Где обитает инфузория туфелька: тело покрыто ресничками (обеспечивают дв

Инфузория туфелька. Образ жизни и среда обитания инфузории туфельки

Инфузория-туфелька обитает в мелких стоячих водоёмах. Это одноклеточное животное длиной 0,5 мм имеет веретеновидную форму тела, отдалённо напоминающую туфлю. Инфузории все время находятся в движении, плавая тупым концом вперёд. Скорость передвижения этого животного достигает 2,5 мм в секунду. На поверхности тела у них имеются органоиды движения — реснички. В клетке два ядра: большое ядро отвечает за питание, дыхание, движение, обмен веществ; малое ядро участвует в половом процессе.

Строение инфузории туфельки

Организм инфузории устроен сложнее. Тонкая эластичная оболочка, покрывающая инфузорию снаружи, сохраняет постоянную форму её тела. Этому же способствуют хорошо развитые опорные волоконца, которые находятся в прилегающем к оболочке слое цитоплазме. На поверхности тела инфузории расположено около 15 000 колеблющихся ресничек. У основания каждой реснички лежит базальное тельце. Движение каждой реснички состоит из резкого взмаха в одном направлении и более медленного, плавного возвращения к исходному положению. Реснички колеблются примерно 30 раз в секунду и, словно вёсла, толкают инфузорию вперёд. Волнообразное движение ресничек при этом согласованно. Когда инфузория-туфелька плывёт, она медленно вращается вокруг продольной оси тела.

Процессы жизнедеятельности

Питание

Туфелька и некоторые другие свободно живущие инфузории питаются бактериями и водорослями.

Реакция инфузории-туфельки на пищу

Тонкая эластичная оболочка, (клеточная мембрана ) покрывающая инфузорию снаружи, сохраняет постоянную форму тела. На поверхности тела расположено около 15 тысяч ресничек. На теле имеется углубление — клеточный рот, который переходит в клеточную глотку. На дне глотки пища попадает в пищеварительную вакуоль. В пищеварительной вакуоле пища переваривается в течение часа, вначале при кислой, а затем при щелочной реакции. Пищеварительные вакуоли перемещаются в теле инфузории током цитоплазмы. Не переваренные остатки выбрасываются наружу в заднем конце тела через особую структуру — порошицу, расположенную позади ротового отверстия.

Дыхание

Дыхание происходит через покровы тела. Кислород поступает в цитоплазму через всю поверхность тела и окисляет сложные органические вещества, в результате чего они превращаются в воду, углекислый газ и некоторые другие соединения. При этом освобождается энергия, которая необходима для жизни животного. Углекислый газ в процессе дыхания удаляется через всю поверхность тела.

Выделение

В организме инфузории-туфельки находятся две сократительные вакуоли, которые располагаются у переднего и заднего концов тела. В них собирается вода с растворёнными веществами, образующимися при окислении сложных органических веществ. Достигнув предельной величины, сократительные вакуоли подходят к поверхности тела, и их содержимое изливается наружу. У пресноводных одноклеточных животных через сократительные вакуоли удаляется избыток воды, постоянно поступающей в их тело из окружающей среды.

Раздражимость

Инфузории-туфельки собираются к скоплениями бактерий в ответ на действие выделяемых ими веществ, но уплывают от такого раздражителя, как поваренная соль.

Раздражимость — свойство всех живых организмов отвечать на действия раздражителей — света, тепла, влаги, химических веществ, механических воздействий. Благодаря раздражимости одноклеточные животные избегают неблагоприятных условий, находят пищу, особей своего года.

Размножение

Бесполое

Инфузория обычно размножается бесполым путём — делением надвое. Ядра делятся на две части, и в каждой новой инфузории оказывается по одному большому и по одному малому ядру. Каждая из двух дочерних получает часть органоидов, а другие образуются заново.

Размножение инфузории-туфельки

Половое

При недостатке пищи или изменении температуры инфузории переходят к половому размножению, а затем могут превратиться в цисту.

При половом процессе увеличения числа особей не происходит. Две инфузории временно соединяются друг с другом. На месте соприкосновения оболочка растворяется, и между животными образуется соединительный мостик. Большое ядро каждой инфузории исчезает. Малое ядро дважды делится. В каждой инфузории образуются четыре дочерних ядра. Три из них разрушаются, а четвёртое снова делится. В результате в каждой остаётся по два ядра. По цитоплазматическому мостику происходит обмен ядрами, и там сливается с оставшимся ядром. Вновь образовавшиеся ядра формируют большое и малое ядра, и инфузории расходятся. Такой половой процесс называется конъюгацией. Он длится около 12 часов. Половой процесс ведёт к обновлению, обмену между особями и перераспределению наследственного (генетического) материала, что увеличивает жизнестойкость организмов.

Жизненный цикл инфузории-туфельки

Тип Инфузории еще принято называть Ресничными – органами движения этих простейших являются реснички . Клетка инфузории обладает двумя ядрами, их называют малым и большим. Первое регулирует процесс размножения, а второе отвечает за процессы питания, движения и дыхания.

Особенности жизнедеятельности этого типа следует рассмотреть на примере инфузории-туфельки.

Движение и дыхание

Инфузория-туфелька, длина которой примерно 0,5 мм, выбирает местом обитания водоемы. Форму тела простейшего легко угадать по названию – она напоминает туфлю. Скорость передвижения составляет приблизительно 2,5 мм в секунду.

Наличие наружной эластичной оболочки обеспечивает стабильной формой тела.

В цитоплазме, что прилегает к оболочке, расположены опорные волоконца, их развитость — гарантия сохранности постоянной формы инфузории.

На поверхности инфузории находятся 15 тыс. ресничек, у их основания расположено базальное тельце. Перемещение происходит при помощи колебания ресничек: они производят около 30 взмахов в секунду, тем самым толкая инфузорию-туфельку вперед.

Дыхание она осуществляет поверхностью тела.

Питание

Особенностью инфузории является наличие клеточного рта , около которого находятся особенно длинные и плотные реснички. Клеточные рот продолжается клеточной глоткой: реснички проталкивают в нее воду и пищу инфузории — бактерии.

Инфузория чувствует химические вещества, что выделяет скопление бактерий. Таким образом она отыскивает добычу.

Затем пища оказывается в пищеварительной вакуоли, где она переваривается. Отсюда она следует уже в цитоплазму.

Выделение

Выделение осуществляется при помощи двух сократительных вакуолей , одна расположена у переднего конца, а другая находится у заднего. Вакуоли состоят из резервуара и каналов.

Жидкость наполняет каналы, затем следует по центральному резервуара, после чего выходит из инфузории. Процесс сокращения вакуолей занимает 10-20 секунд.

Размножение

Размножается инфузория бесполым путем – разделяется надвое. Ее особенностью является деление поперек тела.

Ядра инфузорий разделяют на две части: новообразованные инфузории обладают малым и большим ядром. Дочерние инфузории обладают частями органоидов, а недостающие образуются самостоятельно. Размножение происходит несколько раз за сутки.

Для инфузории-туфельки возможно и половое размножение, но в данном случае нет увеличения количества особей. Временно простейшие соединяются, образуя соединительный мостик из цитоплазмы.

У каждой особи исчезает большое ядро, а малые делятся дважды – появляются по четыре ядра. Из них остается только одно ядро, которое тоже делится. В особи находятся по два ядра, тогда происходит обмен ядрами – одно из ядер перемещается в другую особь.

Там оно сливается с ядром, что осталось, и так формируются малое и больше ядро в каждой из особей. Этот процесс, называемый конъюгацией , необходим для обновления генетического материала между особями.

Виды инфузорий

Инфузории – это сложно организованные простейшие, их насчитывается примерно 7000 видов.

Инфузории отличаются от дру­гих простейших тем, что они пере­двигаются при помощи органелл движения — ресничек. Кроме того, у них в клетке имеются два разных ядра: большое и малое. Большое яд­ро регулирует обмен веществ в клетке, а малое принимает участие в половом процессе.

Инфузории очень разнообразны по форме тела, размерам и образу жизни. Всего известно более 7 тыс. видов инфузорий.

Строение клетки инфузорий удобнее всего рассмотреть на приме­ре инфузории-туфельки . Форма тела этой инфузории напо­минает туфельку. Передвигается она при помощи ресничек тупым концом вперед, при этом тело вра­щается вокруг продольной оси. Те­ло инфузории покрыто оболоч­кой — пелликулой, которая образо­вана клеточной мембраной и уплот­ненным слоем цитоплазмы. Цито­плазма подразделяется на наруж­ный слой (эктоплазму) и внутрен­ний (эндоплазму).

В эктоплазме находятся основа­ния ресничек и волокна, соединяю­щие их в единую сеть. Этим объяс­няется синхронность движения ресничек. Кроме того, в эктоплазме расположены маленькие образова­ния — трихоцисты, представляю­щие собой органеллы защиты от хищников. При механическом или химическом раздражении трихоци­сты выбрасывают тонкие нити, обладающие парализующим дейст­вием. В эндоплазме парамеции находятся органеллы: ядра, пище­варительные и сократительные ва­куоли.

Питание. Инфузория-туфелька питается в основном бактериями. При помощи ресничек инфузория загоняет съедобные частицы в уг­лубление на теле —

воронку, а за­тем пища попадает в цитоплазму, где вокруг нее образуются пузырь­ки – пищеварительные вакуоли. Пищеварительные соки в вакуо­лях переваривают пищу, а непере­варенные остатки пищи выбрасы­ваются наружу у заднего конца тела.

Дыхание и выделение у инфузо­рии-туфельки происходят частично через оболочку клетки, а частично через сократительные вакуоли. У инфузории две сократительные ва­куоли, каждая из которых имеет несколько приводящих каналов. Избыток воды с продуктами обмена веществ и углекислым газом накап­ливается в этих каналах, затем они сокращаются и изливают содержи­мое в круглый центральный резер­вуар, из которого вода через пору удаляется наружу.

Размножение. Летом инфузо­рии размножаются путем деления клетки на две дочерние. Сначала малое ядро делится на две части, расходящиеся к переднему и задне­му концам тела, затем делится большое ядро. Ядра расходятся в разные концы клетки, после чего делится цитоплазма. Так происхо­дит бесполое размножение инфузо­рий.

Половой процесс – конъюгация — происходит осенью при по­холодании. Инфузории попарно соеди­няются, между ними образуется цитоплазматический мостик. Большое ядро растворяется, а малое делится на четы­ре ядра. Из образовавшихся четырех ядер три растворяются, а последнее еще раз делится на два ядра: подвижное и неподвижное. Затем клетки обменива­ются подвижными ядрами и расходят­ся. В каждой клетке оставшееся «свое» ядро сливается с «чужим» и образуется новое ядро. После конъюгации инфузо­рии расходятся и переходят к бесполо­му размножению путем деления. Поло­вой процесс приводит к обновлению ядер, которые получают свойства обеих конъюгирующих клеток. Это повышает жизнестойкость инфузорий.

Форма тела и образ жизни ин­фузорий весьма разнообразны.

Инфузории, у которых имеются крупные реснички только вокруг рта, называются кругоресничными. К ним относится сувойка, по форме похожая на колокольчик с тонким стебельком. При помощи околоротовых ресничек она ловит проплывающих мелких про­стейших. При раздражении сувойка сворачивает стебелек в спираль. В сте­бельке у нее имеются сократительные волоконца. Некоторые сувойки образу­ют колонии.

Инфузории со спиралью крупных ресничек вокруг рта называют спиральноресничными. К ним относятся круп­ные инфузории трубачи (стенторы). Они могут быть голубого или зеленого цвета.

К спиральноресничным относится инфузория стилонихия. Передвигает­ся она по водным растениям на круп­ных пучках ресничек.

К классу Инфузорий относится около 6 тыс. видов. Эти животные являются наиболее высокоорганизованными среди простейших.

С морфологическими и биологическими особенностями строения инфузорий познакомимся на примере типичного представителя — инфузории-туфельки.

Строение инфузории туфельки

Внешнее и внутренне строение инфузории туфельки

Инфузория-туфелька имеет размер около 0,1-0,3мм. Форма тела напоминает туфельку, потому она получила такое название.

Это животное имеет постоянную форму тела, так как эктоплазма снаружи уплотнена и образует пелликулу . Тело инфузорий покрыто ресничками. Их насчитывается около 10-15 тыс.

Характерной чертой строения инфузорий является наличие двух ядер: большого (макронуклеус) и малого (микронуклеус). С малым ядром связана передача наследственной информации, а с большим — регуляция жизненных функций. Инфузория-туфелька передвигается с помощью ресничек, передним (тупым) концом вперед и одновременно вращается вправо вдоль оси своего тела. Большая скорость движения инфузории зависит от веслообразного движения ресничек.

В эктоплазме туфельки имеются образования, называемые трихоцистами. Они выполняют защитную функцию. При раздражении инфузории-туфельки трихоцисты «выстреливают» наружу и превращаются в тонкие длинные нити, поражающие хищника. После использования одних трихоцист на их месте в эктоплазме простейшего развиваются новые.

Питание и органы выделения

Органеллами питания у инфузории-туфельки являются: предротовое углубление, клеточный рот и клеточная глотка. Бактерии и другие взвешенные в воде частицы вместе с водой загоняются околоротовыми ресничками через рот в глотку и попадают в пищеварительную вакуоль.

Наполнившись пищей, вакуоль отрывается от глотки и увлекается током цитоплазмы. По мере передвижения вакуоли пища в ней переваривается пищеварительными ферментами и всасывается в эндоплазму. Затем пищеварительная вакуоль подходит к порошице и непереваренные остатки пищи выбрасываются наружу. Инфузории перестают питаться только в период размножения.

Органеллами осморегуляции и выделения у туфельки являются две сократительные, или пульсирующие, вакуоли с приводными канальцами.

Таким образом, инфузории, в сравнении с другими простейшими, имеют более сложное строение:

• Постоянная форма тела;
• наличие клеточного рта;
• наличие клеточной глотки;
• порошица;
• сложный ядерный аппарат.

Размножение инфузории. Процесс конъюгации

Размножается инфузория путем поперечного деления, при котором сначала происходит деление ядер. Макронуклеус делится амитотически, а микронуклеус — митотически.

Время от времени у них происходит половой процесс, или конъюгация . Во время этого две инфузории, сближаются и тесно прикладываются друг к другу ротовыми отверстиями. При комнатной температуре в такой виде они плавают около 12ч. Большие ядра разрушаются и растворяются в цитоплазме.

В результате мейотического деления из малых ядер формируется мигрирующее и стационарное ядра. В каждом из этих ядер содержится гаплоидный набор хромосом. Мигрирующее ядро активно перемещается через цитоплазматический мостик из одной особи в другую и сливается с ее стационарным ядром, то есть происходит процесс оплодотворения. На этой стадии у каждой туфельки образуется одно сложное ядро, или синкарион, содержащее диплоидный набор хромосом. Затем инфузории расходятся, у них снова восстанавливается нормальный ядерный аппарат и они в дальнейшем интенсивно размножаются путем деления.

Процесс конъюгации способствует тому, что в одном организме объединяются наследственные начала разных особей. Это приводит к повышению наследственной изменчивости и большей жизнестойкости организмов. Кроме того, развитие нового ядра и разрушение старого имеет большое значение в жизни инфузорий. Это связано с тем, что основные жизненные процессы и синтез белка в организме инфузорий контролируются большим ядром.

При длительном бесполом размножении у инфузорий снижается обмен веществ и темп деления. После конъюгации восстанавливается уровень обмена веществ и темп деления.

Значение инфузорий в природе и жизни человека

Установлено, что инфузории играют значительную роль в круговороте веществ в природе. Инфузориями питаются различные виды более крупных животных (мальки рыб).

Они служат регуляторами численности одноклеточных водорослей и бактерий, тем самым очищая водоемы.

Инфузории могут служить индикаторами степени загрязнения поверхностных вод — источников водоснабжения.

Инфузории, проживающие в почве, улучшают ее плодородие.

Человек разводит инфузорий в аквариумах для кормления рыб и их мальков.

В ряде стран широко встречаются заболевания человека и животных, вызываемые инфузориями. Особую опасность представляет инфузория балантидиум, обитающая в кишечнике свиньи и передающаяся человеку от животного.

Среда обитания инфузории-туфельки и специфические особенности ее жизнедеятельности

Это существо, с ярким запоминающимся названием, каждый помнит еще со школьной программы. Среда обитания инфузории-туфельки обусловливает многие процессы ее жизнедеятельности. Особенности строения и физиологии этого организма мы рассмотрим в нашей статье.

Среда обитания инфузории-туфельки: описание

Названный одноклеточный организм, единственная клетка которого напоминает подошву туфли, можно встретить только в мелких пресных водоемах. Инфузория предпочитает стоячую воду, в которой находятся разлагающиеся остатки органического вещества. Такая среда обитания инфузории-туфельки (фото ниже демонстрирует форму клетки) позволяет ей активно передвигаться в поисках пищи.

Как вырастить инфузорий

Клетка инфузорий имеет достаточно крупные размеры для представителей этой систематической группы — до 0,5 мм. Но хорошо рассмотреть ее можно только под микроскопом. Если вы решите это сделать, то готовые образцы можно взять даже в обычном аквариуме.

Вырастить культуру инфузорий самостоятельно под силу каждому. Для этого необходимо взять основу — немного воды из аквариума или прибрежной части водоема. Поместите каплю этой жидкости на предметное стекло и рассмотрите под микроскопом. Если вы обнаружили инфузорий, эту основу можно использовать. Далее жидкость необходимо поместить на стекло, а по обе стороны — каплю чистой воды и соленой. После соединяем все при помощи спички, формируя так называемый мостик. В таких условиях инфузории начнут передвигаться в чистую воду. Эту культуру пипеткой помещают в емкость для дальнейшего выращивания — ею может любая быть банка с чистой водой.

Для роста инфузориям необходим питательный раствор. Для его приготовления необходимо взять немного сена и прокипятить его около 20 минут в одном литре воды. После этого в растворе останутся только споры сенной палочки, а все остальные микроорганизмы погибнут. Полученной жидкости нужно 3 дня отстояться. За это время споры разовьются в сенную палочку, которая будет прекрасным кормом для инфузорий. Этих одноклеточных также можно кормить кипяченым или сгущенным молоком и настоем с гидролизными дрожжами. Как понять, что инфузорий нужно покормить? Если жидкость в банке становится прозрачной, значит, пришло время принятия пищи.

Движение инфузорий

Водная среда обитания инфузории-туфельки позволяет ей активно передвигаться. Она осуществляет этот процесс с помощью специализированных органелл — ресничек. На поверхности одной инфузории их располагается около 15 тысяч. Их согласованная работа позволяет существу развивать скорость до 3 мм/с.

Работа ресничек напоминает движение весел или маятника. Органеллы движения резко поднимаются, а после плавно возвращаются на место. За одну секунду инфузория делает подобных движений до нескольких десятков. Инфузория передвигается тупым концом вперед, одновременно поворачиваясь вокруг оси своего тела.

Источники питания

По типу питания данный организм относится к группе гетеротрофов. Источник готовых органических веществ — это среда обитания инфузории-туфельки. Питание осуществляется при помощи специализированных вакуолей. А основу рациона составляют клетки бактерий и растений, в большом количестве находящиеся в загрязненной воде. Их инфузория захватывает при помощи небольшого углубления — клеточного рта.

Далее пища попадает в своеобразную глотку и оказывается в цитоплазме. Вокруг нее начинает формироваться пищеварительная вакуоль, в которой происходит процесс расщепления. Вещества в этой органелле подвергаются действию гидролитических ферментов. Непереваренные остатки пищи удаляются из клетки инфузории через отверстие — порошицу.

Обмен веществ

Среда обитания инфузории-туфельки представляет собой жидкость с определенным содержанием различных веществ, в том числе и солей. В самой цитоплазме их концентрация гораздо меньше. Поэтому вода непрерывно поступает из окружающей среды в клетку.

Регуляция этого процесса осуществляется при помощи сократительных вакуолей. В клетке инфузорий их две: на заднем и переднем конце тела. Это пульсирующие полости округлой формы, от которых радиально во все стороны отходят канальцы. Сократительные вакуоли поддерживают осмотическое давление на постоянном уровне.

Газообмен у инфузорий осуществляется всей поверхностью тела. Кислород поступает в цитоплазму через мембрану. Здесь происходит окисление органических веществ с выделением энергии, воды и углекислого газа. Продукты метаболизма также удаляются через мембрану.

Способы размножения

Все процессы жизнедеятельности определяет среда обитания инфузории-туфельки. Размножение не является исключением. Так, при комфортной температуре клетки инфузорий делятся надвое. Этот процесс начинается с дробления ядра. Каждая из дочерних клеток получает только часть органелл, а недостающие восстанавливаются.

При понижении температуры воды или недостатке пищи, инфузории переходят к половому процессу. Он называется конъюгация. При этом две инфузории сближаются между собой, между ними формируется цитоплазматический мостик. По нему происходит обмен генетической информацией. В результате количество особей не изменяется. Значение этого процесса заключается в обновлении наследственного материала, что значительно увеличивает адаптационную способность организмов.

Водная среда обитания инфузории-туфельки обеспечивает необходимые условия для осуществления всех процессов ее жизнедеятельности: активного движения, гетеротрофного питания, аэробного дыхания и различных видов размножения.

Конспект урока «Простейшие: Инфузории. Инфузория туфелька»

ТЕМА: Простейшие: Инфузории. Инфузория туфелька.

Цель : изучить внутренне и внешнее строение инфузории как самого высокоорганизованного представителя простейших.

ПРЕДМЕТНЫЕ: учащиеся должны иметь представление о многообразии инфузорий; изучить внешнее строение, внутреннее строение инфузорий на примере инфузории туфельки; выяснить как размножаются инфузории; должны рассмотреть половой процесс размножения инфузории.

МЕТАПРЕДМЕТНЫЕ: учащиеся должны уметь самостоятельно работать с текстом и иллюстрациями учебника, другими источниками информации; проводить наблюдение и эксперимент под руководством учителя; давать определение понятиям.

ЛИЧНОСТНЫЕ: создаются условия для формирования у учащихся познавательного интереса на основе изучения особенностей строения и жизнедеятельности инфузорий; формируется ответственное отношение к выполнению порученных заданий.

