pagrindiniai genetinės DNR išskyrimo žingsniai?

- Kokie yra išskirtos DNR analizavimo metodai?

Tyrimo veiklos variacijos:

Pirmiausia galima būtų išskirti DNR iš įvairių objektų – vaisių, daržovių bei gyvųjų

organizmų ląstelių (siūloma išskyrimo schema pavaizduota 1.2 pav.). Tačiau ši metodika

gali būti modifikuojama, ieškant optimalių metodikos sąlygų.

1.2 pav. Deoksiribonukleorūgšties išskyrimo schema

Toliau būtų dirbama su DNR medžiaga. Elektroforezės metodu galima būtų lyginti iš kelių

šaltinių išskirtas DNR.

Taip pat galima dirbti su DNR fragmentais, juos galima nustatyti ir dauginti naudojant

termociklerį. Viskas priklauso tik nuo tyrėjo fantazijos ir saugaus darbo apribojimų.

Papildomos tyrimo kryptys:

Taip pat galima išsiskirti genominę DNR iš savo seilių mėginio (žr. 6 ir 7 – a nuorodos).

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Laimutė Salickaitė-Bunikienė, Irena Stankevičienė, Julija Baniukevič, Rima

Skrabienė, Igna Kirkutytė-Aleknienė. Chemija eksperimentuose ir projektuose.

Mokomoji knyga. – Vilnius: UAB Ciklonas, 2009. – 220 p.

2. DNR išskyrimo iš vaisių protokolas (angliškai):

http://www.funsci.com/fun3_en/dna/dnaen.htm

3. DNR išskyrimo iš vaisių protokolas, paaiškinantis visų žingsnių prasmę (angliškai):

http://www.apsnet.org/edcenter/K-

12/TeachersGuide/PlantBiotechnology/Pages/Activity1.aspx

4. DNR elektroforezės aprašymas bei rezultatų analizavimas (angliškai):

http://www.dnai.org/teacherguide/pdf/ta_sortsee.pdf

5. Interaktyvi prezentacija apie DNR elektroforezę (angliškai):

http://www.dnalc.org/resources/animations/gelelectrophoresis.html

6. Genominės DNR išskyrimas iš burnos epitelio ląstelių (angliškai):

http://www.pbs.org/wgbh/nova/education/activities/2809_genome.html

7. Genominės DNR išskyrimas iš burnos epitelio ląstelių (angliškai):

http://serc.carleton.edu/sp/mnstep/activities/26285.html

Tiriamojo darbo idėja:

2. Virškinimą gerinančių vaistų tyrimas

Spartėjant gyvenimo tempui sveikos mitybos įpročius išstumia valgymas paskubomis, dėl

to nemažai asmenų susiduria su virškinimo sutrikimais. Rinkoje esantys vaistiniai

preparatai šiai problemai išspręsti yra sudaryti iš pagrindines maisto grupes skaidančių

peptidazių, amilazių ir lipazių. Skirtingos preparatų sudėtys skirtingai veikia medžiagas

virškinimo sistemoje, todėl mokiniams siūloma ištirti šių biotechnologijų pramonės

produktų veikimą.

Raktiniai žodžiai: fermentai, fermentinė reakcija, amilazė, lipazė, peptidazė, virškinimas.

Tikslas: naudojant vaistinėse parduodamus virškinimą gerinančius preparatus ištirti juose

esančių fermentų veikimo sąlygas ir substratus.

Integraciniai ryšiai:

Mokiniai tirdami virškinimo sistemoje vykstančias fermentines reakcijas susipažįsta su

maisto produktų sudėtimi. Efektyvūs vaistiniai preparatai turi ekonominę reikšmę ir įtaką

sveikai gyvensenai.

Įvadas

Sklandus virškinimo sistemos darbas būtinas gerai savijautai ir savijautai. Sutrikus

virškinimo sistemos liaukų veiklai ar suvalgius didesnį kiekį maisto, jaučiamą diskomfortą

siūloma lengvai įveikti vartojant virškinimą gerinančiais vaistiniais preparatais. Išskiriamos

dvi pagrindinės tokių vaistų grupės: medžiagos, skatinančios organizmo liaukų sekrecinę

veiklą ir virškinimo fermentų mišiniai. Pastarieji yra greitai veikiantys preparatai, kurių

sudėtinės dalys išgaunamos iš kitų organizmo virškinimo liaukų (kasos) arba sintetinamos

rekombinantiniu būdu. Kitai grupei priskiriami vaistai dažniausiai yra augalinės kilmės

junginių mišiniai, skatinantys liaukų veiklą, tačiau jie veikia lėtai, ir ūmiam sutrikimui

įveikti nėra tinkami.

Virškinimo fermentų mišiniai yra sudaryti iš trijų pagrindines maisto grupes skaidančių

baltymų: peptidazės, alimazės ir lipazės. Jų santykiniai yra skirtingi, taip pat skiriasi

tablečių tirpumas, sąlygojantis, kokių greičiu yra atpalaiduojami fermentai veikimo

aplinkoje. Todėl skirtingi preparatai gali šiek ties skirtis savo efektyvumu.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Kokiu fermentiniu specifiškumu pasižymi vaistinis preparatas?

- Kokiose sąlygose preparato veikimas yra efektyviausias?

- Kurioje virškinimo sistemos vietoje aktyvūs preparato komponentai?

Tyrimo veiklos variacijos:

Fermentų pagrindu pagaminti vaistiniai preparatai – patogus tyrimo objektas, kurį

nesudėtinga įsigyti artimiausioje vaistinėje, o jų sudėtis griežtai kontroliuojama, todėl

tyrimo metu nesudėtinga turėti standartizuotos koncentracijos fermentų tirpalus.

Fermentams (tabletėms/kapsulėms) ištirpinti reikėtų paruošti neutralaus pH buferinį

tirpalą, kuriame fermentai išliks stabilūs ilgesnį laiką. Konkrečiam (peptidaziniam,

amilaziniam, lipaziniam) aktyvumui įvertini reikalingi specifiniai testai, kurių rezultatai turi

būti palyginami skirtingų preparatų tyrimuose. Juos nesudėtinga modifikuoti atsižvelgiant

į aplinkoje turimas medžiagas:

- Peptidazinio aktyvumo tyrimas. Peptidazių veikimas gali būti įvertintas stebint

baltymo (substrato) kiekio pokytį arba susidariusio produkto kiekį. Virškinimo

preparatuose esančios peptidazės pasižymi endopeptidaziniu aktyvumu, todėl

laisvų aminorūgčių nustatyti nepavyktų. Veikiant tokiems fermentams susidaro

baltymų fragmentai, kurie kokybiškai taip pat reaguoja baltymų atpažinimo

reakcijose kaip ir neskaidytas baltymas. Todėl tiksliausia peptidazių veikimą tirti

naudojant kietos fazės baltyminius substratus arba imobilizuotus (uždžiovintus)

baltymus. Tam puikiausiai tinka želatinos paviršius ar kubeliai. Poveikį reikia

įvertinti atsižvelgus į tai, jog želatina skystyje brinksta. Patogus substratas –

kiaušinio baltymas, kuris atsparesnis brinkimui ir po poveikio galima įvertinti

masės pokytį. Šiam tyrimui tinkamas ir kitų baltymingų medžiagų kūrybingas

panaudojimas.

- Amilazinio aktyvumo tyrimas. Krakmolo gausiam maistui virškinti reikalingos

amilazės. Pats patogiausias krakmolo kokybinis atpažinimas – reakcija su jodu –

puikiai gali būti panaudota ir kiekybiniam fermento aktyvumo įvertinimui. Žinomas

krakmolo kiekis (kleisterio pavidalu) sumaišomas su preparato tirpalu ir šios

reakcijos mišinio lašeliuose skirtingais laiko momentais nustatomas krakmolas

reakcija su jodu. Tai patogu atlikti pas kelias sekundes perkeliant iš retkarčiais

sumaišomo reakcijos mišinio po lašą ant hidrofobinio paviršiaus (plastiko). Šiuos

lašelius prilietus su jode sumirkytu degtuku stebima mėlyna, violetinė, o nebelikus

krakmolo – gintaro spalva. Jodo kiekis, patenkantis į lašą turi būti minimalus, nes

didesnis jo kiekis lašelyje ženkliai apsunkina spalvos atpažinimą. Žinant krakmolo

kiekį reakcijos mišinyje bei naudotą fermento kiekį, galima apskaičiuoti amilazės

aktyvumą.

- Lipazės aktyvumo tyrimas. Suskaidytų riebalų suskaidymą įvertinti yra nelengva

užduotis, bet tai irgi galima atlikti buitinėmis sąlygomis. Vienas iš būdų – kietų

substratų tirpinimas lipazės tirpaluose, įvertinant kietoje fazėje likusių riebalų kiekį.

Kitas metodas – chromatografija. Parinkus tinkamiausią eluentą (judriąją fazę),

išdžiovintuose chromatografijai naudotų filtrinio popieriaus lapuose galima

įvertinti pasikeitusias lipidų dėmes. Taip pat galima įvertinti susidariusio glicerolio

(kartu ir monoacilgliceridų) kiekį spalvine reakcija su vario jonais. Riebalams

(aliejui) mažai tirpstant vandenyje, galima matuoti laiką, reikalingą suskaidyti

aliejaus lašelį, užlašintą ant lipazės tirpalo. Lengvesniam lipido frakcijos stebėjimui,

galima naudoti intensyvesnę spalvą turintį aliejų su karotinu ar paprastą aliejų

nudažyti hidrofobiniais dažais. Svarbu įvertinti, ar šie dažai neturi įtakos lipazės

veikimui.

Norint įvertinti vaistinių preparatų efektyvumą, būtina atsižvelgti į fiziologines reakcijos

sąlygas, tirti visus fermentus kuo artimesnėse virškinimo trakte esančiomis sąlygomis (pH).

Būtina nepamiršti, jog vaistų veikimui didžiulę įtaką turi tablečių/kapsulių tirpimas ir

fermentų molekulių atpalaidavimas. Todėl vertinant preparatą mokinius reikėtų paskatinti

ištirti ir šį faktorių.

Papildomos tyrimo kryptys:

Mokiniai turėtų būti skatinami kritiškai vertinti tokių preparatų vartojimą, įžvelgti ne tik

naudą, bet ir pavojų tokių priemonių besaikiam vartojimui. Kūrybingumui ugdyti

jauniesiems tyrėjams galima siūlyti patiems parinkti alternatyvaus virškinimą

palengvinančio preparato sudėtines dalis (fermentus) bei palyginti jų veikimą.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Amilazės fermento aprašas ir fermento veikimo priklausomybių nuo temperatūros,

pH ir koncentracijos tyrimai:

http://www.bchi.lt/LBD/saitas/files/fermentai.pdf

2. Trumpi fermentų tyrimų protokolai (angliškai):

http://www.ableweb.org/volumes/vol-6/10-miller.pdf

3. Medžiagų skaidymas virškinamajame trakte ir tai imituojančių laboratorinių darbų

aprašai (angliškai):

http://www.indiana.edu/~nimsmsf/P215/p215notes/LabManual/Lab12.pdf

4. Amilazinės, pepsino ir kitų fermentų aktyvumo tyrimų aprašai (angliškai):

http://wikieducator.org/Lab:_Investigating_the_action_of_6_enzymes

Tiriamojo darbo idėja:

3. Skalbimo priemonių veikimo tyrimas

Viena iš biotechnologijos pramonės sričių, tiesiogiai įtakojančių mūsų gyvenimą –

fermentų, skirtų šalinti dėmes, gamyba. Šiuolaikinės skalbimo priemonės yra tradicinių

detergentų, druskų ir įvairaus aktyvumo fermentų mišinys, leidžiantis dėmes šalinti

žemesnėje temperatūroje, todėl naudojama mažiau energijos. Mokiniams siūloma tirti

temperatūros, koncentracijos, bei kitų veiksnių įtaką fermentų skalbimo priemonėse

veikimui, taip pat patiems pasirinkti substratus bei jų kiekio pokyčio įvertinimo būdus.

Raktiniai žodžiai: fermentai, detergentai, baltymai, amilazė, lipazė, peptidazė.

Tikslas: įvertinti buitinių skalbimo priemonių fermentinį aktyvumą ir nustatyti optimalias

skalbimo sąlygas.

Integraciniai ryšiai:

Mokiniai tiria makromolekulinius cheminius junginius – baltymus ir jų biologinį veikimą

(fermentinį aktyvumą). Skalbimo priemonės turi įtakos aplinkos taršai (ekologinis

aspektas), o energiją tausojantis skalbimo būdas naudojant fermentus turi ir ekonominę

reikšmę.

Įvadas:

Skalbimo priemonės sudarytos iš įvairių cheminių junginių, pasižyminčių gausybe skirtingų

poveikių. Tradicinės priemonės yra sudarytos iš į muilą panašių medžiagų ir geba

nešvarumus pašalinti juos tiesiog emulguojant. Vystantis chemijos pramonei surasta

daugybė cheminių junginių, gebančių nekenkiant audiniui tirpinti dėmes, dalis jų yra

neorganiniai junginiai. Pastaruoju metu susirūpinus dėl gamtoje sunkiai skaidomų

cheminių junginių, kurie su nuotėkomis patenka į aplinką, vis didesnis dėmesys skiriamas

fermentiniu aktyvumu pasižyminčioms biomolekulėms. Tokios skalbimo priemonės ne tik

lengvai suyra gamtoje, bet ir leidžia tausoti energijos išteklius, nes skalbimui naudojama

žemesnė temperatūra.

Biotechnologijos pramonei vystantis kuriami vis efektyvesni skalbimui skirti fermentai. Jau

1913 m.buvo užpatentuotas pirmasis skalbimui skirtas fermentų mišinys, išskirtas iš kasos.

Tobulinamos kelios šių baltymų savybės: termoatsparumas, atsparumas paviršinio

aktyvumo medžiagoms, taip pat bandoma sukurti universalesni fermentai, kurie skaido ne

vieną, bet kelis substratus. Tačiau net ir atspariausios molekulės yra biopolimerai, kuriems

būdingos optimalios tam tikros veikimo sąlygos.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai:

- Kokioje temperatūroje/pH skalbimo priemonėje veikia geriausiai?

- Ar reikia (ir kiek laiko) mirkyti skalbinius prieš skalbimą?

- Kuri priemonė geriausiai šalina baltymų/riebalų dėmes?

- Koks optimalus skalbimo priemonės kiekis skalbimui?

- Kokiomis kitomis buityje esančiomis priemonėmis galima skalbti?

Tyrimo veiklos variacijos:

Pagrindinė tyrimo ašis – pasirinkto fermentinio aktyvumo nustatymas skirtingose

sąlygose. Tai ypatingai kūrybingumą ugdantis tyrimas, nes mokiniui reikia ne tik pasirinkti

konkrečias medžiagas skaidančius fermentus (amilazes, peptidazes, lipazes, kt.), bet ir

pritaikyti ar sukurti metodiką, kaip nustatyti produktus bei įvertinti jų kiekį, tuo pačiu –

fermento aktyvumą.

Pagrindiniai tyrimo planavimo žingsniai:

1. Substrato parinkimas

Substrato skaidymas (modifikavimas) yra kertinė šio tyrimo ašis. Mokiniai turi

pasirinkti tokį medžiagą, kurios kiekio sumažėjimą galima nustatyti. Tą galima

padaryti matuojant (įvertinant) substrato kiekio arba susidariusio produkto kiekio

pokyčius. Pavyzdžiui, - ant filtrinio popieriaus juostelės užlašinamas fiksuoto tūrio

aliejaus lašas, ir įvertinama susidariusios dėmės ryškumas po poveikio.

Peptidaziniam aktyvumui galima naudoti želatinos, virto kiaušinio baltymo

kubelius ar paviršius. Reakcijos metu tokie baltyminiai substratai ardomi, todėl

fermentų poveikis gali būti įvertintas iš paviršiaus ploto ar masės pokyčio. Kitas

peptidazių taikinys – kraujo ar kiaušinio dėmės. Tokie įvertinimai dažnu atveju yra

tik palyginamojo tikslumo. Tikslūs kiekybiniai įvertinimai bendru atveju galimi tik

monomerinėms medžiagoms, todėl galima matuoti susidariusių produktų kiekį

(gliukozės, aminorūgščių).

2. Fermento pasirinkimas

Skalbimo priemonėse yra aukštai temperatūrai atsparių fermentų: peptidazių,

lipazių, amilazių. Įprastai skirtingose priemonėse yra vienas ar kelis fermentai,

todėl fermento preparato pasirinkimas labai susijęs su turimais substratais.

Paprastiems tyrimams rekomenduotina tirti vieno pasirinkto fermento aktyvumą,

tačiau gabesniems mokiniams galima siūlyti ir kompleksinį priemonės įvertinimą.

Parduotuvėse lengvai įsigyjamos skalbimo priemonės yra skystos arba vandenyje

tirpūs milteliai. Jog galėtume įvertinti jose esančių fermentų aktyvumą, būtina

fermentus ištirpinti vandenyje ar buferiniame tirpale.

3. Fermentinės reakcijos sąlygų parinkimas

Fermentinei reakcijai svarbūs keli veiksniai: temperatūra, druskų koncentracija,

substrato kiekis. Paskutinis faktorius šio tyrimo metu turėtų būti fiksuotas, nes

skalbimo fermentai yra taikomi skaidyti kietoje fazėje esančius substratus (dėmes).

Keičiant temperatūrą bei pridedant papildomų druskų arba keičiant terpės pH

galima atlikti eilę eksperimentų. Taip pat galima tirti skirtingų priemonės

koncentracijų efektyvumą. Papildomas faktorius gali būti skalbimo mišinio

maišymas. Judančioje terpėje lengviau nuo paviršių pasišalina kietos dalelės,

tačiau per didelis mechaninis veikimas gali sąlygoti fermentų denatūraciją.

Reakcijos laikas – taip pat svarbus veiksnys, leidžiantis įvertinti optimalų laiką, kiek

reikia mirkyti skalbinius prieš skalbimą ir kiek laiko fermentai lieka veiklūs.

4. Fermentinės reakcijos intensyvumo įvertinimas

Fermentų veikimas apibūdinamas fermento apsisukimo vienetais (žr. 4-a nuoroda).

Prieš pradedant tyrimą, būtina standartizuoti rezultatų įvertinimą. Kaip jau minėta,

fermentinės reakcijos eigą galima įvertinti suskaidytą substratą ar susidariusį

produktą. Mokiniams būtina lygiagrečiai atlikti ir kontrolinius eksperimentus, kad

įvertintų skalbimo priemonėse esančių papildomų medžiagų (detergentų) poveikį

substratui.

Vienas iš paprastų fermentų išgryninimo iš skalbimo priemonėse esančio mišinio –

imobilizavimas alginato kapsulėse (metodika pateikiama laboratoriniuose

darbuose K8, M12 ir toliau minimuose literatūros šaltiniuose). Tokiu būdu

kapsulėse bus „įkalinamos“ didelės fermentų molekulės, o mažamolekulinės

druskos ir detergentai galės lengviau difunduoti į tirpalą. Kapsules galima

suskaidyti kalcio jonus surišančiomis medžiagomis (EDTA tirpalu).