ПОНЯТИЯ (НОВЫЕ): сократительная вакуоль, приводящие канальцы, большое ядро, малое ядро, клеточная глотка, порошица, пищеварительная вакуоль, конъюгация

ОБОРУДОВАНИЕ: презентация, ПК, культура инфузорий, микроскоп, пипетка, предметное стекло, препаровальная игла, кристаллики соли, фильтровальная бумага

Методы, приемы и средства	Ход урока
Фронтальный опрос	Проверка знаний, умений и навыков по домашнему заданию 1. Какой тип живых организмов мы начали с вами изучать на прошлом уроке ? (Простейшие) 2. Каких представителей данного типа вы знаете ? (Корненожки, Радиолярии, Солнечники, Споровики, Жгутиконосцы) 3. Как передвигается амеба ? (с помощью ложноножек) 4. Как передвигается эвглена зеленая? (с помощью жгутика) 5. Как питается амеба ? (захватывает ложноножками частичку, образуется пищеварительная вакуоль) 5. Как питается эвглена зеленая? (два способа питания : на свету питаются как растения, а в темноте как животные — готовыми органическими веществами) 6. Как размножаются амеба и эвглена зеленая? (делением надвое)
Индивидуальный опрос у доски с использованием таблицы «Строение эвглены зеленой»	1. Рассказать о строении эвглены зеленой, показать на таблице элементы строения. 2. Показать на таблице органоиды, позволяющие эвглене зеленой питаться автотрофно.
Работа с карточками	Двум ученикам предложены два варианта карточек по ранее пройденному материалу (приложение 1). Им необходимо письмо ответить на вопросы. Время выполнения задания 5 минут.
Работа с микропрепаратами	Целью ученика является определение одноклеточных животных на микропрепаратах по их внешнему строению. Время выполнения задания 5 минут.
Вводная беседа	Сжатое изложение новой темы 1. Подготовка к восприятию нового материала. Ребята, на предыдущем уроке мы с вами рассмотрели самое просто устроенное одноклеточное животное – амебу, представителя типа Корненожки, после чего мы познакомились с более сложно организованным одноклеточным животным эвгленой зеленой. Давайте вспомним строение этих двух простейших.
?	Чем эвглена зеленая отличается от амебы ? ( эвглена зеленая имеет эластичную оболочку (пелликулу), которая придает ей форму, амеба не имеет постоянной формы тела; эвглена имеет 1 или несколько жгутиков; эвглена является миксотрофом, т.е. может питаться и как растение, и как животное )
	Из всего перечисленного мы можем сделать вывод, что наблюдается усложнение организации одноклеточных животных.
Запись на доске и в тетрадях учащихся. Описательный рассказ с элементами беседы	2.Тема урока: «Простейшие: Инфузории. Инфузория туфелька.» Цель урока: изучить внутренне и внешнее строение инфузории как самого высокоорганизованного представителя простейших.
Показ слайда презентации «Многообразие инфузорий» 2 этап описательного рассказа	Топография представителей вида Инфузорий. Сегодня мы с вами познакомимся с наиболее сложноорганизованными одноклеточными организмами. Это Инфузории. Известно более 7,5 тыс. видов инфузорий. Среди них есть свободноживущие, прикрепленные и паразитические формы. Например, свободноплавающая Инфузория Стентор, или Трубач, довольно крупная (свыше 1 мм длины), заметная даже и невооруженному глазу, обитает в морях и пресных водах.  Второй интересный представитель инфузорий — часто встречающаяся в пресных водах бурсария, является гигантом среди инфузорий (2 мм). Стилонихия (длина до 0,3 мм) живет на дне пресноводных водоемов и на водной растительности. Среди инфузорий есть сидячие виды, например, сувойка, которая обитает в пресных водоемах. Также в пресной воде обитает инфузория туфелька, о которой мы сегодня поговорим подробнее.
Демонстрация слайда презентации «Строение инфузории туфельки» 3 этап описательного рассказа	Какие органоиды встречающиеся в строении и эвглены зеленой, и амебы вы помните ? (ядро, пищеварительная вакуоль, сократительная вакуоль, эктоплазма, эндоплазма) У инфузории есть те же органоиды, но кроме них появляются и уникальные. Давайте узнаем какие. Для этого нам нужно изучить строение инфузорий. Мы будем это делать на примере инфузории туфельки. Это быстро плавающее простейшее 0,1–0,3 мм в длину, тело которого по форме напоминает туфлю. Туфелька сохраняет постоянную форму тела благодаря тому, что наружный слой ее цитоплазмы плотный. Все тело туфельки покрыто продольными рядами многочисленных мелких ресничек, похожих по строению на жгутики эвглены и вольвокса. Реснички совершают волнообразные движения, и с их помощью туфелька плавает тупым концом вперед в поисках пищи.
Демонстрация слайда презентации «Строение инфузории туфельки» 4,5,6 этап описательного рассказа	До этого мы с вами изучали эвглену зеленую. Скажите, пожалуйста, как эвглена питается в темноте? (затягивает органические мелкие частицы в клеточный рот) Давайте рассмотрим, как же питается инфузория. От переднего конца до середины тела туфельки проходит желобок с более длинными ресничками. На заднем конце желобка имеется ротовое отверстие, ведущее в короткую трубчатую глотку. Реснички желобка непрерывно работают, создавая ток воды. Вода подхватывает и подносит ко рту основную пищу туфельки – бактерии. Через глотку бактерии попадают внутрь тела инфузории. Здесь, в цитоплазме, вокруг них образуется пищеварительная вакуоль, в которую выделяется пищеварительный сок. Цитоплазма у туфельки, как и у амёбы, находится в постоянном движении. Вакуоль отрывается от глотки и подхватывается течением цитоплазмы. По мере поступления новой пищи образуются следующие пищеварительные вакуоли. Каждая вакуоль движется в цитоплазме по кругу около часа. За это время пища успевает перевариться и всосаться, непереваренные остатки выбрасываются наружу через порошицу – маленькое отверстие позади рта. Процессы дыхания и выделения у инфузории туфельки происходят так же, как и у других рассмотренных ранее одноклеточных организмов. Дыхание происходит через покровы тела.  У туфельки две сократительные вакуоли – спереди и сзади. Сокращаются они попеременно, через 20–25 секунд каждая. Вода и вредные продукты жизнедеятельности собираются у туфельки из всей цитоплазмы по приводящим канальцам, которые подходят к сократительным вакуолям.
Демонстрация слайда презентации «Строение инфузории туфельки» Демонстрация слайда презентации и видео-сюжета «Бесполое размножение инфузории туфельки» 4,5,6 этап описательного рассказа	Ребята, давайте еще раз вспомним как размножаются амеба и эвглена зеленая ? (данные одноклеточные организмы размножаются путем деления надвое) Вы правы. Летом инфузория туфелька, интенсивно питаясь, растет и делится, подобно амёбе, на две части. Уникальным в это процессе у туфельки является то, что в цитоплазме инфузории расположены два ядра: большое и малое. Ядра имеют разное значение: на долю малого ядра приходится первенствующая, роль в размножении, а большое ядро оказывает влияние на процессы движения, питания, выделения. Малое ядро отходит от большого ядра и разделяется на две части, расходящиеся к переднему и заднему концам тела. Затем делится большое ядро. Туфелька перестает питаться. Ее тело посередине перетягивается. В переднюю и заднюю части туфельки отходят вновь образовавшиеся ядра. Перетяжка становится все более глубокой, и наконец обе половинки отходят друг от друга – получаются две молодые инфузории. В каждой из них остается по одной сократительной вакуоли, вторая же возникает заново со всей системой канальцев. Начав питаться, молодые туфельки растут, через сутки деление повторяется снова. Давайте посмотрим видео, где инфузории туфельки делятся бесполым путем.
Демонстрация слайда презентации и видео-сюжета «Половое размножение инфузории туфельки» 4,5,6 этап описательного рассказа	Казалось бы, на этом можно и закончить говорить об инфузории. Но нет. У инфузории туфельки впервые появляется процесс полового размножения! Время от времени при недостатке пищи или изменении температуры две инфузории прикладываются друг к другу ротовыми сторонами. На месте соприкосновения оболочка растворяется, и между животными образуется соединительный мостик.  Большие ядра при этом разрушаются, а малые делятся особым способом, приводящим к образованию половых ядер: мужских и женских. Мужское ядро каждой инфузории по мостику переходит в соседнюю инфузорию, сливается там с женским ядром – происходит половой процесс, который получил название конъюгация. Затем инфузории расходятся. В каждой из них ядро делится на большое и малое ядра. В ядрах находится вещество, которое передает признаки и свойства организмов из поколения в поколение. Во время полового процесса в результате обмена ядрами каждая инфузория получает от другой новое ядерное вещество, а вместе с ним признаки и свойства этой инфузории. Кроме того, обновление ядер повышает жизненную способность инфузорий. Давайте еще раз кратко повторим как происходит процесс конъюгации между двумя инфузориями (видео-сюжет «Половое размножение инфузорий»).
Обобщение по опорному конспекту	Инфузория-туфелька обитает в мелких стоячих водоёмах. Это одноклеточное животное длиной 0,5 мм имеет веретеновидную форму тела, отдалённо напоминающую туфлю. Инфузории все время находятся в движении, плавая тупым концом вперёд. На поверхности тела у них имеются органоиды движения — реснички. В клетке два ядра: большое ядро отвечает за питание, дыхание, движение, обмен веществ; малое ядро участвует в половом процессе. На теле имеется углубление — клеточный рот, который переходит в клеточную глотку. На дне глотки пища попадает в пищеварительную вакуоль. В пищеварительной вакуоле пища переваривается в течение часа. Не переваренные остатки выбрасываются наружу в заднем конце тела через особую структуру — порошицу, расположенную позади ротового отверстия. В организме инфузории-туфельки находятся две сократительные вакуоли, которые располагаются у переднего и заднего концов тела. Инфузория обычно размножается бесполым путём — делением надвое. При недостатке пищи или изменении температуры инфузории переходят к половому размножению. По цитоплазматическому мостику происходит обмен ядрами, и там сливается с оставшимся ядром. Вновь образовавшиеся ядра формируют большое и малое ядра, и инфузории расходятся. Такой половой процесс называется конъюгацией.
Работа с учебником	Работа по глубокому осмыслению нового материала. Пользуясь текстом учебника, заполните таблицу «Сравнительная характеристика простейших одноклеточных организмов»
Опорный конспект Демонстрация слайда презентации «Опорный конспект», раздаточный материал	Работа по запоминанию изученного материала. Внимательно изучите предложенный вам опорный конспект и кратко изложите содержание соседу по парте. Дома, пожалуйста, вклейте данный опорный конспект в свои рабочие тетради.
Опорный конспект Демонстрация слайда презентации «Опорный конспект»	Выборочный контроль за качеством усвоения изученного материла. А теперь пусть ….. по опорному конспекту кратко расскажет нам внутреннее и внешнее строение инфузории туфельки. ….., пожалуйста, по опорному конспекту кратко расскажи как происходит бесполое и половое размножение у инфузорий.
Практическая работа с влажными препаратами	Упражнения по выработке умений по использованию усвоенных знаний на практике. Тема работы: «Изучение раздражимости инфузории туфельки» Цель: изучить процесс раздражимости на примере реакции инфузории туфельки на изменение химического состава воды Инструктаж: технический – для работы на столы вам будут розданы микроскопы, стаканчики с культурой инфузорий, предметные стекла, кристаллики соли и препаровальные иглы с пипетками. Микроскоп — хрупкий и дорогой прибор: работать с ним надо аккуратно, строго следуя правилам. Микроскоп ставится штативом к себе на расстоянии 5-10 см от края стола. Пользуясь винтом, плавно опускайте или поднимайте предметный столик. При смене объектива совершайте переключение плавно, чтобы не оцарапать линзы. После работы при помощи винтов опустите столик. Аккуратно пользуйтесь иглами. Стаканы с культурой инфузорий не переворачивайте и старайтесь не разлить. Работайте над лотками. организационный – работать будете в течение 5 минут по инструктивным карточкам. Инструктивная карточка: Ход работы 1.Установите, видны ли невооруженным глазом инфузории- туфельки в пробирке. 2. На предметное стекло нанесите из стаканчика каплю воды с инфузориями туфельками. Рассмотрите с помощью микроскопа форму тела, внешнее строение, отличие передней части тела от задней, способ передвижения. Сосчитайте сколько инфузорий в капле воды. 3.Поместите две капли воды с инфузориями туфельками на предметное стекло, соедините их водяным мостиком. На край одной капли положите кристаллик соли. Объясните происходящее явления. 4. Зарисуйте наблюдаемое явление. Вывод:
Терминологический диктант Демонстрация слайда презентации №9	Общий контроль за качеством усвоения новой темы. 1. Мембранный органоид, осуществляющий выброс излишков жидкости из цитоплазмы (сократительная вакуоль). 2. Отверстие, через которое выводятся непереваренные остатки пищи у инфузорий (порошица). 3. Мембранные пузырьки, в которых происходит внутриклеточное пищеварение (пищеварительная вакуоль). 4. Ядро, участвующее в размножении (малое ядро). 5. Ядро, регулирующее процессы жизнедеятельности инфузории (большое ядро). 6. Участок клетки, где происходит заглатывание пищи (клеточный рот).

туфелька как биоиндикатор качества напитков

Инфузория — туфелька как биоиндикатор качества напитков

Ковалев И.А. 1

---

1ГАОУ АО «Казачий кадетский корпус имени атамана И.А.Бирюкова»

Минова Л.Л. 1

---

1ГАОУ АО «Казачий кадетский корпус имени атамана И.А.Бирюкова»

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Надоела инфузории
Жизнь в лаборатории
И под микроскопом.
Захотелось инфузории
Движения к компоту.

Введение

Актуальность

Учитывая роль влияния продуктов питания на здоровье населения, в России остро стоит вопрос контроля качества продуктов питания, так как появляются недоброкачественные напитки, которые не только не удовлетворяют пищевые привычки населения, но и являются небезопасными для здоровья.

Биотестирование — это оценка реакции тест-организмов на ту или иную субстанцию. Известно, о важной индикаторной роли простейших организмов. Особенно широко используется культура инфузорий, на них проведено и проводится экспериментальные исследования экологического характера. Их легко выращивать, и оценить результат несложно — достаточно сосчитать их до начала опыта и в конце. Биотесты также используют для оценки токсичности кормов, лекарств, полимерных материалов и питьевой воды. А вот безопасность пищевых продуктов и пищевых добавок с помощью биотестирования определено недостаточно. Эти методы обладают высокой чувствительностью, надежностью, универсальностью и малой себестоимостью.

В связи с актуальностью для нас темой нашего исследования была выбрана «Инфузория как биоиндикатор качества напитков»

Объект исследования: культура инфузорий.

Предмет исследования: индикаторная особенность инфузории как биотест-объекта.

Цель исследования: выделить чистую культуру инфузорий и установить индикаторную особенность как биотест-объект для определения качества напитков.

Задачи:

· изучение специальной литературы по проблеме;

· изучение воздействия пищевых напитков на биотест-объекты инфузорий;

· выявление индикаторных особенностей;

· провести эксперимент.

Гипотеза: возможно, что при использовании инфузории – туфельки в качестве биотест- объекта на пищевые напитки, количество простейших будет разным.

Методы исследования: биотестирование.

Глава 1. Биотестирование как метод контроля качества.

Биотестирование – вид биологического контроля объектов окружающей среды, основанный на измерении тест – реакции тест – организма к вредному фактору, предполагающий проведения лабораторных экспериментов с живыми существами. Тест-реакция — количественно измеряемое изменение физико-химических свойств организмов (популяций) при воздействии вредного фактора. Тест-организм — специально выращенный в контролируемых условиях организм, наиболее чувствительный для данного вида биологического контроля.

Нас заинтересовал вопрос: как вырастить инфузорию-туфельку в лабораторных условиях?

Рис. 1. Инфузория-туфелька: 1 — микрофотография; 2 — схема строения клетки

Рис.

http://worldofschool.ru/biologiya/stati/mikro/org/prost/alveo/infuzorii/infuzoriya-tufelka-prostejshie-presnyh-vodoemov-.-sosushhie-infuzorii-didinij.-obitateli-pochvy

Из источников сети Интернет мы узнали, что инфузория-туфелька обитает в мелких стоячих водоёмах. Это одноклеточное животное длиной 0,5 мм имеет веретеновидную форму тела, отдалённо напоминающую туфлю. Инфузории все время находятся в движении, плавая тупым концом вперёд. Скорость передвижения этого животного достигает 2,5 мм в секунду. На поверхности тела у них имеются органоиды движения – реснички. В клетке два ядра: большое ядро отвечает за питание, дыхание, движение, обмен веществ; малое ядро участвует в половом процессе. Организм инфузории устроен сложнее. Тонкая эластичная оболочка (клеточная мембрана), покрывающая инфузорию снаружи, сохраняет постоянную форму её тела. Этому же способствуют хорошо развитые опорные волоконца, которые находятся в прилегающем к оболочке слое цитоплазме. На поверхности тела инфузории расположено около 15 000 колеблющихся ресничек. У основания каждой реснички лежит базальное тельце. Движение каждой реснички состоит из резкого взмаха в одном направлении и более медленного, плавного возвращения к исходному положению. Реснички колеблются примерно 30 раз в секунду и, словно вёсла, толкают инфузорию вперёд. Волнообразное движение ресничек при этом согласованно. Когда инфузория-туфелька плывёт, она медленно вращается вокруг продольной оси тела. [1]

Туфельки охотно передвигаются в сторону тепла и света.

Туфелька и некоторые другие свободно живущие инфузории питаются бактериями и водорослями.

На теле имеется углубление – клеточный рот, который переходит в клеточную глотку. На дне глотки пища попадает в пищеварительную вакуоль, органоид, в котором органическое питание переваривается в течение часа, вначале при кислой, а затем при щелочной реакции. После этого питательная субстанция переносится токами цитоплазмы во все части тела инфузории. А отходы выводятся наружу в заднем конце тела посредством своеобразного образования – порошицы, которая расположена позади ротового отверстия.

Характерной особенностью инфузорий является быстрая изменчивость, которая позволяет им адаптироваться к самым разным условиям. По мере того как простейшие адаптируются к условиям среды, перестраиваются все их жизненные функции, изменяются скорость движения, темп размножения и способность поглощать пищу, а также форма и размеры тела. Но если среда не меняется, то свойства инфузорий остаются стабильными, это и позволяет использовать их как тест. [3]

1.1.Методика выращивания культуры инфузорий.

Культуру инфузории-туфельки для исследований в лабораторных условиях можно получить различными способами:

1. Взять 0,5 л воды из долго действующего аквариума. Затем высушиваем банановую кожуру и добавляем её в аквариумную воду. Выдерживаем 1-2 суток. Инфузорий будет больше, если взять из аквариума подгнивающие листья.

2. Измельченное сено заливают водой, кипятят 10-15 минут, охлаждают, настаивают 2-3 суток до образования бактериальной пленочки. Добавляют 1-2 мл воды из водоема, аквариума или комочек свежей почвы. Выдерживают 1-2 суток.

Для биотестирования используют культуру инфузорий в начале стационарной фазы роста. Получают такую культуру за 5-6 дней до опыта. Для этого в емкости вместимостью 50-100 мл отсаживают 2-3 десятка инфузорий и культивируют их в оптимальных условиях (температура 25°С, рН 7,4-7,8 без принудительного освещения).

Глава 2. Разработка идеи эксперимента для проверки гипотезы.

План эксперимента

1. Провести эксперимент .

2. Проанализировать результаты.

Материалы и оборудование: культура инфузорий, микроскоп, емкости вместимостью 0,5 л, пипетки капиллярные, микро-ёмкость и пищевые напитки.

Эксперимент №1 Изучение воздействия пищевых и газированных напитков на биотест-объекты инфузорий.

Вид пищевого продукта	Время гибели инфузорий
Напиток «Пепси-кола»	4 мин 40 сек
Напиток минеральная вода «Ессентуки 4»	3 мин 4 сек
Лимонад «Ах»	7мин 53сек
Молоко «Дарман»	20мин 5 сек
Молоко «Простоквашино»	8 мин 3 сек
Кофе	4мин 55сек

 

Ход и результаты эксперимента:

В емкости с инфузориями объемом 1 мл добавлял по 2 капли напитков:

1.Пепси-кола: у тест-объекта сразу нарушается координация движения. Время гибели через 4 мин 40 сек.

2.Минеральная вода «Ессентуки 4»: была обнаружена гибели инфузорий, которые обездвиживались и погибли через 3 мин 4 сек.

Важно: Большое количество соли, содержащееся в мин. воде приводит к быстрому разрушению клеток культуры инфузории.

3.Лимонад «Ах»: через 7 минут 53 секунд у инфузорий нарушается координация движения, они останавливаются и умирают.

4.Молоко «Дарман»: при добавлении в воду с инфузориями они погибли только через 20 минут 5 сек.

5. Молоко «Простоквашино»: при добавлении молока в воду с инфузориями они быстро начали двигаться, но через 8 мин 3сек все обездвижились и погибли.

6.Кофе: инфузории сразу активизируются и находятся, в возбужденном состоянии.

Мы изучили состав напитка «Пепси – Кола». Согласно информации на упаковке пепси включает : питьевую подготовленную воду, сахар, диоксид углерода, натуральный краситель сахарный колер, регулятор кислотности: ортофосфорную кислоту, кофеин, стабилизатор гуммиарабик и натуральный ароматизатор.

Ортофосфорная кислота E338 используется в роли регулятора кислотности. Известно, что ее употребление может вызывать расстройства желудка и повышать уровень кислоты в желудке, соответственно нарушая кислотно-щелочной баланс. Диоксид углерода (двуокись углерода, углекислый газ) в случае с лимонадами отвечает за несколько важных свойств напитков. Во-первых, он придает освежающий вкус, во-вторых, оказывает консервирующее действие и препятствует появлению различных микроорганизмов. Углекислый газ также возбуждает желудочную секрецию и повышает кислотность желудочного сока. В связи с большим содержанием сахара, (либо его заменителем как аспартам, сахарин) напиток является вредным, так как может привести к нарушению углеводного обмена, повышению уровня глюкозы в крови и развитию диабета.

Безвредным веществом является кофеин, но если употреблять его в небольших дозах. Он вызывает у человека зависимость и считается источником серьезных проблем с сердечно- сосудистой системой. Другими словами, наличие данных веществ в напитках небезопасно.

Пищевые добавки оказывают влияние на пищеварительные ферменты, из-за чего организм человека не может полно использовать питательные компоненты пищи. В результате начинает бурно размножаться гнилостная микрофлора толстого кишечника. Это происходит еще и потому, что пищевые добавки из группы консервантов угнетают полезные бифидум- и лактобактерии. А метаболиты гнилостных микроорганизмов (индол , скатол), попадая в кровь, отравляют организм.

3.Формулирование вывода о правильности (неправильности) гипотезы.

Итак, проведя эксперимент мы убедились, что количественный анализ на живых биотест-объектов инфузории свидетельствует о губительном влиянии токсичных веществ напитка «Пепси-кола», а кофе приводит в сильное возбуждение клетки инфузории. Эти пищевые продукты широко употребляются населением, что наносит непоправимый вред здоровью. Наиболее безопасными оказались напитки: лимонад «Ах», молоко «Дарман» и «Простоквашино» .Производители этих напитков выпускают качественную продукцию с наименьшим количеством искусственных добавок.

Заключение.

На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1. Тест–объект инфузория, выращенная в лабораторных условиях, вполне подходит для проведения биотестирования.

2. Культура инфузорий может быть использована как биотест-объект для оценки качества пищевых продуктов.

Для обоснования целесообразности проведения биотестирования для экспресс-диагностики в качестве аргументов приводим высокую чувствительность, универсальность и простоту исследований. При этом стоимость испытаний невысока. Таким образом, наряду с традиционными методами исследования, с помощью предложенного нами биотестирования можно осуществлять контроль за экологической безопасностью пищевых добавок в напитках.

Список используемой литературы

1.Биология. Животные. 7 кл.:учеб. для общеобразоват. Учреждений/ В.В. Латюшин, В.А. Шапкин. – 10-е изд., стереотип. М.: Дрофа, 2009. – 302
2.Вахрушев А.А., Бурский О.В., Раутиан А.С. Биология (От амёбы до человека). 7 класс. Учебник общеобразовательной школы. – М:Баласс, 2013. – 320с., ил. (Образовательная система «Школа 2100»)

3. Доктрина продовольственной безопасности РФ, от 30 января 2010г

4. Статья Габышева А.Н., Сон В.В. Инфузории как тест-объекты для определения качества среды

Интернет-ресурсы

1. http://biouroki.ru/material/animals/infuzoria.html

2. http://cmd4win.ucoz.hu/blog/prezentacija_na_temu_bespoloe_razmnozhenie/2013-05-27-44

3. https://roskachestvo.gov.ru/researches/limonad-tarkhun/

Приложение 1

(Фото 1 ).

(Фото 2).

Просмотров работы: 256

Биология – инфузория туфелька: особенности строения, передвижения и жизнедеятельности, питание, особенности, размножение: схемы и рисунки

Из курса биологии каждый из нас слышал об инфузории-туфельке. Если вы немного подзабыли характеристики данной одноклеточной, наш материал поможет вам восстановить пробелы в знаниях.

Инфузория-туфелька – простейший живой организм. Считается родоначальницей создания живых организмов с более сложным строением — состоящих из множества клеток. Сама же инфузория – примитивная одноклеточная жизненная форма. Принадлежит к альвеолярной группе организмов.

Благодаря своему строению, напоминающему очертания подошвенной части обуви и форме веретена – именуется как туфелька. Этот микроорганизм из класса клеток высокоорганизованных, не ведет паразитический образ существования, по сравнению с другими видами этого класса.