Papildomos tyrimo kryptys:

Aprašytoje tyrimo idėjoje siūloma mokiniams tirti parduotuvėse esančias skalbimo

priemones. Tačiau kūrybiškiems mokiniams galima pasiūlyti patiems sukurti efektyvią

biologinę valymo priemonę panaudojant aplinkoje esančias priemones bei ištirti jos

efektyvumą (arba palyginti su pramoninėmis priemonėmis). Fermentų šaltiniais gali būti

vaisiuose (kiviuose, ananasuose) esančios peptidazės arba kasoje bei vaistiniuose

preparatuose virškinimui esantys fermentų mišiniai. Mokiniai taip pat gali įvertinti

papildomų biologinės kilmės medžiagų įtaką nešvarumų šalinimui – tirti tulžies druskų,

citrinų sulčių poveikį.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Skalbimo priemonės kūrimas (angliškai):

http://www.ncbe.reading.ac.uk/NCBE/PROTOCOLS/PRACBIOTECH/PDF/wash.pdf

2. Peptidazinio aktyvumo įvertinimas naudojant želatiną (angliškai):

http://www.saasta.ac.za/biosciences/enzymes.html

3. Fermentinės skalbimo priemonės receptas (angliškai):

http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/detergent.html

4. Fermento aktyvumą apibrėžiančios konstantos:

http://www.google.lt/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ve

d=0CCYQFjAA&url=http%3A%2F%2Fututi.com%2Fsubject%2Fvgtu%2Ffmf%2Fbioch

eminiai_metodai%2Ffile%2F11640%2Fget&ei=VIzEUNDpNYnzsgbK-

4HICg&usg=AFQjCNHdBgbA3lFrO1L3cSU89kgRLnhoAg

5. Fermentų imobilizavimo alginato kapsulėse protokolas (angliškai):

http://www.eng.umd.edu/~nsw/ench485/lab7b.htm

6. Proteazės imobilizavimas alginato kapsulėse ir fermentinio aktyvumo tyrimas

(angliškai):

http://idosi.org/wasj/wasj7%2810%29/11.pdf

Tiriamojo darbo idėja:

4. Aplinkos mikroorganizmų augimo sąlygų tyrimas

Mikroorganizmai, supantys mus kiekviename žingsnyje, pasižymi didžiule formų ir

biocheminių reakcijų įvairove. Šių savybių atradimas ir pritaikymas yra vienas pagrindinių

biotechnologų veiklos krypčių. Mokiniai skatinami savo artimoje aplinkoje ieškoti ir išskirti

akimi nematomus organizmus, tirti jų ypatybes ir modeliuoti sąlygas, kurias pritaikius šie

organizmai galėtų būti naudingi žmogui.

Raktiniai žodžiai: mikroorganizmai, mikrobiologija, sterilios sąlygos, kultivavimas

Tikslas: išskirti iš aplinkos mikroorganizmo kultūrą ir nustatyti optimalias jos augimo

sąlygas bei galimą pritaikymą.

Integraciniai ryšiai:

Įvairios sudėties ir koncentracijos terpių ruošimas yra svarbus darbo chemijos

laboratorijoje gebėjimas. Mokiniai turi parinkti fizikinius aplinkos veiksnius ir gebėti juos

išmatuoti (įvertinti). Ieškant mikroorganizmų išplėstinėje aplinkoje galima tirti

geografiškai svarbių objektų biologinius komponentus.

Įvadas

Kasdien kiekvienas susiduriame su nesuskaičiuojamu kiekiu skirtingų rūšių ir savybių

mikroorganizmų. Visuomenei mikrobus plačiąja prasme pirmiausia priimant kaip ligas

sukeliančius agentus, užmirštama didžiulė jų nauda biotechnologiniuose procesuose.

Pradedant fermentacijos procesais, bakterijos ir mikroskopiniai grybai tūkstančius metų

žmonijai buvo pagalbininkai ruošiant maistą ir kituose buitiniuose darbuose. Tobulėjant

technologijoms, šiuolaikinėje buityje ir medicinoje nebeapsieinama be rekombinantinių

baltymų, pasižyminčių įvairiomis savybėmis. Šie gyvieji organizmai nepamainomi

moksliniuose tyrimuose aiškinantis gyvybės paslaptis.

Mikroorganizmais vadinamų gyvybės formų yra visose sistematinėse grupėse. Geriausiai

žinomi prokariotiniai organizmai – bakterijos ir ekstremaliose sąlygose gyvenančios

arhėjos. Eukariotams priskiriami mikroskopiniai grybai, vienaląsčiai dumbliai, pirmuonys,

yra net ir gyvūnų (kirmėlių, erkučių). Griežto mikroorganizmų apibrėžimo nėra, todėl

bendru sutarimu tokiais organizmais laikomi plika akimi nematomos gyvybės formos. Jų

įvairovė ir gausumas mūsų aplinkoje nustebins kiekvieną smalsų mokinį, kurie turi būti

skatinami pažinti ir įžvelgti jų pritaikymo galimybes.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Kokie mikroorganizmai gyvena mūsų aplinkoje, burnoje?

- Kokių sąlygų reikia mikroorganizmo gyvenimui?

- Kokioms sąlygoms atsparūs mikroorganizmai?

- Kokiomis savybėmis pasižymi mikroorganizmas?

Tyrimo veiklos variacijos:

Tiriamosios veiklos pagrindą sudaro mikroorganizmo ar jų grupės augimo (dauginimosi)

sąlygų tyrimas. Loginę eigą galima būtų apibrėžti keliais etapais:

- Mikroorganizmo išskyrimas.

Tradicinis išskyrimo būdas paremtas kolonijas formuojančių organizmų auginimu

Petri lėkštelėje su pilna mitybine terpe. Iš aplinkos tokie kolonijas formuojantys

organizmai gali būti surinkti sterilia lazdele (tam tinka greitpuodyje išsterilinti

parduotuvėse parduodami ausų krapštukai). Surinktas mėginys steriliai

perkeliamas ant agarizuotos mitybinės terpės, kurioje yra anglies (gliukozė) ir

baltymų šaltinis. Geriausiai tam tinka plačiai mikrobiologiniuose tyrimuose

naudojama LB (Luria broth) terpė su 2% agaro, suteikiančio terpei standumo.

(išsamiai apie agarizuotų lėkštelių paruošimą – laboratorinis darbas M14). Lėkštelė

auginama 37°C iki išryškėja mikroorganizmų kolonijos. Skirtingi organizmai

dalinasi skirtingais greičiais, todėl lėkštelėje ilgainiui išryškėja vis daugiau skirtingų

kolonijų. Pavienes kolonijas būtina perkelti į naują sterilią lėkštelę, iš jos

mikroorganizmo kultūrai užaugus galima persėti į skystą LB terpę, tirti augimą

skirtingose sąlygose ir aplinkose.

Neturint LB terpės galima apsieiti ir su buitinėmis priemonėmis: mokiniai gali tirti ir

ieškoti geriausios terpės sudėties. Kaip jau minėta, terpėje būtinas anglies šaltinis –

tai gali būti lengviausiai skaidoma gliukozė, taip pat kiti sacharidai, glicerolis.

Baltymų (arba aminorūgščių) mišinys yra būtinas kaip azoto šaltinis. Tam puikiai

tinka sterilintos (termiškai apdorojant baltymai skyla ir yra lengviau pasisavinami)

baltymų turinčios medžiagos: buljonas, pieno produktai, mėsa, net vaisių išskyros.

Agaras yra iš dumblių išskiriamas atsparus skaidymui polisacharidas, suteikiantis

terpei standumo. Jį galima pakeisti želatina, tačiau ji apdorojama termiškai

(sterilinama) ženkliai skyla. Nereikia pamiršti, jog želatina yra savaime puikus

baltymų šaltinis.

Auginimas lėkštelėje yra tinkamas aerobiniams organizmams. Norint išskirti

mikroorganizmus, kuriems deguonis yra kenksmingas (obligatoriniai anaerobai),

būtina mėginį perkelti į sumažinto deguonies kiekio aplinka – steriliame

mėgintuvėlyje užpylus apie 3-4 cm agarizuotos terpės ir šiai sustingus, pagaliuku ji

yra perbedama. Deguonies netoleruojančios kolonijos formuosis susidariusios

skylės apačioje ir per skaidrią terpę jos bus matomos.

Norint išskirti termofilinius ar kitus ekstremofilinius prokariotus, lėkštelę reikia

auginti kuo artimesnėmis mėginio paėmimo vietai sąlygomis. Termofilai

dažniausiai kultivuojami 60°C temperatūroje, o druskingoje aplinkoje gyvenančios

organizmus patartina auginti ant terpės su papildomu druskos kiekiu.

- Mikroorganizmo kultūros optimalaus augimo sąlygų tyrimas.

Išskirtas ir izoliuotas kultūras galima auginti skirtingomis sąlygomis, jog išsiaiškinti

optimalią temperatūrą, terpės sudėtį ar kitus fizinius veiksnius, kurie lemia

intensyviausią dauginimąsi. Veiksnius mokiniai skatinami pasirinkti patys, įvertinti

jų aktualumą ir pritaikomumą kultūros kultivavimui. Nesunku sudaryti skirtingas

mitybinės terpės sudėtį (keičiant jonų, anglies šaltinio, kitų medžiagų

koncentracijas), pH, aeraciją, terpės maišymą (skystos terpės purtymo dažnumą,

intensyvumą). Mikroorganizmų kultūros tankis auginant juos skystoje terpėje

paprasčiausiai nustatomas įvertinus jos optinį tankį (bakterijoms ir mielėms – 600

nm bangos ilgio), tačiau neturint tam reikalingos įrangos galimi alternatyvūs

mažiau tikslūs matavimo metodai. Mažas fiksuotas skystos kultūros tūris gali būti

išsėjamas ant kietos terpės ir suskaičiuojamos susiformavusios kolonijos. Įvertinus

bendrą skystos kultūros tūrį ir faktą, jog koloniją formuoja vienas organizmas,

galima apskaičiuoti bendrą pradinėje kultūroje buvusį (vienaląsčių) organizmų

skaičių. Kitas variantas – vienos, atskaitinės kultūros praskiedimas į tokius pačius

mėgintuvėlius ir mėginių optinio tankio nustatymas palyginant su skirtingais

pradinės kultūros skiedimais. Tokiu atveju gaunami santykiniai optiniai tankiai.

Didesnių (eukariotinių) mikroorganizmų kiekis gali būti įvertintas skaičiuojant

ląsteles mikroskopu.

Mokiniai skatinami gautus rezultatus analizuoti grafiškai, apjungti vieno veiksnio

tyrimų rezultatus į bendrą visumą.

- Mikroorganizmo atsparumo veiksniams tyrimas.

Ši tyrimo dalis gali būti panaudota išsiaiškinant, kokios papildomos medžiagos ar

veiksniai trukdo kultūros augimui optimaliose sąlygose. Iš tokių veiksnių galima

paminėti metalo jonus, karščio bangas (mėginiai trumpam pašildomi), šviesą,

aeraciją. Analogiškai galima nustatyti, kokius ekstremalius veiksnius atlaiko

organizmai: kokią aukščiausią/žemiausią temperatūrą, mikrobangas, oksidatorių

(dezinfekcijos priemonių) koncentracijas. Po poveikio kultūra turi būti auginama

optimaliose sąlygose, jog būtų galima įvertinti, kokiu lygiu buvo pažeista kultūra.

Šio tyrimo esmė yra nustatyti, kokiais veiksniais galima atlikti dezinfekciją.

- Mikroorganizmo savybių tyrimas.

Mikroorganizmų identifikavimas yra sudėtingas procesas, kurio eigoje reikia

įvertinti morfologinius ir biocheminius kultūros ypatumus bei atlikti molekulinius

tyrimus. Visų tam reikalingų priemonių mokyklos aplinkoje nėra, todėl mokiniai

gali aprašyti gautų mikroorganizmų kolonijos morfologiją ir pavienių ląstelių

charakteristikas (mikroskopuojant). Mokykloje galima atlikti paprastus

biocheminius tyrimus (pvz., veikiant peroksidu įvertinamas katalazės aktyvumas).

Tiriant bakterijas, patartina jas nudažyti Gramo būdu ar kitais katijoniniais ar

anijoniniais dažais. Mikroorganizmai augdami į aplinką išskiria tam tikras

medžiagas, kurios gali būti vertingos biotechnologiniu atžvilgiu (pieno rūgštis,

etanolis, kt.), todėl verta patyrinėti kokios didžiausios koncentracijos tokių

medžiagų gali būti nekenksmingos organizmams. Tai tiesiogiai susiję su praktiniu

jų panaudojimu. Turint galimybę galima atlikti kolonijos PGR analizę, tam

reikalingi specifinių pradmenų pora, DNR polimerazė, termocikleris, medžiagos

elektroforezei.

Išplėstinis tyrimas apjungtų ir išskirtų mikroorganizmų pritaikymą. Mokiniai skatinami

analizuojant nustatytas organizmo savybes modeliuoti jo pritaikymo galimybes. Tokia

kūrybinė veikla turi apjungti ir integruoti kitas sferas – technologijas, socialinius mokslus.

Papildomos tyrimo kryptys:

Mokiniai gali ne tik ieškoti mikroorganizmų, bet taip pat žinomoms ir identifikuotoms

rūšims ieškoti alternatyvių ir netikėtų pritaikymo būdų. Mikroorganizmai gali formuoti

bioplėveles, iš terpės absorbuoti ir kaupti metalų jonus ar skaidyti medžiagas. Pastaroji

savybė leidžia ieškoti (bio)plastikus intensyviai skaidyti gebančių organizmų.

Mikroorganizmai gali būti ir ligų sukėlėjai, todėl svarbu įsitikinti, jog mokiniai tiria

nekenksmingus jų sveikatai organizmus. Saugiais darbui mokykloje gali būti laikomos

priede 1 minimos rūšys.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Vandens mikroorganizmų atpažinimo gidas (angliškai):

http://www.msnucleus.org/watersheds/mission/plankton.pdf

2. Dažymas Gramo būdu ir preparato mikroskopavimui paruošimas:

http://gamta.vdu.lt/bakalaurai/lab_darbai/mikro_biol/160mikro1.pdf

3. Mitybinės terpės naudojimo tikslą:

http://lt.wikipedia.org/wiki/Mitybos_terp%C4%97

4. Mikroorganizmų terpių sudėčių pavyzdžiai:

http://textbookofbacteriology.net/nutgro_3.html

5. Mikroorganizmų išskyrimas (angliškai):

http://www.splammo.net/bact102/102enrisol.html

6. Mikroorganizmų auginimas, kiekybinis įvertinimas (angliškai):

http://www2.raritanval.edu/departments/Science/full-

time/Weber/Microbiology%20Majors/Chapter6sub/Chapter6sub_print.html

7. Iš įvairių aplinkos sąlygų išskirti mikroorganizmai (video, angliškai):

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=6-chXVgu8Z0

Tiriamojo darbo idėja:

5. Dumblių auginimo sąlygų tyrimas

Tyrimo metu modeliuojant skirtingus fizikinius ir cheminius veiksnius, įtakojančius

mikroskopinių dumblių augimą, siekiama nustatyti optimalias biomasės augimo ir tikslinių

organinių medžiagų sintezės ląstelėse sąlygas. Skirtingais metodais išskirti triacilgliceridai

gali būti panaudoti biodyzelino gamybai, mokiniai turi galimybę įvertinti šio biokuro

degimo savitąją šilumą.

Raktiniai žodžiai: dumbliai, šviesa, bioreaktorius, biokuras, fotosintezė

Tikslas: nustatyti optimalias sąlygas biokurui tinkamų dumblių augimui

Integraciniai ryšiai:

Dumblių augimo sąlygų tyrimas apima biologinių žinių apie fotosintezės ir kitus ląstelinius

procesus taikymą. Fizikinių veiksnių tyrimo metu mokiniai turi galimybę išsamiau

susipažinti su šviesos spektrinėmis savybėmis, įvertinti skirtingų rūšių energijos kitimus.

Organinės chemijos kursui puikiai tinka triacilglicerolio transesterifikacijos proceso

tyrimas, bet to mokiniai modeliuoja anglies dvideginio gavybos procesą, neorganinių

makroelementų reikšmę fotosintetinančių mikroorganizmų augimui. Biokuro gamybos

procesas gali būti įvertinamas ekonominiu ir ekologiniais prožiūriais.

Įvadas

Didėjant atsinaujinančios energijos šaltinių poreikiui, kiekvienais metais didėja biomasės,

skirtos skirtingų biokuro rūšių gamybai. Vienas iš sparčiausiai tobulinamų sričių –

vienaląsčių dumblių auginimas ir iš jų išskirtų lipidų vertimas į biokurą. Augdami tam

tikromis sąlygomis, dumbliai geba sukaupti ženklias trigliceridų atsargas, kurios cheminio

proceso, vadinamo transesterifikacija, metu verčiamos į biodyzeliną. Dumblių auginimui

pakanka pagrindinių fotosintetinantiems organizmams būtinų sąlygų; šviesos, anglies

dioksido, bei svarbiausių neorganinių jonų (azoto, fosforo, kalio junginių). Moduliuojant

auginimo sąlygas galima sukurti efektyvią dumblių biomasės gamybos sistemą. Dumbliai

gali būti pritaikyti ir kitose srityse. Šie mikroorganizmai gali būti panaudojami maistui, dar

neseniai mokslininkai tobulino dumblių fotosinteze pagrįstos žmogaus išgyvenimo (maisto

ir apsirūpinimo deguonimi) kosmose sistemą.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Kokios sąlygos yra optimalios tam tikros rūšies dumblių augimui?

- Kokiomis sąlygomis auginamų dumblių ląstelėse susikaupia daugiausiai lipidų?

- Kokios dumblių rūšys sukaupia daugiau lipidų ar kitų medžiagų?

- Kokia biodyzelino gamybos išeiga?

- Kokia yra ekonominis biodyzelino gamybos iš dumblių efektyvumas?

Tyrimo veiklos variacijos:

Tyrimo pagrindą sudaro pasirinktų vienaląsčių fotosintetinančių dumblių kultūros augimo

sąlygų modeliavimas ir jų įtakos ne tik sausos biomasės kiekio susidarymui, bet ir

biocheminei jos sudėčiai, kuri labai svarbi tolimesniam panaudojimui. Nuo to, kokios

medžiagos bus kaupiamos augimo metu, labai priklauso, kur bus galima panaudoti

biomasę.

Dumblių, kaip fotosintetinančių mikroorganizmų, augimui reikalingos kelios pagrindinės

fizikinės ir cheminės sąlygos:

- Šviesos energija. Fotosintezės procesui reikalingos šviesos šaltinių tyrimas yra

puikus fizikos žinių apie šviesos savybes pritaikymas. Taikant šviesos filtrus

tiesioginei saulės šviesai mokiniai gali netiesiogiai įvertinti spektro sritis, labiausiai

įtakojančias mikroorganizmų augimą. Kontroliuojamo šviesos intensyvumo šaltinių

naudojimas yra labiau rekomenduojamas, nes tokiu būdu galima eksperimentą

atkartoti. Tokiais šaltiniais gali būti įvairios lempos, mokiniai gali lyginti energijos

formų (elektros-šviesos-cheminės) kitimo efektyvumą ir energijos nuostolius

procese. Tai puikus natūralios ekosistemos procesų modeliavimas ir tyrimas. Siaurą

spektrinę sritį skleidžiantys spalvoti LED šaltiniai puikiai tinka šiam tyrimui dėl

ganėtinai mažų išlaidų elektros energijai ir realaus pritaikymo didesniam dumblių

biomasės kiekio auginimui kontroliuojamo apšvietimo sąlygomis. Mokiniams

siūloma įvertinti optimalų apšvietimo intensyvumą ir trukmę. Reikia atkreipti

dėmesį į tai, jog kaitrinės (ir fluorescentinės) lempos didžiąją energijos dalį verčia į

šilumą. Per arti augimo terpės esantys tokie šaltiniai gali ženkliai padidinti

temperatūrą ir būti kenksmingi augimui ir fotosintezei.