Инфузория-туфелька: обитание

• Популяция инфузорий разводится в пресной воде. Местами обитания инфузории-туфельки могут стать небольшие водоемы, водные резервуары с непроточной водой, аквариумы. Ей подходит любой спокойный водный источник, в котором есть наличие питательной среды – разложение органических веществ: водорослей, органика остатков животного происхождения, иловые отложения.
• Инфузория-туфелька настолько мелкий микроорганизм – увидеть его можно только при наличии микроскопа. Для рассмотрения – необходимо произвести забор мутной иловой воды.

Описание

Инфузория туфелька: строение

• Простейший организм инфузории-туфельки имеет и другое название – парамеция хвостатая. Ее размер от 0,1 мм до 0,5 мм. Инфузория имеет бесцветный окрас тельца состоящего из основных органоидов – внутренних двух ядер.
• Малое ядро инфузории-туфельки может быть не в одном экземпляре — исполняет роль ответственного за половую деятельность животного.
• А большое ядро – регулирует функцию приема пищи, усвоение кислорода, метаболизм и систему передвижения. Внешний край поверхности оснащен мелкими ресничками.
• Реснитчатые отростки выполняют функцию движения инфузории. Их количество достигает — около 15 тысяч. Реснитчатая ножка имеет базальное тельце у своего основания, рядом находится парасональный мешок, который заглатывается мембраной.

Строение

• Наружная часть клетки имеет тонкую оболочку, выполняющую функцию защиты и сохранности целостности формы. Кроме вышеуказанных составляющих, инфузория содержит: цистерны альвеолы, филомены, микротрубочки, фибриллы.
• Цитоскелет позволяет инфузории сохранять форму тельца в первоначальном виде.
• У туфельки существуют: ротовое отверстие, глотка, и зона для выведения фрагментов переработки пищи – порошица. Ее сократительные вакуоли имеют приводящие каналы.

Движение инфузории туфельки — как дышит одноклеточная?

• Инфузория-туфелька находится в постоянном движении – передвигается острой частью назад. Она выполняет плавающие переходы со скоростью до 3 мм в секунду – что значительно превышает длину тела этого простейшего.
• Она очень поворотливая и может совершать обороты вокруг собственной оси.
• Кислород в организм инфузории проникает через защитную телесную оболочку. Далее окисляется в цитоплазме и преобразуется в воду или углекислый газ.
• Таким методом одноклеточная получает полезные соединения для своей жизнедеятельности. А продукты распада извлекаются через стенки оболочки инфузории.

Схема движения инфузории туфельки

Питание инфузории туфельки

• Основным питанием инфузории туфельки являются мелкие бактерии и клетки растительности водного мира. Процесс поедания происходит с помощью специального клеточного отверстия – рта.
• Далее пища проникает в клеточную глотку и попадает в пищеварительную вакуоль. Дальнейший процесс переваривания происходит под воздействием на пищу кислотной и щелочной среды. В результате чего инфузория извлекает из пищи полезные вещества и распространяет их по всему организму с помощью токов цитоплазмы.

Как питается

• Отходы, образовавшиеся после переработки пищи – поступают в порошицу и затем извлекаются наружу. Излишки жидких веществ также выводятся наружу с помощью сократительных вакуолей.

Особенности инфузории туфельки

• Как и любая другая живая особь, способная реагировать на воздействие внешних раздражителей — инфузория-туфелька также проявляет особые реакции. Ее реакцию вызывают любые механические воздействия и химические вмешательства, изменения температурного и светового режима, влажность окружающей атмосферы.
• С целью продолжения жизни — туфелька старается преследовать колонии мелких бактерий. Однако вредоносные вещества, производимые этими бактериями – вынуждают инфузорию держаться от них в стороне.

У инфузории-туфельки непереносимость соленой воды (она живет в пресной) – поэтому она стремиться уплыть от источника раздражения. Благоприятными для инфузории являются – умеренные климатические условия и световое воздействие.

Размножение инфузории-туфельки

Размножение этих примитивных одноклеточных происходит двумя способами: бесполым методом и половым способом.

• Функция действия малого ядра наблюдается в двух вариантах развития. Размножение бесполым способом — происходит методом деления туфельки на пару идентичных особей. Деление начинается с того, что в одном организме образуется парное количество ядер, а затем материнская клетка разделяется поперек надвое – образуя две одинаковые клетки.
• Впоследствии каждая из дочерних клеток обретает индивидуальную часть органоидов инфузории. Недостающие части организмов возрождаются вновь – это позволяет сохранить популяцию.
• К половому способу размножения инфузории туфельки прибегают крайне редко. Это происходит при возникновении стрессовых условий: угроза существования, изменение температуры среды обитания в сторону похолодания, недостаточное количество еды. Благодаря соединительному процессу – могут превратиться в цисту.

2 варианта

• Такое состояние помогает существовать инфузории длительное время в неблагополучной среде. Хотя в нормальных условиях продолжительность ее жизни – сутки.
• При половом размножении две особи сливаются в один единый организм на короткий промежуток времени. В таком положении происходит распределение генетического материала. Это способствует увеличению сопротивляемости обоих животных организмов к негативному воздействию окружающей среды. Называется такое слияние – конъюгация.
• Продолжительность цикла длится не более половины суток — при этом количество клеток не увеличивается. В течение синтеза между особями защитная оболочка заменяется соединяющим мостиком, а малые ядра делятся на две части. Большие ядра – исчезают.
• Затем вновь образованные ядра разрушаются, оставляя одно единое, которое делится на две части. Эти два ядра распределяются по цитоплазматическому мосту и впоследствии образуют заново малые и большие ядра – завершающая стадия, после которой организмы разделяются.

В жизненной цепочке эволюции, такие простейшие организмы играют немаловажную роль – они являются ликвидаторами многих разновидностей бактерий, служат кормом для рыб и беспозвоночных мелких животных.

Видео: Об инфузории-туфельке

Оцените статью

Стартовый корм — инфузория туфелька (Paramecium Caudatum). «Живая пыль» для мальков: разведение в домашних условиях Как вырастить инфузорию туфельку из сена

Живая пыль для мальков — разведение в домашних условиях

Приобретая аквариум и заводя в нем рыб, начинающий аквариумист, обычно не задумывается, что же будет дальше.

А дальше, как правило, происходит следующее. У многих, при достойном содержании своих аквариумных питомцев, рано или поздно, рыбки начинают нереститься и в Вашем домашнем водоеме нежданно-негаданно, появляются мальки. Тут сразу возникает вопрос, а чем же кормить столь маленьких обитателей аквариума, особенно впервые дни их жизни?

Сейчас, в зоомагазинах можно найти разнообразие сухие корма, в том числе и для мальков. Вот как раз ими на первых парах я и пользовался. Тетра МинБэйби вообще отличный корм для малышей — полноценный корм в виде микро-хлопьев, обеспечивающий полноценный рацион для ежедневного питания и здорового роста мальков декоративных рыб длиной до 1 см.

В тоже время, если у вас есть возможность или вы поднимаете мальков элитной рыбы, то лучше всего кормить их живыми кормами. Обусловлено это тем, что мальки многих видов рыб едят только живую добычу, главным образом потому, что они вообще не воспринимают неподвижный корм как пищу, по крайней мере, вначале.

Каким бы прекрасным не был покупной, сухой корм для малька, живой будет всегда полезнее и лучше. Сухие корма, в том виде, в котором они продаются, давать малькам нельзя, их надо предварительно перетереть в пыль и давать в минимальных дозах, чтобы корм полностью съедался и не портил воду, а это не всегда получается. Кормить малька надо 6 — 8 раз в сутки. Согласитесь не очень удобно, тем более, когда есть еще и другие обязанности, например, ходить на работу))). А что же с живым кормом? В статьях о разведение рыб, написано, что стартовым кормом для малька является так называемая ЖИВАЯ ПЫЛЬ (инфузории). Вот от этого, я и стал отталкиваться!

Что же это такое — живая пыль? А это всего на всего мельчайшие микроорганизмы, среди которых есть инфузории. К типу инфузории относят около 6000 видов простейших, одна из них является инфузория туфелька.

Инфузория туфелька (Paramaecium caudatum) — простейшее одноклеточное «животное», ее размеры 0,1 — 0,3 мм. Питается бактериями. Размножается делением надвое — приблизительно раз в сутки, при температуре 24 — 26°С. Содержать ее можно в любой стеклянной посуде при комнатной температуре и разводится в домашних условиях в течение круглого года. Вот именно ее мы и будем рассматривать в качестве стартового живого корма для малька.

Существует огромное количество рецептов и способов разведения инфузории на сене, корках банана, дрожжах, сухофруктов, овощах, молоке и т.д. Я же, расскажу о самом легком, на мой взгляд, способе разведения, который я применял на практике.

Для этого нам понадобится инкубатор для инфузорий — пластиковая или стеклянная посуда от 3-х литров. В моем случае — это обыкновенная 3-х литровая банка. Наливаем туда 2-2,5 литра кипяченой воды комнатной температуры, кладем кусочек сушеной банановой кожуры и капаем 5 капель молока (2-3 капли). Теперь осталось добавить культуру инфузорий. Ее можно взять у знакомых — опытных аквариумистов, достаточно всего несколько капель. Но, у меня такой возможности не было, и я просто взял стакан воды из аквариума и долил в банку — в аквариумной воде уже есть некоторое количество инфузорий. Потом, неплотно накрыл банку пакетом и поставил в затененное место — под стол. Вот и все!

На следующий день моя банка помутнела, что говорит о том, что там начали развиваться бактерии, которыми как раз и питаются инфузории. Как выше уже сказано, инфузории размножаются делением надвое один раз в сутки, по этому, их численность каждый день увеличивается вдвое. Приблизительно через неделю вода банка просветлела и я увидел огромное количество белых движущихся точек — это и есть инфузории. Можно начинать кормить мальков, но для начала я заквасил еще одну банку с живой пылью, взяв уже существующую колонию инфузорий.

Для кормления живой пылью, я использовал обыкновенный 2-х кубовый медицинский шприц. Доставал банку из тени — пока все инфузории находились сверху, у поверхности и аккуратно выбирал их шприцем и вливал прямо в аквариум с мальками. Старайтесь не взбалтывать воду в банке, дабы исключить попадание большого количества бактерий в аквариум, это может отрицательно сказаться на мальках, вплоть до полной гибели. По мере израсходования жидкости с живой пылью, необходимо добавлять в банку свежую кипяченую воду комнатной температуры или старую воду из аквариума до нужного количества. Так же, следует не забывать подкармливать инфузорий один раз в 2-3 дня, 3-4 каплями молока. Кроме банановой кожуры и молока можно одновременно добавлять и другие пищевые ингредиенты, например шкурки овощей и (или) сухофрукты и т.д. Чем разнообразнее эти ингредиенты, тем питательней живая пыль.

Хочу предостеречь!!! Не увлекайтесь количеством ингредиентов, вода может затухнуть. В такой среде инфузории не будут размножаться и погибнут.

Благодаря живой пыли, количество кормлений мальков, я сократил до трех раз в день, инфузории полностью съедаются, вода в выростном аквариуме не портится, малек стал быстрее расти и развиваться.

По мере роста молоди, можно переводить ее на более крупный живой корм. Ну, вот вроде и все. Если будут какие-то вопросы по данной теме — с удовольствием отвечу. Всем удачи!

Видео о разведении живой пыли для разведения рыбок

Если Вы задались этим вопросом, то наверное у вас уже прошел удачный нерест или еще идет. Могу поздравить вас:) В этой статье я расскажу как я вырастил инфузорию туфельку у себя дома. Инфузория это отличный корм для молоди, тк мальки сначала совсем маленькие и питаться могут только очень мелким кормом. В аквариуме возможно инфузория присутствует, но ее количества не хватит, чтобы прокормить например 100 мальков. Вообще я часто обходился и без инфузории, но в таких случаях получалось мало рыбок. Инфузорию можно просто купить на птичьем рынке, ее часто продают в баночках, но опять же того количеcтва очень мало.

Чтобы нормально вырастить инфузорию, нужны некоторые инструменты, а именно: небольшой тазик, микроскоп, бананы. Тазик можно взять простой железный, его скорее всего вы найдете на своей кухне. Бананы совсем просто — можно купить в супермаркете. Сами бананы нам конечно сильно не нужны, бананы мы с успехом съедаем и оставляем лишь корочки. Они нам очень помогут в выращивании инфузорий. Микроскоп конечно не обязателен, но очень не помешает. Я в него просто наблюдал за процессом и мог оценить, получилось ли что полезное у меня. Тк инфузории очень малы в размерах, вы просто напросто их не увидите в воде, но увидите в микроскоп. Я взял такой у знакомого, обычный старый, как были раньше в школе на уроке биологии. Поспрашивайте у знакомых или просто купите за копейки на барахолке. Он вам еще пригодится в будущем.

Берем железный тазик и ставим на подоконник, желательно все это делать конечно летом. Я сам зимой никогда не пробывал выращивать инфузорий, поэтому ничего сказать про это дельного не могу. В тазик наливаем воду например из аквариума. В воду кладем банановые корки. Конечно у вас сразу возникнет вопрос: Откуда там возьмутся инфузории? Правильно, их там не будет. Их нужно туда занести. Вот это самая большая проблема и тут нам очень поможет микроскоп. Я лично нашел в парке около дома старые канавы с водой. Взял оттуда немного воды в банках и принес домой. Образцы воды я тщательно рассматривал под микроскопом и нашел там инфузорий. Конечно это получилось не с первого раза. До этого я два раза приносил домой другую воду, но там ничего кроме грязи не было.

Что-то такое должно получиться, прям такое не получится, все зависит от микроскопа

Теперь эту воду с инфузориями выливаем в наш тазик, где плавают банановые корочки. Банановые корочки как раз и создадут условия для развития нашего корма. Оставляем все это дело на недельку. Через неделю берем пробу воды и смотрим в микроскоп. В итоге я добился достаточно большой концентрации этих организмов в воде. То есть я брал каплю воды и там всегда находились инфузории. Теперь можно кормить рыбок. Черпаете воду из тазика в стакан и выливаете в аквариум с мальками. Естественно в таз нужно добавлять свежую воду, но не много и следить, чтобы вода не испарилась. Вот собственно и все. Может я что-то забыл конечно, тк давно не занимался этим интересным занятием. Если у вас возникают вопросы, вы можете задать их в комментариях, а я постараюсь ответить.

«Инфузория туфелька» ― так была названа всем известная инфузория за ее схожую форму тела с формой подошвы туфли. На самом деле класс инфузории (Infusoria, или Ciliata) очень многочислен и составляет около 6 тысяч видов различных простейших организмов, но среди них хорошо известна и популярна только инфузория туфелька остальные же остаются в тени на страницах энциклопедий.

Тело инфузории туфельки покрыто ресничками, с помощью которых она передвигается в толще воды, а во время питания создает ресничками направленный корту водный поток подгоняя тем самым пищу.

Где обитает инфузория туфелька

Инфузория туфелька обитает в пресных стоячих водоемах. Значение инфузории туфельки в природе только положительное ведь там, где живет инфузория туфелька вода всегда чистая и прозрачная и это не случайно ведь бактерии и микроводоросли как загрязнители водоемов служат пищей инфузориям и в значительной степени ими поедаются.

Большое количество инфузорий в водоемах всегда связано с изобилием корма и наоборот. В природных водоемах инфузория туфелька может служить первым стартовым кормом для мальков.

В аквариумистике, когда дело касается поднятия мальков инфузория туфелька может принести неоценимую пользу. Инфузория туфелька является мельчайшим живым кормом ее размер составляет 0,1-0,3 мм и она прекрасно подходит как стартовый корм для мальков мелких видов рыб, а также мальков привередов, которые кроме инфузории и видеть более ничего не желают. Для обеспечения мальков стартовым кормом многие аквариумисты разводят инфузорию в домашних условиях.

Как развести инфузорию в домашних условиях

Инфузория туфелька относится к одноклеточным простейшим организмам. Процесс размножения может быть, как бесполым и состоять из клеточного деления, так и половым. Развести инфузорию туфельку можно в обычной трехлитровой банке, но сначала необходимо развести для туфельки корм в нашем случае — это бактерии.

Для размножения бактерий можно использовать: сухую банановую кожуру, колесики моркови, непастеризованое молоко, отвар сена. Вода должна быть взята только из здорового аквариума и в котором ранее не использовались лекарственные препараты.

Примечание: некоторые аквариумисты в своих видеороликах демонстрируют как они для того чтобы извлечь из аквариума как можно больше инфузорий для их последующего разведения снимают с фильтра губку затем отжимают всю эту грязищу в банку. Заниматься подобной глупостью я вам не рекомендую потому что в губке инфузории жить не могут и кроме грязи и мусора там ничего нет.

Далее для развития бактерий помещаем в банку и только совсем немного что не будь из перечисленных продуктов. Например, я всегда использую 2‐3 колесика моркови или небольшой в диаметре 3‐4 см. кусочек сухой банановой кожуры.

Тем, кто хочет разводить инфузорий на молоке нужно знать, что в банку добавляют не более 2‐3 капель, а что касается сенного отвара, концентрация которого может быть у всех получаться неодинаковая тут уж как говорится на глазок или приблизительно не более 2‐3 столовые ложки.

Накрываем банку крышкой и ждем 1‐2 дня до помутнения воды в банке. Когда вода в банке помутнеет обязательно вылавливаем и выкидываем из банки колесики моркови или банановую кожуру, а если вы переборщили с молоком или сенным отваром и появился неприятный запах необходимо разбавить воду в банке водой из аквариума и если этого не сделать вода в банке до такой степени протухнет что инфузория в ней не, то чтобы разводится не сможет в ней даже погибнут расплодившиеся бактерии отсюда и появляется невыносимый запах тухлятины.

Примечания: некоторые аквариумисты которые ранее по всей видимости никогда не разводили инфузорий демонстрируют в видеороликах свои навыки. Приходится удивляться тому сколько в банку ложится банановой кожуры. Зачем разводить тухлятину? Инфузория в ней жить не будет!

После того как вода в банке помутнеет от расплодившихся бактерий, и вы извлечете из банки все продукты для размножения бактерий оставляем банку в покое на 7‐10 дней. Все это время при комнатной температуре 25‐27° градусов инфузории в банке будут активно размножаться, а когда все бактерии ими будут съедены вода станет прозрачной. Инфузории будут хорошо видны невооруженным глазом нет неприятного запаха, а инфузорий можно скармливать малькам отливая вместе с водой из банки.

Примечание: в аквариумной воде живут несколько видов инфузорий среди которых есть и те, которых мальки не едят, а для поднятия мальков желательно использовать только чистую культуру инфузории туфельки. Найти чистую культуру инфузории туфельки можно среди опытных аквариумистов рыборазводчиков или попробовать отделить туфельку от других видов инфузорий самостоятельно.

Не большой кусочек стекла и линза, (величина туфелек от 0,1-0,3 мм).

На молоке культура туфелек, размножается и развивается более быстро, но и пропадает достаточно быстро. На банановой кожуре (которой нужно совсем чуть-чуть S=1- 3 см2) культура и живет дольше, но и разводиться по дольше, но есть огромный плюс, молока в доме может не оказаться, а кожуру спелого банана нужно высушить и можно использовать довольно долго.

Если с технической частью процесса все достаточно просто, то во всем остальном придется разбираться буквально по пунктно.

Во первых где взять культуру туфельки?

Есть несколько вариантов.

Самый простой, попросить ее у более старших товарищей.

Плюсы просто огромные.

Во первых вы знаете, что вам дали чистую культуру без различных ракообразных которые могут не то что принести пользу, а и убить культуру туфелек т.е. вы получаете заведомо чистый материал для работы. Либо пойти на водоем и зачерпнуть воды у самого дна (желательно не много с илом) .

В начале возьмите каплю воды и поместите ее под микроскоп, в ней вы увидите скопление различных простейших, а так же легко отличите туфелек.

Туфельки довольно подвижны.

Возьмите каплю чистой воды (пипеткой) и расположите рядом с каплей из водоема.

Если простейших сильно много постарайтесь отобрать ту часть где присутствуют только инфузории (вам нужно всего несколько полноценных особей) поэтому если вы не в состоянии отделить их пипеткой то кончиком зубочистки соедините 2 капли воды небольшим канальчиком, в отличии от других простейших инфузории быстренько переплывут по нему, в более свежую воду.

Так повторяя несколько раз можно получить достаточно чистую культуру инфузорий.

После этого необходимо поместить культуру в инкубатор,

Достаточно пол банки чистой воды, банка размещается на освещенном теплом месте, но не под прямыми солнечными лучами.

В качестве питательного вещества в банку капается 1-3 капли молока.

И помещается культура инфузорий, которые начинают достаточно быстро размножаться.

Инфузория питается бактериями которые служат для нее кормом, поэтому она часто скапливается вокруг кусочков органики, или возле поверхности если возникает бактериальная пленка или если не достаточно кислорода.

Достаточно поместить в банку не большой стебелек растения из аквариума как во круг него начнут скапливаться туфельки, которых собирают пипеткой и помещают как корм малькам рыб.

Следует, однако, помнить что вместе с той водой, которую вы набираете из инкубатора в нерестовик могут попасть и бактерии которыми питается инфузория, поэтому что бы обезопасить этот процесс стоит в начале выждать пока инфузории поедят основную массу бактерий, а после этого производить ими кормежку малька.

Живая пыль для мальков — разведение в домашних условиях

Приобретая аквариум и заводя в нем рыб, начинающий аквариумист, обычно не задумывается, что же будет дальше.

А дальше, как правило, происходит следующее. У многих, при достойном содержании своих аквариумных питомцев, рано или поздно, рыбки начинают нереститься и в Вашем домашнем водоеме нежданно-негаданно, появляются мальки. Тут сразу возникает вопроc, а чем же кормить столь маленьких обитателей аквариума, особенно впервые дни их жизни?

Сейчас, в зоомагазинах можно найти разнообразие сухие корма, в том числе и для мальков. Вот как раз ими на первых парах я и пользовался. Кажется все, вопрос решен…, а вот и нет! Каким бы прекрасным не был покупной, сухой корм для малька, живой будет всегда полезнее и лучше. Сухие корма, в том виде, в котором они продаются, давать малькам нельзя, их надо предварительно перетереть в пыль и давать в минимальных дозах, чтобы корм полностью съедался и не портил воду, а это не всегда получается. Кормить малька надо 6 — 8 раз в сутки. Согласитесь не очень удобно, тем более, когда есть еще и другие обязанности, например, ходить на работу))). А что же с живым кормом? В статьях о разведение рыб, написано, что стартовым кормом для малька является так называемая ЖИВАЯ ПЫЛЬ (инфузории). Вот от этого, я и стал отталкиваться!

Что же это такое — живая пыль? А это всего на всего мельчайшие микроорганизмы, среди которых есть инфузории. К типу инфузории относят около 6000 видов простейших, одна из них является инфузория туфелька.

Инфузория туфелька (Paramaecium caudatum) — простейшее одноклеточное «животное», ее размеры 0,1 — 0,3 мм. Питается бактериями. Размножается делением надвое — приблизительно раз в сутки, при температуре 24 — 26°С. Содержать ее можно в любой стеклянной посуде при комнатной температуре и разводится в домашних условиях в течение круглого года. Вот именно ее мы и будем рассматривать в качестве стартового живого корма для малька.

Существует огромное количество рецептов и способов разведения инфузории на сене, корках банана, дрожжах, сухофруктов, овощах, молоке и т.д. Я же, расскажу о самом легком, на мой взгляд, способе разведения, который я применял на практике.

Для этого нам понадобится инкубатор для инфузорий — пластиковая или стеклянная посуда от 3-х литров. В моем случае — это обыкновенная 3-х литровая банка. Наливаем туда 2-2,5 литра кипяченой воды комнатной температуры, кладем кусочек сушеной банановой кожуры и капаем 5 капель молока (2-3 капли). Теперь осталось добавить культуру инфузорий. Ее можно взять у знакомых — опытных аквариумистов, достаточно всего несколько капель. Но, у меня такой возможности не было, и я просто взял стакан воды из аквариума и долил в банку — в аквариумной воде уже есть некоторое количество инфузорий. Потом, неплотно накрыл банку пакетом и поставил в затененное место — под стол. Вот и все!

На следующий день моя банка помутнела, что говорит о том, что там начали развиваться бактерии, которыми как раз и питаются инфузории. Как выше уже сказано, инфузории размножаются делением надвое один раз в сутки, по этому, их численность каждый день увеличивается вдвое. Приблизительно через неделю вода банка просветлела и я увидел огромное количество белых движущихся точек — это и есть инфузории. Можно начинать кормить мальков, но для начала я заквасил еще одну банку с живой пылью, взяв уже существующую колонию инфузорий.

Для кормления живой пылью, я использовал обыкновенный 2-х кубовый медицинский шприц. Доставал банку из тени — пока все инфузории находились сверху, у поверхности и аккуратно выбирал их шприцем и вливал прямо в аквариум с мальками. Старайтесь не взбалтывать воду в банке, дабы исключить попадание большого количества бактерий в аквариум, это может отрицательно сказаться на мальках, вплоть до полной гибели. По мере израсходования жидкости с живой пылью, необходимо добавлять в банку свежую кипяченую воду комнатной температуры или старую воду из аквариума до нужного количества. Так же, следует не забывать подкармливать инфузорий один раз в 2-3 дня, 3-4 каплями молока. Кроме банановой кожуры и молока можно одновременно добавлять и другие пищевые ингредиенты, например шкурки овощей и (или) сухофрукты и т.д. Чем разнообразнее эти ингредиенты, тем питательней живая пыль.

Хочу предостеречь. Не увлекайтесь количеством ингредиентов, вода может затухнуть. В такой среде инфузории не будут размножаться и погибнут.

Благодаря живой пыли, количество кормлений мальков, я сократил до трех раз в день, инфузории полностью съедаются, вода в выростном аквариуме не портится, малек стал быстрее расти и развиваться.

По мере роста молоди, можно переводить ее на более крупный живой корм. Ну, вот вроде и все. Если будут какие-то вопросы по данной теме — с удовольствием отвечу. Всем удачи!

Видео о разведении живой пыли для разведения рыбок

Кто такая инфузория?

Инфузория-туфелька (лат. Paramecium caudatum) — вид инфузорий, одноклеточных организмов из группы альвеолят. Обычно инфузориями-туфельками называют и другие виды рода Paramecium. Встречаются в пресных водах. Получила своё название за постоянную форму тела, напоминающую подошву туфли. Размер инфузории туфельки составляет 0,1 — 0,3 мм. Плывя в толще воды, туфелька вращается вокруг продольной оси. Скорость движения — около 2 — 2,5 мм/c. Питается инфузория бактериями, микроводорослями, грибами(дрожжами). Инфузория находит свою добычу, чувствуя наличие химических веществ, которые выделяют скопления бактерий. Размножаются половым и бесполым способами. Скорость размножения инфузорий высокая, что очень удобно и позволяет получить достаточное количество живого корма с малых объемов культиватора.

Инфузория используется в качестве стартового живого корма для мальков рыбок, она входит в состав «живой пыли». На живом корме мальки растут гораздо лучше и быстрее, чем на покупных, искусственных кормах промышленного и домашнего приготовления. Но наряду с коловратками, инфузория менее питательна, а скорость движения её быстрее, что не совсем хорошо для малоподвижных мальков, она больше интересна своими темпами размножения. Лучше использовать инфузорию в сочетании с коловратками. Если мальки слопают всех коловраток в малявочнике, то они всегда смогут перекусить инфузорией.

Культивируют инфузорию в ёмкостях от 3 литров и более, отлично подходят обычные стеклянные банки. В них очень удобно следить за состоянием культуры, выбирать правильную дозировку корма.

Разводят инфузорию на корках банана, листьях салата, крапивы, моркови, дрожжах, молоке и тд.

Предварительно готовим ёмкость. Необходимо промыть её раствором соды/соли, при этом не пользоваться никакой химией. На 2/3 заполняем банку кипяченой водой, доводим до комнатной температуры.

Способы разведения и кормления делятся на 2 вида, 1 — с периодическим добавлением корма и 2 — разовый запуск в «бульон из бактерий», чтобы получить вспышку инфузории.

В подготовленную ёмкость с водой запускаем стартовую культуру инфузорий и добавляем корм.

В качестве корма используются пекарские сухие дрожжи(продаются в любом магазине). На пачке с дрожжами пишут состав, в нем кроме латинского названия вида дрожжей не должно быть ничего. Дрожжи предварительно разводят кипяченой водой и добавляют в культиватор, капельно! На начале культивации, пока инфузория не размножилась, достаточно будет нескольких капель суспензии. Должно получиться легкое помутнение. Данную процедуру повторяют раз в 2-3 дня, с постепенным увеличением дозировки корма.

Также можно использовать кипяченное нежирное молоко. С ним нужно быть еще осторожнее, достаточно 1-3 капли раз в 1-2 недели.

Суть этого способа состоит в том, чтобы запустить стартовую культуру инфузории уже в подготовленный корм. Для этого берем(на выбор) сухие корки спелого банана(не поврежденные), листья салата, крапивы, кусочки моркови, картофеля. и т.д, на которых будут размножаться бактерии, а бактерии в свою очередь станут кормом для инфузорий. Промываем их в проточной воде и запускаем в культиватор, наполненный водой. Нам потребуется, примерно, горсть таких корок. Через несколько дней в банке начнут бурно размножаться бактерии, свидетельствует об этом появление мути и легкого неприятного запаха. Через 4-7 дней можно добавить инфузорию. Она начнет размножаться и спустя 3-5 дней полностью заполнит банку, в это время ей можно начинать кормить малька.

Наблюдение за культурой инфузории. Перезарядка культиватора.

Бактерии постепенно разлагают коркилистья в банке. В это время, для поддержания культуры в живом состоянии, её либо запускают в новый культиватор с подготовленным раствором, либо добавлять в старый суспензию дрожжей, как описано в первом способе.

В любом случае, раз в 1-1.5 месяца необходимо перезапустить культиватор, так как в нем скапливаются продукты жизнедеятельности и остатки корма, что угнетает размножение инфузорий.

Кормление мальков живой пылью.

Как только живой корм достаточно размножится, его можно использовать по своему назначению, а именно начать кормить малька.

Вода, в которой размножаются инфузории, слишком грязная и добавление её к малькам убьет их. Чтобы этого избежать, нам необходимо очистить инфузорию от этой воды.

Есть несколько способов:

Процедить раствор с инфузорией через фильтровальную бумагу и аккуратно ополоснуть её в воде с мальками.

Инфузория и коловратка образуют скопления на поверхности и по бокам культиватора в виде пленки. Эту пленку можно собрать ватными палочками и перенести в ёмкость с чистой водой. Необходимо подождать 30-60 минут, чтобы инфузория подъела большую часть бактерий и вылить воду к малькам.

Наливаем раствор с инфузорией в колбубутылку, не доливая 2-3 см до края горлышка, его затыкаем ватой, немного погрузив её в раствор. Сверху, в оставшееся пространство, аккуратно наливаем чистой воды. Бутылку закрываем тканью, а горлышко выводим на свет, инфузория будет переплывать в сторону света, через вату, в чистую воду. Оттуда её можно собирать пипеткой или грушей и вылить к малькам.

Где взять стартовую культуру инфузории для разведения?

Стартовую культуру инфузории вы можете заказать в нашем магазине AQA-SHOP.RU

В каталоге можно найти и другие живые корма, которые можно разводить в домашних условиях.

Уважаемые клиенты! В нашем магазине AQA-SHOP.RU поступление свежих кормов! см далее.

​Аулофорус (он же водяная змейка) — небольшой червячок (10, максимум 20 мм в длину при толщине 0,2 мм), от бледно-розового до красного цвета. Широко распространен в пресноводных водоемах от умеренной климатической зоны до тропиков, то есть практически в любом регионе России, за исключением полярных. Скопления червей можно рассмотреть на дне,

Отправка живого корма для рыбок и мальков во все регионы

Коловратками называют тип микроскопических животных, объединенных характерной особенностью, а именно: наличием коловращательного аппарата, используемого для перемещения. Насчитывается порядка 1500 видов коловраток, 600 из которых обитает в России. Эти животные являются важным звеном в пищевой цепочке, составляя значительный процент «живой пыли» — корма для молоди рыб, крупного планктона и множества беспозвоночных.

Коретра — принятое в среде аквариумистов название личинки комара из рода Culicidae, видов Chaoborus и Corethra. Принадлежность к определенному виду может определить только биолог, а аквариумисту и тем более — рыбкам это не важно.

2017 Магазин кормов для рыб и мальков. . Все права защищены.

Те, кто не забыл ещё школьного курса биологии, скажут уверенно – что это самый сложный по своему устройству из одноклеточных организмов. То есть вплотную подошедший к многоклеточным по уровню развития. Впрочем, те, кто интересуется разведением инфузории-туфельки дома – не биологи.

Зачем нужна инфузория и что она такое?

Прежде всего, длина инфузории не превышает половины миллиметра, и по конфигурации она похожа на обувную подошву (отсюда и название). В природе инфузория-туфелька служит основным кормом для рыбных мальков, которым более крупные кусочки пищи просто не по зубам. Вот этим-то она и привлекает внимание… не самих рыб только, а ещё рыболовов и аквариумистов.

Как вырастить инфузорию дома?

Любое живое существо, даже одноклеточное, нуждается в питании. Не исключение и инфузория-туфелька. Питательной средой для неё являются микроорганизмы. Значит, требуется подготовить среду, где они будут находиться в достаточном числе. Берите любую ёмкость и наливайте туда аквариумную воду. Старайтесь собрать её поближе к поверхности там, где наружу выходят растения. Почти в каждом аквариуме со сформировавшейся биологической структурой уже есть свои инфузории, пусть их пока и немного.

Далее в ёмкость добавляют салатный лист или кусочки банановой кожуры. Иногда к ним примешивают водорослевый рыбий корм (гранулированный). Практически в каждой специализированной торговой точке всегда можно его купить. Некоторые специалисты рекомендуют разделять такие виды питания по разным ёмкостям.

Та и другая культура должна быть выдержана на солнце как минимум неделю (если больший срок, то ещё лучше). Оптимальное время для ращения инфузорий, таким образом – лето. Когда вода становится тёмной, это признак того, что бактериальная колония развилась. Далее в дело вступают инфузории. Отследить их появление можно даже без микроскопов и увеличительных стёкол: вода должна стать розоватой.

Всё получилось? Можно размножить колонию, взяв другую ёмкость с похожей бактериальной культурой и добавив туда немного воды из первой. Мальков нужно подкармливать буквально каплями воды из ёмкости, где обитают инфузории. Если вы добавите больше корма, чем мальки смогут съесть, то туфельки просто погибнут, а продукты их распада отравят воду. Конечно же, лучше начинать всё с воды из открытого водоёма, где инфузорий намного больше. И в любом случае желательно иметь микроскоп, чтобы оценить содержание микроорганизмов точно.

Инфузория-туфелька – вид инфузорий, относящийся к группе альвеолят. Получила свое название за счет необычной формы, напоминающей подошву туфли. Обитает во всех пресных водоемах.

Описание

Размеры туфелек крохотные, но в то же время, относительно других одноклеточных, достаточно большие. Взрослая туфелька может достигать размеров до 0.3 мм, однако, некоторым удавалось вырастить особи в 0.6 мм. Тельце вытянутое, полукруглой формы в разрезе. Верхней оболочкой для организма служит наружная мембрана. Она прозрачна, поэтому сквозь нее можно рассмотреть все внутреннее строение инфузорий. Самым выделяющимся на фоне остальных органов является макроядро. Оно проявляется жирной точкой на теле. На поверхности туфелек располагаются реснички, при помощи которых инфузория двигается и охотится. Их количество может варьироваться от 10 до 15 тысяч.

Зачем выращивать?

Дело в том, что мальки рыб не могут есть пищу, которую с легкостью проглатывают большие особи. Для их разведения нужен особый, стартовый корм. В качестве такого корма подходят инфузории туфельки. Их разведение не составит особого труда, однако мальки, питаясь ими, будут расти более здоровыми и крепкими.

Как найти инфузорию?

Есть легкий и занятный способ найти, а главное отделить туфельку от остальных микроорганизмов:

1. Возьмите кусочек стекла и поместите на него 2 капли воды, причем одна должна быть взята из аквариума, а вторая из водопроводного крана, и отстоявшаяся некоторое время.
2. В каплю из аквариума добавьте несколько крупинок соли.
3. Постройте тонкую «дорожку» из воды между каплями. Для этого может подойти любая иголка или зубочистка, достаточно провести ей между каплями. Все пресные микроорганизмы ринутся к чистой, несоленой воде.
4. Туфелька, за счет своих ресничек, гораздо проворнее своих собратьев. Именно поэтому в водном мостике первой окажется никто иная, как породистая инфузория.
5. При помощи пипетки отправляем ее в резервуар с чистой водой, для дальнейшего разведения.

Как культивировать?

Для того, чтобы развести культуру туфелек, не нужны какие-либо специальные условия, поэтому их культивация очень проста и под силу многим заводчикам рыб.

Для создания большой колонии туфелек достаточно обзавестись одной. Примерно через месяц содержания, эта туфелька разродится, и в банке будет уже колония инфузорий – более 40 тысяч экземпляров на сантиметр кубический. Это число является максимальной концентрацией туфелек в воде.

Особь инфузории нужно поместить в стеклянную банку (желательно 3-х литровую) отстоявшейся пресной воды. Стекло пропускает свет, что улучшает рост колонии. Комнатная температура отлично подходит для того, чтобы начать разведение микроорганизмов, однако идеалом для инфузорий будет 22-26 градусов. При такой температуре удастся вырастить колонию с наибольшим числом туфелек. Банку желательно поставить в проветриваемое место или снабдить продувкой. Это связано с тем, что при наличии кислорода в воде, инфузории опускаются на дно, а при его недостатке всплывают, что помогает при отслеживании и дальнейшем сборе.

Чем кормить

В еде туфельки так же неприхотливы. Прокормить их можно в домашних условиях. Для питания им нужны субстраты для развития бактерий. Едят любую растительную пищу, рыбий корм, молоко и печень. Для удобства продукты высушивают, а затем в марле опускают в резервуар с инфузориями. Чтобы их не перекармливать, достаточно будет кусочка примерно в 2-3 см.

Так же для кормежки можно использовать сенный настой. Приготовить его очень просто. В кипящую воду опустите сено, в расчете 10 г на 1 л и оставьте вариться на медленном огне в течение 20 минут. Высокая температура убьет все микроорганизмы, однако бактерии сохранятся, именно ими в дальнейшем будет питаться инфузория. Готовый раствор переливаем в любую удобную тару и оставляем при комнатной температуре на 2-3 дня, за это время бактерии размножатся, и их можно будет скармливать инфузориям. Такой вид питания называется – гидролизные дрожжи, добавлять их в воду надо из расчета 1 г на 10 л раз в неделю-полторы.

Самый легкий способ прокормить инфузорию – молоко и молочные продукты. Лучше всего подойдет обезжиренное молоко или простая сгущенка. В раствор вносить по 2 капли в неделю. Инфузории питаются не самим молоком, а кисломолочными бактериями.

При подкармливании культуры нужно помнить, что при перенасыщении раствора бактериями инфузории начнут погибать от недостаточного количества воздуха. Для избегания такой ситуации нужно тщательно следить за порциями бактерий, попадающими в резервуар к туфелькам.

Использование в качестве корма

После успешного разведения можно приступать к сбору инфузорий. Для удобства всю колонию желательно переместить на поверхность воды. Рассмотрим 2 самых удобных и легких способа это сделать:

• Сбор при помощи молока.

В воду влить молочную смесь и отключать продувку. После этого остается подождать 2 часа и инфузории сами всплывут на поверхность.

• Сбор при помощи соли.

В банку вносится раствор соли, заставляя инфузорий всплывать на поверхность.

Теперь можно приступать к самому сбору. Собрать их можно с использованием шланга. Также можно соорудить конструкцию, которая будет постоянно подкармливать мальков свежими инфузориями. Для этого понадобится обычная трубка для капельниц, которую можно приобрести в аптеке. Поставьте банку с инфузориями над аквариумом, вставьте в нее шланг, опустите и настройте подачу воды из банки при помощи зажима. В идеале вода должна подаваться каплями с интервалом в 2-3 секунды.

Такую мини-ферму по разведению инфузорий может сделать каждый в домашних условиях. Питаясь инфузориями, мальки будут расти здоровыми и крепкими, а, значит, смогут прожить долгую жизнь.

Обыкновенная амеба (царство Животные, подцарство Простейшие) имеет и другое название – протей, и является представителем класса Саркодовые свободноживущие. Имеет примитивное строение и организацию, передвигается с помощью временных наростов цитоплазмы, именуемых чаще ложноножками. Протей состоит только из одной клетки, но эта клетка представляет собой полноценный независимый организм.

Среда обитания

Строение обыкновенной амебы

Амеба обыкновенная – организм, состоящий из одной клетки, ведущей независимое существование. Тело амебы представляет собой полужидкий комочек, размером 0,2-0,7 мм. Крупных особей можно разглядеть не только через микроскоп, но и при помощи обычного увеличительного стекла. Вся поверхность организма покрыта цитоплазмой, которая закрывает собой студенистое ядро. Во время движения цитоплазма постоянно меняет свою форму. Вытягиваясь то в одну, то в другую сторону, клетка формирует отростки, благодаря которым передвигается и питается. Может отталкиваться от водорослей и других предметов при помощи ложноножек. Так, чтобы двигаться, амеба вытягивает в нужную сторону ложноножку, а затем перетекает в нее. Скорость движения составляет около 10 мм в час.

Скелета у протея нет, что позволяет принимать любую форму и менять ее по мере необходимости. Дыхание амебы обыкновенной осуществляется всей поверхностью тела, специальный орган, отвечающий за поставку кислорода, отсутствует. Во время движения и питания амеба захватывает много воды. Излишки этой жидкости выделяются при помощи сократительной вакуоли, которая лопается, выталкивая воду, а затем формируется вновь. Специальных органов чувств у амебы обыкновенной нет. Но она старается спрятаться от прямого солнечного света, чувствительна к механическим раздражителями и некоторым химическим веществам.

Питание

Питается протей одноклеточными водорослями, остатками гниения, бактериями и другими мелкими организмами, которые захватывает своими ложноножками и втягивает в себя так, что еда оказывается внутри тела. Здесь сразу же образуется специальная вакуоль, куда и выделяется пищеварительный сок. Питание амебы обыкновенной может происходить в любом месте клетки. Одновременно захватывать еду могут несколько ложноножек, тогда переваривание пищи происходит сразу в нескольких частях амебы. Питательные вещества поступают в цитоплазму и идут на строительство тела амебы. Частички бактерий или водорослей перевариваются, а остатки жизнедеятельности сразу же удаляются наружу. Выбрасывать ненужные вещества амеба обыкновенная способна на любом участке своего тела.

Размножение

Размножение амебы обыкновенной происходит делением одного организма на два. Когда клетка достаточно выросла, в ней образуется второе ядро. Это служит сигналом к делению. Амеба вытягивается, а ядра расходятся по противоположным сторонам. Примерно посередине возникает перетяжка. Затем цитоплазма в этом месте лопается, так возникают два отдельных организма. В каждом из них находится по ядру. Сократительная вакуоль остается в одной из амеб, а в другой возникает новая. В течение суток амеба может делиться несколько раз. Размножение происходит в теплое время года.

Образование цисты

С наступлением холодов амеба перестает питаться. Ее ложноножки втягиваются в тело, которое приобретает форму шарика. На всей поверхности образуется специальная защитная пленка – циста (белкового происхождения). Внутри цисты организм находится в спячке, не пересыхает и не перемерзает. В таком состоянии амеба пребывает до наступления благоприятных условий. При высыхании водоема цисты могут разноситься ветром на дальние расстояния. Таким способом амебы расселяются в другие водоемы. При наступлении тепла и подходящей влажности амеба покидает цисту, выпускает ложноножки и начинает питаться и размножаться.

Место амебы в живой природе

Простейшие организмы являются необходимым звеном в любой экосистеме. Значение амебы обыкновенной заключается в ее способности регулировать численность бактерий и болезнетворных микроорганизмов, которыми она питается. Простейшие одноклеточные организмы поедают гниющие органические остатки, поддерживая биологическое равновесие водоемов. Кроме того, амеба обыкновенная является пищей для мелких рыбок, рачков, насекомых. А те, в свою очередь, поедаются более крупными рыбами и пресноводными животными. Эти же простейшие организмы служат объектами научных исследований. Большие скопления одноклеточных организмов, в том числе и амеба обыкновенная, участвовали в формировании известняков, залежей мела.

Амеба дизентерийная

Существует несколько разновидностей простейших амеб. Самая опасная для человека – амеба дизентерийная. От обыкновенной она отличается более короткими ложноножками. Попадая в организм человека, амеба дизентерийная поселяется в кишечнике, питается кровью, тканями, образует язвы и вызывает кишечную дизентерию.

Успех проведения лабораторного практикума зависит от наличия раздаточного материала, предлагаемого учащимся для изучения. Ниже приводятся рекомендации по сбору, содержанию, обработке и хранению раздаточного материала. Сбор и приготовление раздаточного материала можно проводить силами учащихся. Для этого им дается определенное летнее задание по сбору и инструкции по приготовлению раздаточного материала

Обеспечить учащихся животными подцарства Простейшие в достаточном количестве можно только культивируя их. Культивировать простейших можно непосредственно в школе (в лаборантской кабинета биологии) или дома у учащихся или членов биологического кружка. Многие простейшие могут обитать совместно в смешанной культуре, но можно приготовить и чистые культуры определенных видов простейших.

Для содержания простейших используется только прозрачная (не зеленая) стеклянная посуда. Использование металлической посуды исключается, так как металл оказывает вредное влияние на животных. Для содержания простейших пригодны обычные банки для консервирования, но предпочтительнее банки с прямоугольным дном, прямоугольные стаканчики, кристаллизаторы, простоквашницы и чашки Петри.

Для культивирования простейших лучше всего использовать дождевую или талую воду. Речную, озерную или прудовую воду перед использованием кипятят и фильтруют либо через густой шелк, либо через бумажный фильтр. Поскольку водопроводная вода хлорируется, она не пригодна для содержания простейших. Если же приходится прибегать к использованию водопроводной воды, то ее предварительно отстаивают в течение 7-10 дней в стеклянном сосуде (при этом воду периодически помешивают стеклянной палочкой). Во время отстаивания хлор постепенно улетучивается, а вода насыщается кислородом. Перед использованием воду фильтруют. Но даже отстоявшейся водой следует пользоваться осторожно, так как можно загубить культуру простейших. По мере испарения воды в сосуд добавляют свежую, сохраняя, по возможности, один и тот же уровень.

Важную роль при разведении простейших играют температура воды и освещение. Наиболее благоприятной является температура 18-23 °С. Необходимо следить за тем, чтобы не было резких колебаний температуры. Многим простейшим необходимо хорошее дневное освещение, поэтому банки с культурой простейших ставят вблизи окна, но при этом нельзя допускать попадания на них прямых солнечных лучей (для защиты можно использовать какие-либо экраны — занавеску, ширму и т.д.).

Нельзя допускать загрязнения воды какими-либо химическими веществами. При взятии проб культуры используют специально отведенные для этой цели пипетки. Взятые для просмотра пробы сливают в дезинфицирующие растворы. Банки с культурами держат закрытыми стеклянными пластинками. Это уменьшает испарение воды и загрязнение культуры пылью. Для сосудов с культурой лучше всего выделить специальное место и не перемещать их, избегая тем самым встряхивания жидкости.

Для культивирования простейших необходимо заранее приготовить питательную среду, богатую бактериями, которые чаще всего служат для них пищей. Существует несколько различных рецептов приготовления питательных сред.