Mokiniai puikiai gali integruoti geografijos žinias ir duomenis apie Lietuvos

skirtingų vietovių statistinį apšviestumą ir paskaičiuoti energetinę dumblių

biomasės auginimo naudą. Remiantis literatūroje pateikiamais (ar tyrimo metu

gautais) biodyzelino išeigos iš biomasės duomenimis, mokiniams galima pasiūlyti

palyginti tiesioginio elektros energijos gamybos saulės baterijomis ir tiriamo

energijos gavybos būdo iš dumblių efektyvumus konkrečiam Lietuvos regionui. Ši

veikla gali išsivystyti į plataus masto projektą, aktyviai įtraukiant dailės mokytojus,

kurie galėtų skatinti mokinius kurti estetiškai patrauklius dumblių auginimui skirtus

indus (minibioreaktorius).

- Makroelementai. Augimo terpėje turi būti pakankamas cheminių elementų kiekis,

kuris užtikrintų mikroorganizmų augimo metu būtinų biomolekulių sintezės

intensyvumą. Naudojant vandenį iš natūralių šaltinių, jame dažny atveju yra

užtektinai mikroelementų, bet azoto, fosforo ir kalio turinčių junginių intensyviai

augančiai kultūrai tikrai neužteks. Užtikrinti dumblių augimą galima naudojant

augalinių kultūrų trąšas (vadinamuosius NKP kompleksus), tačiau papildomai

rekomenduojama mišinį praturtinti ir papildomu įvairių mikroelementų kiekiu. Tai

paprasta padaryti naudojant gerai iškaitintą dirvožemį, kurį ištirpinus ir

pakartotinai autoklavavus (jog nebūtų dumblių kultūros užkrėtimo kitais

mikroorganizmais) galima naudoti įvairiais praskiedimais. Vietoj dirvožemio

galima panaudoti ir dumblių biomasės kietąsias atliekas, kurias būtina taip pat

termiškai apdoroti, jog suirtų kuo daugiau organinių junginių, galinčių riboti

dumblių augimą.

- Anglies dioksidas. Fotosintezės procesui reikalingas anglies dioksidas gali būti

tiekiamas į augimo terpę keliais būdais. Patogiausia kontroliuojamą kiekį tiekti

tirpaus karbonato pavidalu. Tokiu atveju būtina kontroliuoti terpės pH. Kitas būdas

– tiesiogiai per žarnelę į augimo terpę burbuliuoti anglies dvideginį. Tam patogu

naudoti akvariuminį oro kompresorių, įdėtą į gausesnio CO2 kiekio indą. Šis

metodas užtikrins ir pakankamą tiekiamų dujų sterilumą, be to, galima kontroliuoti

tiekiamo oro srauto kiekį. Idealiu atveju anglies dvideginio šaltiniu gali tapti

deginamas iškastinis kuras – toks proceso modeliavimas yra tiesioginis ekologiškos

biotechnologijos pavyzdys.

- Kiti abiotiniai veiksniai. Augančiai dumblių kultūrai būtina užtikrinti optimalias

terpės savybes: pH, maišymą, temperatūrą. Šiuos veiksnius nesunku kontroliuoti,

bet jie gali ženkliai keisti biomasės išeigą.

Tyrimo eigos metu biomasės išeigą galima įvertinti keliais būdais. Turint pakankamą kiekį,

patogiausia sausą biomasę pasverti ir įvertinti jos tankį atsižvelgiant į augimo terpės tūrį.

Augimo metu mažesnius kiekius patogu įvertinti spektrofotometriškai matuojant optinį

tankį (arba susidaryti ataskaitinę skalę ant skaidruolės atsispausdinant spalvos

intensyvumo etaloną ir kultūros tankį matuoti sutartiniais palyginamaisiais vienetais).

Ypatingai tikslus matavimo būdas – praskiestos kultūros ląstelių skaičiaus skaičiavimas.

Tam naudojamos specialūs citometrai – stiklinės plokštelės su specialiais, kvadratais

sugraduotais šulinėliais. Jie yra žinomo storio, todėl mikroskopu suskaičiavus kvadrate

esančias ląsteles ir žinant tūrį, galima apskaičiuoti bendrą ląstelių skaičių augimo terpėje.

Išplečiant mokinių veiklą, tyrimą rekomenduojama išplėsti praktiškai panaudojant

užaugintą biomasę. Kelios pagrindinės dumblių panaudojimo sritys sukoncentruotos į

biodyzelino ir maisto pramonę. Kūrybiškas šių fotosintetinančių mikroorganizmų

pritaikymas gali būti pagrįstas bioorganinių molekulių panaudojimu arba organizmų

biocheminėmis savybėmis. Biomasės tiesioginio panaudojimo maistui pavyzdžių jau yra

rinkoje, pvz. melsvadumblių Arthrospira sp. preparatų, geriau žinomų kaip Spirulina.

Šiuose mikroorganizmuose yra iki 60% baltymų, kuriuose yra ir nepakeičiamųjų

aminorūgščių. Todėl tai yra puikus gyvulinių baltymų pakaitalas, organizmą aprūpinantis

ir gausybe vitaminų. Mokiniai gali pabandyti įvertinti skirtingų rūšių dumblių maistines

savybes, taip pat, kaip jos keičiasi mikroorganizmus auginant skirtingose sąlygose.

Maistinių savybių nustatymui reikalinga sausa biomasė, kurią galima gauti džiovinant

plonais sluoksniais neaukštoje temperatūroje, jog nesuskiltų temperatūrai neatsparios

molekulės. Dumblių biomasė gali tapti ir puikia trąša augalų auginimui, tik būtina įvertinti,

ar patys mikroorganizmai nebus kenksmingi. Norint išvengti šios problemos galima

biomasę autoklavuoti – mitybinės medžiagos gali suskilti ir pakisti, tačiau augalams svarbi

sukaupta elementinė sudėtis nepakis.

Pagrindinė dumblių biomasės panaudojimo sritis šiuo metu yra biokuro gamyba.

Biodyzelinui gaminti naudojamų trigliceridų šaltiniai pasaulyje yra tradicinės aliejinės

kultūros – rapsai ir soja. Įvertinant produkcijos efektyvumą (biodyzelino kiekio išeiga

auginamos kultūros plotui), dumbliai yra iki kelių šimtų kartų daugiau biodyzelino

produkuojanti kultūra. Lipidų sintezė dumbliuose labai priklauso nuo auginimo sąlygų, bet

to, skirtingi ląstelių ardymo metodai atpalaiduoja skirtingą kiekį trigliceridų.

Norint išskirti susintetintus lipidus, užaugintos biomasės ląsteles reikia surinkti

centrifuguojant arba filtruojant, po to jos džiovinamos. Paspartinti šį procesą galima

nusodintą biomasę džiovinant plonu sluoksniu. Ląsteles ardyti galima keliais metodais:

fermentiniu, mechaniniu, cheminiu. Daugumos dumblių ląsteles sudaro celiuliozinė

sienelė, kurią galima suardyti naudojant celiuliazės tirpalą. Susidariusius protoplastus

lengva suardyti osmosiniu šoku. Naudojant mechaninį būdą, ląsteles reikia sumalti ar

sutrinti. Suardžius sausą biomasę, išsiskyrę lipidai sudaro atskirą sluoksnį virš vandens

fazės, todėl gali būti atskirti dalinamuoju piltuvu. Tačiau efektyviausia derinti mechaninį

ląstelių ardymą ir cheminę ekstrakciją heksanu. Šiame nepoliniame tirpiklyje puikiai

tirpstančius lipidus galima atskirti mišinį francionavus, arba, naudojant labai nedidelius

heksano kiekius, šią organinę medžiagą nugarinus. Šiuos procesus būtina atlikti traukos

spintoje. Ekstrakcijai galima naudoti ir kitus nepolinius tirpiklius (benzenas,

tetrachlormetanas), tačiau dėl didesnio toksiškumo veiklai mokyklose jie yra netinkami.

Atskirtų lipidų vertimas į biodyzeliną atliekamas transesterifikuojant metanoatu. Išsami

procedūra aprašyti laboratoriniame darbe K15 „Biodyzelino gaminimas“. Šiai reakcijai,

iliustruojant procesą, galima naudoti ir kitus alkoholio ir šarmo mišinius. Turint galimybes

rekomenduotina įvertinti atliktų reakcijų išeigą mišinio molekules frakcionuojant

plonasluoksnės chromatografijos metodu. Cheminės reakcijos metu susidaro mažesnės nei

pradinis triacilglicerolis molekulinės masės esteriai, kurie yra judresni paviršiumi.

Susidariusius esterius verta įvertinti jų savitosios degimo šilumos atžvilgiu, kuris atskleidžia

jų, kaip kuro šaltinių, savybes. Tai puikus ir nesudėtingas praktinis užsiėmimas gilinant

fizikos žinias. Gautus duomenis apie susintetintą biodyzeliną reikėtų palyginti su

pramoninių procesų savikaina, ir, integruojant ekonomikos žinias, pasiūlyti tokio kuro

naudojimo plėtros galimybes. Jau vien įvertinus pagaminto biodyzelino išeigą ir jo degimo

metu išsiskiriančio anglies dioksido kiekius, galima prognozuoti, kaip toks procesas leistų

sumažinti klimato kaitą.

Nereikia pamiršti, jog biodyzelino gamybos proceso metu, ardant biomasę, susidaro

kietosios atliekos. Jas puikiai galima panaudoti kaip polisacharidų (celiuliozės ir krakmolo)

šaltinį kito tipo biokuro – etanolio – gamybai. Plačiau šis procesas aprašytas tiriamojo

darbo idėjos „Etanolio gamybos iš popieriaus tyrimas“ tekste. Biotechnologinio proceso

metu susintetintą alkoholį distiliavus ir sukoncentravus, bei cheminiais metodais

(bevandeniu kalcio chloridu ar kita higroskopine medžiaga) pašalinus likusį vandenį,

alkoholį galima panaudoti transesterifikacijai. Tokiu būdu būtų gautas vien

biotechnologiniais procesais susintetintas biokuras. Mokiniams ši veikla, nepaisant mažos

išeigos, turi didelę edukacinę reikšmę pademonstruojant nepriklausomybę nuo iškastinio

kuro.

Papildomos tyrimo kryptys:

Dumblių panaudojimo sritys apima ne tik aukščiau minėtus variantus, bet juos galima

tiesiogiai pritaikyti biologinio valymo įrenginiuose, deguonies gamybos sistemose. Jie,

ypač imobilizuoti alginato kapsulėse, puikiai tinka matuoti fotosintezės intensyvumui.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Išsami prezentacija apie dumblių auginimą (angliškai):

http://www.vsjf.org/assets/files/VBI/Ihab%20Farag_NE%20Algae%20and%20Ener

gy_Presentation.pdf

2. Dumblių auginimui reikalingos sąlygos (angliškai):

http://www.wikihow.com/Grow-Algae

3. Biodyzelino gamybos proceso aprašas (angliškai):

http://www.home-made-biodiesel.com/biodiesel-production-

process.html#.UL2zPoPFV4A

4. Dumblių imobilizavimas alginato kapsulėse ir jų vykdomos fotosintezės tyrimas

(angliškai):

http://www.ncbe.reading.ac.uk/ncbe/materials/METABOLISM/PDF/PhotosynthSG.

pdf

5. Alginato kapsulėse imobilizuotų dumblių vykdomos fotosintezės tyrimas

(angliškai):

http://www.nuffieldfoundation.org/practical-biology/investigating-

photosynthesis-using-immobilised-algae

6. Imobilizuotų dumblių pritaikymo pavyzdžiai (angliškai):

http://www.fspublishers.org/ijab/past-issues/IJABVOL_9_NO_1/43.pdf

Tiriamojo darbo idėja:

6. Biologinės kilmės repelentų tyrimas

Vos atšilus orams pabunda kandantys, geliantys, kraują siurbiantys ir žmonių maistu

mintantys vabzdžiai. Jie platina įvairias ligas, kai kuriose pasaulio vietose kiekvienais

metais nusinešančias tūkstančius gyvybių. Nedraugiškų parazitų problemai spręsti rinka

siūlo gausybę repelentų – medžiagų, kurios atbaido vabzdžius. Skirtingos medžiagos

pasižymi skirtingais poveikiais ir yra nukreiptos prieš skirtingus organizmus. Mokiniams

siūloma ištirti, natūralių repelentų poveikį ir palyginti jį su komercinėmis priemonėmis

vabzdžiams atbaidyti.

Raktiniai žodžiai: repelentai, vabzdžiai

Tikslas: ištirti, kokie repelentai efektyviausiai veikia tam tikrus vabzdžius, patikrinti

biologinės kilmės repelentų poveikio stiprumą ir trukmę bei palyginti su komerciniais

preparatais.

Integraciniai ryšiai:

Mokiniai tirdami biologinės kilmės repelentus susipažįsta su augalų ir vabzdžių fiziologija.

Priemonės vabzdžiams atbaidyti populiarios, ypač karštuoju metų laiku, todėl svarbu

įvertinti jų įtaką ekologijai bei žmogaus sveikatai.

Įvadas

Siekiant atsikratyti įvairių vabzdžių galima elgtis dvejopai – juos sunaikinti arba nubaidyti

nuo dominančio objekto. Pirmajam tikslui pasiekti naudojami insekticidai, o antruoju

atveju į pagalbą pasitelkiami repelentai. Insekticidais piktnaudžiauti nenorima dėl kelių

priežasčių, iš kurių svarbiausia yra baimė dėl grėsmės žmonių sveikatai bei naudingų

vabzdžių, tokių kaip bitės, populiacijoms. Dėl to repelentai laikomi geresne alternatyva,

ypač dažnesniam naudojimui. Repelentai gali būti cheminės bei biologinės kilmės. Nuo to

priklauso jų veikimo efektyvumas, kai kuriais atvejais veikimo mechanizmas (t.y. būdas,

kelias). Didėjant visuomenės susirūpinimui žmogaus sveikata, natūralumu bei ekologija

dažnai susimastoma, ar saugūs ir sveiki produktai parduodami vaistinėse ir prekybos

centruose. Ne išimtis ir prekės, skirtos parazitams ir kenkėjams atbaidyti. Mokiniams

siūloma patiems ištirti, kokios biologinės kilmės medžiagos veikia kaip repelentai, kiek jos

yra efektyvios ir pasidomėti, ar suagu jas naudoti. Galbūt atrasite, ką nors itin efektyvaus

ir daugiau nebepirksite repelentų parduotuvėse, o gal patys galėsite savo atradimą

pasiūlyti kenkėjus atbaidančių priemonių gamintojams.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai:

- Kokios medžiagos gali veikti kaip repelentai?

- Kokiomis sąlygomis repelento veikimas yra efektyviausias?

6.1 pav. Skruzdėlių elgsena repelentui esant ir ne.

- Ar būtų galima panaudoti biologinį repelentą komerciškai? Atkreipti dėmesį į

natūralių vabzdžius atbaidančių preparatų trūkumus.

- Ar galima paaiškinti, koks konkrečių repelentų veikimo mechanizmas?

Tyrimo veiklos variacijos:

Natūralūs repelentai – viena iš alternatyvų komerciniams preparatams, kurie dažnai kelia

susirūpinimą dėl galimų šalutinių poveikių. Kadangi repelentų veiksmingumas pasižymi

individualumu priklausomai nuo organizmo rūšies, norint išsirinkti efektyviausiai

veikiančias medžiagas reikia atlikti nuodugnų tyrimą. Siekiant užtikrinti eksperimento

sklandumą svarbu iš anksto pasirinkti:

- Tiriamus objektus. Prieš eksperimentą svarbu gerai išsirinkti su kokiais

organizmais bus bandomi natūralūs ir sintetiniai repelentai. Tuo tikslu naudinga

būtų pasirinkti skruzdėles ar vaisines museles, dėl jų prieinamumo ir komercinių

preparatų įvairovės. Taip pat tiriant skruzdėles ar bet kokį kitą organizmą galima

repelentų pasirinkimą grįsti visuomenėje egzistuojančiais mitais ir metodais. Būdų,

kaip galima

išvaryt,

pavyzdžiui,

skruzdėles iš savo

sodo ar namų yra

daug ir įvairių

(žiūrėti į

literatūros

nuorodas).

- Repelentus.

Pagrindiniai šių

medžiagų šaltiniai

yra augalinės

kilmės

(pasvarstykite,

kodėl).

Paprasčiausias būdas išsirinkti tyrimui naudojamus natūralius repelentus (augalus)

yra skaitant komercinių preparatų etiketes, jų sudedamąsias dalis. Kadangi

daugelis tokių medžiagų yra lakios, gana paprasta pasidaryti jų ekstraktą – tiesiog

sutrinti reikiamus augalus ir užpylus spiritiniu tirpalu (arba riebalais) palaikyti

kelias dienas. Tokiu būdų gautus augalinius ekstraktus galima lyginti su tiesiog

homogenizuotais (sutrintais ar labai gerai susmulkintais) augalais ir tirti, ar

ekstraktas pasižymi stipresnėmis repelentinėmis savybėmis, ar ne. Taip pat

siekiant parodyti, jog repelentai yra lakios medžiagos galima tirti džiovintų ir

šviežių augalų veikimą. Tam, kad tyrimas būtų išsamesnis, patartina į jį įtraukti ir

komercinius repelentus. Parduotuvėse ar vaistinėse siūlomi preparatai taip pat

būna skirtingi – vienų sudėtyje yra tik natūralūs augalų ar kitokie ekstraktai, o į

kitų sudėty įeina chemiškai susintetintos medžiagos, tokios kaip DEET

(kraujasiurbių vabzdžių repelentas). Pasidomėkite, kokios tai medžiagos, tuo pačiu

principu ištirkite, kaip jos veikia.

- Tyrimo metodą. Tiriant biologinius repelentus galima naudotis keliais būdais.

Vienas iš jų - statistiškai įvertinti ar organizmai (skruzdėlės, muselės) juda nuo ar

link bandomų medžiagų (tuo tikslu galima naudoti permatomą dėžutę su

skirtingais skyriais). Kitas būdas yra tirti organizmų maisto pasirinkimą – kurį

labiau vartoja – su repelentais ar be jų. Tiriant skruzdėles, galima aplink vieną

individą apibrėžti ratą su tam tikrais repelentais ir stebėti jų elgseną – ar skruzdė

bėga iš tokio rato, ar ne, taip pat galima įvertinti kiek laiko trunka tam tikros

medžiagos poveikis (plačiau apie tai skaitykite pirmoje nuorodoje ).

Papildomos tyrimo kryptys:

Galima siūlyti mokiniams lyginti natūralių ir komercinių repelentų veikimą ir efektyvumą.

Taip pat norint išplėsti darbą, galima pasidomėti, ar tokiu pat principu veikia repelentai

skirti gyvūnams, pavyzdžiui, kates, šunis ar laukinius gyvūnus atbaidančios medžiagos.

Mokiniai turėtų būti skatinami patys susiplanuoti tokį eksperimentą.

Vertėtų nepamirši kritiškai vertinti repelentinių preparatų vartojimą, įžvelgti ir naudą, ir

pavojų.