1. В стеклянную банку кладут слой сенной трухи или нарезанного лугового сена (можно листьев) толщиной 0,5 см и заливают дождевой или прудовой водой. Банку накрывают стеклом и ставят на окно, но так, чтобы она была защищена от попадания прямых солнечных лучей. Через 3-4 дня в сосуд доливают воду из загрязненного стоячего водоема, на дне которого имеется гниющая растительность. При этом следует захватить со дна немного ила. Через некоторое время на поверхности жидкости в сосуде появляется пленка. Как правило, в приготовленной среде сначала появляются разные мелкие инфузории, затем амебы (их следует искать прежде всего в пленке) и, наконец, инфузории-туфельки (в среднем, через 15 дней после добавления прудовой воды).
2. В мешочке из марли прокипятить листья салата, который можно вырастить и на подоконнике. В небольшую банку налить прудовой воды и опустить в нее мешочек с салатом. Через 3-5 дней салат нужно поменять. В этой питательной среде, как правило, появляется большое количество инфузорий.
3. На несколько дней положить в воду кусочки жабр или ноги беззубки. Появившихся инфузорий вылавливают пипеткой и переносят в сосуд с салатом.
4. Если из грязного водоема с гниющими растениями взять воду вместе с грязью и гнилью, накрыть стеклом и оставить стоять несколько дней спокойно, то через некоторое время можно получить много инфузорий и амеб.
5. Если к 200 см3 питательной среды добавить либо 10-15 капель молока, либо щепотку картофельной муки, либо овсяного (рисового, пшеничного) отвара, то можно получить большое количество крупных простейших. Отвар круп готовится следующим образом: 50-100 г крупы 20-30 мин. кипятить в 1 л воды. Полученный отвар наливают в бутылку, закупоривают ее и доливают в культуру по 5-10 см3 по мере надобности.
6. Готовят два настоя: 1) молодых облиственных веток березы или других деревьев в сырой (не водопроводной) воде; 2) огородной земли (1/4 объема) в сырой воде (3/4 объема). Через 10 дней оба раствора сливают вместе в равных объемах, а затем, через 6-8 дней, вносят в приготовленную питательную среду амеб. Если через каждые 2-3 месяца пересаживать амеб в свежую питательную среду, то их можно иметь в течение всего года.
7. Большое количество инфузорий можно получить в настое свиного мозга. 120 г мозга разрезать на кусочки и раздавить в воде, через 12 часов профильтровать через марлю. Добавляя воду, довести объем настоя до 1 л, разлить полученную жидкость в несколько стеклянных банок и добавить в каждую по 1 см3 сенного настоя с инфузориями. Через 2-3 дня можно получить большое количество инфузорий. Ежедневно следует удалять пленку, образовывающуюся на поверхности жидкости.
8. В течение нескольких минут прокипятить зерна риса или пшеницы. Одновременно в другой колбе прокипятить воду, охладить ее, разлить в несколько чашек (например, Петри) и поместить в каждую несколько подготовленных зерен.

Приготовленная любым способом питательная среда в течение 7-10 дней должна оставаться открытой для того, чтобы в ней размножилось как можно больше бактерий.

В лаборантской кабинета биологии можно держать “запущенный” аквариум, в котором для занятий можно найти нужных беспозвоночных. До начала учебного года в аквариум средних размеров насыпают тонкий слой песка (1,5 см) и кладут на него слой грунта с гниющими листьями и веточками (1-1,5 см), взятого со дна пруда. В грунт сажают элодею, рдест и другие водные растения, не промывая их. Они должны занять большую половину аквариума, а свободную от растений поверхность дна засыпают тонким слоем песка. Аквариум заливают прудовой водой и оставляют без ухода, доливая время от времени испаряющуюся воду. В этом же аквариуме можно содержать разных моллюсков, водяных личинок и т.д.

Смешанную культуру простейших готовят приблизительно за месяц до использования ее на занятиях. Периодически культуру просматривают, пробы берут со дна, с поверхности, из середины сосуда, при этом отмечают, в какой банке и в каком месте обнаруживается скопление простейших и каких именно.

В смешанных культурах развиваются разные простейшие, причем их видовой состав постоянно меняется. Поэтому лучше иметь для работы чистые культуры. Для этого несколько капель смешанной культуры или проб воды из водоемов наносят на предметное стекло, не накрывая его покровным. При малом увеличении микроскопа рассматривают приготовленный микропрепарат. С помощью пипетки с сильно оттянутым концом вылавливают нужных животных и переводят в сосуд с питательной средой. Питательная среда должна быть предварительно прокипячена и остужена. Сосуд плотно закрывают стеклом. Периодически берут пробы и наблюдают за развитием простейших. Для сохранения чистоты культуры длительное время животных периодически (примерно раз в месяц) пересаживают в свежую питательную среду.

Инфузория туфелька: где обитает, строение и функции

Инфузория-туфелька – что это?

Инфузория-туфелька – это простейший одноклеточный микроорганизм, который получил свое название за внешнее сходство с обувной подошвой. Ее размеры колеблются от 10 мкм до 4,5 мм, но такие крупные особи встречаются крайне редко. В основном можно встретить в пресных и стоячих водах.

Невооруженным глазом этот микроорганизм невозможно рассмотреть. Однако при большом скоплении в загрязненной и мутной воде можно увидеть продолговатые точки белого цвета – это и есть инфузории-туфельки. Они находятся в постоянном движении.

Инфузория-туфелька – это бактерия или нет?

Бактерия – одноклеточный организм, отличающийся отсутствием ядра, а инфузория-туфелька обладает двумя ядрами. Из этого можно сделать вывод, что данный представитель фауны не является бактерией.

Где обитает инфузория-туфелька?

Как уже говорилось выше, инфузория-туфелька обитает в пресноводных водоемах. Изучив воду из домашнего аквариума под микроскопом, можно заметить большое количество микроорганизмов, в том числе и инфузорий.

Можно самостоятельно создать искусственный водоем, в котором будет обитать этот простейший одноклеточный организм, для этого будет достаточно залить водой обычное сено, и дать настояться несколько дней.

Строение и функции

Внешнее покрытие этого представителя фауны представляет собой тонкую эластичную оболочку, которая называется мембраной. Она на протяжении всего жизненного цикла сохраняет форму тела. Это связано с наличием в слое цитоплазмы развитых опорных волокон. Эти волокна расположены плотно к оболочке. Инфузория-туфелька обладает двумя ядрами. За пищеварение отвечает большое ядро, а за размножение – малое.

На всей поверхности инфузории-туфельки расположены органы, отвечающие за ее передвижение. Эти органы называются ресничками, и их количество превышает 15 000. Их движения напоминают движения весел. Перемещение инфузории осуществляется тупым концом вперед со скоростью до 3 мм/с. Во время передвижения этот микроорганизм вращается вокруг продольной оси своего тела. Это происходит за счёт медленных волнообразных движений ресничек.

Инфузория-туфелька – это высокоорганизованный простейший организм, который выполняет множество процессов для поддержания своей жизнедеятельности.

Дыхание организма осуществляется за счет попадания кислорода в цитоплазму через мембрану. Благодаря двум сократительным вакуолям, происходит газообмен, осуществляющийся за счет специальных канальцев. Удаление лишней жидкости, которая представляет собой результат процесса жизнедеятельности, происходит каждые 30 секунд. При неблагоприятной окружающей среде происходит замедление работы сократительных вакуолей, и инфузория-туфелька перестает питаться.

Размножение этого высокоорганизованного микроорганизма может быть как половым, так и бесполым.

Бесполое размножение у инфузорий-туфелек представляет собой обычный процесс деления клеток. Примерно раз в день большое и малое ядра расходятся в разные стороны организма и делятся на два. В результате деления образуется две инфузории-туфельки с таким же набором органов, как и у родительского организма.

Половое размножение свойственно только тем инфузориям, которые многократно проходили бесполое размножение или же при неблагоприятных условиях. В результате этого размножения не образуется двух особей. Два микроорганизма соединяются, создавая между собой соединительный мост.

Большие ядра инфузорий исчезают бесследно, а малые делятся на два. Ученые дали этому процессу название – конъюгация. Он может продолжаться более одиннадцати часов. При понижении температуры воды или изменении света две инфузории-туфельки могут превратиться в цисту, и просуществовать около десяти лет в состоянии анабиоза, хотя в среднем при благоприятных условиях их срок жизни длится не более суток.

Чем питается?

Рацион питания инфузории-туфельки состоит из бактерий и микроводорослей, которые содержатся в большом количестве в мутной застоявшейся воде. Питание происходит с помощью клеточного рта, по кругу которого расположены реснички. С их помощью микроорганизм может с легкостью захватывать как можно больше еды в рот. Изо рта пища проходит по клеточной глотке, попадая в вакуоли, в которых и происходит процесс пищеварения. Он может происходить в нескольких вакуолях сразу, и может длиться более часа.

Инфузория туфелька может питаться непрерывно, особенно когда температура воды более 17 градусов, прерываясь только для размножения.

Опасна ли для человека?

Существует множество инфузорий, которые могут паразитировать в организме рыб и даже человека. Например, заболевание балантидиаз связано с присутствием балантидия кишечного в организме человека. А ихтиофтириус паразитирует в аквариумных рыбах, вызывая их массовую гибель. Однако инфузория-туфелька не представляет никакой угрозы для их здоровья. Она служит основной пищей для беспозвоночных и мальков рыб.

Заключение

Строение и внешний вид инфузорий-туфелек одинаковы для каждой особи. Они могут отличаться размерами. Жизненный цикл при благоприятных условиях у них тоже одинаковый. Эти микроорганизмы остро реагируют на температуру воды, освещение и содержание солей в водоеме. При неблагоприятных условиях они впадают в анабиоз, и их длительность жизни увеличивается в сотни, а то и в тысячи раз.

---

 

Похожие записи:

границ | Сезонность планктонных пресноводных инфузорий: коррелируют ли анализы, основанные на участках V9 гена 18S рРНК, с подсчетом морфоспидов?

Введение

В озерах умеренного пояса сезонные смены фито- и метазоопланктона часто демонстрируют прогнозируемую динамику, которая была описана в концептуальной структуре, модели Plankton Ecology Group (PEG) (Sommer et al., 1986). За последние 30 лет экологические исследования расширили понимание механизмов, ответственных за сезонность, с ключевым выводом о том, что динамику гетеротрофных протистов следует рассматривать отдельно от структуры зоопланктона многоклеточных животных (Sommer et al., 2012). Микрозоопланктон может составлять основную долю от общего выпаса на фитопланктоне, потребляя более 50% первичной продукции в определенные периоды года (Weisse et al., 1990; Straile, 1998). Во фракции водорослевых протистов часто преобладают инфузории (Ciliophora), представляющие, например, первых и наиболее эффективных травоядных растений весеннего цветения фитопланктона (Geller et al., 1991; Sommaruga and Psenner, 1993; Tirok and Gaedke, 2007; Posch et al. ., 2015). Однако способы питания инфузорий весьма разнообразны (бактериоядные, водоядные, всеядные, хищные), поэтому они составляют основную часть протистанского планктона в течение всего года (Mathes and Arndt, 1995; Straile, 1998).Инфузории могут даже быть доминирующими бактериоядными животными (Kisand, Zingel, 2000; Zingel et al., 2007) или потребителями автотрофного пикопланктона (Šimek et al., 1995) в некоторых озерах. Сезонные смены ассоциаций инфузорий и вовлеченных в них видов хорошо описаны для различных озер с умеренным климатом (Beaver, Crisman, 1989; Müller et al., 1991; Carrias et al., 1998; Sonntag et al., 2006; Zingel and Nõges, 2010). ; см. также обширный обзор литературы в Foissner et al., 1999). Эти исследования имеют одну общую черту — их результаты основаны на идентификации и количественной оценке морфологически четко определенных видов (morphospecies, Foissner et al., 1999) с помощью различных методов микроскопии. Подсчет морфологических видов позволяет количественно определять численность и биомассу на единицу объема воды, что является необходимым условием для изучения потоков энергии между трофическими объектами в озерах.

За 20 лет традиционные подходы, основанные на морфологии, были либо дополнены, либо даже заменены молекулярными методами в экологических исследованиях (Caron et al., 1999; Stoeck et al., 2006; Duff et al., 2008; Berdjeb et al., 2018). ). В настоящее время технологии высокопроизводительного секвенирования (HTS) произвели революцию в изучении протистанских сообществ в пресноводных экосистемах (Simon et al., 2015; Banerji et al., 2018; Bock et al., 2018; Михайлов и др., 2018). Среди прочего, HTS в окружающей среде дает возможность обнаружить загадочные и редкие виды, которые, скорее всего, не распознаются микроскопией (Amaral-Zettler et al., 2009; Nolte et al., 2010). Тем не менее, молекулярные методы анализа про- и эукариотических микробов должны иметь дело с множеством источников систематической ошибки. Прежде всего, ПЦР является основным источником ошибок из-за смещения праймеров и предпочтительной амплификации (Stoeck et al., 2006; Shakya et al., 2013; Трагин и др., 2018; Wear et al., 2018). Одной из основных проблем, возникающих из-за ПЦР и смещения праймеров, является критическое преобразование численности ампликонов в численность организма (Egge et al., 2013; Weber and Pawlowski, 2013; Stoeck et al., 2014), но решения см. Также Giner et al. (2016). К другим источникам ошибок относятся секвенирование (Huse et al., 2007), кластеризация ампликонов (Huse et al., 2010; Forster et al., 2016), а также неполнота и ошибки в справочных базах данных (Stoeck et al., 2014). Такие ошибки могут иметь обширные последствия для оценок разнообразия инфузорий, часто приводя к переоценке богатства операционных таксономических единиц (OTU) в окружающей среде.Кроме того, многие OTU все еще остаются неназначенными, а многочисленные морфоспецифические виды инфузорий еще не представлены в справочных базах данных (например, NCBI). Более того, высокое число копий генов 18S рРНК у инфузорий (Gong et al., 2013) и тот факт, что число копий сильно варьируется между видами, может сделать количественные результаты еще более ненадежными (Medinger et al., 2010). Таким образом, сомнительно, можно ли использовать только подходы HTS для ответа на экологические вопросы о видах инфузорий, таких как модели сукцессии и их значимость для функционирования экосистемы.В нескольких исследованиях использовалась комбинация молекулярных и морфологических методов для изучения разнообразия и динамики сообществ планктонных инфузорий как из морских (Bachy et al., 2013, 2014; Santoferrara et al., 2014, 2016), так и из пресноводных систем ( Medinger et al., 2010; Luo et al., 2011; Stoeck et al., 2014). Одновременная идентификация морфовидов помимо секвенирования в окружающей среде помогает отличить значимые OTU от потенциальных ошибок секвенирования. Наконец, выделение и последующее секвенирование генов таксономических маркеров от идентифицированных видов инфузорий позволит нам связать данные секвенирования (OTU) с организмами и их известной аутэкологией.

В этом исследовании мы провели трехлетнюю кампанию по отбору проб в Цюрихском озере (отбор проб раз в две недели, n = 74), чтобы установить значительный набор данных для оценки и улучшения данных HTS, специфичных для инфузорий. Оба метода, классический подсчет морфотипов с помощью количественной импрегнации серебром и секвенирование ампликона 18S рРНК, были использованы для исследования изменчивости сообщества инфузорий во времени. Чтобы проверить, совпадают ли два разных подхода друг с другом, мы сосредоточились на сезонных моделях двенадцати специфических морфовидов инфузорий.Эти виды были выделены непосредственно из воды озера, и большинство из них успешно культивировалось. Впоследствии их области V9 гена 18S рРНК были секвенированы и использованы в качестве семян для анализа HTS. Этот рабочий процесс привел к получению новой информации о последовательности для нескольких хорошо известных морфоспортов инфузорий, обитающих в пресноводных системах. Мы намеревались достичь следующих целей: (a) Коррелируют ли сезонные модели численности, а также редких и эфемерных видов инфузорий с помощью HTS с последовательностями, наблюдаемыми при подсчете морфоспецифических видов? (b) Позволяет ли HTS более точно описать сезонность редких и эфемерных видов инфузорий? (c) Есть ли связь между количеством считываний последовательностей и значениями клеточной численности или биомассы для видов инфузорий? (d) Отражает ли относительное количество считываний последовательностей количественную структуру сообщества, определенную с помощью подсчета морфовидов?

Материалы и методы

Место исследования, отбор проб и параметры окружающей среды

Цюрихское озеро (47 ° 19.3’N, 8 ° 33,9’E; Швейцария) — это предальпийское, олигомезотрофное и мономиктическое озеро, которое уже пять десятилетий является объектом интенсивных лимнологических исследований (Posch et al., 2012; Yankova et al., 2017). Основными морфометрическими дескрипторами являются: высота = 406 м над ур. Озеро служит резервуаром для питьевой воды более 1 миллиона человек. Пробы планктона отбирались каждые две недели с марта 2014 г. по 2017 г. ( n = 74 образца).Озерная вода была собрана с глубины 5 м с помощью пробоотборника Ruttner объемом 5 л. Объем воды в 5 л каждой пробы был разделен на 300 мл для метода подсчета морфологических видов и 4 л для HTS (см. Ниже), т. Е. Анализируемая вода поступала из одного и того же начального объема для обоих методов (см. Также схему рабочего процесса в Дополнительных документах). Рисунок S1). Кроме того, в течение всего периода отбора проб с верхних 20 м собирались уловы нетто (размер ячеи 10 мкм) для идентификации, выделения и культивирования живых особей.Сопутствующие абиотические параметры, то есть температура воды и концентрация кислорода, были измерены in situ для глубины отбора проб (5 м) с помощью многопараметрического зонда (6600 V2, Yellow Springs Instruments, США). Данные для описания трофического статуса, то есть концентрации общего фосфора (TP) и нитратов (NO ₃ -N), а также общей численности фитопланктона, были получены от Water Supply Company Zurich. Для подсчета бактерий 20 мл каждого 5 л образца консервировали формальдегидом (конечная концентрация 2%), окрашивали SYBR Green I (Sigma Aldrich) и оценивали с помощью проточной цитометрии (Cytoflex S, Beckman Coulter; Petrou and Nielsen, 2018).

Идентификация, численность и биомасса инфузорий

Определение живых инфузорий из уловов сети проводилось впоследствии после отбора проб в лаборатории с использованием микроскопа Zeiss Axio ImagerM1 (увеличение: от 100 × до 840 ×) и стереомикроскопа Zeiss Discovery.V8 (увеличение: от 10 × до 80 ×). Одиночные или множественные клетки идентифицированных инфузорий (таблица 1 и дополнительный рисунок S1) выделяли с помощью вытянутой стеклянной микропипетки и промывали 3-5 каплями стерильной фильтрованной озерной воды или среды (минеральная вода Volvic).Культуры поддерживали стерилизованными зернами пшеницы, поддерживающими рост бактерий для бактериоядных инфузорий, или штаммом Cryptomonas SAG 26.80 (коллекция культур водорослей Геттингенского университета, Германия), служащим источником пищи для водорослевых / всеядных видов. Культуры инфузорий хранили при 18 ° C и цикле 14 ч света (20 мкмоль м ^-2 с ^-1 ) / 8 ч темноты.

Таблица 1. Список из двенадцати видов инфузорий, которые были изолированы и частично культивированы в период исследования (март 2014–2017 гг.).

Для подсчета и расчета биомассы 300 мл озерной воды консервировали свежеприготовленным 15 мл раствора Буэна [содержащего 10,7 мл насыщенной пикриновой кислоты, 3,6 мл формальдегида (37% исходный раствор) и 0,7 мл ледяной уксусной кислоты; Скиббе, 1994]. Подвыборки (100–150 мл) фильтровали через фильтры из нитрата целлюлозы с диаметром пор 0,8 мкм, снабженные счетными сетками (Sartorius, Германия). Затем был применен метод количественного окрашивания протарголом (протеинатом серебра) (QPS) в соответствии с протоколом Skibbe (1994) с небольшими изменениями после Pfister et al.(1999). После процедуры окрашивания инфузории, пропитанные серебром, на фильтрах заливали канадским бальзамом (Merck, Германия), обеспечивая постоянные предметные стекла, сохраняющие свое качество в течение многих лет. Препараты анализировали при увеличении от 200 до 1600 с помощью микроскопа Zeiss Axio ImagerM1. Идентификацию живых и окрашенных видов инфузорий проводили согласно Foissner et al. (1991, 1992, 1994, 1995, 1999) и Sonntag et al. (2008). Мы следовали системам классификации Lynn (2008) и Gao et al.(2016) о таксономической принадлежности обнаруженных видов. Для каждого образца мы проверяли эквивалентную площадь фильтра до тех пор, пока не было определено и подсчитано не менее 400 клеток. Наконец, общая площадь фильтра была проверена на наличие редких видов, которые не были бы учтены нашей стандартной процедурой подсчета. Биомасса (т. Е. Сырой вес) для каждого идентифицированного вида инфузорий рассчитывалась путем умножения численности инфузорий на видоспецифичные коэффициенты пересчета, опубликованные Foissner et al. (1992, 1994, 1999). Эти опубликованные коэффициенты основаны на среднем размере клетки вида, геометрическом приближении формы клетки для расчета объема клетки и удельной плотности 1 пг мкм ^-3 (подробности см. В главе 2 в Foissner et al., 1992).

Секвенирование изолированных видов инфузорий

Неполные гены 18S рРНК, включая область V9, были секвенированы либо у культивируемых инфузорий, либо непосредственно у живых особей, собранных из уловов сети (таблица 1 и дополнительный рисунок S1). Клетки промывали, как описано выше, и голодали в течение ~ 24 часов в стерильной фильтрованной озерной воде или среде, чтобы гарантировать, что все потенциальные частицы пищи были переварены. Затем инфузории переносили в 1-2 мкл воды для ПЦР, которую затем использовали непосредственно в качестве матрицы для вложенной ПЦР с использованием праймеров от Marin et al.(2003; см. Дополнительный рисунок S2). В качестве альтернативы, праймеры Euk360F (Edgcomb et al., 2011) и Univ1492RE (Stoeck et al., 2006) были использованы для нашего стандартного протокола ПЦР (дополнительный рисунок S2).

Условия вложенной ПЦР были следующими: первая денатурация при 96 ° C в течение 1 мин, затем 30 циклов, каждый из которых состоит из 1 мин при 96 ° C, 2 мин при 55 ° C, 3 мин при 72 ° C, а затем заключительное удлинение в течение 10 минут при 72 ° C с использованием смеси GoTaq ^® Green Master Mix (Promega). Эта процедура была успешно применена для вида Cinetochilum margaritaceum (таблица 1).Частичная 18S рДНК оставшихся одиннадцати видов была амплифицирована с использованием стандартного протокола ПЦР. Условия были следующими: первая денатурация при 94 ° C в течение 3 минут, затем 35 циклов, каждый из которых состоит из 1 минуты при 94 ° C, 1 минуты при 52 ° C и 2 минут при 72 ° C, с последующим окончательным удлинением. 5 мин при 72 ° C с использованием смеси GoTaq ^® Green Master Mix (Promega). Продукты ПЦР очищали с помощью набора для очистки Agencourt AMPure XP PCR Purification Kit (Beckman Coulter) и секвенировали по Сэнгеру с помощью химии ABI BigDye на генетическом анализаторе ABI 3130x (Applied Biosystems).В некоторых случаях использовали дополнительные праймеры для секвенирования E528F (Marin et al., 2003) и SR10f (Nakayama et al., 1998) для секвенирования всей области V9.

Экстракция, амплификация и секвенирование ДНК

Пробы сырой воды (2 × 2 л) предварительно фильтровали через сетку 150 мкм для удаления более крупного зоопланктона, а затем фильтровали через мембранный фильтр 0,65 мкм (Durapore, Millipore) с использованием перистальтического насоса с низкой скоростью потока 50 мл / мин. ^-1 . Фильтры (дубликаты) непосредственно переносили в криопробирку, содержащую 1.5 мл RNAlater (QIAGEN), помещают в холодильник (~ 5 ° C) на ночь и, наконец, хранят при -80 ° C до дальнейшей обработки. Для экстракции ДНК каждый фильтр переносили в пробирку с лизирующим матриксом (Lysing Matrix E, MP Biomedicals) и добавляли 600 мкл буфера RLT и 6 мкл β-меркаптоэтанола. Оставшуюся жидкость в каждой криопробирке центрифугировали и отбрасывали. К остаточному осадку добавляли 200 мкл буфера RLT и 2 мкл β-меркаптоэтанола и перемешивали. Эту смесь добавляли в пробирку с лизирующим матриксом. Для разрушения и удаления клеток из фильтра каждую пробирку с матрицей подвергали биению шариками в течение 45 с с частотой 30 Гц.Затем общую ДНК окружающей среды экстрагировали с использованием мини-набора AllPrep DNA / RNA Mini Kit (QIAGEN).

Гипервариабельный участок V9 (длиной около 150 п.н.) 18S рДНК амплифицировали из экстрагированной ДНК в соответствии с протоколом Stoeck et al. (2010). Прямой праймер представлял собой 1391F (5′-GTACACACCGCCCGTC-3 ‘; относится к положению 1629–1644 в ссылке Saccharomyces cerevisiae с номером доступа U53879 в GenBank NCBI; Lane, 1991) и обратный праймер EukB (5′-TGATCC-GTTCTGCC 3 ′; относится к позиции 1774–1797 в S.cerevisiae ; Medlin et al., 1988). В протоколе ПЦР для амплификации V9 использовалась начальная стадия денатурации при 98 ° C в течение 30 с, затем 30 циклов по 10 с при 98 ° C, 20 с при 61 ° C, 25 с при 72 ° C и последние 5 мин. удлинение при 72 ° C. Реакции проводили в объемах 50 мкл, используя 0,5 мкл полимеразы Phusion (Biolabs), 10 мкл 5-кратного буфера Phusion GC (Biolabs), 1 мкл 10 мМ dNTP, 0,5 мкл ДНК-матрицы, 32,5 мкл чистой воды и 0,5 мкл вперед, и 0,5 мкл обратных праймеров. Успешную амплификацию проверяли электрофорезом в агарозном геле с использованием 1.0 г агарозы (Carl Roth GmbH), 100 мл буфера TAE (1 ×) и 5 ​​мкл бромистого этидия. Для каждого экстракта ДНК проводили трехкратные реакции ПЦР, чтобы минимизировать смещение ПЦР. Перед очисткой (набор Qiagen’s MinElute) были объединены реплики ПЦР, полученные из того же экстракта ДНК.

Из полученных продуктов ПЦР были созданы библиотеки секвенирования с использованием набора для подготовки библиотеки ДНК NEB Next ^® Ultra ^TM для Illumina (NEB). Качество библиотек оценивали с помощью системы Agilent Bioanalyzer 2100.Восемнадцать образцов набора данных временных рядов (март 2014 г. — октябрь 2014 г.) были секвенированы на платформе Illumina NextSeq, сгенерировав считывания с парным концом 250 пар оснований. Все остальные образцы (ноябрь 2014 г. — март 2017 г.) секвенировали на платформе Illumina MiSeq, генерируя считывания парных концов длиной 300 пар оснований. Высокопроизводительное секвенирование было проведено компанией SeqIT GmbH & Co. KG (Кайзерслаутерн, Германия). Мы использовали по крайней мере 250 bp-чтений NextSeq, чтобы гарантировать максимально возможное качество последовательности (100% перекрытие последовательностей чтения 1 и чтения 2; обратите внимание: последовательности превышали длину 150 bp из-за мультиплексирования и адаптеров).

Предварительная и постобработка данных высокопроизводительного секвенирования

Парные чтения были объединены с помощью специального сценария. Качество данных HTS оценивалось следующим образом: на начальном этапе чрезмерные выступы праймеров были обрезаны с помощью CUTADAPT версии 1.18 (Martin, 2011). Затем чтение было отфильтровано по качеству с помощью команды split.libraries.py в QIIME версии 1.8.0 (Caporaso et al., 2010). Сохранялись только такие считывания, которые имели точно совпадающие штрих-коды и праймеры, содержали исключительно однозначные нуклеотиды и имели минимальную длину 90 пар оснований.На заключительном этапе качественной фильтрации все чтения подверглись химерному анализу de novo в UCHIME v5.2.236 (Edgar et al., 2011).

Все высококачественные считывания были в конечном итоге реплицированы в ампликоны и сгруппированы в SWARM версии 2.2.2 (Mahé et al., 2015) с использованием d = 1. Это значение d относится к локальному порогу кластеризации вместо произвольный глобальный порог кластеризации. Кроме того, SWARM не зависит от порядка ввода. OTU растут итеративно, сравнивая каждое поколение назначенных ампликонов с оставшимися чтениями в наборе данных.OTU закрывается, когда OTU не может быть назначен новый ампликон с различиями d или меньше. С помощью специального сценария была создана таблица непредвиденных обстоятельств OTU на основе выходных файлов SWARM (сценарий можно получить напрямую по запросу от Доминика Форстера, Университет Кайзерслаутерна).

Отнесение данных HTS к культивируемым видам инфузорий

Перед сравнением данных HTS с данными о последовательностях культивируемых видов инфузорий, таблица сопряженности OTU была нормализована до наименьшего числа последовательностей во всех образцах (110 100 последовательностей в образце 31 марта 2014 г.).Нормализация была выполнена в R версии 3.5.1 (R Development Core Team, 2008) с помощью команды rrarefy в пакете vegan . Из каждой OTU мы извлекли исходную последовательность как репрезентативную. Затем представители набора данных HTS сравнивали с последовательностями, полученными от двенадцати отобранных видов инфузорий с использованием blastn в BLAST версии 2.6.0 (Altschul et al., 1990). Последовательности HTS должны были иметь общий фрагмент из не менее 90 последовательных нуклеотидов и сходство 97%, чтобы быть отнесенными к одной из этих двенадцати культивируемых инфузорий.Только те OTU, репрезентативные последовательности которых совпадают с нашими двенадцатью отобранными инфузориями (таблица 1), были извлечены из нормализованной таблицы сопряженности для дальнейшего анализа.

Статистический анализ: сравнение молекулярных и морфологических данных

Чтобы проверить, похожи ли модели сукцессии подсчета морфоразидов данными HTS, для каждого из двенадцати исследованных видов инфузорий был рассчитан коэффициент ранговой корреляции Спирмена. Поскольку мы выполнили несколько корреляционных тестов на одном и том же наборе данных, была применена поправка Бонферрони для защиты от инфляции альфа-уровня.Кроме того, подсчет клеток, значения биомассы и количество считываний последовательностей на дату отбора проб были использованы для составления трех матриц несходства (Брей Кертис) — по одной для каждого измерения. Корреляцию последовательности с количеством клеток или матрицей биомассы проверяли с помощью простого теста Мантеля с 10 000 перестановок. Все статистические анализы были выполнены с использованием R версии 3.4.4 (R Development Core Team, 2008).

Результаты

Сезонность скопления инфузорий с особым вниманием к двенадцати избранным видам

Цюрихское озеро является мономиктическим, и оборот воды обычно происходит ранней весной, т.е.е., с февраля по апрель. Параметры окружающей среды имели типичную сезонную закономерность, т.е. в период исследований не было экстремальных климатических лет (рисунок 1). Температура воды на глубине отбора проб (5 м) достигала минимум 4,7 ° C зимой и максимум 23,7 ° C летом. Максимальные концентрации кислорода были измерены во время весеннего цветения фитопланктона (апрель – май). К концу года концентрация кислорода немного снизилась, однако значения на глубине 5 м все еще были выше 8.7 мг L ^-1 (насыщение> 70%) даже зимой. Концентрации общего фосфора и нитратов (NO ₃ -N) снизились за счет поглощения автотрофами к концу года и увеличились в результате круговорота воды ранней весной. Максимальная численность фитопланктона была достигнута в летние месяцы, тогда как общая численность гетеротрофных бактерий увеличивалась весной и оставалась на высоком уровне (примерно 4 × 10 ⁹ бактерий L ^-1 ) до осени. Общая численность инфузорий следовала типичному повторяющемуся годовому графику со слегка выраженными пиками в весеннее время и максимальными значениями (ок.60 × 10 ³ клеток L ^-1 ) летом при самых высоких температурах воды (рисунок 1). В течение 3 лет исследований мы обнаружили 48 различных морфотипов инфузорий на основе микроскопического подсчета, и 31 из этих морфотипов можно было четко отнести к уровню морфоспортов (дополнительная таблица S1). Семнадцать морфотипов были отнесены только к уровню рода, частично (i) представляющие еще не описанные виды и (ii) морфотипы, которые не могли быть связаны с известными видами из-за методологических ограничений при оценке препаратов QPS.

Рис. 1. Экологические данные и общая численность инфузорий Цюрихского озера, определенные для 5-метрового слоя с марта 2014 по 2017 гг. (Отбор проб каждые две недели, n = 74). (A) Температура воды (° C) и концентрация кислорода (мг л ^-1 ). (B) Концентрации общего фосфора (мкг л ^-1 ) и нитрата NO ₃ -N (мкг л ^-1 ). (C) Общая численность фитопланктона (10 ⁶ клеток L ^-1 ) и общая численность гетеротрофных бактерий (10 ⁹ бактерий L ^-1 ). (D) Общая численность инфузорий (10 ³ инфузорий L ^-1 ), определенная путем подсчета морфовидов у образцов, пропитанных протарголом.

С помощью нашего рабочего процесса выделения и культивирования (дополнительный рисунок S1) мы определили конкретные последовательности (включая области V9 гена 18S рРНК) для двенадцати видов инфузорий, отнесенных к пяти классам из озера Цюрих, которые использовались в качестве семян для анализа HTS (Таблица 1, инвентарные номера: LR025746, LS999896, LS999898-LS999904, LS999906-LS999908).Пять из этих видов еще не были представлены в публичных генетических базах данных. Несколько очень распространенных и очень часто встречающихся видов можно охарактеризовать подсчетом морфовидов, а также HTS (рис. 2). Сравнение обоих методологических подходов привело к следующим результатам: (i) Сезонные сукцессии для наиболее распространенных морфологических видов, основанные на подсчетах, показали замечательную корреляцию с данными HTS (см. Семь верхних панелей на Рисунке 2, Таблице 2 и Дополнительном Рисунке S3). Даже для видов с резкими колебаниями численности, например.g., Cinetochilum margaritaceum, Histiobalantium bodamicum , Pelagostrombidium mirabile , миксотрофный Coleps sp. и Rimostrombidium lacustris оба метода дали очень сопоставимую временную динамику. Однако корреляция считываний, специфичных для Balanion planctonicum , с количеством клеток была довольно низкой (см. Обсуждение возможных причин). Умеренная корреляция между двумя методами наблюдалась для второго по численности вида Halteria bifurcata .При подсчете Halteria , вероятно, были учтены два едва различимых вида, а именно H. bifurcata и H. grandinella , что привело к возможным ошибкам при подсчете морфологических видов. Тем не менее, имелась статистически значимая положительная корреляция (порядок рангов Спирмена) между микроскопическими подсчетами и данными HTS для одиннадцати из двенадцати выбранных инфузорий, но высокие коэффициенты> 0,6 были определены только для пяти видов (таблица 2). Для восьми видов значимые корреляции были обнаружены для всего набора данных за 3 года, но не в пределах каждого года (Таблица 2).(ii) На основании морфологических исследований было замечено расхождение между подсчетом HTS и морфологических видов для эфемерных и редких видов (например, Uroleptus willii , Stokesia vernalis ). В данном случае HTS казались более точным методом описания сезонности, чем классический подход (рисунки 2, 3 и дополнительный рисунок S3). Например, HTS продемонстрировал ежегодный внешний вид Codonella cratera и Pelagodileptus trachelioides за все 3 года исследования, хотя эти виды можно было обнаружить только через 2 из 3 лет с помощью микроскопии.Наибольшее расхождение между обоими методами наблюдалось для Stentor roeselii . Мы обнаружили этот вид микроскопически только через 1 год (то есть на одном из 74 проанализированных слайдов, пропитанных протарголом), тогда как считывания ампликонов продемонстрировали появление на всех трехлетних исследованиях (рис. 2).

Рис. 2. Сезонные сукцессии двенадцати отобранных видов инфузорий, определенные путем подсчета морфотипов импрегнированных серебром образцов (площади) и высокопроизводительного секвенирования (HTS) областей V9 гена (линий) 18S рРНК в течение 3 лет исследований ( n = 74 для каждого вида и применяемого метода; глубина отбора проб = 5 м).Порядок видов отражает их среднюю численность на основе подсчета, при этом наиболее многочисленные виды находятся наверху, а самые редкие представители — внизу. Наброски морфовидов инфузорий являются оригинальными рисунками Джанны Питч. Масштабные линейки: 40 мкм.

Таблица 2. Анализ корреляции рангового порядка Спирмена для двенадцати выбранных видов инфузорий по сравнению с количеством считываний для их конкретных последовательностей V9.

Рисунок 3. Обнаружение двенадцати отобранных видов во всех проанализированных образцах (100% = 74 образца) путем подсчета морфотипов и HTS.Соотношение числа считываний и числа появлений указано в таблице над панелью. Из-за ограничений, связанных с конкретным методом, общий объем исследуемой пробы составлял максимум 150 мл для микроскопического подхода. Данные HTS основаны на 4 л отфильтрованного объема пробы.

В целом, HTS показал более высокий процент встречаемости для всех, кроме одного вида инфузорий ( B. planctonicum ), чем при микроскопическом подсчете (рис. 3). Различия между двумя методами были разительны для некоторых инфузорий, например.g., специфические прочтения для R. lacustris были зарегистрированы для всех исследованных образцов ( n = 74), но мы обнаружили этот вид только в 50% исследованных препаратов QPS. Основываясь на подсчете клеток, мы бы определили S. vernalis и C. cratera как действительно эфемерные виды, однако данные HTS показали их появление в 80 и 77% образцов соответственно (рис. 3).

Значения численности и биомассы в зависимости от числа считываний последовательности

Сначала мы определили порядок ранжирования семи наиболее распространенных видов на основе количества и определили, отражаются ли эти классификации также в биомассах и количестве считываний последовательностей для конкретных видов (рис. 4).Соответствие между числом считываний последовательностей и биомассой было заметно выше, чем между числом считываний последовательностей и численностью морфоспортов. Однако для некоторых видов мы обнаружили поразительную недооценку или переоценку их количественного значения в сообществе инфузорий с помощью HTS. Например, подсчет идентифицировал небольшие B. planctonicum (∼20 × 15 мкм) как численно доминирующий вид на протяжении всего периода исследования, в то время как количество считываний последовательностей для этого конкретного таксона было низким по сравнению со всеми другими изученными инфузориями (рис. Дополнительная таблица S2).Противоположное соотношение было обнаружено, например, для более крупного вида R. lacustris (120 × 70 мкм), который характеризовался большим количеством считываний последовательностей, но низкой численностью подсчитанных особей (рисунки 2, 4 и дополнительная таблица S2). На протяжении всего исследования наибольшее количество считываний последовательностей было получено для H. bodamicum , вида, который также достиг высоких значений общей биомассы (рис. 4).

Рис. 4. Порядок ранжирования семи наиболее массовых видов инфузорий на основе численности по сравнению с их биомассой и количества видоспецифичных прочтений (HTS) за 3 года исследования ( n = 74 для каждого вида).Порядок ранжирования для конкретных методов указан в таблице над панелью. Столбцы показывают 25-й, 50-й и 75-й процентили, линии на каждом столбце показывают медианы, усы обозначают 10-й и 90-й процентили, а точки указывают 5-й и 95-й процентили. Белые линии в столбцах — средние значения.

Для окончательного обзора мы сравнили отношения двенадцати выбранных видов друг к другу по отношению к численности, биомассе и количеству считываний последовательностей за весь период исследования (Рисунок 5).Из-за различий в средних размерах клеток этих видов вклад в биомассу отличался от их доли в численности клеток. Например, B. planctonicum составлял 38% от совокупной численности двенадцати отобранных видов, но составлял только 11% кумулятивной биомассы и 0,5% считываний последовательностей, соответственно. Противоположная картина наблюдалась, например, для R. lacustris с вкладом 0,9, 7 и 19% в значения совокупной численности, биомассы и прочтений соответственно.Таким образом, отношения видоспецифичных считываний друг к другу лучше отражают состав сообщества на основе определения биомассы (рис. 5). Эта тенденция была подтверждена при сравнении расстояний Брея Кертиса между каждой парой образцов ( n = 74) с использованием подсчета клеток, биомассы и количества считываний последовательностей для каждого вида. Тест Мантеля показал более сильную корреляцию между расстояниями, основанными на количестве считываний последовательностей и биомассе на вид ( r = 0,425, p <0.001), а не на основе количества считываний последовательностей и количества клеток на вид ( r = 0,231, p <0,001).

Рис. 5. Отношение двенадцати выбранных видов друг к другу по отношению к численности (слева), биомассе (в центре) и количеству считываний (справа) за весь период исследования (в среднем 74 образца для каждого вида и примененного метод).

Обсуждение

Сильные и слабые стороны количественной оценки на основе морфологических видов

С тех пор, как концепция микробной петли и ее важность для динамики пищевой сети была впервые формализована (Azam et al., 1983), исследованиям роли инфузорий как внутренних компонентов морских и пресноводных пелагических систем уделяется значительное внимание. Сегодня мы можем извлечь пользу из «продолжительной» истории исследований в области анализа морфотипов инфузорий, уделяя особое внимание планктону. С 1990-х гг. Новые методологические подходы (Montagnes, Lynn, 1987; Skibbe, 1994) и отличные таксономические компиляции (Foissner, Berger, 1996; Foissner et al., 1999) позволили детально описать сукцессии комплексов инфузорий.Таким образом, сезонные модели некоторых ключевых планктонных видов хорошо описаны, включая данные о факторах окружающей среды (например, источниках пищи, температурных эффектах, нисходящем давлении выпаса скота), которые вызывают сукцессии инфузорий (см. Foissner et al., 1999; и ссылки в нем. ). Следовательно, для любого исследования планктонных инфузорий правильная идентификация морфовидов является предпосылкой для использования этих глубоких знаний. Здесь количественное окрашивание протарголом (QPS) оказалось предпочтительным инструментом для количественной оценки инфузорий в сочетании с относительно высоким таксономическим разрешением (Montagnes and Lynn, 1987; Jerome et al., 1993; Скиббе, 1994).

Благодаря нашему многолетнему опыту работы с этим методом (Pfister et al., 1999), мы можем определить его плюсы, а также недостатки и ограничения: Сначала агар, а в конце концов — канадский бальзам, препараты имеют определенную толщину, что может отрицательно повлиять на оптическую оценку во время светлопольной микроскопии. Это особенно проблематично для идентификации очень крошечных видов, где незначительные различия, например.g., в их оральном или соматическом цилиарном паттерне, необходимо распознать. Например, трудно различить мелкие морфовиды в пределах родов Urotricha и Cyclidium на слайдах QPS (дополнительная таблица S1). Таким образом, неколичественные методы импрегнации серебром необходимы дополнительно для точной идентификации видов (Foissner, 2014). (ii) Вся рабочая процедура QPS является трудоемким методом, и обычно для окрашивания 8 образцов требуется 5 часов, а для оценки одного препарата обычно требуется несколько часов.Как следствие, у нас есть ограничения в кампаниях по отбору проб, которые нацелены на высокое пространственное и временное разрешение динамики скоплений инфузорий. (iii) Все методы количественного определения планктонных инфузорий позволяют анализировать только ограниченный объем воды. Например, мы могли бы сконцентрировать максимум 150 мл на образец, чтобы получить хорошие препараты для олигомезотрофного озера Цюрих.

Два последних недостатка (ограничения на анализируемые образцы и объемы воды), по-видимому, затрудняют анализ эфемерных и редких видов, с одной стороны, но также затрудняют описание динамики численности массовых и быстрорастущих представителей, с другой стороны.В более раннем исследовании динамики весеннего цветения в озере Цюрих мы обнаружили с помощью высокой частоты отбора проб (интервалы отбора проб 2–4 дня), что весенние пики численности многих видов продолжались всего несколько дней (Posch et al., 2015). Такая быстрая динамика популяции наблюдалась в нескольких озерах (например, Müller et al., 1991; Šimek et al., 2014) и была связана с высокими темпами роста инфузорий, приводящими к временам удвоения на 1-2 дня (Müller and Geller, 1993 ; Macek et al., 1996). Следовательно, определенно необходимо исследовать большие объемы образцов с высоким временным разрешением (например,г., ежедневно в теплое время года) для выяснения динамики сообществ планктонных инфузорий. Здесь HTS, по-видимому, является многообещающим дополнительным подходом к методам, основанным на морфологических видах.

Выбор региона V9 в качестве маркера

Различные гипервариабельные области использовались для мониторинга сообществ эукариотического планктона в предыдущих исследованиях, и их полезность обсуждалась исследователями. Для обзора и сравнения мы ссылаемся на Tanabe et al. (2016). Среди трех наиболее популярных маркерных областей (V1 – V2, V4 и V9) мы выбрали область V9 по следующим причинам: (i) Хотя универсальность праймеров очень похожа для всех трех конкретных стандартных наборов праймеров, в настоящее время область V9 это лучший компромисс между охватом базы данных и таксономическим разрешением (изменчивость последовательностей; Tanabe et al., 2016). (ii) Кроме того, эта область заметно короче, чем области V1 – V2 и V4, и, таким образом, позволяет получить гораздо большую глубину последовательности при меньших затратах, что особенно актуально в исследованиях с большим количеством образцов. (iii) Наконец, в крупнейшем на сегодняшний день исследовании экологического секвенирования сообществ эукариотического планктона (De Vargas et al., 2015) использовалась область V9, что позволило обеспечить хороший охват большинства (если не всех) основных таксономических линий эукариот. Будущие исследования метаданных экологических последовательностей эукариотического планктона выиграют от исследований, в которых уже использовался этот генетический маркер.

Корреляция данных HTS с подсчетом морфотипов

Преобразование численности ампликонов в наборах данных HTS в численность клеток — критическая проблема в молекулярной экологии и экологическом секвенировании. В более ранних исследованиях сообществ макетов протистана, в то время как все виды были обнаружены после секвенирования HTS, относительная доля типов последовательностей не коррелировала с численностью клеток в смесях клеток (Egge et al., 2013; Weber and Pawlowski, 2013). Кроме того, сравнительные исследования в естественных экосистемах показали, что численность последовательностей и численность клеток часто несовместимы (Bachy et al., 2013; Сантоферрара и др., 2014; Stoeck et al., 2014). Однако эти исследования не являются окончательными, потому что другие исследования поддерживают количественное использование данных HTS. Giner et al. (2016) сообщили об адекватных корреляциях между микроскопическими числами планктонных пикоэукариот и молекулярными сигналами после HTS. Это подтверждается более поздними исследованиями Forster et al. (2018) и Stoeck et al. (2018), показав, что анализ ассоциаций, основанный на данных обилия HTS инфузорий, отражает закономерности, полученные в результате морфологических исследований тех же образцов.Giner et al. (2016) утверждали, что ошибки ПЦР (Stoeck et al., 2006; Shakya et al., 2013; Tragin et al., 2018) и предполагаемые артефакты секвенирования (Huse et al., 2007) не влияют на корреляцию между относительным считыванием и изобилие клеток. Авторы продемонстрировали, что чем больше чтения, тем выше доля ячеек. По мнению этих авторов, использование относительного количества читателей в качестве показателя состава сообщества для целей сравнения оправдано. Противоречивые результаты упомянутых исследований демонстрируют, что относительная численность данных HTS может быть интерпретирована количественно, но также предупреждает о рассмотрении в качестве прямых заменителей численности клеток в естественных сообществах.Обстоятельства, при которых количественный анализ и интерпретация данных HTS возможны и надежны, еще предстоит определить.