Dar viena galima tyrimo kryptis – elektrinės priemonės kenkėjams atbaidyti. Ką apie jas

žinote? Pasidomėkite jų veikimo principu, efektyvumu, galima nauda ar žala.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Paprasto eksperimento planas, kaip tirti natūralius repelentus skirtus skruzdėms

(angliškai): http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=bring-science-

home-ant-solution

2. Natūralūs uodų atraktantai ir repelentai (angliškai):

http://chemistry.about.com/cs/howthingswork/a/aa050503a.htm

3. Kaip pasigaminti įvairių natūralių repelentų (angliškai):

http://www.thedailygreen.com/environmental-news/latest/natural-insect-

repellents-460608

4. Patarimai kaip atsikratyti įvairių vabzdžių (angliškai):

http://eartheasy.com/live_natpest_control.htm#a

5. Patarimas, kaip ekstrahuoti kvapiųjų citrinžolių eterinį aliejų (angliškai):

http://www.ehow.com/how_8572950_extract-citronella-oil.html

6. Patarimai kokius augalus sodinti kartu, siekiant atbaidyti kenkėjus (angliškai):

http://www.asu.lt/nm/l-projektas/+Sodo_darzo/13.htm

7. Kaip pasigaminti natūralų repelentą katėms (angliškai):

http://www.ehow.com/how_4777686_make-own-natural-cat-repellant.html

8. Patarimai, kaip atsikratyti uodų, tarakonų, skruzdėlių, termitų ir panašių vabzdžių

(angliškai):

http://www.healthstatus.com/health_blog/acne-2/natural-insect-repellents/

9. Populiariausias cheminės kilmės kraujasiurbių vabzdžių repelentas (angliškai):

http://npic.orst.edu/factsheets/DEETgen.pdf

10. Apie repelentų naudojimo riziką (angliškai):

http://news.bbc.co.uk/2/hi/health/8182052.stm

Tiriamojo darbo idėja:

7. Etanolio gamyba iš popieriaus

Atsinaujinančios energetikos poreikis akcentuojamas ne tik aplinkosauginiu aspektu, bet

tampa aktualus ir energetinės nepriklausomybės siekiančioms valstybėms. Etanolis yra

vienas iš fermentacijos metu susidarančių produktų, kuris gali būti panaudotas kurui bei

organinei sintezei. Jo gamybos procesui reikalinga gliukozė gali būti gauta plačiai

paplitusių polisacharidų rūgštinės ar fermentinės hidrolizės metu. Todėl mokiniai gali

praktiškai išbandyti popieriaus ir maisto atliekas biocheminiais procesais paversti į

vertingą energijos šaltinį.

Raktiniai žodžiai: fermentacija, mielės, celiuliozė, neutralizacija, gliukozė, distiliacija

Tikslas: ištirti polisacharidų turinčių medžiagų biocheminio virsmo į etanolį sąlygas ir

nustatyti proceso išeigą bei ekonominį efektyvumą.

Integraciniai ryšiai:

Tyrimo metu mokiniai tirs cheminius organinių medžiagų virsmus, kiekybiškai įvertins

susidariusio etanolio koncentraciją titrimetriškai. Atsinaujinančios energijos šaltiniai yra

svarbūs ekologiniu ir ekonominiu aspektais, kurie gali būti modeliuojami matematiškai.

Mokiniai integruos žinias apie fotosintezę ir anglies ciklą ir šių procesų įtaką klimato kaitai.

Įvadas

Saulės šviesos panaudojimas žmonijos energetiniams poreikiams yra aktualus šiandienos

klausimas. Didžioji dalis šios atsinaujinančios energijos yra sukaupiama augaluose

polisacharidų forma. Jų pagrindas – monosacharidai, kurie biocheminio proceso,

vadinamo alkoholiniu rūgimu, metu verčiami į etanolį. Procesui reikalingi alkoholinį

rūgimą vykdantys mikroorganizmai, tam dažniausiai naudojamos mielės Saccharomyces

cerevisiae.

Tiesioginis augalinių šaltinių panaudojimas aprašytam procesui yra apsunkinamas dėl

papildomų medienoje esančių medžiagų. Lengviau iki gliukozės yra skaidomas krakmolas,

kurio gausu grūduose. Tačiau intensyvus grūdinių kultūrų (kviečių, kukurūzų) auginimas

biokurui ženkliai alina dirvą. Etanolio gamybai puikiai tinka popierius, kurio pagrindą

sudaro celiuliozė, monosacharidų šaltiniu fermentacijai gali būti krakmolingos atliekos

(daržovės). Toks atliekų panaudojimas gaminant energetinį kurą yra ne tik apsirūpinimo

atsinaujinančia energija būdas, bet ir viena iš gausaus buitinių atliekų kiekio mažinimo

galimybių. Tobulėjant technologijoms, kurui skirto bioetanolio gamyba per pastaruosius

10 metų pasaulyje išaugo 3 kartus.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Kokia etanolio išeiga iš buitinių atliekų?

- Kokias buitines atliekas galima naudoti etanolio gamybai?

- Kokios yra optimalios buitinių atliekų vertimo į etanolį sąlygos?

Tyrimo veiklos variacijos:

Pagrindinė tyrimo ašis – augalinės kilmės polizacharidų hidrolizė iki monomerų ir jų

fermentacija iki alkoholio (7.1. pav.) . Mokiniai yra skatinami įvertinti savo aplinkos atliekų

struktūrą ir jose išskirti bioetanolio gamybai tinkamus šaltinius. Tam gali būti sukurta net

speciali atliekų rūšiavimo akcija, kurios metu perdirbti netinkamos polisacharidų gausios

šiukšlės būtų panaudojamos, o ne išmetamos. Be buitinių krakmolingų (maisto) ir

popieriaus atliekų mokiniai gali tirti ir skirtingos rūšies medienos konversijos efektyvumą.

7.1. pav. Bioetanolio gamybos proceso tyrimo eigą apibendrinanti schema

Polisacharidų hidrolizės sąlygos priklauso nuo cukrų prigimties. Krakmolas nesunkiai

hidrolizuojasi net ir silpnai rūgštinėje terpėje, šildant. Šį procesą galima atlikti ir

fermentiniu būdu, naudojant amilazės fermentus, kurių yra virškinimą gerinančiuose

fermentiniuose preparatuose, arba skalbimo priemonėse. Pastarųjų naudojimas yra

nerekomenduotinas, nes skalbikliuose yra paviršinio aktyvumo medžiagų, kurios gali turėti

įtakos mielių vykdomiems biocheminiams procesams. Analogiškai (rūgštiniu ir fermentiniu

būdais) gali būti hidrolizuota ir celiuliozė. Tačiau šiam polimerui suskaidyti reikalingos

griežtesnės sąlygos.

Rūgštinė hidrolizė atliekama naudojant praskiestas rūgštis (mokiniai gali tirti, kokios

rūgštys ir kokios jų koncentracijos reikalingos efektyviai hidrolizei ir tirpale esantys jonai

nekenkia fermentacijos procesams). Pradiniu atveju rekomenduojama naudoti 5% sieros

rūgštį. Gerai reakcijai išeigai pasiekti mišinys turi būti kaitinamas. Apriboti energijos

sąnaudas gali būti panaudotas greitpuodis, kuriame mišinys kaitinamas kelias valandas.

Atvėsinus heterogeninis mišinys turi būti išskirstytas filtruojant, tokiu būdu kietose

nuosėdose likusios nesuskaidytos atliekos atskiriamos nuo tirpale ištirpusios gliukozės.

Fermentinė celiuliozės hidrolizė atliekama naudojant celiulazę, kurios galima įsigyti siloso

ruošimo mišinius gaminančiose įmonėse, jos yra kai kuriose skalbimo priemonėse. Tačiau

būtina nustatyti, ar tirpios naudojamų fermentinių priemonių medžiagos, likusios po

filtravimo, nekenks fermentacijos procesui.

Rūgštus hidrolizės metu susidaręs gliukozės tirpalas turi būti neutralizuotas iki tinkamos

fermentacijai terpės rūgštingumo (pH 5-7). Tai rekomenduojama atlikti naudojant pH

elektrodą arba pH tikrinant neutralizuojamo tirpalo mėginiuose, nes į visą tirpalą pridėtas

indikatorius gali turėti įtakos fermentacijai. Neutralizacijai galima naudoti įvairias bazines

medžiagas (pvz., KOH), o norinti pašalinti rūgšties anijonus – bazes, kurių katijonai sudaro

netirpias druskas (pvz., - fosforo rūgšties fosfatus nusodina kalcio jonai). Mokiniai gali

ištirti, kokios druskų koncentracijos yra nekenksmingos vėliau vykdomiems biocheminiams

procesams, nes susidariusį neutralizuotą tirpalą galima skiesti, o jei susidaro nuosėdos –

būtina filtruoti. Abu filtravimus (nuo netirpių atliekų ir nusodintų druskų) galima apjungti.

Į gautą gliukozės tirpalą reikia pridėti alkoholinį rūgimą atliekančių mikroorganizmų.

Paprasčiausia šią fermentaciją vykdyti su kepimo mielėmis (Saccharomyces cerevisiae),

kurių galima įsigyti bet kurioje maisto parduotuvėje. Mielių viduląstelinio kvėpavimo metu

iš gliukozės susidaro piruvatas, kuris, atskėlus CO2, virsta į etanolį. Šioje stadijoje gliukozės

tirpalas gali būti panaudotas ir kitokių organizmų mitybai, pavyzdžiui, pienarūgštės

bakterijos skaidydamos cukrus gamina laktatą (pieno rūgštį), kuri gali būti panaudota kitų

organinių medžiagų sintezei.

Priklausomai nuo fermentacijai naudojamo mikroorganizmo, etanolio gamybos stadijai

reikalingos sąlygos gali skirtis. Mielės alkoholinį rūgimą efektyviai vykdo esant 30°C

temperatūrai, bet mokiniams puiki užduotis įvertinti, kokioje temperatūroje reakcija yra

ekonomiškai efektyviausia (reikia atsižvelgti į išlaidas mišinio šildymui, jog procesas būtų

naudingas). Mokiniai gali tirti deguonies ir mišinio įtaką proceso įšeigai.

Susidaręs etanolio kiekis gali būti nustatytas keliais būdais. Vienas iš jų – cheminis mišinio

titravimas: etanolis oksiduojamas permanganato pertekliumi, kuris redukuojamas

žinomos koncentracijos sulfito tirpalu (sulfitu). Titravimui galima panaudoti etanolio

oksidaciją kalio dichromato tirpalo pertekliumi, kuris redukuojamas kalio jodidu.

Susidariusio jodo kiekį apskaičiuojame iš titravimo (naudojant krakmolo kleisterį) natrio

tiosulfato tirpalu. Įvertinti susidariusio alkoholio kiekį vandenyje galima įvertinti iš mišinio

tankio, tačiau tokį dvinarį mišinį galima gauti tik fermentacijos mišinį distiliavus. Taikant šį

metodą galima sukoncentruoti etanolį ir įvertinti jo išeigą. Galimas ir etanolio

koncentracijos įvertinimas panaudojant substratui specifinį fermentą (alkoholio

dehidrogenazę). Darbą puikiai iliustruotų proceso ekonominio naudingumo skaičiavimai.

Papildomos tyrimo kryptys:

Mokiniai etanolio gamybos proceso tyrimus gali išlėsti ir pagamintą etanolį panaudoti

acto rūgšties gamybai biotechnologiniu būdu su Acetobacter acetii ar kitomis acto rūgšties

bakterijomis. Šių mikroorganizmų gausu pernokusuose vaisiuose, jų plėvelė susidaro

fermentuotų silpnų alkoholinių gėrimų (sidro, alaus) paviršiuje.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Etanolio gamyba iš buitinių atliekų (angliškai):

http://lejpt.academicdirect.org/A13/001_011.pdf

2. Etanolio kiekio nustatymas kalio dichromatu (angliškai):

http://www.outreach.canterbury.ac.nz/chemistry/documents/ethanol.pdf

3. Etanolio gavimas iš bulvių (angliškai):

http://www.oulu.fi/resopt/wasmin/liimatainen2.pdf

4. Alkoholio, pagaminto iš celiuliozės, privalumai ir trūkumai (angliškai):

http://science.howstuffworks.com/environmental/green-tech/energy-

production/cellulosic-ethanol.htm

5. Etanolio gavimas naudojant imobilizuotas kepimo mieles (angliškai):

http://www.bbsrc.ac.uk/web/FILES/Resources/activity-1g-yeast-

fermentation.pdf

Tiriamojo darbo idėja:

8. Biologinės kilmės klijų ir jų valymo priemonių gamyba

Bioorganinės molekulės pasižymi įvairiomis mechaninėmis savybėmis, ir jų panaudojimas

praktiniams tikslams yra ekonomiškai ir ekologiškai svarbi mokslinė veikla. Mokiniams

siūloma išskirti biologinės kilmės medžiagą, pasižyminčią lipnumu ir ištirti sąlygas bei

galimybes medžiagą pritaikyti kaip klijus. Tyrimo eigoje įvertinus medžiagos klijuojamąją

gebą ir pritaikymą skirtingų paviršių stabiliam suklijavimui, siūloma įvertinti ir klijų

skaidymo, nekenkiant paviršiams, galimybę.

Raktiniai žodžiai: klijai, jungiamasis audinys, baltymai, polisacharidai, gleivės,

Tikslas: išskirti biologinės kilmės lipniąją medžiagą ir nustatyti jos lipnumą bei suskaidymo

sąlygas.

Integraciniai ryšiai:

Mokiniai tyrimo metu grynins lipnumu pasižyminčius organinius junginius ir nustatinės jų

savybes, susipažins su jų tirpumu ir kitomis savybėmis. Mechanikos žinių ir inžinerinių

gebėjimų reikalaus suklijuotų paviršių tarpusavio sukabinimo jėgos (klijų stiprumo)

įvertinimas.

Įvadas

Klasikiniai sausieji klijai yra gaminami iš gyvūninės kilmės baltymų, šių medžiagų gebėjimą

sujungti ir tvirtai laikyti paviršius sukabintus pastebėjo jau senais laikais, todėl kiaušiniai ir

kitokie baltymai buvo naudojami statybose, knygryšystėje, gaminant baldus. Organinės

sintezės galimybės pasiūlė sintetinius lakiuose tirpikliuose tirpius, plastikus primenančius

klijus, tačiau jų naudojimas yra ne tik aplinkai kenksmingas, bet dėl lakių ir erzinančių

organinių tirpiklių jie yra pavojingi sveikatai. Todėl stiprias lipniąsias savybes turinčių

junginių paieška vyksta ir tarp biologinių sistemų. Galimybė biotechnologiniais procesais

aprūpinti aplinkai saugiais ir puikiomis savybėmis pasižyminčiais klijais yra viena iš

šiuolaikinių pramoninės reikšmės tyrimų sričių.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Kokios sudėties medžiaga geba sulipdyti paviršius?

- Kokia tiriamų klijų paviršių sukabinimo jėga?

- Kokioms medžiagoms klijuoti yra tinkamos tiriamos medžiagos?

- Kokiais fermentais galima ištirpinti tiriamus klijus?

Tyrimo veiklos variacijos:

Mokiniai šio tyrimo metu yra skatinami tirti bioorganinių medžiagų lipnumą ir galimybę

tiesiogiai pritaikyti skirtingų medžiagų sulipinimui. Tyrimo proceso eigą galima suskirstyti į

kelis etapus:

- Lipniųjų medžiagų paieška ir išskyrimas. Baltyminių medžiagų lipnumą pastebėjo ir

naudojo jau senais laikais. Tai daugiausiai gyvulinės kilmės medžiagos, tačiau ir

augalai, turintys gausų baltymų kiekį, gali būti tyrimo objektas. Tradiciškai

naudojama kaulų ir odos jungiamajame audinyje esantys dalinai hidrolizuotas

kolagenas ir kiti jungiamojo audinio tarpląsteliniame audinyje esantys baltymai.

Pradinės žaliavos yra plaunamos vandenyje ir didinamos koncentracijos bazių

tirpale, jog būtų pašalinami nešvarumai ir iš dalies suardomi baltymai.

Neutralizavus mišinys ardomas ir tirpinamas termiškai (autoklavuojant). Iš

susidariusio skysčio pašalinamos netirpios liekanos, skystis koncentruojamas

nugarinant iki norimo tirštumo ar net kietumo klijuojančios medžiagos.

Analogiškai, rūgštimi pašalinus mineralines medžiagas, klijai ruošiami iš kaulinio

audinio. Todėl bendrai šį procesą galima apibendrinti kaip baltymų ištirpinimu ir

sukoncentravimu.

Klijams tinka įvairios baltyminės medžiagos, todėl jų pasirinkimas mokiniams yra

pirmasis labai svarbus tyrimo planavimo žingsnis. Lipniuosius junginius galima

skirti iš žuvų, kiaušinio, mėsos, pieno produktų, baltymus galima bandyti

koncentruoti iš ankštinių augalų.

Kita lipnumu pasižyminčių junginių grupė – polisacharidai. Puikiai žinomas

krakmolo panaudojimas tapetų klijuose, tačiau lipnumu pasižymi ir mažesnės

molekulinės masės medžiagos. Cukraus sirupas ar medus taip pat gali surišti

medžiagas, tokių savybių medžiagų galima ieškoti augaliniuose nektaruose. Kita

augalinių klijų grupė – dervos ir sakai.

Grybai ir kai kurie mikroorganizmai į aplinką išskiria gleivių pavidalo medžiagas,

kurios džiūdamos suriša paviršius. Kaip pavyzdys – bakterijos Caulobacter

crescentus sintetina sacharidą, kuris laikomas vienu iš stipriausių natūralių klijų.

Lašo tokios medžiagos užtenka išlaikyti kelių tonų masę. Lipniąsias medžiagas

išskiria ir įvairias apnašas drėgnose patalpose sukeliančios bakterijos.

- Medžiagų lipumo tyrimas. Skirtingos medžiagos gali skirtingumu stiprumu

sąveikauti su įvairiais paviršiais, todėl tiriamą medžiagą vertėtų ištirti klijuojant

bent kelias medžiagas. Suklijuotų paviršių sukibimo jėgą galima išmatuoti veikiant

išorine jėga. Paprasčiausiai tai padaryti dinanometru ar tiesiogiai didinant svorį,

kurį atlaiko sukabinti paviršiai. Kūrybiškas sukibimo jėgos matavimas yra puikus

mechanikos žinių ir gebėjimų pasitikrinimas bei inžinerinių gebėjimų ugdymas.

Lipdymo procesas taip pat turi reikšmės sukabinamų medžiagų tarpusavio

stiprumui. Būtina nustatyti, kiek, kokia jėga būtina veikti klijuojamus paviršius, kiek

sukibimą veikia aplinkos drėgmė.

- Klijų tirpdymo tyrimas. Suklijuotų paviršių atkabinimo galimybė yra puiki klijų

savybė, leidžianti nekenkiant lipdomiems paviršiams universaliai pritaikyti

medžiagos lipumo savybę. Žinant klijų medžiagos sudėtį galima pritaikant

skirtingus fermentus ištirpinti lipniąją medžiagą. Pavyzdžiui, baltyminės kilmės

klijams tirpinti puikiai tinka peptidazės iš vaisių (kiviai, ananasai), taip pat

fermentiniai mišiniai skalbimo priemonėse ar vaistuose. Polisacharidines

medžiagas gali skaidyti amilazinį aktyvumą turintys preperatai. Lipnioji medžiaga

gali būti paprasčiausiai tirpi vandenyje, ar suskaidyta silpnomis rūgštimis. Žinant

medžiagos atsparumo ribas galima siūlyti jos pritaikymo sritis.