В нашем исследовании оба метода показали четкую сезонную сукцессию для всех выбранных видов, а динамика популяций, основанная на HTS, в большинстве случаев заметно коррелировала с данными морфоспортов (рисунок 2 и дополнительный рисунок S3). До сих пор было всего несколько попыток сравнить временные наборы данных HTS с микроскопическим анализом пресноводных систем. Medinger et al.(2010) обнаружили значительную корреляцию между численностью клеток и данными о последовательности только для двух из пяти исследованных видов протистанов. Stoeck et al. (2014) провели исследование сообщества инфузорий из олигомезотрофного озера с помощью микроскопии и пиросеквенирования области V4 гена 18S рРНК. В последнем исследовании данные секвенирования вообще не отражали численность морфо-видов. Одной из основных причин этого несоответствия была неадекватность базы данных референсных генов с чрезвычайно низким охватом типичных пресноводных инфузорий.Авторы уже заявили, что дальнейшие инициативы по штрих-кодированию для пресноводных инфузорий (не только сосредоточенные на области V4) были срочно необходимы для полного использования потенциала HTS в экологических исследованиях пресноводных простейших. Кроме того, более глубокая стратегия секвенирования, достижимая с помощью пиросеквенирования, будет полезна для полного охвата разнообразия протистанского планктона в пресноводных средах (Stoeck et al., 2014).

Как показало наше исследование, динамика сукцессии инфузорий, основанная на численности ридеров, была очень похожа на закономерности, выведенные из подсчета морфовидов.Двумя шагами к лучшему согласованию паттернов, полученных с помощью микроскопии и секвенирования, являются (i) более глубокий охват последовательностей с помощью технологии секвенирования Illumina и (ii) доступность референсных последовательностей инфузорий, полученных от представителей местных сообществ. Таким образом, HTS действительно помогли пролить свет на динамику популяций эфемерных и редких видов (рис. 2). Преимущество HTS перед микроскопией в этом контексте, безусловно, заключалось в возможности скрининга более высоких объемов образцов (HTS: 4 л, морфоспецифический анализ: макс.150 мл), что является необходимым условием для ответа на этот вопрос (Dolan and Stoeck, 2011). Поскольку в определенные периоды года редкие виды могут упасть ниже предела микроскопического обнаружения, считывания ампликонов все равно будут обнаруживаться HTS. И наоборот, секвенирование не позволяет различить клетки, проявляющиеся как активные трофозоиты или как покоящиеся цисты в пелагиали. Таким образом, популяционная динамика эфемерных и редких видов инфузорий остается предметом дальнейших исследований.

Balanion planctonicum представлял собой единственный вид, который был обнаружен в большем количестве образцов с помощью микроскопии, чем с помощью HTS (рис. 2, 3).Для интерпретации данных HTS мы могли использовать только одну эталонную последовательность, полученную из клонального штамма B. planctonicum (таблица 1). Однако этот морфовид может представлять собой комплекс видов, укрывающий криптические таксоны, которые не были бы обнаружены с помощью нашего рабочего процесса, и в будущем потребуется секвенирование большего количества клональных культур. Следующее наблюдение подтверждает наш тезис: установив порог идентичности 99% по сравнению с примененными 97%, мы получили очень похожее количество конкретных считываний для всех видов, за исключением B.planctonicum , который не может быть обнаружен с использованием более высокого порогового уровня (дополнительная таблица S2). Кроме того, наибольшее расхождение между морфологическими подсчетами и численностью считывания ампликонов наблюдалось в летние месяцы, когда общая численность инфузорий достигала максимальных значений. Поскольку считываний B. planctonicum были per se маргинальными, сигналы ампликона, вероятно, терялись по сравнению с большим количеством считываний всех других инфузорий из-за процедур нормализации анализа HTS.

Взаимосвязь между числами считываний и значениями численности или биомассы

Мы проверили, отражают ли соотношения прочтений между двенадцатью выбранными видами состав сообщества, выведенный из подсчета клеток (рис. 5). Можно ожидать расхождения между этими двумя методами (Santoferrara et al., 2014; Stoeck et al., 2014), поскольку, вероятно, все виды инфузорий имеют чрезвычайно высокое число копий оперона рДНК на индивидуальную клетку. Например, Gong et al. (2013) сообщили о величине ∼316000 (± 7100 стандартного отклонения) копий на клетку для перитрихозных инфузорий ( Vorticella sp.). Авторы также задокументировали, что количество копий рДНК на клетку заметно различается между (от 3385 до 315 786) и даже внутри 14 исследованных изолятов. Последнее изменение может быть связано с образованием или распадом макронуклеаров во время различных фаз роста и половой жизни клетки. Для нашего исследования видоспецифические вариации числа копий оперона рДНК могут быть причиной того, что некоторые, даже многочисленные, виды (например, B. planctonicum и C. margaritaceum ) характеризовались низким числом прочтений.Напротив, чтения H. bodamicum достигли наивысших значений на протяжении всего исследования, хотя и не были самым многочисленным видом. Систематическое недостаточное или избыточное представление видоспецифичных считываний также может быть вызвано паттернами амплификации, специфичными для праймеров. Однако относительно высокая конгруэнтность составов ассоциаций, основанная на биомассах и количестве прочтений (рис. 5), скорее говорит о связи между размером клеток вида и числом копий рДНК. Такая связь ранее была показана для 18 штаммов водорослей, представляющих несколько классов эукариот (Zhu et al., 2005). Fu and Gong (2017) опубликовали единственное исследование, в котором изучалась связь между рДНК и количеством копий рРНК и фенотипическими признаками у инфузорий. Взаимосвязь между рДНК или рРНК и размером (объемом) клеток исследуемых инфузорий (масштабирование риботипа) согласуется как с метаболической теорией экологии, так и с гипотезой скорости роста, давая количественную основу для связи числа копий клеточной рРНК с размером клетки, ростом (активность) и стехиометрия биомассы. Эти результаты могут объяснить наблюдаемое соответствие между изобилием генов таксономических маркеров и клеточной биомассой в природных сообществах инфузорий.

Необходимость метабаркодирования планктонных пресноводных инфузорий

В этом методологическом исследовании мы не сосредотачивались на очевидных сильных сторонах HTS для анализа планктонных инфузорий, то есть (i) для выяснения бета-разнообразия в течение сезонного цикла, (ii) для получения указаний на загадочные, близкородственные виды, и (iii) обнаружить, вероятно, еще неизвестные и неописанные виды (Santoferrara et al., 2016). Нашей целью было сравнить данные HTS с подсчетом морфотипов в отношении сезонности как многочисленных, так и редких видов.Мы знали, что информация о последовательностях (18S рДНК) для большинства известных морфотипов в озере Цюрих (Posch et al., 2015) не существовала в начале нашего исследования. Наш выбор двенадцати видов, которые были изучены более подробно, частично зависел от успешной изоляции и культивирования образцов. Основываясь на подсчете морфологических видов, мы обнаружили, что несколько видов в пределах рода Urotricha (Foissner and Pfister, 1997) были так же многочисленны, как B. planctonicum за 3 года исследований (дополнительная таблица S1).Однако нам не удалось выделить и секвенировать Urotricha spp., И, к сожалению, в общедоступной базе данных последовательностей нет ни одной записи, касающейся области V9 этого рода. Таким образом, мы не смогли извлечь специфических прочтений Urotricha из наших данных HTS, что свидетельствует о необходимости дальнейшего штрих-кодирования ДНК морфологически хорошо описанных планктонных пресноводных инфузорий. На основании обширного обзора литературы Foissner et al. (1999) предположили, что около 180 описанных морфологических видов действительно могут быть эупланктонными, и что общее количество планктонных видов в одном озере (альфа-разнообразие) может варьироваться от 50 до 100 (см. Также Sonntag et al., 2006; Зингель и Ныгес, 2010). Для озера Цюрих мы обнаружили 48 различных морфотипов инфузорий на основе микроскопических подсчетов для эпипелагической области в течение 3 лет исследований. Это число кажется довольно низким по сравнению с ожидаемым и частично описанным разнообразием почв или проточных вод (см. Таблицу 3.7 в Foissner et al., 1999). Однако инфузории в пелагических царствах нуждаются в особых адаптациях к планктонной жизни и уникальных стратегиях, чтобы встретить достаточное количество частиц пищи в окружающей среде, часто бедной питательными веществами.Принимая эти числа как приближение к разнообразию планктонных инфузорий, инициативы по штрих-кодированию ДНК возможны даже тогда, когда можно ожидать загадочных или все еще неописанных таксонов. Тем не менее, это остается сложной задачей, поскольку многие виды инфузорий демонстрируют очень выраженные сезонные изменения с отчетливыми максимумами популяции, длящимися всего несколько дней или недель и редкими в течение большей части года.

Наконец, оценка HTS зависит от обширной базы данных эталонных последовательностей. Связывая OTU с известными морфовидами, мы можем использовать обширные знания об аутэкологии этих видов.Этот аспект имеет решающее значение для науки и особенно для прикладных исследований, основанных на идентификации видов-индикаторов.

Авторские взносы

TP, TS, BS и GP разработали и разработали исследование. GP и EB провели подсчет морфологических видов и секвенирование изолированных / культивируемых видов. TS, ZQ и DF провели и оценили анализ HTS. Все авторы обсудили результаты и внесли свой вклад в концепцию рукописи. GP и TP написали рукопись и создали все рисунки и таблицы.

Финансирование

Это исследование финансировалось Швейцарским национальным научным фондом (SNF, проект: 31003A-182489 и 310030E-160603/1), Немецким исследовательским фондом (DFG, проект: STO 414 / 13-1), Австрийским научным фондом (FWF). , Project: I2238-B25) и исследовательский грант Фонда Карла Цейса для DF.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим Томаса Прёшольда за разработку стратегии вложенной ПЦР для области V9. Мы также благодарим Себастьяна Диррена, Дебору Кнапп, Ойгена Лоэра, Дэниела Марти и Катю Пушкареву за их помощь в отборе проб и лабораторных работах. Мы также благодарны Барбаре Каммерландер, Микаэле Сальчер, Эдварду Митчеллу и Стефану Андрею за их критические комментарии к рукописи.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: // www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.00248/full#supplementary-material

Сноски

1. https://cran.ism.ac.jp/web/packages/vegan/vegan.pdf

Список литературы

Альтшул, С. Ф., Гиш, В., Миллер, В., Майерс, Э. У. и Липман, Д. Дж. (1990). Базовый инструмент поиска локального выравнивания. J. Mol. Биол. 215, 403–410. DOI: 10.1016 / S0022-2836 (05) 80360-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Амарал-Цеттлер, Л.А., Макклимент, Э. А., Даклоу, Х. У., и Хьюз, С. М. (2009). Метод изучения разнообразия протистанов с использованием массового параллельного секвенирования гипервариабельных областей V9 малых субъединичных генов рибосомной РНК. PLoS One 4: e6372. DOI: 10.1371 / journal.pone.0006372

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Азам, Ф., Фенчел, Т., Филд, Дж. Г., Грей, Дж. С., Мейер-Рейл, Л. А., и Тингстад, Т. Ф. (1983). Экологическая роль микробов водяного столба в море. Mar. Ecol. Прог. Сер. 10, 257–263. DOI: 10.3354 / meps010257

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бачи, К., Долан, Дж. Р., Лопес-Гарсия, П., Дешам, П., и Морейра, Д. (2013). Точность оценок разнообразия протистов: морфология по сравнению с клонированием и прямым пиросеквенированием генов 18S рРНК и ITS-регионов с использованием заметных инфузорий тинтиннид в качестве примера. ISME J. 7, 244–255. DOI: 10.1038 / ismej.2012.106

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бахи, К., Гомес, Ф., Лопес-Гарсия, П., Долан, Дж. Р., и Морейра, Д. (2012). Молекулярная филогения тинтиннид инфузорий (тинтинниды, цилиофоры). Protist 163, 873–887. DOI: 10.1016 / j.protis.2012.01.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бачи К., Морейра Д., Долан Дж. Р. и Лопес-Гарсия П. (2014). Сезонная динамика свободноживущих сообществ инфузорий тинтиннид, выявленная по экологическим последовательностям Северо-Западного Средиземного моря. FEMS Microbiol.Ecol. 87, 330–342. DOI: 10.1111 / 1574-6941.12224

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Банерджи, А., Бэгли, М., Элк, М., Пилигрим, Э., Мартинсон, Дж. И Санто-Доминго, Дж. (2018). Пространственная и временная динамика сообщества пресноводных эукариотических планктонов, выявленная с помощью метабаркодирования гена 18S рРНК. Hydrobiologia 818, 71–86. DOI: 10.1007 / s10750-018-3593-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Берджеб, Л., Парада, А., Нидхэм, Д. М., Фурман, Дж. А. (2018). Краткосрочная динамика и взаимодействия сообществ морских протистов во время весенне-летнего перехода. ISME J. 12, 1907–1917. DOI: 10.1038 / s41396-018-0097-x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бок К., Сальчер М., Дженсен М., Пандей Р. В. и Бенигк Дж. (2018). Синхронность планктонных сообществ эукариот и прокариот в трех австрийских озерах, где проводился сезонный сбор проб. Фронт. Microbiol. 9: 1290. DOI: 10.3389 / fmicb.2018.01290

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Caporaso, J. G., Kuczynski, J., Stombaugh, J., Bittinger, K., Bushman, F. D., Costello, E. K., et al. (2010). QIIME позволяет анализировать данные секвенирования сообщества с высокой пропускной способностью. Нац. Методы 7, 335–336. DOI: 10.1038 / nmeth.f.303

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кэрон, Д. А., Гаст, Р. Дж., Лим, Э. Л. и Деннет, М.Р. (1999). Структура сообщества протистана: молекулярные подходы к ответам на экологические вопросы. Hydrobiologia 401, 215–227. DOI: 10.1023 / A: 1003721923719

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карриас, Дж. Ф., Амблард, К., и Бурдье, Г. (1998). Сезонная динамика и вертикальное распределение планктонных инфузорий и их связь с микробными пищевыми ресурсами в олигомезотрофном озере Павин. Arch. Hydrobiol. 143, 227–255. DOI: 10.1127 / архив-гидробиол / 143/1998/227

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Де Варгас, К., Audic, S., Henry, N., Decelle, J., Mahé, F., Logares, R., et al. (2015). Разнообразие эукариотического планктона в залитом солнцем океане. Наука 348: 6237. DOI: 10.1126 / science.1261605

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Долан, Дж. Р., и Стоук, Т. (2011). Повторный отбор проб показывает различную изменчивость в показателях видового богатства и состава сообществ планктонных простейших. Environ. Microbiol. Rep. 3, 661–666. DOI: 10.1111 / j.1758-2229.2011.00250.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дафф, Р. Дж., Болл, Х., Лаврентьев, П. Дж. (2008). Применение комбинированных морфолого-молекулярных подходов к идентификации планктонных простейших в пробах окружающей среды. J. Eukaryot. Microbiol. 55, 306–312. DOI: 10.1111 / j.1550-7408.2008.00328.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эдгар, Р. К., Хаас, Б. Дж., Клементе, Дж.К., Айва К. и Найт Р. (2011). UCHIME улучшает чувствительность и скорость обнаружения химер. Биоинформатика 27, 2194–2200. DOI: 10.1093 / биоинформатика / btr381

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эджкомб В., Орси В., Бунге Дж., Чон С., Кристен Р., Леслин С. и др. (2011). Микробная обсерватория Протистана в бассейне Кариако, Карибский бассейн. I. Пиросеквенирование и понимание Сэнгера видового богатства. ISME J. 5, 1344–1356.DOI: 10.1038 / ismej.2011.6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эгге, Э., Биттнер, Л., Андерсен, Т., Аудик, С., Де Варгас, К., и Эдвардсен, Б. (2013). 454 Пиросеквенирование для описания состава микробного эукариотического сообщества, разнообразия и относительной численности: тест на морские гаптофиты. PLoS One 8: e74371. DOI: 10.1371 / journal.pone.0074371

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фойсснер, В.(2014). Обновление «основных методов световой и сканирующей электронной микроскопии для таксономических исследований реснитчатых простейших». Внутр. J. Sys. Evol. Microbiol. 64, 271–292. DOI: 10.1099 / ijs.0.057893-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фойсснер В. и Бергер Х. (1996). Удобное руководство по инфузориям (Protozoa, Ciliophora), обычно используемым гидробиологами в качестве биоиндикаторов в реках, озерах и сточных водах, с примечаниями по их экологии. Freshw. Биол. 35, 375–482. DOI: 10.1111 / j.1365-2427.1996.tb01775.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фойсснер В., Бергер Х., Блаттерер Х. и Кохманн Ф. (1995). Taxonomische und ökologische revision der ciliaten des saprobiensystems. Группа IV: гимнастоматея, локсоды, суктории. informationsberichte des bayer. Landesamtes Wasserwirtschaft 1/95: 540.

Google Scholar

Фойсснер В., Бергер Х. и Кохманн Ф. (1992).Taxonomische und ökologische revision der ciliaten des saprobiensystems. Группа II: перитрихии, гетеротрихиды, одонтостоматиды. informationsberichte des bayer. Landesamtes Wasserwirtschaft 5/92: 502.

Google Scholar

Фойсснер В., Бергер Х. и Кохманн Ф. (1994). Taxonomische und ökologische revision der ciliaten des saprobiensystems. Группа III: гименостомы, простоматида, нассулида. informationsberichte des bayer. Landesamtes Wasserwirtschaft 1/94: 548.

Фойсснер В., Бергер Х. и Шаумбург Дж. (1999). Идентификация и экология инфузорий лимнетического планктона. Informationsberichte des Bayer. Landesamtes Wasserwirtschaft Heft 3/99: 793.

Google Scholar

Фойсснер В., Блаттерер Х., Бергер Х. и Кохманн Ф. (1991). Taxonomische und ökologische revision der ciliaten des saprobiensystems. Группа I: циртофориды, олиготрихиды, гипотрихии, кольподеи. Informationsberichte des bayer. Landesamtes Wasserwirtschaft 1/91: 478.

Google Scholar

Фойсснер, В., и Пфистер, Г. (1997). Таксономическая и экологическая ревизия уротрих (Ciliophora, Prostomatida) с тремя или более каудальными ресничками, включая удобный ключ. Limnologica 27, 311–347.

Google Scholar

Форстер Д., Дантхорн М., Стоук Т. и Маэ Ф. (2016). Сравнение трех подходов к кластеризации для обнаружения нового микробного разнообразия окружающей среды. PeerJ 4: e1692. DOI: 10.7717 / peerj.1692

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Форстер Д., Филкер С., Кохемс Р., Брейнер Х.-В., Кордье Т., Павловски Дж. И др. (2018). Сравнение различных генов метабаркода инфузорий как биоиндикаторов для оценки воздействия на окружающую среду аквакультуры лосося. J. Eukaryot. Microbiol. doi: 10.1111 / jeu.12670 [Epub перед печатью].

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фу Р. и Гонг Дж.(2017). Анализ отдельных клеток, связывающий количество копий рибосомной (r) ДНК и рРНК с размером и скоростью роста клеток, дает представление об экологии молекулярного протистана. J. Eukaryot. Microbiol. 64, 885–896. DOI: 10.1111 / jeu.12425

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Gao, F., Warren, A., Zhang, Q., Gong, J., Miao, M., Sun, P., et al. (2016). Основанная на данных эволюционная гипотеза реснитчатых протистов с пересмотренной классификацией филума Ciliophora (Eukaryota.Альвеолаты). Sci. Отчет 6: 24874. DOI: 10.1038 / srep24874

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Геллер В., Берберович Р., Гаедке У., Мюллер Х., Паули Х. Р., Тильцер М. М. и др. (1991). Отношения между компонентами автотрофного и гетеротрофного планктона в сезонном цикле 1987 г. в Боденском озере. Верх. Междунар. Verein Limnol. 24, 831–836. DOI: 10.1080 / 03680770.1989.11898860

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гинер, К.Р., Форн, И., Ромак, С., Логарес, Р., Де Варгас, К., и Массана, Р. (2016). Секвенирование окружающей среды дает разумные оценки относительной численности конкретных пикоэукариот. заявл. Environ. Microbiol. 82, 4757–4766. DOI: 10.1128 / aem.00560-16

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гун Дж., Донг Дж., Лю X. и Массана Р. (2013). Чрезвычайно высокое число копий и полиморфизм оперона рДНК, оцененный на основе анализа отдельных клеток инфузорий олиготрих и перитрих. Протист 164, 369–379. DOI: 10.1016 / j.protis.2012.11.006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хьюз, С. М., Хубер, Дж. А., Моррисон, Х. Г., Согин, М. Л., и Уэлч, Д. М. (2007). Точность и качество массово-параллельного пиросеквенирования ДНК. Genome Biol. 8: R143. DOI: 10.1186 / GB-2007-8-7-r143

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хьюз, С. М., Велч, Д. М., Моррисон, Х. Г., и Согин, М.Л. (2010). Разглаживание морщин в редкой биосфере за счет улучшенной кластеризации OTU. Environ. Microbiol. 12, 1889–1898. DOI: 10.1111 / j.1462-2920.2010.02193.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джером, К. А., Монтань, Д. Дж. С., и Тейлор, Ф. Дж. Р. (1993). Влияние количественного окрашивания протарголом и фиксаторов Люголя и Буэна на размер клеток: более точная оценка биомассы видов инфузорий. J. Eukaryot. Microbiol. 40, 254–259. DOI: 10.1111 / j.1550-7408.1993.tb04913.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кисанд В., Зингель П. (2000). Преобладание поедания инфузорий бактериями весной в мелководном эвтрофном озере. Aquat. Microb. Ecol. 22, 135–142. DOI: 10.3354 / ame022135

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Lane, D.J. (1991). «Секвенирование 16S / 23S» в Nucleic Acid Technologies in Bacterial Systematic , ред. Э. Стакебрандт и М.Гудфеллоу (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Wiley), 115–175.

Google Scholar

Лю А., Йи З., Лин Х., Ху Х., Аль-Фаррадж С. А. и Аль-Рашейд К. А. С. (2015). Молекулярно-филогенетическое происхождение Plagiopogon и Askenasia (Protozoa, Ciliophora) выявлено по последовательностям их генов. J. Ocean Univ. Китай 14, 724–730. DOI: 10.1007 / s11802-015-2559-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Луо, В., Бок, К., Ли, Х. Р., Падисак, Дж., и Krienitz, L. (2011). Молекулярное и микроскопическое разнообразие планктонных эукариот в олиготрофном озере Стехлин (Германия). Hydrobiologia 661, 133–143. DOI: 10.1007 / s10750-010-0510-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Линн, Д. Х. (2008). Ресничные простейшие. Характеристика, классификация и руководство по литературе , 3-е изд. Берлин: Springer.

Google Scholar

Мацек, М., Шимек, К., Пернталер, Дж., Выхналек, В.и Р. Псеннер (1996). Темпы роста доминирующих планктонных инфузорий в двух пресноводных водоемах разной трофической степени. J. Plankt. Res. 18, 463–481. DOI: 10.1093 / планкт / 18.4.463

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Марин Б., Палм А., Клингберг М. А. X. и Мелконян М. (2003). Филогения и таксономическая ревизия пластидсодержащих эвгленофитов на основе сравнения последовательностей рДНК SSU и синапоморфных сигнатур во вторичной структуре рРНК SSU. Протист 154, 99–145. DOI: 10.1078 / 143446103764928521

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартин, М. (2011). Cutadapt удаляет последовательности адаптеров из операций чтения с высокой пропускной способностью. EMBnet.Journal 17, 10–12. DOI: 10.14806 / ej.17.1.200

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Матес, Дж., И Арндт, Х. (1995). Годовой цикл протозоопланктона (инфузорий, жгутиконосцев и саркодинов) по отношению к фито- и метазоопланктону в озере Ноймюлер-Зее (Мекленбург, Германия). Arch. Hydrobiol. 134, 337–358.