Mokiniai tirdami lipniąsias medžiagas turi stebėti medžiagos gamybos temperatūrą ir

mišinio pH, nes biopolimerai gali hidrolizuotis į nelipnių junginių mišinius. Tiriamų

medžiagų savikainos įvertinimas taip pat turi atsispindėti tiriamojoje veikloje, tai leidžia

mokiniams išsiugdyti analitinio mąstymo gebėjimus ir kritiškai vertinti medžiagų

pritaikymą.

Papildomos tyrimo kryptys:

Aprašytas medžiagos savybės suklijuoti paviršius tyrimas gali būti keičiamas kitu

praktiškai naudingu biomolekulių savybių panaudojimu ir šios savybės keitimu. Pavyzdžiui,

įvairios kilmės vaškų išskyrimas iš gyvūninių ir augalinių šaltinių bei hidrofobinių paviršių

tyrimas. Bendrai šioje veikloje ypatingas dėmesys turi būti skirtas inžinerinių gebėjimų

ugdymui.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Gyvūninės kilmės klijų gamybos procesas (angliškai):

http://www.enotes.com/glue-66428-reference/glue

2. Klijų gaminimo iš pieno protokolas (angliškai):

http://chemistry.about.com/cs/howtos/ht/gluefrommilk.htm

3. Klijų gaminimo iš putplasčio protokolas (angliškai):

http://www.ehow.com/how_12097412_make-glue-recycled-styrofoam.html

4. Klijų gaminimo iš kukurūzų krakmolo ir acto protokolas (angliškai):

http://www.ehow.com/how_12088609_make-glue-cornstarch-vinegar.html

5. Klijų stiprumo įvertinimas (angliškai):

http://www.juliantrubin.com/encyclopedia/chemistry/adhesive_experiments.html

Tiriamojo darbo idėja:

9. Molekulių elektroforetinio judrio tyrimas

Biotechnologams tiriant įvairias medžiagas reikalinga sužinoti jų chemines ir fizikines

savybes, kurios leidžia daugiau išsiaiškinti apie jų biologines funkcijas ir technologinį

pritaikymą. Krūvį turinčios molekulės elektriniame lauke juda link priešingo krūvio

elektrodo, šia savybe paremtas molekulių frakcionavimas leidžia nustatyti jų krūvį ir dydį.

Raktiniai žodžiai: elektroforezė, buferinis tirpalas, elektroforetinis judris, molekulės krūvis

Tikslas: nustatyti tiriamos medžiagos molekulių krūvį elektroforezės metodu

Integraciniai ryšiai:

Mokiniai skatinami nustatyti fizikines cheminių junginių savybes naudojant elektrinį lauką.

Tyrimo metu reikalingos žinios ir gebėjimai apskaičiuoti buferinių tirpalų pH, nustatyti jų

chemines savybes. Nustatomos molekulių savybės gali būti pritaikytos biologinių struktūrų

vizualizacijai.

Įvadas

Mus supa gausybė molekulių, turinčių skirtingus dydžius, krūvius ir formas. Pažinti gyvybę

sudarančius molekulinius pagrindus yra ne tik įdomi, bet ir daugybę paslapčių atverianti

veikla. Tyrėjai šiais laikais naudoja daugybę metodų, jog išsiaiškintų molekulių fizikines ir

chemines savybes bei struktūrą. Vieni jų reikalauja ypatingos įrangos ir priemonių, kitus

metodus galima taikyti ir mokykloje vykdomo tiriamojo darbo metu. Vienas tokių metodų

– elektroforezė. Tai metodas biomolekulėms atskirti laidžiojoje terpėje panaudojant jų

skirtingą judrumą elektriniame lauke. Baltymai dėl juos sudarančių aminorūgščių yra

amfoteriniai elektrolitai. Jie, priklausomai nuo tirpalo pH, gali būti anijonai arba katijonai.

DNR molekulės dėl jų karkasą sudarančių fosforo rūgšties grupių neutraliame pH įgyja

neigiamą krūvį. Biomolekulės turinčios skirtingus (ar skirtingo dydžio) krūvius judės

skirtingomis kryptimis arba skirtingu greičiu link priešingą krūvį turinčių elektrodų. Jei

terpė bus selektyvi molekulių dydžiui (porėta), didelėms molekulėms bus sunku judėti

tokioje aplinkoje ir mažesnės molekulės, arba panašaus dydžio, bet turinčios didesnį krūvį,

elektriniame lauke nukeliaus ilgesnį kelią. Tokiu būdu lyginant su žinomų molekulių

judrumu, galima nustatyti medžiagos savybes.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Kokį krūvį turi tiriama molekulė?

- Kokios sąlygos reikalingos efektyviausiam tiriamų medžiagų išskirstymui

elektriniame lauke?

- Kaip molekulių judrumas priklauso nuo elektros lauko įtampos?

- Kaip molekulės judris keičiasi keičiant terpės pH?

Tyrimo veiklos variacijos:

Molekulių frakcionavimas elektriniame lauke plačiai taikomas kasdieniniuose

biocheminiuose tyrimuose. Labiausiai paplitusios nukleorūgščių elektroforezė

agaroziniame gelyje ir baltymų frakcionavimas poliakrilamidiniame gelyje. Pirmuoju

atveju DNR ar RNR molekulės dėl neigiamo fosfatų krūvio migruoja link anodo (teigiamo

krūvio). Mėginys į sustingusiame agarozės (iš dumblių išskiriamas polisacharidas) gelyje

suformuotus šulinėlius įleidžiamas kaip mišinys su klampumą suteikiančiu gliceroliu ir

medžiagų migraciją leidžiančiu plika akimi sekti dažu. Išskirstytos molekulės stebimos gelį

nudažius su nukleorūgštimis sąveikaujančiais dažais. Šios medžiagos yra spalvotos

(kristalinis violetas, metilo mėlynasis) arba fluorescuoja regimoje šviesoje gelį apšvietus

UV šviesa. (9.1. pav.). Daugelis tokių su DNR nekovalentiškai jungtis gebančių medžiagų

yra pavojingos, nes trukdo replikacijos ir transkripcijos procesams. (Išsamiai apie DNR

elektroforezę agaroziniame gelyje – laboratorinis darbas P1 „DNR elektroforezė“.)

Baltymams skirstyti plačiausiai naudojamas metodas paremtas aminorūgščių gebėjimu

jungtis su surfaktantu (dažniausiai – natrio dodecilfulfatu), kurio molekulės turi neigiamą

krūvų. Kuo ilgesnis peptidas, t.y., kuo daugiau aminorūgščių turi molekulė, tuo daugiau

surfaktanto molekulių prisijungia. Tačiau dėl porėtos aplinkos didelės molekulės sunkiau

migruoja gelyje. Turint molekulinio svorio standartų rinkinį tame pačiame gelyje, galima

nustatyti tiriamo baltymo molekulinę masę. Šiose sąlygose baltymų molekulės yra

denatūruotos, todėl, jei tiriamas baltymų kompleksas, gelyje bus matomos atskiros,

kiekvieną subvienetą atitinkančios nudažytos juostos (9.2. pav.).

9.1. pav. DNR fragmetai agaroziniame

gelyje.

9.2. pav. Baltymų fragmentai

poliakrilamidiniame gelyje.

Šie du pagrindiniai makromolekulių elektroforetinio judrio tyrimo metodai yra labai

paplitę, juos papildo gausybė modifikacijų. Tačiau mokykloje taikyti šiuos metodus yra

sudėtinga pirmiausiai dėl to, jog reikia turėti specialią įrangą ir tam tikrų gelius

formuojančių medžiagų. Neturint galimybių tirti biomolekules aukščiau aprašytais

metodais, mokiniams siūlomos kelios su elektrinio lauko pritaikymu susijusios tyrimų

sritys.

9.3. pav. Bendra elektroforezės aparato schema.

(šaltinis: http://secedominguez.edu.glogster.com)

Bendras elektroforezės įrangos principas (9.3 pav.) yra išorinio elektros lauko sukūrimas.

Šiame lauke atsidūrusios molekulės, judėdamos link priešingo krūvio poliaus, sąveikauja su

porėta medžiaga. Ji gali būti, kaip anksčiau minėta, gelis arba filtrinis popierius. Porėtus

geliu sudaro polimerinių medžiagų tirpalai, kurie kambario temperatūroje yra kietos

(gelinės) būsenos, bet juos galima išlydyti šildant. Be jau minėtos plačiai naudojamos,

tačiau brangios agarozės galima eksperimentuoti su agaru, bet paprasčiausia mokiniams

pasiūlyti tirti krakmolo gelius. Jiems puikiai pažįstamos medžiagos gelis susiformuoja

vėstant 6-10% tirpalams. Galima tirti skirtingų rūšių ir koncentracijų krakmolo gelius. Juos

suformuoti galima paprastoje plokščio dugno dėžutėse, 5-10 mm storio. Tolygiam

medžiagų judėjimui būtina, jog jis būtų stačiakampio formos – netaisyklingas formas

galima paprasčiausiai apipjaustyti.

Kad judėtų elektriniame lauke, tiriamos medžiagos turi turėti krūvį. Organinių molekulių

(tarp jų ir biomolekulių) krūvis priklauso nuo tirpalo pH. Vykdant elektroforezę tirpaluose,

vyksta elektrolizė, dėl kurios prie elektrodų keičiasi tirpalų pH. Jog šie pokyčiai neturėtų

įtakos molekulių judėjimui ir bendras tirpalo pH (kartu ir tiriamų molekulių krūvis) išliktų

pastovus, tirpalai turi būti buferiniai. Šių tirpalų sudėtys gali būti įvairios, jos priklauso nuo

tiriamų medžiagų, norimo sistemos pH, be to, svarbu, jog tirpale esantys jonai būtų

elektriškai inertiški (prie elektrodų vyktų tik vandens elektrolizė). Todėl elektroforezės

tirpalams dažniausiai naudojamos organinės bazės ir rūgštys: acto, trisaminometano

(TRIS), taip pat boro rūgštis. Keičiant tirpalo pH protonizuojama arba deprotonizuojama

tiriama molekulė. Tam tikrame pH, vadinamame izoelektriniu tašku (pI), molekulė įgyja

neutralų krūvį ir tampa nejudri elektriniame lauke. Todėl keičiant buferinio tirpalo pH

galima nustatyti šią molekulės charakteristiką.

Medžiagų atskyrimui galima naudoti ir filtrinį popierių. Medžiagos dėmė uždedama ant

buferyje sušlapinto filtrinio popieriaus lapo, kurio priešingi galai įmerkiami į elektrodus

apsėmusias buferinio tirpalo talpyklas (9.4. pav.). Tokiu būdu elektros krūvis judės

popieriumi, kurį būtina uždengti (stiklu), jog neišdžiūtų ir tolygiai prispaustų. Elektroforezė

popieriui labiau tinka medžiagas skirstyti pagal krūvį, nes jų dydis turi mažai įtakos

judėjimui paviršiumi, kitaip nei gelyje. Šis metodas puikiai tinka nustatyti aminorūgščių

krūvį.

9.4. Elektroforezės, panaudojant filtrinį popierių, įrangos schema. Skysčių vonelės dėl

saugumo turi būti uždengtos. (šaltinis: http://sencrypted-tbn1.gstatic.com)

Elektriniame lauke judančios molekulės turi būti kokiu nors būdu aptinkamos. Idealiausiu

atveju jos pačios būtų spalvotos. Tam puikiai tinka sintetiniai dažai (safraninas O, ksileno

cianolis, oranžinis G, bromfenolio mėlynasis). Šios medžiagos puikiai tinka susipažinti su

elektroforezės metodu. Tačiau net ir neturint specialių medžiagų, tyrimui puikiai tiks

kiaušinių, medvilnės dažai. Biotechnologiniu požiūriu tinkamas spalvotų vandenyje tirpių

pigmentų tyrimas. Jį apjungus su chromatografijos metodu (išsamus aprašymas -

laboratorinis darbas K14 „Plonasluoksnė skysčių chromatografija“), galima identifikuoti

medžiagos savybes. Spalvotųjų medžiagų krūvio nustatymas vertingas modeliuojant

medžiagų dažomąsias savybes.

Nespalvotųjų medžiagų vizualizacijai reikalingas dažymas. Išskirstytoms aminorūgštims

puikiai tinka ninhidrino spiritinis tirpalas – juo apipurkštos ir pakaitintos aminorūgščių

dėmės nusidažo mėlyna spalva. DNR ir RNR fragmentus gelyje saugu ir pigu nustatyti

dažant kristalo violeto ar metilo mėlynojo tirpalu, po dažymo gelį plaunant vandenyje.

Dažo molekulės difunduoja iš gelio, bet lieka prisikabinusios prie nukleorūgščių.

Fluorescuojantiems dažams vizualizuoti reikalingas transiliuminatorius ar kitas

atitinkamas sužadinančio bangoilgio šviesą skleidžiantis šaltinis.

Papildomos tyrimo kryptys:

Nustatytas spalvotųjų medžiagų savybes galima pritaikyti praktiškai dažant

mikroorganizmų ląstelių komponentus. Katijoniniais dažais galima nustatyti DNR

(branduolį), anijoniniais – rūgštinius ląstelės kompartmentus. Elektroforetinio judrio

tyrimus patartina jungti su chromatografiniais metodais, leidžiančiais papildomai

nustatyti medžiagų poliškumą.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Išsamiai apie įvairius elektroforezės metodus (angliškai):

http://apps.who.int/phint/en/p/docf/

2. Dažų elektroforezė agarozės gelyje (angliškai):

http://www.apsnet.org/edcenter/K-

12/TeachersGuide/PlantBiotechnology/Pages/Activity2.aspx

3. Pristatymas apie elektroforezę panaudojant krakmolą (angliškai):

www.molecularinfo.com/MTM/G/G1/G1-5.html

4. Interaktyvi prezentacija apie DNR elektroforezę agaroziniame gelyje (angliškai):

http://learn.genetics.utah.edu/content/labs/gel/

5. Maistinių dažų elektroforezė agaroziniame gelyje (angliškai):

http://horttech.ashspublications.org/content/18/1/177.full

6. Plonasluoksnės chromatografijos ir dažų elektroforetinės analizės panaudojimas,

atskiriant originalų paveikslą nuo klastočių (angliškai):

http://ctbiobus.org/guides/tguides/tart2009.pdf

Tiriamojo darbo idėja:

10. Bioinformatiniai tyrimai

Šiais laikais norint išspręsti biologines problemas molekuliniame lygyje, pavyzdžiui genų

raiškos ar baltymų tarpusavio sąveikos tyrimuose, pasitelkiama bioinformatika. Tai

galingas įrankis, apjungiantis įvairiausias mokslo sritis: taikomąją matematiką, statistiką,

informatiką, chemiją ir biologiją.

Raktiniai žodžiai: Duomenų bazės, baltymų sekos, sekų lyginimas

Tikslas: Ištirti, kaip kinta virusų struktūros ir išmokti prognozuoti, modeliuoti pokyčius

virusinių baltymų sekose. Surasti naujus baltymus gyvuosiuose organizmuose ir modeliuoti

jų savybes.

Integraciniai ryšiai:

Bioinformatiniai tyrimai yra kompleksiniai tyrimai. Lyginant praėjusių metų virusų baltymų

sekas su ateinančių metų sekomis, įgyjama žinių iš virusologijos, biotechnologijos,

informatikos bei statistikos.

Įvadas

Norint palyginti baltymus ar nukleorūgtis pagal jų struktūrinius, funkcinius ir evoliucinius

požymius, ieškoma panašumų ir skirtumų jų aminorūgščių ar bazių sekose – atliekamas

sekų lyginimas. Biologinės makromolekulės yra molekulinės evoliucijos produktai. Kada

kelios makromolekulės turi bendrą protėvinę makromolekulę, jos linkusios būti panašiomis

savo sekomis, struktūromis ir biologinėmis funkcijomis. Dažnai atsitinka taip, kad

aptinkama nauja makromolekulė, kurios seką galime nustatyti, tačiau funkcija nėra

žinoma. Tuomet duomenų bazėse ieškoma panašias sekas turinčių makromolekulių su

nustatyta funkcija ir pagal šią informaciją spėjami naujai atrastos molekulės biologiniai

aktyvumai.

Be porinio sekų palyginimo duomenų bazėse yra kita labai dažna bioinformatinė užduotis

– daugybinis palyginimas. Daugybinis palyginimas remiasi daugelio panašių baltymų

sugretinimu siekiant atlikti palyginimą. Jis naudojamas:

- Identifikuoti baltymo sekos pozicijas, kur specifinės aminorūgštys tikrai daro įtaką

baltymo struktūriniams ypatumams arba funkcijai;

- Nustatyti baltymų šeimų specifines žymes;

- Klasifikuoti sekas ir nubraižyti filogenetinį medį.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Kokių potipių gripo virusai cirkuliavo paskutiniais metais ir ko laukti šiais? Kaip

kinta jų paviršiaus baltymų sekos?

- Kokios aminorūgštys yra būtinos lipazės, amilazės ir kitų fermentų aktyviuose

centruose?

Tyrimo veiklos variacijos:

1. Darbas su duomenų baze

PDB paieškos laukelyje galima suvesti visą reikiamos molekulės pavadinimą arba

indeksą, pvz., 4HHB, kuris žymi žmogaus hemoglobino baltymą. Pirmasis simbolis

nurodo versijos numerį. Jeigu indeksas prasideda simboliu 0, tai reiškia, kad įrašas yra

grynai bibliografinis. pdb failas yra tekstinis failas su paaiškinamąja antrašte ir atomų

koordinačių rinkiniu. PDB formatas apima informaciją apie struktūros nustatymą,

bibliografijos nuorodas, atomų koordinates. Dauguma molekulinių grafinių

programinių įrangų ar kitos kompiuterinės analizės programos perskaito PDB formato

failus, turinčius išplėtimus .pdb arba .ent

2. Sekų palyginimo metodas

Prieš tai duomenų bazėje surastos sekos yra lyginamos BLAST (The Basic Local

Alignment Search) programa skirta baltymų homologijų, sekų panašumų nustatymui.

BLAST veikimas paremtas tiriamosios sekos palyginimu su žinomomis sekomis įvairiose

duomenų bazėse.

Papildomos tyrimo kryptys:

Šie tyrimai reikalauja labai daug kūrybingumo. Galima įgyvendinti pačias beprotiškiausias

mintis, susijusias su baltymų struktūrų, funkcijų, pavadinimų ir pan. tyrimais.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Baltymų erdvinės struktūros ir funkcijos nuspėjimas (angliškai):

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/About/primer/molecularmod.html

2. Įvadas į statistinę biochemiją (angliškai):

C.S. Tsai “An Introduction to Computational Biochemistry”, 2002, A John Wiley &

Sons, Inc.

3. Baltymų struktūrų modeliavimas (angliškai):

Fiser, A. Sali “Comparitive protein structure modeling”, Pels Family Center for

Biochemistry and Structural Biology The Rockefeller University

4. Bioinformatinės analizės, kuriems žinduoliams reikia su maistu gauti vitamino C,

aprašas (angliškai):

http://jura.wi.mit.edu/bio/education/hsteachers2012/

5. Mamuto artimiausio šiuo metu gyvenančio giminaičio bioinformatinės paieškos

aprašas (angliškai):

http://www.sciencebuddies.org/science-fair-

projects/project_ideas/Genom_p016.shtml#procedure

6. PDB duomenų bazė (angliškai):

http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do

7. Bioinformatikos kurso konspektas:

http://www.ibt.lt/bioinformatics/docs/Bioinformatika_timinskas.pdf

8. Bioinformatinių tyrimų pavyzdžiai:

http://www.dnadarwin.org/

Tiriamojo darbo idėja:

11. Biologinio valymo įrenginių kūrimas

Miesto žmogui iš čiaupo bėgantis vanduo yra toks įprastas, jog niekas apie tai net

nesusimąsto, ką jau bekalbėti apie nuotekų vandenį, kuris mus nuprausęs ar atlikęs savo

darbą gamykloje suteka į upes, ežerus, jūras, o galiausiai ir vandenynus. Jeigu mūsų laikų

nuotekos būtų pildžiusios ežerus bent porą dešimtmečių, iš upių ir ežerų būtų likę tik balos

ir pelkės. Mokiniams siūloma susipažinti su vandens valymo metodais, suprasti skirtingų

metodų veikimo principus, palyginti jų efektyvumą, naudingumą, privalumus ir trūkumus.

Galiausiai galima konstruoti savo biologinio valymo įrenginio modelį ir patikrinti jo

veikimą.

Raktiniai žodžiai: eutrofikacija, bakterijos, dumbliai, koaguliantai, fermentai,

heterotrofai.

Tikslas: naudojant dumblius, komerciškai parduodamus biologinio valymo mišinius ir

cheminius koaguliantus išvalyti vandens mėginius ir atliekant įvairius testus palyginti

valymo efektyvumą.

Integraciniai ryšiai:

Mokiniai tirdami biologinio valymo įrenginius susipažįsta su juose veikiančiais

mikroorganizmais ir jų augimo sąlygomis, gilinasi į aplinkos apsaugos problemas.

Įvadas

Vandens valymo įrenginių veikimas yra grindžiamas trimis metodais – fiziniu, cheminiu ir

biologiniu vandens valymu. Dažnai valymo įrenginiuose gali būti naudojami šių metodų

deriniai, taip siekiant išgauti kuo didesnį valymo efektyvumą. Fizinio valymo metodas

pagrįstas priemaišų fizikinėmis savybėmis - tai filtravimas, mechaninis išsodinimas.

Biologinio valymo metu vanduo yra apdorojamas didelės įvairovės mikroorganizmų, kurių

kokybinė sudėtis priklauso nuo nuotekose esančių organinių ir neorganinių atliekų.

Nemaža dalis ten randamų bakterijų net negali būti kultivuojamos laboratorijose. Kitas

biologinio valymo būdas – dumblių auginimas. Juos vėliau įmanoma panaudoti biokuro

gamybai. Na, o cheminis valymas leidžia vandens priemaišas ir šalintinas medžiagas

nusodinti koaguliantų pagalba.

Fizinio valymo efektyvumas gan ribotas, dėl nevienodų vandens priemaišų fizikinių

savybių, cheminis valymas greitas, efektyvus ir pigus, tačiau azoto ir fosforo perteklių iš

vandens pašalinti gali tik biologinio valymo įrenginiai. Deja, jie sąlyginai brangesni už

cheminio valymo įrenginius. Reikia ieškoti sprendimo, kaip biologinio valymo įrenginius

padaryti taupesnius ir dar efektyvesnius.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Kokiomis sąlygomis vienas ar kitas vandens valymo būdas veikia geriausiai?

- Kuris vandens valymo būdas efektyvesnis?

- Kokios priemaišos pašalinamos iš vandens vienu ar kitu metodu?

Tyrimo veiklos variacijos:

Dumblių naudojimas vandens valymui – sparčiai populiarėjanti sritis. Juos užsiauginti

pačiam nėra sudėtinga. Tereikia susirasti švarų indą ir pripilti jį vandens. Jei naudojamas

vanduo iš čiaupo yra chloruotas, leisti jam porą dienų pastovėti. Tada indą padėti

saulėtoje vietoje. Iš tvenkinio ar kitos žinomos vietos parsinešti dumblių mėginį ir įdėti į

vandenį. Įberti šiek tiek trašų. Tai padės geriau augti. Norint, kad dumbliai dar geriau

augtų, reikia į indo vidų įdėti porą akmenėlių. Jie bus augimo paviršius dumbliams.

Dumbliams paaugus, galima juos stebėti pro mikroskopą. Šalia greičiausiai aptiksime ir

įvairių pirmuonių. Užsiauginus pakankamą kiekį dumblių masės, jau galima pradėti

planuoti vandens valymo eksperimentą.

Buitinių nuotekų valymui skirti komerciniai mikroorganizmų mišiniai – įdomus tyrimo

objektas. Galima įvertinti jų efektyvumą keičiant eksperimento sąlygas (temperatūrą,

apšvietimą). Mikroskopu stebint tiriamus mišinius galima palyginti ir bandyti identifikuoti

ten veikiančius skirtingus mikroorganizmus. Ten randama didelė jų įvairovė. Nuo

denitrifikuojančių (verčiančių nitratus į atmosferinį azotą) iki deguonies nenaudojančių

heterotrofų. Kartu su bakterijomis galime rasti ir archėjų, ir pirmuonių, kurie taip pat

dalyvauja vandens valymo procese.

Cheminiam valymui koaguliacijos metodu kaip koaguliantą galima naudoti aliuminio

sulfatą ar geležies (III) chloridą. (Galima išbandyti skirtingas pH reikšmes.) Įdėjus

koagulianto į vandens mėginį per trumpą laiką yra neutralizuojami dalelių neigiami

krūviai. Pradeda formuotis metalų hidroksidų nuosėdos, kurios jungiasi į didesnes daleles

kartu adsorbuodamos šalia esančius junginius.

Visiems eksperimentams valymui naudojamas vanduo gali būti pasirenkamas laisvai.

Galbūt iš šalia esančio vandens telkinio ar kitų šaltinių. Eksperimento eiga - įvairi, tačiau

svarbu, jog visais trim skirtingais būdais valomi mėginiai eksperimento pradžioje būtų

vienodi. Reikia turėti ir kontrolinį mėginį, kuris nebus valomas. Tai bus puiki atsvara ir

pavyzdys vertinant eksperimento rezultatus. Valymo efektyvumui įvertinti gali būti

naudojami nesudėtingi cheminės ir fermentinės analizės testai:

- Šlapalo nustatymas. Tyrime šlapalui nustatyti naudojamas ant alginato

rutuliukų imobilizuotas fermentas ureazė, kuris skaido šlapalą iki amoniako ir anglies

dioksido. Šis fermentas randamas sėklose, bakterijose, mielėse. Amoniakas bus

aptinkamas pagal kvapą ir aukštą pH. Šiam eksperimentui reikės pasiruošimo. Pirmiausia

reikės iš sutrintų naktį vandenyje mirkytų sojos pupelių išsiskirti ureazės fermentą bei iš

raudonųjų kopūstų lapų pasiruošti pH indikatoriaus tirpalą. Alginato rutuliukams

pagaminti reikės alginato ir kalcio chlorido tirpalo. Alginatas sumaišomas su sojos pupelių

ekstraktu ir lašinamas į stiklinę su kalcio chloridu. Formuojasi kalcio alginato rutuliukai,

kuriuose yra įsitvirtinusi ureazė. Nufiltruojama ir rutuliukai pasiliekami tolesniam darbui. Į

mėgintuvėlį su vandens mėginiu įlašinama raudonųjų kopūstų indikatoriaus, įdedami keli

rutuliukai ir mišinys laikomas tam tikrą laiko tarpą, kuriam praėjus yra užsirašoma skysčio

spalva ir iš mėgintuvėlio sklindantis kvapas.

- Ištirpusio deguonies nustatymas. Kitaip dar vadinamas BOD testu. Parodo,

kiek organinių atliekų buvo vandenyje. Jis vykdomas 5 dienas ir remiasi principu, kad jeigu

deguonies užtenka, mikroorganizmai organines medžiagas skaido tol, kol jo dar yra. Testo

pradžioje ir po 5 dienų yra atliekamas ištirpusio deguonies matavimas, o šių matavimų

skirtumas rodo, kiek organinių atliekų yra tikrinamame vandenyje. Tiek deguonies

mikroorganizmams reikėjo skaidant ten buvusias organines medžiagas. Ištirpusio

deguonies kiekis yra nustatomas titruojant, sumaišius vandenį su mangano sulfatu,

šarminiu jodido-azido mišiniu ir sieros rūgštimi. Titruojama natrio tiosulfatu į tirpalą

pridėjus krakmolo.

- Azoto nustatymas. Kjeldalio (Kjeldahl) metodu azotas nustatomas vandenį

sumaišius su šarminiu fenolio reagentu ir natrio hipochlorito reagentu. Matoma mėlyna

spalva, kurios intensyvumas rodo azoto koncentraciją.

- Fosforo nustatymas. Naudojamas analizinės chemijos metodas. Į vandens

mėginį įdedama amonio molibdato ir stibio kalio tartrato. Rūgščioje terpėje jie fosforu

sudaro kompleksinį junginį. Askorbo rūgštis šį kompleksą redukuoja ir jis įgauna tamsiai

mėlyną spalvą, kurios intensyvumas yra proporcingas fosforo koncentracijai.

Papildomos tyrimo kryptys:

Mokiniai yra skatinami tobulėti ir išbandyti savo inžinerinius sugebėjimus konstruojant

biologinio valymo įrenginį. Jiems taip pat siūloma valant panaudoti ureazę, kuri kaip ir visi

kiti fermentai gali vykdyti ir atvirkštinę reakciją, todėl skaido šlapalą. Atlikdami tyrimą

mokiniai susipažįsta su valymo įrenginių mechanizmais ir pagilina aplinkosaugos srities

žinias.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Cheminio ir biologinio valymo skirtumai (video, angliškai):

http://www.youtube.com/watch?v=-VjmFaxQwMo

2. Vandens valymas (video, angliškai):

http://www.youtube.com/watch?v=9z14l51ISwg

3. Koaguliacija ir flokuliacija (video, ispaniškai):

http://www.youtube.com/watch?v=XY8kB31kZHY

4. Mikroorganizmų įvairovė (video, angliškai):

http://www.youtube.com/watch?v=epAh6hHOq3c

5. Dumblių naudojimas vandens valymui (video, angliškai):

http://www.youtube.com/watch?v=GxTmw_PzJOw

6. Dumblių auginimas (video, angliškai):

http://www.youtube.com/watch?v=CKpO2prnC2o

7. Winkler’io metodas ištirpusio deguonies koncentracijai matuoti (angliškai):

http://serc.carleton.edu/microbelife/research_methods/environ_sampling/oxygen

.html

8. Ištirpusio deguonies koncentracijos matavimas (angliškai):

http://www.ecy.wa.gov/programs/wq/plants/management/joysmanual/4oxygen.

html

9. Winkler’io testas (angliškai):

http://www.ne-wea.org/LabManual/dissolved_oxygen.htm

Tiriamojo darbo idėja:

12.Vartotojų požiūrio į genetiškai modifikuotus produktus tyrimas

Jau ne vienerius metus gana opi tema visame pasaulyje – genetiškai modifikuotų

organizmų auginimas, jų panaudojimas maisto produktams. Žiniasklaida perpildyta

kontraversiška informacija apie GMO, tačiau dažną vartotoją nepasiekia tikra, objektyvi ir

argumentuota informacija apie tokių organizmų, bei produktų, pagamintų iš jų, naudą ir

žalą. Šio tyrimo metu bus bandoma išsiaiškinti, kokį vartotojų požiūrį į genetiškai

modifikuotus produktus suformavo toks informacijos trūkumas.

Raktiniai žodžiai: GMO, apklausa, genų inžinerija, požiūris

Tikslas: Įvertinti Lietuvos vartotojų požiūrį į genetiškai modifikuotus produktus.

Integraciniai ryšiai:

Mokiniai tirdami vartotojų požiūrį į genetiškai modifikuotus produktus plačiau susipažįsta

su teigiamais ir neigiamais GMO aspektais taip pat išmoksta atlikti socialinį tyrimą.

Įvadas

Genetiškai modifikuoti organizmai (GMO) – tai eilė organizmų nuo augalų ir gyvūnų iki

mikroorganizmų, kuriems genų inžinerijos pagalba įterpti (ar pašalinti) tam tikri genai.

GMO gali būti naudojami mokslo tikslams (auginami, dauginami laboratorijose), vaistų,

maisto produktų (pvz. aliejaus) gamyboje ir kitose biotechnologijos pramonės šakose.

Dažniausiai pabrėžiama tokių organizmų (ypač naudojamų pramonėje) nauda –

ekonominė. Pavyzdžiu gali būti „Auksinių ryžių“ projektas (12.1 paveikslas), kuris pirmą

kartą publikuotas „Science“ žurnale 2000 metais. Grupė mokslininkų, vadovaujamų Ingo

Portrykus ir Peter Beyer, sukūrė genetiškai modifikuotus ryžius, kuriems buvo įterptas

beta-karoteno (vitamino A pirmtako) genas. Šiuo tikslu buvo siekiama pagelbėti Azijos

tautoms, kurių gyventojai kenčia nuo vitamino A deficito. 2005 metais sukurtas kamienas

– „Auksiniai ryžiai 2” (angl. Golden rice 2), kuris sintetino iki 23 kartų daugiau beta-

karoteno. Tačiau iki šiol nei vienas iš šių augalų nėra prieinamas visuomeniniam

vartojimui. Viena iš daugelio priežasčių – visuotinis aktyvistų judėjimas, teigiantys, jog

„Auksiniai ryžiai“ tėra tik „Pandoros skrynia“, kuri atvertų kelią daugybės kitų GMO augalų

auginimui.

Siekiant įteisinti arba uždrausti bet kokių genetiškai modifikuotų organizmų auginimą

šalyje yra atsižvelgiama ir į gyventojų nuomonę, tuo tikslu vykdomos apklausos,

referendumai. Lietuvoje kaip ir daugelyje kitų šalių pateikiama gana mažai informacijos

apie GMO produktus, jų naudą ar žalą. Taip pat, retas gyventojas yra plačiau susipažinęs

su pačiu terminu – genetiškai modifikuotas organizmas. Dėl žinių trūkumo kartais išsivysto

nepagrįstos baimės, trukdančios žvelgti į situaciją objektyviai. Todėl šio tyrimo tikslas

turėtų būti ištirti ir įvertinti vartotojų požiūrį į situaciją Lietuvoje, susijusią su GMO

produktais, jų vartojimu, prieinamumu.

12.1 pav. „Auksinius ryžius“ (dešinėje) lengva atpažinti iš jiems būdingos geltonos-

oranžinės spalvos. Paveikslas paimtas iš www.goldenrice.org tinklapio.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Koks vartotojų požiūris į genetiškai modifikuotus organizmus mokinio aplinkoje?

- Kokiu atveju vartotojui būtų priimtinas GMO produktas?

- Kodėl vartotojas yra nusistatęs prieš arba už GMO?

- Ar koreliuoja vartotojų žinios apie genetiškai modifikuotus produktus ir jų

pasirinkimas?

Tyrimo veiklos variacijos:

Vienas iš būdų gauti patikimą informaciją apie visuomenės požiūrį į tam tikrus dalykus –

atlikti sociologinį tyrimą. Labai svarbu, jog tyrimas būtų atliekamas kuo plačiau ir būtų kuo

didesnė respondentų imtis (kuo daugiau apklaustų žmonių). Tokiu būdu didėja duomenų

patikimumas ir jie tiksliau atspindi padėtį visoje šalyje. Taip pat atliekant apklausą svarbu

klausimus pateikti kuo paprasčiau ir suprantamiau - užkertant kelią bet kokiems

dviprasmiškumams. Ruošiant sociologinį tyrimą reikia nepamiršti pagrindinių tyrimo

etikos principų, kuriuos, apibendrintus, galima rasti Kauno rajono vietos veiklos grupės

tinklapyje (4 nuoroda). Taip pat tyrėjas privalo išlikti objektyvus viso proceso metu, tam,

kad duomenys liktų neiškreipti.

Rengiant Lietuvos gyventojų apklausą apie jų požiūrį į GMO verta išplėsti klausimyną

tokiais punktais, kurie atskleistų ir paties respondento žinias apie genetiškai modifikuotus

organizmus, ne tik jo nusisitatymą už ar prieš. Taip pat, kuriomis aplinkybėmis esant, jis (ji)

sutiktų vartoti GMO produktus bei kuriais informaciniais šaltiniais remdamasis

respondentas grindžia savo žinias.

12.2 pav. „Spinter tyrimai“ vykdytos apklausos „Šalies gyventojų nuomonės dėl genetiškai

modifikuotų organizmų tyrimas“ respondentų socialinės-demografinės charakteristikos

(%). Užsakovas - Gamtos paveldo fondas. 2010

Norint statistiškai tiksliau įvertinti nuomonių pasiskirstymą, verta vartotojus suskirstyti į

įvairias grupes pagal jų amžių, gaunamas pajamas, užimamas pareigas ir turimą

išsilavinimą (pavyzdys pateiktas 12.2 paveiksle).

Alternatyviai, mokinys gali tirti ne visos Lietuvos vartotojų požiūrį, o jo aplinkos –

mokyklos, gyvenvietės. Tokiu atveju, gauti rezultatai, nors atspindės tik tam tikros grupės

žmonių požiūrį, bus statistiškai patikimesni ir juos bus lengviau interpretuoti.

Apibendrinant tyrimo išvadas galima palyginti gautus duomenis su ankstesniais metais

darytais oficialiais tyrimais (pvz. 2010 metų bendrovės „Spinter tyrimai“ vykdyta apklausa.

Žiūrėti 6 nuorodą).

Papildomos tyrimo kryptys

Mokiniai turėtų būti skatinami kritiškai vertinti masinės žiniasklaidos pateikiamus faktus ir

įrodymus teigiančius, jog GMO yra naudinga ar žalinga. Taip pat nepasitkėti

pseudomokslininkų pateikiamomis išvadomis, ypač jei jos pateikiamos be jokių svarių

įrodymų.

Kaip alternatyvą paprastai anketai, mokiniams galima pasiūlyti paruošti lankstinukus,

kuriuose pateikiami argumentai už arba prieš GMO, paremti moksliniais tyrimais, ir

respondentus dalinti tik į dvi grupes – perskaitę lankstinuką ir ne (arba perskaitę

lankstinuką „už“ bei perskaitę lankstinuką „prieš GMO“). Tokiu atveju galima lyginti, ar

trumpai pateikta informacija, paremianti vieną ar kitą poziciją, turi įtakos respondentų

atsakymams.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

Lietuviškai:

1. Glausta oficiali informacija apie GMO auginimą ES:

http://europa.eu/rapid/press-release_MEMO-10-325_lt.htm

2. Straipsnis apie ES eurokomisaro Tonio Borgo, atsakingo už sveikatos apsaugą ir

varotojų teises, požiūrį į GMO:

http://www.technologijos.lt/n/mokslas/biotechnologijos/S-

29823/straipsnis/Parduotuviu-lentynose---165-GMO-produktai?l=2&p=1a

3. Nuolat atnaujinamas sąrašas apie Lietuvoje parduodamus GMO produktus:

http://vmvt.lt/lt/maisto.sauga.ir.kokybe/gmo.produktu.kontrole/gmo.produktu.sa

rasas/a

4. Praktiniai patarimai, kaip atlikti kokybiškus ir patikimus sociologinius tyrimus:

http://www.kaunorvvg.lt/info/sociologiniai_tyrimai.pdf

5. Informacija apie ES ir Lietuvos teisės aktus, liečiančius GMO:

http://gmo.lt/

6. Bendrovės „Spinter tyrimai“ 2010 metais atlikta vartotojų apklausos „Šalies

gyventojų nuomonės dėl GMO tyrimas“ rezultatai:

http://gmolt.wordpress.com/2010/05/13/salies-gyventoju-nuomones-del-gmo-

tyrimas/

7. Tinklapiai, kuriuose galima sukurti internetinę apklausą:

http://www.e-apklausa.lt/

http://www.manoapklausa.lt/

http://apklausa.lt/

Angliškai:

8. Straipsnis apžvelgiantis, kodėl dauguma ES piliečių yra nusistačiusių prieš

genetiškai modifikuotus organizmus:

http://www.ejbiotechnology.info/content/vol6/issue1/full/4/bip/index.html

9. Vikipedijos straipsnis apie genetiškai modifikuotų organizmų naudą ir žalą:

http://en.wikipedia.org/wiki/Genetically_modified_food_controversies

10. Oficialus tinklapis, plačiau pateikiantis ES teisės aktus, reguliuojančių GMO

auginimą:

http://ec.europa.eu/food/food/biotechnology/gmo_ban_cultivation_en.htm

11. Wen S. Chern, Kyrre Rickertsen, Nobuhiro Tsuboi ir Tsu-Tan Fu straipsnis apie kelių

šalių vartotojų norą mokėti (angl. willingness to pay) už genetiškai modifikuotus

maisto produktus:

http://agbioforum.org/v5n3/v5n3a05-chern.htm

12. Oficialus „Golden rice“ projekto tinklapis:

http://www.goldenrice.org/

Tiriamojo darbo idėja:

13. Vitamino C gamybos tyrimas

Gyvam organizmui yra labai svarbus vitaminas C ir jo antioksidantinės savybės. Dėka šių

savybių askorbo rūgštis reaguoja su kenksmingomis medžiagomis, kol šios dar nespėjo

pakenkti kitoms veikliosioms medžiagoms (tame tarpe kitiems vitaminams). Vitaminas C

taip pat dalyvauja įvairių svarbių medžiagų sintezėje (pvz, hormonų, tulžies rūgščių,

karnitino). Neginčijamas ir visų žinomas jo teigiamas poveikis imuninei sistemai.

Vitaminas C taip pat dalyvauja jungiamojo audinio, kaulų ir dantų augime.

Nei augalai, nei gyvūnai negali išsiversti be vitamino C. Todėl lieka neaišku, kodėl kai kurių

gyvūnų (tam tikrų žuvų ir paukščių bei kelių žinduolių, įskaitant jūrų kiaulytes ir žmones)

gebėjimas sintetinti vitaminą C išnyko evoliucijos metu. Kodėl taip atsitiko? Kas turėjo

įtakos tokiems vitamino C gamybos kelių pokyčiams? Mokiniams siūloma tirti lipidų

oksidacijos padarinius ir vitamino C poveikį šiam procesui.

Raktiniai žodžiai: vitaminas C, biosintezė, metabolizmo keliai

Tikslas: Ištirti, kokie esminiai veiksniai lemia vitamino C biosintezę. Suvokti, kodėl dalis

gyvųjų organizmų prarado gebėjimą sintetinti šį esminį gyvybės komponentą.

Integraciniai ryšiai:

Mokiniai tiria vitamino C metabolizmo kelių produktus (biochemija, biotechnologija) ir jo

antioksidacines savybes (chemija). Epidemiologiniai tyrimai rodo, kad žmonėms,

vartojantiems daug vaisių ir daržovių, kyla mažesnė rizika susirgti širdies ir kraujagyslių

ligomis, vėžiu ar patirti insultą, be to jie gyvena ilgiau (sveika mityba).

Įvadas

Dauguma gyvūnų patys sintetina vitaminą C, kurį kaupia inkstuose (driežai, paukščiai)

arba kepenyse (žinduoliai, kai kurie paukščiai) (13.1 pav.). Dauguma žuvų, paukščių, kai

kurių rūšių šikšnosparniai ir kiaulės bei dauguma primatų šio vitamino nesintetina.

Vitaminas C (kaip ir vitaminas E) svarbus medžiagų apykaitai; daugelį biologinių medžiagų

- vitaminus A, E, B1, B2, folio rūgštį ir biotiną - saugo nuo ardomojo deguonies poveikio.

Askorbo rūgštis aktyvina ląstelių medžiagų apykaitą, padeda organizmui įsisavinti maiste

esančią energiją, stimuliuoja jungiamojo audinio, kaulų ir dantų formavimąsi. Vitaminas C

stiprina kraujagysles, skatina žaizdų gijimą, padeda rezorbuoti geležį. Jis stiprina

organizmo imunitetą ir suteikia žvalumo.

13.1 pav. Biosintezės keliai įvairiose organizmuose (Smirnoff, N. Vitamin C booster. Nature

Biotechnology 21, 134-136 (2003).

Sutrumpinimai: Ara/AraL – arabinozė/arabinolaktonas; Gal/GalA/GaIL –

galaktozė/galakturoninė rūgštis/galaktolaktonas, L-GalDH – galaktozės dehidrogenazė; D-

GalUR – galakturoninės rūgšties reduktazė, Glc/GlcA/GlcL – gliukozė/gliukoroninė

rūgštis/gliukonolaktonas; GulL – gliukonolaktonas, L-GulO – gliukonolaktono oksidazė;

GDP – guanozino difosfatas; Man – manozė; MeGalA – metil D-galakturoninė rūgštis; NDP

– nukleozido difosfatas; UDP – uridino difosfatas.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Kodėl vieni organizmai gali sintetinti vitaminą C, o kiti – ne? Ar tai reiškia, kad jis

nėra visiems organizmams gyvybiškai svarbus?

- Kaip galima būtų paaiškinti gamtos paradoksą, kad individai su genetine mutacija

gliukolaktono oksidazės gene išgyvena, nors toks dalykas teoriškai yra visiškai

neįmanomas?

- Kaip nuo maisto produktų laikymo sąlygų priklauso juose esančio vitamino C

kiekis?

Tyrimo veiklos variacijos:

Pagrindinė tyrimo ašis – vitamino C gamybos (biosintezės) kūrybingas tyrimas. Mokiniui

reikia ne tik pasirinkti konkrečias medžiagas (fermentus, gyvuosius organizmus ir kt.), bet

ir pritaikyti ar sukurti metodiką pasirinktai tyrimo krypčiai. Tyrimas gali būti kompleksinis

ir apimti skirtingas kryptis, arba gali būti pasirinkta tik nedidelė jo dalis ir ji ištirta labai

detaliai.

Pagrindinės tyrimo kryptys:

1. Vitamino C kiekio nustatymas įvairiuose produktuose – kiekybinis tyrimas

atliekamas naudojant titravimo metodą. Šioje vietoje galima ištirti, ar vitamino C

kiekis priklauso nuo produkto laikymo sąlygų, temperatūros. Svarbu parinkti tokias

sąlygas, kada vitamino C kiekis yra didžiausias.

2. Galima būtų ištirti per didelės vitamino C dozės įtaką įvairiems mikroorganizmams

(auginti juos ant terpės su vitaminu C) ir nustatyti, kas labiausiai lemia rezultatą –

mikroorganizmų rūšis, aplinkos faktoriai, ar padidinta vitamino C dozė.

3. Skirtingų vitamino C metabolinių kelių ir antioksidacinių savybių tyrimas

Galimi tyrimo keliai yra labai skirtingi. Iš pradžių vitamino C metabolinius kelius

galima ištyrinėti pasinaudojant bioinformatikos ir biochemijos žiniomis. Vėliau

žinodami, kad tam tikri organizmai nekoduoja galaktozės oksidazės fermento,

galima teoriškai „konstruoti“ mutantus, turinčius šį geną ir lyginti su jo neturinčiais

organizmais. Galima būtų suplanuoti eksperimentus, kurių metu šie organizmai

būtų lyginami skirtingomis oksidacinio streso sąlygomis, kas parodytų, ar

vitaminas C turi antioksidacinių savybių.

Papildomos tyrimo kryptys:

Praplėčiant tyrimo veiklą galima tirti vitamino C svarbą kolageno sintezėje arba jo įtaką

lipidų sintezei.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Vitėnienė I. Biologinė chemija praktikos darbai. Vilnius: VPU leidykla 1999. p.63 –

65.

2. Mokslinių straipsnių apžvalga “Vitamin C as an Antioxidant: Evaluation of Its Role

in Disease Prevention”, kurioje aprašomos vitamino C oksidacinės savybės

(angliškai):

http://www.jacn.org/content/22/1/18.long

3. Mokslinis tyrimas, kurio metu sukurtos vitaminą C sintetinančios kepimo mielės

(angliškai):

http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0001092

4. Uogų užšaldymo optimizavimas ir vitamino C kiekio nustatymas:

http://sodininkyste-darzininkyste.lsdi.lt/straipsniai/27-3/27.pdf

5. Vitamino C kiekio nustatymas titruojant (angliškai):

http://chemistry.about.com/od/demonstrationsexperiments/ss/vitctitration.htm

6. Apie vitamino C atradimą ir jo biosintezę (video, angliškai):

http://www.sciencelearn.org.nz/Contexts/Food-Function-and-Structure/Sci-

Media/Video/Vitamin-C-the-antiscorbutic

Tiriamojo darbo idėja:

14. Duonos gamybos procesų tyrimas

Duonos gaminimas yra vienas iš seniausių žinomų biotechnologijos panaudojimo sričių

žmonijos istorijoje. Mielinė tešla buvo naudojama jau senovės Egipte apie 4000 metus

prieš mūsų erą. Žinodami, kad iš kvietiniai miltų, vandens, druskos ir mielių galime iškepti

duoną, mokiniai skatinami į šį procesą pažvelgti biotechnologo ir mikrobiologo akimis.

Raktiniai žodžiai: tešlos kilimas, kepimo mielės, CO2 , anaerobinis kvėpavimas, amilazė,

pienarūgštės bakterijos

Tikslas: tirti duonos gaminimo metu vykstančias reakcijas ir ieškoti veiksnių, darančių

įtaką jų greičiui.

Integraciniai ryšiai:

Mokiniai tirdami duonos gaminimą, pamato biotechnologiją kaip neatsiejamą kasdieninės

veiklos sritį ir suvokia jos naudingumą. Be to, skatinamas analitinis požiūris –

daugiapakopiame procese ieškoma atskirų reakcijų ir veiksnių, nuo kurių priklauso jų

greitis. Vystomas svarbus gebėjimas – dirbti su mikroorganizmais.

Įvadas

Mielinės tešlos kilimas ir kepimas tai daugelio biocheminių ir cheminių reakcijų rezultatas.

Kvietinius miltus sumaišius su vandeniu, juose esantis amilazės fermentas tampa aktyvus

– krakmolą verčia gliukoze. Pastarąją anaerobinio kvėpavimo metu naudoja mielės, į terpę

išskirdamos CO2 ir etilo alkoholį. Miltuose esanti baltyminės kilmės medžiaga glutenas

suteikia tešlai elastiškumo ir joje sulaiko susidariusias CO2 dujas, o tai lemia tešlos tūrio

didėjimą. Duonos aromatą lemia taip pat mielių išskiriamos medžiagos bei kepimo metu

vykstančių reakcijų produktai.

Vietoj kepimo mielių galima naudoti ir duonos raugą, kuriame būna ir pienarūgščių

Lactobacillus bakterijų. Šių bakterijų gaminamos rūgštys prisideda prie duonos aromato

formavimo bei pailgina duonos vartojimo trukmę.

Išanalizavę parduotuvėje pirktos duonos sudėtį, galime rasti papildomų sudėtinių dalių:

riebalų, cukrų, pieno miltelių, kiaušinių, medaus, vaisių, prieskonių ir kitų aromato

suteikiančių medžiagų, fermentų, kildintojų, emulsiklių, oksidatorių ir reduktorių. Šios

medžiagos naudojamos norint pakoreguoti gaminamo duonos kepalo tūrį, minkštumą,

struktūrą, plutos spalvą, aromatą bei maistinę vertę.

Tik suvokus duonos gamybos metu vykstančius procesus ir jiems įtaką darančius veiksnius,

galima šias reakcijas valdyti ir pakreipti norimo rezultato link. O tai ir yra dažnas

biotechnologo uždavinys. Be to, pažintis su kepimo mielėmis Saccharomyces Cerevisiae ir

jų auginimu yra labai svarbi mokiniams. Mat jos yra vienas pagrindinių šiuolaikinės genų

inžinerijos modelinių organizmų ir labai plačiai vartojamos įvairiausių medžiagų - nuo

vaistinių preparatų iki biokuro - sintezei.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Kokios medžiagos yra reikalingos kepimo mielių anaerobiniam kvėpavimui ir kokie

produktai susidaro jo metu?

- Kaip įvairūs tešlos priedai daro įtaką tešlos kilimui?

- Kaip įvairūs tešlos priedai daro įtaką pagamintos duonos savybėms?

Tyrimo veiklos variacijos:

Šiuo metu vis dažniau išgirstame apie namie kepamas duonas. Tad pradėti šį tyrimą

galima nuo duonos receptų, surinktų iš artimųjų ir giminaičių, palyginimo. Pasinaudodami

turimomis teorinėmis žiniomis galima spėti, kaip skirtingi tešlos komponentų kiekiai darys

įtaką produkto savybėms. Tuomet hipotezės tikrinamos praktiškai - duonos gaminime

keičiant pasirinktą komponentą (pvz.: miltų rūšį, mielių kiekį ar imant skirtingo šviežumo

mieles), jo kiekį ar gamybos sąlygą (pakartotinas tešlos minkymas). Visuomet verta

prisiminti, kad norint korektiškai atlikti eksperimentą, vienu metu reikia tirti tik vieno

veiksnio įtaką. Pagamintą duoną galima vertinti pagal jos tūrį, minkštumą, struktūrą,

plutos spalvą, aromatą ir kitas savybes.

Atskiras tyrimo etapas gali būti duonos raugo gaminimas. Tam reikia padaryti mitybinę

terpę, kurioje apsigyventų mūsų aplinkoje esančios mielių ir pienarūgščių bakterijų

kultūros. Kadangi tokiu būdu mikroorganizmai atkeliauja iš aplinkos, kaskart galime gauti

skirtingą raugą. Keisdami raugo gaminimo sąlygas galima tirti, kaip nuo jų priklauso

raugo savybės (kvapas, tekstūra, spalva, tūris).

Optimalių sąlygų mielinės tešlos kilimui galima ieškoti sumaišant skirtingos sudėties

nedidelius tešlos kiekius (ar keičiant fizikinius parametrus, pvz.: vandens temperatūrą)

matavimo cilindruose ir matuojant jos tūrio kitimą einant laikui.

Papildomos tyrimo kryptys:

Kepimo mieles galima auginti ant agarizuotos Luria-Bertani terpės su cukrumi Petri

lėkštelėse. Tokiu būdu galima tirti temperatūros, apšvietimo, drėgmės ir kitų abiotinių

veiksnių įtaką mielių augimui. Be to, šio tyrimo metu būtų lavinami sterilaus darbo su

mikroorganizmais įgūdžiai.

Yra žmonių, kurie negali vartoti maisto, turinčio mielių. Kaip alternatyva jiems siūloma

vartoti duoną, iškeptą vietoj mielių naudojant kepimo sodą. Mokiniai praktiškai gali

palyginti tokios ir mielinės duonos savybes bei teoriškai analizuoti jų maistines vertes.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Duonos gaminimo proceso paaiškinimas:

http://molbio.vdu.lt/medziaga/Pukalskas/Maisto_biotechnologija_naujas.pdf (16-

18 psl.)

2. Duonos gaminimo proceso paaiškinimas su eksperimentų pavyzdžiais (angliškai):

http://science.howstuffworks.com/innovation/edible-innovations/bread.htm

3. Duonos gaminimo naudojant raugą proceso paaiškinimas (angliškai):

http://science.howstuffworks.com/innovation/edible-innovations/sourdough.htm

4. Laboratorinio darbo, kaip matuoti kylančios duonos tešlos tūrį, aprašas (angliškai):

http://www.ncbe.reading.ac.uk/ncbe/protocols/PRACBIOTECH/PDF/dough.pdf

5. Duonos raugo gaminimas (angliškai):

http://www.breadtopia.com/make-your-own-sourdough-starter/

6. Duonos raugo gaminimas:

http://www.malsena.lt/lt/receptai/raugas/universalus-raugas

7. Duonos, kepamos vietoj mielių naudojant kepimo sodą, receptas (angliškai):

http://www.breadinfo.com/recipe-yeastless.shtml

8. Įvairių rūšių duonų maistinės vertės (angliškai):

http://www.dailymail.co.uk/health/article-104785/How-good-loaf.html

Tiriamojo darbo idėja:

15. Pieno produktų gamybos tyrimas

Maisto gaminimas nuo senovės yra neatsiejamas nuo biotechnologijos. Įvairiausiais

biotechnologijos procesais iš pieno galima pagaminti jogurtą, kefyrą, skirtingų rūšių

sūrius. Šie procesai - ne tik būdas paįvairinti mitybos racioną skirtingais pieno produktais,

bet ir svarbus kelias pailginti maisto vartojimo trukmę. Mokiniams siūloma tirti pieno

kaitinimo trukmės, inkubacijos temperatūros ir trukmės, įvairių priedų įtaką namie

gaminamo jogurto ir kitų pieno produktų savybėms.

Raktiniai žodžiai: fermentacija, jogurtas, laktozė, pieno rūgštis, Lactobacillus Bulgaris,

Streptococcus Thermophilus

Tikslas: ištirti jogurto gaminimo sąlygų įtaką produkto savybėms ir parinkti optimalias

sąlygas norimam produktui gauti.

Integraciniai ryšiai:

Mokiniai tirdami pieno fermentaciją susipažįsta su biotechnologiniu maisto apdorojimo

būdu. Be to, ugdomas sąmoningas maisto produktų pasirinkimas pagal jų sudėtį ir

naudingumą. Mokėjimas dirbti su mikroorganizmais yra labai svarbus biotechnologui.

Įvadas

Apie jogurto atsiradimą sklinda daugiau legendų nei žinoma faktų. Istoriniuse šaltiniuose

minima, jog jogurtą kaip vaistą, gerinantį žarnyno veiklą ir miegą bei valantį kraują, gerė

arabų, Otomanų imperijos tautos ir Bulgarijų tautų piemenys. Būtent dėl pastarojoje

populiacijoje dažnai pasireiškusio žmonių ilgaamžiškumo XX-o amžiaus pradžioje buvo

bandoma įrodyti, kad dažnas jogurto naudojimas lemia ilgą gyvenimo trukmę.

1905 metais buvo identifikuotos natūraliame jogurte esančios Lactobacillus delbrueckii

subsp. Bulgaricus bakterijos. Iki šiol šios bakterijos kartu su Streptococcus salivarius subsp.

Thermophilus yra naudojamos jogurto gamyboje. Šios bakterijos skaido piene esančią

laktozę ir gamina pieno rūgštį. Dėl susidariusios pieno rūgšties dalis pieno baltymų

koaguliuoja - jogurtas tirštėja. Be to, rūgšti terpė stabdo kitų bakterijų (dėl kurių pienas

sugenda) dauginimąsi. Dar vienas jogurto privalumas – mažesnis laktozės kiekis, o tai

leidžia šį produktą vartoti laktozės netoleruojantiems žmonėms.

Tyrimo pagrindą sudarantys klausimai

- Kam ruošiant jogurtą į šiltą pieną dedama natūralaus jogurto ir laikoma šiltai?

- Kodėl ruošiant jogurtą pienas prieš tai yra kaitinamas?

- Kokios jogurto savybės ir kaip priklauso nuo gaminimo sąlygų ir ingredientų kiekio?

Tyrimo veiklos variacijos:

1-2 litrai pieno maišant pakaitinami, kol pradės kilti burbuliukai (neužvirinti). Atvėsinus

pieną iki maždaug 40°C temperatūros, įmaišomas nedidelis indelis natūralaus jogurto

(pvz. jogurto „Dobilas“, kurio sudėtyje yra Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus ir

Streptococcus salivarius subsp. Thermophilus bakterijų). Ši masė pastatoma šiltai (25-40°C

temperatūroje) pernakt ir kitą dieną jau gaunamas jogurtas. Produktas turi būti laikomas

šaldytuve ir suvartotas apytiksliai per savaitę.

Vienu metu skirtingais receptais gaminant kelias jogurto porcijas (keičiant tik vieną

ingredientą ar sąlygą) galima išsiaiškinti, kaip produkto savybės priklauso nuo šių veiksnių:

- Pieno riebumo,

- Pieno kaitinimo trukmės,

- Dedamo jogurto kiekio (pradinio bakterijų kiekio) ir jo sudėties (bakterijų rūšių),

- Pieno temperatūros, į kurią dedamas jogurtas,

- Priedų, dedamų iškart į sumaišytą pieno ir jogurto masę: cukraus, pieno miltelių,

grietinėlės, prieskonių,

- Jogurto inkubavimo temperatūros,

- Jogurto inkubavimo trukmės.

Greta tokių jogurto savybių kaip skonis, spalva, tekstūra ir kvapas, galima matuoti pH

kitimą bei mikroskopu analizuoti jame esančias bakterijas, jų morfologiją. Pravartu būtų

susipažinti su bakterijų dažymu Gramo būdu ar metileno mėliu. Papildomai šių bakterijų

augimo sąlygas galima tirti jas užsėjus ant agarizuotos Luria-Bertani (LB) terpės su

cukrumi Petri lėkštelėse. Tuo pačiu bus mokomasi ir sterilaus darbo su mikroorganizmais.

Papildomos tyrimo kryptys:

Kaip kontrolę galima dalį pieno inkubuoti nepridėjus jogurto su bakterijų kultūromis (šio

produkto negalima ragauti).

Norint gauti laktozės neturintį jogurtą, galima naudoti Klasikinės biotechnologijos

modulyje pateikto laboratorinio darbo K8 “Laktozės neturinčio kefyro gaminimas”

medžiagas.

Turint Streptococcus lactis ir Leuconostoc citrovorum bakterijų, kurios pieno rūgštį skaido į

aldehidus ir ketonus (suteikiančius produktui specifinį skonį), panašiu principu galima

pasigaminti pasukų ar grietinės. Bakterijų šaltinis gali būti nedidelis kiekis pasukų.

Naudinga literatūra ir nuorodos:

1. Jogurto receptas:

http://puodas.blogspot.com/2012/01/naminis-jogurtas.html

2. Jogurto istorija ir receptai, jogurto mitybinė sudėtis (angliškai):

http://www.yogurtforever.org/download/yogforevuk.pdf

3. Jogurto bakterijų mikroskopavimas ir auginimas Petri lėkštelėse (angliškai):

http://www.bio-rad.com/webroot/web/pdf/lse/literature/1665031A.pdf

4. Jogurto bakterijų mikroskopavimas (angliškai):

http://www.greatscopes.com/act011.htm

5. Pasukų receptas (angliškai):

http://biology.clc.uc.edu/fankhauser/Cheese/BUTTERMILK.HTM

6. Įvairių sūrių receptai (angliškai):

http://biology.clc.uc.edu/fankhauser/cheese/cheese.html

2 lentelė. Ugdymo programų ir tiriamųjų darbų idėjų sąsaja.

1.D

NR

išsk

yrim

as ir

jos

savy

bių

tyri

mas

2.S

kalb

imo

pri

emo

nių

vei

kim

o

tyri

mas

3.V

iršk

inim

ą ge

rin

anči

ų v

aist

ų

tyri

mas

4.A

plin

kos

mik

roo

rgan

izm

ų a

ugi

mo

sąly

gų t

yrim

as

5.D

um

blių

au

gim

o s

ąlyg

ų t

yrim

as

6.B

iolo

gin

ės

kilm

ės

rep

ele

ntų

tyri

mas

7.E

tan

olio

gam

yba

iš p

op

ieri

aus

8.B

iolo

gin

ės

kilm

ės

klijų

ir jų

va

lym

o p

rie

mo

nių

gam

yba

9.M

ole

kulių

ele

ktro

fore

tin

io ju

dri

o

tyri

mas

10

.Bio

info

rmat

inia

i tyr

imai

11

.Bio

logi

nio

val

ymo

įre

ngi

nių

kū

rim

as

12

.Var

toto

jų p

oži

ūri

o į

gen

eti

škai

mo

dif

iku

otu

s p

rod

ukt

us

tyri

mas

13

.Vit

amin

o C

gam

ybo

s ty

rim

as

14

.Du

on

os

gam

ybo

s p

roce

sų

tyri

mas

15

.Pie

no

pro

du

ktų

gam

ybo

s ty

rim

as

Biologija, 11-12 kl. išplėstinio kursio gebėjimai 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1.1. Paaiškinti ir pritaikyti pagrindines biologijos mokslo koncepcijas ir sąvokas.

x x x x x x x x x x x x x x x

1.2. Susiplanuoti ir atlikti biologinius tyrimus, analizuoti ir interpretuoti gautus rezultatus.

x x x x x x x x x x x x x x

1.3. Pritaikyti matematinius ir informacijos paieškos žinias ir gebėjimus tyrimų rezultatams apdoroti ir problemoms spręsti.

x x x x x x x x x x x x x x x

1.4. Kritiškai vertinti biologinius atradimus socialiniu, ekonominiu ir aplinkosaugos aspektais, diskutuoti apie šio mokslo perspektyvas.

x x x x x x x x x x x x x x x

2.1. Apibudinti organinius junginius, įeinančius į ląstelių sudėtį. Susieti šių organinių junginių bei vandens reikšmę su organizmo gyvybinėmis funkcijomis.

x x x x x x x x x

2.2. Paaiškinti ir palyginti prokariotinių ir eukariotinių ląstelių sandarą.

x x x x x

2.3. Paaiškinti plazminės membranos sandarą ir susieti ją su pasyviąja ir aktyviąja pernaša.

x

2.4. Apibudinti fermentus ir jų veikimo principą. x x x x x x

2.5. Paaiškinti energijos ir medžiagų virsmus ląstelėje ir organizme.

x x x x x

3.1. Paaiškinti geno veikimą ir genomą. x x x

3.4. Susieti ir palyginti įvairių organizmų dauginimąsi. x x x x x

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

3.5. Argumentuotai diskutuoti genų technologijų taikymo medicinoje ir žemės ūkyje klausimais.

x x x x x x x x x x x

4.1. Apibūdinti organizmų prisitaikymą vykdyti dujų apykaitą vandenyje.

x x

4.5. Paaiškinti virškinimo reikšmę žmogaus organizmui. x x

5.2. Paaiškinti maistinių medžiagų ir energijos poreikį. x x x x

7.3. Paaiškinti sistematikos reikšmę biologijoje. x

7.4. Paaiškinti biologinės įvairovės svarbą ekosistemoms. x

7.6. Susieti medžiagų ir energijos srautus ekosistemoje su organizmų mityba, fotosinteze ir kvėpavimu.

x

7.8. Paaiškinti žmogaus veiklos įtaką vietinei aplinkai ir visam pasauliui.

x x

Chemija 11-12 kl. išplėstinio kursio gebėjimai 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1.1.Surasti ir tinkamai apdoroti cheminio pobūdžio informaciją. x x x x x x x x x x x x x x x

1.2. Paaiškinti mokslinio pažinimo principus. Naujų faktų atradimą ir teorijų kaitą sieti su mokslo tiesų kintamumu.

x x x x x x x x x x x x x x x

1.3. Prasmingai taikyti įgytas chemijos žinias praktikoje ir kasdienėje veikloje.

x x x x x x x x x x x x x x x

1.4. Analizuoti mokslinės pažangos ir technologijų vystimosi įtaką visuomenės raidai ir gyvenimo kokybei.

x x x x x x x x x x x x x x x

3.1. Apibūdinti chemines reakcijas pagal šiluminį efektą. Spręsti uždavinius, naudojantis termocheminėmi s lygtimis.

x x

4.1. Analizuoti svarbiausių reakcijos greitį lemiančių veiksnių įtaką.

x x x

4.4. Apibūdinti reakcijos pusiausvyros padėties poslinkį, taikyti Le Šateljė principą, keičiantis slėgiui, koncentracijai, temperatūrai.

x x x x x

5.1. Nagrinėti procesus, vykstančius tirpinant medžiagas vandenyje, spręsti uždavinius, vartojant koncentracijos sąvoką.

x x x x x x

5.2. Nagrinėti tirpaluose vykstančius neutralizacijos ir jonų mainų procesus.

x x x x

5.3. Apibudinti tirpalų terpę, naudotis indikatoriais. Taikyti pusiausvyros dėsningumus rūgščių ir bazių tirpalams.

x x x x x x

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

6.1. Nagrinėti oksidacijos- redukcijos procesus. x

6.3. Apibūdinti elektrolizę ir numatyti susidarančius produktus. x 7.1. Apibudinti organinių junginių sandaros ypatumus. Skaityti, užrašyti ir pavadinti organinius junginius pagal IUPAC nomenklatūrą.

x

7.4. Paaiškinti alkoholių, karboksirūgščių ir esterių sandarą ir savybes.

x x

7.5. Paaiškinti polimerinių medžiagų gavimą ir naudojimą, siejant su aplinkosaugos problemomis.

x x x

7.6. Taikyti įgytas žinias apie medžiagų savybes organinėms medžiagoms atpažinti.

x x x x x x

8.1. Paaiškinti riebalų sandarą ir biologinę svarbą. x x x

8.2. Paaiškinti aminų ir aminorūgščių, baltymų sandarą ir savybes.

x x x x x

8.3. Paaiškinti angliavandenių - gliukozės, fruktozės, sacharozės, krakmolo ir celiuliozės susidarymą ir biologinę reikšmę.

x x x x x x x

8.4. Paaiškinti nukleorūgščių biologinę reikšmę ir bendriausius sandaros ypatumus.

x x

9.1. Taikyti įgytas žinias apie medžiagos koncentracij ą tirpale, siejant su koncentracijos reiškimo būdais.

9.2. Apibūdinti medžiagų sandaros tyrimo metodus. x

Fizika 11-12 kl. išplėstinio kursio gebėjimai 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1.1. Paaiškinti moksle vartojamus fizikinius terminus. x x x x

1.2. Susiplanuoti ir atlikti fizikinius tyrimus, analizuoti ir interpretuoti gautus rezultatus.

x x x x

1.3. Pritaikyti informacinių technologijų ir matematikos pamokose įgytas žinias ir gebėjimus tyrimų rezultatams apdoroti ir spręsti uždaviniams.

x x x x

1.4. Paaiškinti fizikos mokslo atradimų reikšmę ir mokslo žinių absoliutumo ir sąlygiškumo aspektus. Pagrįsti mokslo ir technologijų laimėjimų vertinimo darnios plėtros požiūriu būtinybę.

x x x x

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

2.3. Taikyti dinamikos dėsnius nagrinėjant kūnų sąveikos pavyzdžius, sprendžiant uždavinius. Atlikti slydimo trinties jėgos ir kelių jėgų veikiamo kūno pusiausvyros tyrimus.

x x

3.6. Taikyti termodinamikos dėsnius įvairių vidinės energijos virsmų atveju.

x x

3.8. Pagrįsti būtinybę efektyviai naudoti energiją. x x

6.1. Palyginti šviesos kvantines ir bangines savybes, paaiškinti šviesos emisiją ir sugertį, šiuolaikinių šviesą spinduliuojančių įrenginių fizikinius principus.

x

Pagrindinio ugdymo 9-10 kl. programos gebėjimai 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1.1. Savarankiškai suplanuoti ir atlikti stebėjimus ir bandymus. Saugiai ir kūrybingai naudoti mokyklines gamtos tyrimo priemones, buitinius prietaisus ir medžiagas. Įvertinti ilgio, masės, temperatūros, tūrio (kai naudojamas matavimo cilindras), jėgos, srovės stiprio ir įtampos absoliutines matavimo paklaidas.

x x x x x x x x x x x x x x

1.2. Pritaikyti matematikos ir informacinių technologijų pamokose įgytas žinias ir gebėjimus tyrimų rezultatams apdoroti ir pateikti žodžiu ar raštu.

x x x x x x x x x x x x x x x

1.3. Įvertinti gautų bandymų rezultatų realumą, formuluoti pagrįstas išvadas, analizuoti ir paaiškinti savo ir draugų gautų stebėjimų bei bandymų rezultatų skirtumus ir jų priežastis.

x x x x x x x x x x x x x x

1.4. Operuoti pagrindiniais matavimo vienetais. Kartotinius ar dalinius SI vienetus paversti pagrindiniais.

x x x x x x x x x x x x x x

1.5. Kryptingai siekti iškeltų gamtos mokslų mokymosi tikslų. x x x x x x x x x x x x x x 1.6. Išsakyti savo idėjas, savarankiškai rasti reikiamą informaciją įvairiuose šaltiniuose, teisingai vertinti jos patikimumą, ją apibendrinti ir klasifikuoti, perteikti kitiems. Gerbti autorių teises.

x x x x x x x x x x x x x x x

1.7. Argumentuojant savo nuomonę, diskutuoti apie vietinės bendruomenės ir Lietuvos gyvenimo sąlygų gerinimo būdus, atsižvelgiant į socialinių, ekonomikos, aplinkos procesų ir reiškinių tarpusavio ryšius bei priklausomybę, gamtos mokslų laimėjimus, teigiamus ir galimus neigiamus jų ypatumus.

x x x x x x x x x x x x x x x

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

2.2. Paaiškinti fotosintezės, kvėpavimo ir rūgimo reikšmę gyvojoje gamtoje.

x x x x x x x x

2.4. Susieti virškinamojo trakto ir virškinimo liaukų veiklą. Apibūdinti fermentų reikšmę gyvybiniams organizmo procesams.

x

2.7. Paaiškinti, kaip organizmų prisitaikymas daugintis nelytiniu ar lytiniu būdu padeda išlikti rūšims.

x

3.2. Argumentuotai vertinti šiuolaikines biotechnologijas. x x x x x x x x x x x x

4.1. Palyginti energijos ir medžiagų srautus iš vieno ekosistemos mitybos lygmens į kitą.

x

4.3. <...> Įvertinti vandens, dirvožemio kokybę, aplinkos taršą ir susieti su biologine įvairove, spręsti aplinkosaugos problemas.

x x x x

5.3. Taikyti žinias apie mišinius, jų išskirstymo būdus, nagrinėjant įvairių medžiagų savybes.

x x

7.1. Apibūdinti deguonies, anglies ir azoto apytaką gamtoje. x

7.2. Savarankiškai tirti medžiagų savybes, siejant su jų naudojimu. Sieti vandens savybes su jo sandara.

x x x x x

7.4. Kritiškai vertinti žmogaus veiklos įtaką gamtai, pateikti svarbiausių ekologinių problemų sprendimo pavyzdžių.

x x x

9.2. Aiškinant energijos virsmus gamtoje, buityje ir technikoje, remtis energijos tvermės dėsniu.

x

9.3. Analizuoti šiluminius procesus ir apibūdinti šiluminių reiškinių reikšmę ekologijai. Pagrįsti energijos išteklių tausojimo būtinybę.

x x

Saugių mikroorganizmų mokinių tiriamiesiems darbams sąrašas:

Žemiau pateikiamos saugių mikroorganizmų rūšys (gentys) ir buitinis jų šaltinis (skliausteliuose). BAKTERIJOS: Acetobacter aceti (actas) Bacillus cereus (kakava, tofu) Bacillus licheniformis (kakava) Bacillus megaterium (kakava) Bacillus pumilus (kakava) Bacillus subtilis (kakava) Erwinia dissolvens (kava) Lactobacillus acidophilus (jogurtas) Lactobacillus bulgaricus (jogurtas) Lactobacillus casei (sūriai) Lactobacillus delbrückii (rauginti agurkai, sojos padažas) Lactobacillus helveticus (sūriai) Lactobacillus lactis (sūriai) Leuconostoc mesenteroides (rauginti agurkai, kopūstai) Pediococcus (rauginti agurkai, kopūstai) Propionibacterium acidipropionici (Emmenthaler sūris) Propionibacterium. freundenreichii (Šveicariškas sūris) Propionibacterium jensenii (raugintos pasukos) Propionibacterium shermanii (Emmental ir šveicariškas sūriai) Propionibacterium technicum (Edam sūris) Propionibacterium thoenii (Emmenthaler sūris) Streptococcus cremoris (sūriai) Streptococcus diacetilactis (grietinė, sviestas) Streptococcus faecalis (rauginti agurkai) Streptococcus lactis (sūriai, rūgpienis) Streptococcus thermophilus (jogurtas ir sūriai). GRYBAI: Penicillium camemberti (Camembert sūris) Penicillium roqueforti (Rokforo sūris) Saccharomyces cerevisiae (kepimo mielės) Saccharomyces uvarum (cidras) ŽALIADUMBLIAI Nekenskmingos beveik visos fotosintetinančios formos, išskyrus Prototheca (sukelia odos išopėjimus). Saugios dumblių gentys: Ankistrodesmus, Bangia, Batrachospermum, Bulbochaete, Callithamnion, Careria, Caulerpa, Chlamydomonas, Chlorella, Cladophora, Closterium, Coccolithophora, Corallina, Cosmarium, Derbesia, Desmids, Dunaliella, Dictyota, Ectocarpus, Egregia, Enteromorpha, Eremosphaera, Eudorina, Fritschiella, Fucus, Gigartina, Gonium, Gracilaria, Hydrodictyon, Iridea, Laminaria, Macrocystis, Mesotaenium, Micrasterias, Microspora, Mougeotia, Nereocystis, Netrium, Nitella, Ochromonas, Oedogonium, Pandorina, Pediastrum, Polysiphonia, Porphyra, Porphyridium, Protococcus, Scenedesmus, Selanastrum, Spirogyra, Staurastrum, Stigeoclonium, Synura, Tribonema, Ulothrix, Ulva, Vaucheria, Volvox, Zygnema PIRMUONYS: Achnanthes, Actinosphaerium, Amoeba proteus, Amoeba chaos (Pelemyxa), Amphidinium, Arcella, Astasia, Difflugia, Blepharisma, Bursaria truncatella, Chilomonas, Colpidium, Crithidia fasciulata, Cyclotella, Didinium, Euglena , Euplotes, Gregarines, Herpetomonas muscarum, Leishmania tarentalae, Leptomonas pessoai, Navicula, Paramecium , Peranema, Peridinium, Phacus, Prorocentrum, Pyrsonympha, Spirostomum, Stentor, Synedra, Tetrahymena, Thalassiosira, Trachelomonas, Tritrichomonas augusta, Trypanosoma lewisi, Trypanosoma ranarum, Trichonympha, and Vorticella.