Google Scholar

Medinger, R., Nolte, V., Pandey, R.V, Jost, S., Ottenwälder, B., Schlötterer, C., et al. (2010). Разнообразие в скрытом мире: потенциал и ограничения секвенирования следующего поколения для исследований молекулярного разнообразия эукариотических микроорганизмов. Мол. Ecol. 19, 32–40. DOI: 10.1111 / j.1365-294X.2009.04478.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Медлин, Л., Элвуд, Х. Дж., Стикель, С., и Согин, М. Л. (1988). Характеристика ферментативно амплифицированных областей, кодирующих 16S-подобную рРНК эукариот. Ген 71, 491–499. DOI: 10.1016 / 0378-1119 (88) -2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Михайлов И.С., Захарова Ю.Р., Букин Ю.С., Галачянц Ю.П., Петрова Д.П., Сакирко М.В. и др. (2018). Сети совместного возникновения среди бактерий и микробных эукариот озера Байкал во время весеннего цветения фитопланктона. Microb. Ecol. 77, 96–109. DOI: 10.1007 / s00248-018-1212-2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Монтань, Д. Дж. С., и Линн, Д. Х. (1987). Количественное окрашивание протарголом (QPS) для инфузорий: описание метода и проверка его количественной природы. мар. Microb. Food Webs 2, 83–93.

Google Scholar

Мюллер, Х. и Геллер, В. (1993). Максимальные темпы роста водных реснитчатых простейших: пересмотр зависимости от размера тела и температуры. Arch. Hydrobiol. 126, 315–327.

Google Scholar

Мюллер, Х., Шене, А., Пинто-Коэльо, Р. М., Швайцер, А., и Вайсс, Т. (1991). Сезонная гибель инфузорий в Боденском озере. Microb. Ecol. 21, 119–138. DOI: 10.1007 / BF02539148

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Накаяма Т., Марин Б., Кранц Х. Д., Сурек Б., Хус В. А. Р., Иноуэ И. и др. (1998). Базальное положение чешуйчатых зеленых жгутиконосцев среди зеленых водорослей (Chlorophyta) выявляется путем анализа кодируемых ядром последовательностей рРНК SSU. Протист 149, 367–380. DOI: 10.1016 / S1434-4610 (98) 70043-4

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Nolte, V., Pandey, R.V, Jost, S., Medinger, R., Ottenwälder, B., Boenigk, J., et al. (2010). Контрастное сезонное разделение ниш между редкими и многочисленными таксонами скрывает степень разнообразия протистов. Мол. Ecol. 19, 2908–2915. DOI: 10.1111 / j.1365-294X.2010.04669.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Петру, К., и Нильсен, Д. А. (2018). Поглощение диметилсульфониопропионата (DMSP) диатомовыми водорослями Thalassiosira weissflogii : модель для исследования клеточной функции DMSP. Биогеохимия 141, 265–271. DOI: 10.1007 / s10533-018-0507-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пфистер Г., Зоннтаг Б. и Пош Т. (1999). Сравнение прямого подсчета живых организмов и улучшенного количественного окрашивания протарголом (QPS) при определении численности и клеточных объемов пелагических пресноводных простейших. Aquat. Microb. Ecol. 18, 95–103. DOI: 10.3354 / ame018095

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пош, Т., Эугстер, Б., Помати, Ф., Пернталер, Дж., Питч, Г., и Эккерт, Э. М. (2015). Сеть взаимодействий между инфузориями и фитопланктоном весной. Фронт. Microbiol. 6: 1289. DOI: 10.3389 / fmicb.2015.01289

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Posch, T., Köster, O., Salcher, M. M., and Pernthaler, J.(2012). Вредные нитчатые цианобактерии, которым способствует снижение круговорота воды при потеплении озера. Нац. Клим. Измените 2, 809–813. DOI: 10.1038 / nclimate1581

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сантоферрара, Л. Ф., Граттепанче, Ж.-Д., Кац, Л. А., и Макманус, Г. Б. (2014). Пиросеквенирование для оценки разнообразия эукариотических микробов: анализ данных о морских планктонных инфузориях и сравнение с традиционными методами. Environ. Microbiol. 16, 2752–2763.DOI: 10.1111 / 1462-2920.12380

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сантоферрара, Л. Ф., Граттепанче, Ж.-Д., Кац, Л. А., и Макманус, Г. Б. (2016). Паттерны и процессы в микробной биогеографии: дают ли молекулы и морфологии одинаковые ответы? ISME J. 10, 1779–1790. DOI: 10.1038 / ismej.2015.224

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шакья, М., Айва, К., Кэмпбелл, Дж. Х., Янг, З. К., Шадт, К.W., and Podar, M. (2013). Сравнительная характеристика метагеномного и микробного разнообразия рРНК с использованием синтетических сообществ архей и бактерий. Environ. Microbiol. 15, 1882–1899. DOI: 10.1111 / 1462-2920.12086

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шимек, К., Бобкова, Дж., Мацек, М., Недома, Дж., И Псеннер, Р. (1995). Выпас инфузорий на пикопланктоне в эвтрофном водоеме во время летнего максимума фитопланктона: исследование на уровне видов и сообществ. Лимнол. Oceanogr. 40, 1077–1090. DOI: 10.4319 / lo.1995.40.6.1077

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шимек, К., Недома, Дж., Значор, П., Касалицки, В., Езбера, Дж., Хорнак, К., и др. (2014). Точно настроенная симфония факторов модулирует микробную пищевую сеть пресноводного водоема весной. Лимнол. Oceanogr. 59, 1477–1492. DOI: 10.4319 / lo.2014.59.5.1477

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Симон, М., Лопес-Гарсия, П., Дешам П., Морейра Д., Ресту Г., Бертолино П. и др. (2015). Выраженная сезонность и высокая пространственная изменчивость сообществ протистов в мелководных пресноводных системах. ISME J. 9, 1941–1953. DOI: 10.1038 / ismej.2015.6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Скиббе, О. (1994). Улучшенное количественное окрашивание протарголом инфузорий и других планктонных протистов. Arch. Hydrobiol. 130, 339–347.

Google Scholar

Соммаруга, р.и Р. Псеннер (1993). Наноцилии отряда prostomatida: их значение в микробной пищевой сети мезотрофного озера. Aquat. Sci. 55, 179–187. DOI: 10.1007 / BF00877447

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зоммер, У., Адриан, Р., Де Сенерпонт, Домис, Л., Эльзер, Дж. Дж., Гаедке, У., Ибелингс, Б., и др. (2012). За пределами модели группы экологии планктона (ПЭГ): механизмы, управляющие сукцессией планктона. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 43, 429–448.DOI: 10.1146 / annurev-ecolsys-110411-160251

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зоммер, У., Гливич, З. М., Ламперт, В., и Дункан, А. (1986). PEG-модель сезонной сукцессии планктонных явлений в пресных водах. Arch. Hydrobiol. 106, 433–471.

Google Scholar

Зоннтаг, Б., Пош, Т., Кламмер, С., Тойбнер, К., и Псеннер, Р. (2006). Фаготрофные инфузории и жгутиковые в олиготрофном глубоком альпийском озере: контрастная изменчивость в зависимости от сезона и глубины. Aquat. Microb. Ecol. 43, 193–207. DOI: 10.3354 / ame043193

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Sonntag, B., Strüder-Kypke, M.C., and Summerer, M. (2008). Uroleptus willii нояб. sp., эупланктонная пресноводная инфузория (Dorsomarginalia, Spirotrichea, Ciliophora) с водорослевыми симбионтами: морфологическое описание, включая филогенетические данные последовательности гена малой субъединицы рРНК и экологические примечания. Денис 23, 279–288.

Google Scholar

Стоук, Т., Басс, Д., Небель, М., Кристен, Р., Джонс, М. Д. М., Брейнер, Х.-В. и др. (2010). Секвенирование ДНК окружающей среды с множественными маркерами параллельных меток выявляет очень сложное сообщество эукариот в морской бескислородной воде. Мол. Ecol. 19, 21–31. DOI: 10.1111 / j.1365-294X.2009.04480.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стоук Т., Брейнер Х.-В., Филкер С., Остермайер В., Каммерландер Б. и Зоннтаг Б. (2014). Морфогенетическое исследование планктона инфузорий из горного озера указывает на необходимость маркеров штрих-кода, специфичных для клонов, в микробной экологии. Environ. Microbiol. 16, 430–444. DOI: 10.1111 / 1462-2920.12194

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стоук Т., Хейворд Б., Тейлор Г. Т., Варела Р. и Эпштейн С. С. (2006). Подход с использованием нескольких ПЦР-праймеров для доступа к разнообразию микроэукариот в образцах окружающей среды. Protist 157, 31–43. DOI: 10.1016 / j.protis.2005.10.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стоук Т., Кочемс Р., Форстер Д., Лейзерович Ф. и Павловски Дж. (2018). Метабаркодирование сообществ бентосных инфузорий показывает высокий потенциал экологического мониторинга в аквакультуре лосося. Ecol. Инд. 85, 153–164. DOI: 10.1016 / j.ecolind.2017.10.041

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стрейле, Д. (1998). Распределение биомассы и поток углерода в пелагической пищевой сети Боденского озера. Arch. Hydrobiol. Спец. Проблемы Advanc. Лимнол. 53,545–563.

Google Scholar

Танабэ, А.С., Нагаи, С., Хида, К., Ясуике, М., Фудзивара, А., Накамура, Ю. и др. (2016). Сравнительное исследование пригодности трех областей гена 18S-рРНК для мониторинга планктонного сообщества эукариот на основе массового параллельного секвенирования. Мол. Ecol. Ресурс. 16, 402–414. DOI: 10.1111 / 1755-0998.12459

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тирок, К., Гаедке, У. (2007). Регулирование динамики и функционального состава планктонных инфузорий весной в Боденском озере. Aquat. Microb. Ecol. 49, 87–100. DOI: 10.3354 / ame01127

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Трагин, М., Зингон, А., Вауло, Д. (2018). Сравнение состава прибрежного фитопланктона, оцененного по участкам V4 и V9 гена 18S рРНК, с акцентом на фотосинтетические группы и особенно Chlorophyta. Environ. Microbiol. 20, 506–520. DOI: 10.1111 / 1462-2920.13952

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Износ, E.К., Уилбэнкс, Э. Г., Нельсон, К. Э., и Карлсон, К. А. (2018). Выбор праймера влияет на численность конкретной популяции, но не на динамику сообщества в ежемесячном анализе ампликона гена 16S рРНК во временном ряду прибрежного морского бактериопланктона. Environ. Microbiol. 20, 2709–2726. DOI: 10.1111 / 1462-2920.14091

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вебер А.Т., Павловски Дж. (2013). Можно ли определить численность простейших на основании данных о последовательностях: на примере фораминифер. PLoS One 8: e56739. DOI: 10.1371 / journal.pone.0056739

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Weisse, T., Müller, H., Pinto-Coelho, R.M., Schweizer, A., Springmann, D., and Baldringer, G. (1990). Ответ микробной петли на весеннее цветение фитопланктона в большом предальпийском озере. Лимнол. Oceanogr. 35, 781–794. DOI: 10.4319 / lo.1990.35.4.0781

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янкова Ю., Нойеншвандер С., Кёстер, О., Пош, Т. (2017). Резкая остановка глубоководного водооборота с потеплением озера: тяжелые последствия для первичных продуцентов водорослей. Sci. Отчет 7: 13770. DOI: 10.1038 / s41598-017-13159-9

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжу, Ф., Массана, Р., Нот, Ф., Мари, Д., и Вауло, Д. (2005). Картирование пикоэукариот в морских экосистемах с помощью количественной ПЦР гена 18S рРНК. FEMS Microbiol. Ecol. 52, 79–92. DOI: 10.1016 / j.фемсек.2004.10.006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зингель П., Агасильд Х., Ныгес Т. и Кисанд В. (2007). Инфузории являются основными травоядами пико- и нанопланктона в мелководном, естественно высоко эвтрофном озере. Microb. Ecol. 53, 134–142. DOI: 10.1007 / s00248-006-9155-4

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zingel, P., and Nõges, T. (2010). Сезонная и годовая динамика численности инфузорий мелководного эвтрофного озера. Фонд. Прил. Лимнол. 176, 133–143. DOI: 10.1127 / 1863-9135 / 2010 / 0176-0133

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Протисты — простейшие — клетки, продукты питания, организмы и амебы

Все простейшие — одноклеточные гетеротрофы. Они получают свое питание, поглощая другие организмы или мертвые органические вещества. Слово простейшие происходит от латинского слова «первые животные». Простейшие сгруппированы в различные типы в зависимости от способа передвижения.Они могут использовать реснички, жгутики или псевдоподии. Некоторые простейшие сидячие, то есть неподвижные. Эти организмы паразитируют, так как не могут активно захватывать пищу. Они должны жить в той области организма-хозяина, которая имеет постоянный источник пищи, например в кишечнике или кровотоке животного. Простейшие, которые используют псевдоподии для передвижения, известны как амебы, те, которые используют жгутики, называются жгутиконосцами, те, которые используют реснички, известны как инфузории, а те, которые не двигаются, называются спорозоями.

Амебы относятся к типу Rhizopoda. Эти протисты не имеют стенок за пределами их клеточной мембраны . Это придает клетке гибкость и позволяет ей изменять форму. Слово амеба на самом деле происходит от греческого слова «изменение». Амебы используют расширения своей клеточной мембраны (называемые псевдоподиями), чтобы двигаться, а также поглощать пищу. Когда псевдоподий захватывает немного пищи, клеточная мембрана закрывается вокруг еды. Эта оболочка образует пищевую вакуоль.Пищеварительные ферменты выделяются в пищевую вакуоль, которая расщепляет пищу. Затем клетка поглощает питательных веществ . Поскольку амебы живут в воде, растворенные питательные вещества из окружающей среды могут диффундировать непосредственно через их клеточные мембраны. Большинство амеб обитает в морской среде, хотя существует около пресноводных, видов. Пресноводные амебы живут в гипотонической среде, поэтому вода постоянно поступает в клетку за счет осмоса . Чтобы решить эту проблему, эти амебы используют сократительные вакуоли, чтобы откачивать лишнюю воду из клетки.Большинство амеб размножаются бесполым путем, отщепляя часть клеточной мембраны, чтобы сформировать новый организм. Амебы могут образовывать цисты при неблагоприятных условиях окружающей среды. Эти цисты могут выжить в таких условиях, как недостаток воды или питательных веществ. Две формы амеб имеют раковины: фораминиферы и радиолярии.

Фораминиферы имеют твердую оболочку из карбоната кальция . Эти снаряды называются тестами. Фораминиферы обитают в морской среде и очень многочисленны.Когда они умирают, их раковины падают на землю, где они становятся частью илистого дна океана . Геологи используют окаменелые раковины, чтобы определить возраст горных пород и отложений. Раковины на дне океана постепенно превращаются в меловые отложения, которые могут подняться вверх и превратиться в наземные образования, такие как белые скалы Дувра в Англии. Оболочки радиолярий сделаны из кремнезема вместо карбоната кальция . У обоих организмов есть множество крошечных отверстий в панцирях, через которые они выступают своими псевдоподиями.Псевдоподии действуют как липкая сеть, улавливая кусочки пищи.

Жгутики имеют один или несколько жгутиков и принадлежат к типу Zoomastigina. Эти организмы размахивают жгутиками из стороны в сторону, чтобы перемещаться по водной среде. Эти организмы также известны как зоофлагелляты. Жгутики преимущественно одноклеточные, шаровидной или продолговатой формы. Некоторые из них также амебовидны. Многие глотают пищу через примитивный рот, называемый ротовой бороздой. Хотя большинство из них подвижны, один класс жгутиконосцев, называемый Choanoflagellates, является сидячим.Эти организмы прикрепляются к камню или другому субстрату с помощью стебля.

Инфузории являются членами филума Ciliophora. Насчитывается около 8000 видов инфузорий. Эти организмы двигаются за счет синхронного биения ресничек, покрывающих их тела. Их можно найти практически везде, в пресной или морской среде. Вероятно, наиболее известной инфузорией является организм Paramecium . У парамеций много хорошо развитых органелл. Пища попадает в клетку через ротовую бороздку (выстланная ресничками, чтобы «сметать» пищу в клетку), где она перемещается в пищевод, который упаковывает еду в пищевую вакуоль.Ферменты, попадающие в пищевую вакуоль, расщепляют пищу, и питательные вещества всасываются в клетку. Отходы удаляются из клетки через анальную пору. Сократительные вакуоли откачивают лишнюю воду, поскольку парамеции обитают в пресноводной (гипотонической) среде. Парамеции имеют два ядра, макроядро и микроядро. Более крупный макронуклеус контролирует большинство метаболических функций клетки. Микроядро меньшего размера контролирует большую часть путей, участвующих в половом размножении .Тысячи ресничек проступают сквозь пленку — прочное защитное покрытие, окружающее клеточную мембрану. Эти реснички бьют синхронно, перемещая Paramecium в любом направлении. Под пленкой находятся трихоцисты, которые выпускают крошечные шипы, которые помогают улавливать добычу . Парамеции обычно размножаются бесполым путем, когда клетка делится на два новых организма после того, как все органеллы были продублированы. Однако в неблагоприятных условиях организм может размножаться половым путем.Эта форма полового размножения называется конъюгацией. Во время конъюгации две парамеции соединяются в ротовой борозде, где они обмениваются генетическим материалом. Затем они разделяются и делятся бесполым путем, хотя это деление не обязательно происходит сразу после обмена генетическим материалом.

Споровые животные принадлежат к типу Sporozoa. Эти организмы сидячие, поэтому они не могут поймать добычу. Следовательно, все спорозоиды — паразитов . Как следует из названия, многие из этих организмов производят споры, репродуктивные клетки, которые могут дать начало новому организму.Спорозойные обычно имеют сложные жизненные циклы, поскольку они обычно живут более чем в одном хозяине в течение своей жизни.

Свободноживущие инфузории как потенциальные резервуары для эукариотических паразитов: наличие трипаносоматиды в макронуклеусе Euplotes encysticus | Паразиты и переносчики

1.

Маслов Д.А., Вотыпка Ю., Юрченко В., Лукеш Дж .: Разнообразие и филогения трипаносоматид насекомых: все, что скрыто, должно быть раскрыто. Trends Parasitol. 2013, 29: 43-52. 10.1016 / ян.2012.11.001.

Артикул PubMed Google ученый

2.

Подлипаев С.А.: Трипаносоматиды насекомых: необходимость знать больше. Mem Inst Oswaldo Cruz. 2000, 95: 517-522. 10.1590 / S0074-02762000000400013.

CAS Статья PubMed Google ученый

3.

Вотыпка Я., Маслов Д.А., Юрченко В., Йирко М., Кмент П., Лун З.-Р, Лукеш Дж .: Исследование разнообразия жгутиконосцев трипаносоматид, паразитирующих на насекомых-хозяевах в Юго-Западном Китае, выявляет как эндемизм, так и глобальное распространение.Mol Phylogenet Evol. 2010, 54: 243-253. 10.1016 / j.ympev.2009.10.014.

Артикул PubMed Google ученый

4.

Тыч Я., Вотипка Я., Клепеткова Х., Сулакова Х., Йирко М., Лукеш Дж .: Растущее разнообразие трипаносоматидных паразитов мух (Diptera: Brachycera): частый космополитизм и умеренная специфичность хозяев. Mol Phylogenet Evol. 2013, 69: 255-264. 10.1016 / j.ympev.2013.05.024.

Артикул PubMed Google ученый

5.

Borghesan TC, Ferreira RC, Takata CSA, Campaner M, Borda CC, Paiva F, Milder RV, Teixeira MMG, Camargo EP: молекулярно-филогенетическое переопределение Herpetomonas (Kinetoplastea, Trypanosomatidae), род flapanosomatidae, род flapanosomatidae. Протист. 2013, 164: 129-152. 10.1016 / j.protis.2012.06.001.

Артикул PubMed Google ученый

6.

Подлипаев С.А., Штурм Н.Р., Фиала И., Фернандес О., Вестенбергер С., Доллет М., Кэмпбелл Д., Лукес Дж .: Разнообразие трипаносоматид насекомых, оцененное по сплайсированным генам РНК и 5S рРНК и межгенным областям.J Eukaryot Microbiol. 2004, 51: 283-290. 10.1111 / j.1550-7408.2004.tb00568.x.

CAS Статья PubMed Google ученый

7.

Вотыпка Я., Клепеткова Х., Юрченко В.Ю., Хорак А., Лукеш Я., Маслов Д.А.: Космополитическое распространение трипаносоматиды Leptomonas pyrrhocoris . Протист. 2012, 163: 616-631. 10.1016 / j.protis.2011.12.004.

Артикул PubMed Google ученый

8.

Подлипаев С.А., Вотипка Ю., Йирко М., Свободова М., Лукес Дж .: Herpetomonas ztiplika n. sp. (Kinetoplastida: Trypanosomatidae): паразит кровососущей мокрецы Culicoides kibunensis Tokunaga, 1937 (Diptera: Ceratopogonidae). J Parasitol. 2004, 90: 342-347. 10.1645 / GE-156R.

Артикул PubMed Google ученый

9.

Zídková L, Cepicka I, Votypka J, Svobodová M: Herpetomonas trimorpha sp.ноя (Trypanosomatidae, Kinetoplastida), паразит мокрецов Culicoides truncorum (Ceratopogonidae, Diptera). Int J Syst Evol Microbiol. 2010, 60: 2236-2246. 10.1099 / ijs.0.014555-0.

Артикул PubMed Google ученый

10.

Votypka J, Suková E, Kraeva N, Ishemgulova A, Duˇ I, Yurchenko V, Luke J: Diversity of Trypanosomatids (Kinetoplastea: Trypanosomatidae), паразитирующие на блохах (Insecta: Siphonapterachus 9000 BGENAPTERA), и описание ген.п. Proti. 2013, 164: 763-781. 10.1016 / j.protis.2013.08.002.

CAS Статья Google ученый

11.

Гамильтон П.Б., Стивенс Дж. Р., Гидли Дж, Хольц П., Гибсон В. К.: Новая линия трипаносом от австралийских позвоночных и наземных пиявок-кровососов (Haemadipsidae). Int J Parasitol. 2005, 35: 431-443. 10.1016 / j.ijpara.2004.12.005.

CAS Статья PubMed Google ученый

12.

Teixeira MMG, Borghesan TC, Ferreira RC, Santos MA, Takata CSA, Campaner M, Nunes VLB, Milder RV, de Souza W, Camargo EP: Филогенетическая валидация родов Angomonas и Strigomonas с трипаносоматидными эндоскопами. описание новых видов трипаносоматид и протеобактериальных симбионтов. Протист. 2011, 162: 503-524. 10.1016 / j.protis.2011.01.001.

Артикул PubMed Google ученый

13.

Svobodová M, Zídková L, Cepicka I, Oborník M, Lukes J, Votýpka J: Sergeia podlipaevi gen. nov., sp. ноя (Trypanosomatidae, Kinetoplastida), паразит мокрецов (Ceratopogonidae, Diptera). Int J Syst Evol Microbiol. 2007, 57 (Pt 2): 423-432.

Артикул PubMed Google ученый

14.

Roitman I, Brener Z, Roitman C, Kitajima E: демонстрация того, что Leptomonas pessoai Galvão, Oliveira, Carvalho & Veiga, 1970, является Herpetomonas .J Protozool. 1976, 23: 291-293. 10.1111 / j.1550-7408.1976.tb03773.x.

CAS Статья PubMed Google ученый

15.

Fiorini J, Takata C, Teofilo V, Nascimento L, Faria-e-Silva P, Soares M, Teixeira M, De Souza W. Морфологическая, биохимическая и молекулярная характеристика Herpetomonas samuelpessoai camargoi n. subsp., трипаносоматида, выделенная из цветка кабачка Cucurbita moschata .J Eukaryot Microbiol. 2001, 48: 62-69. 10.1111 / j.1550-7408.2001.tb00416.x.

CAS Статья PubMed Google ученый

16.

Marín C, Fabre S, Sánchez-Moreno M, Dollet M: Herpetomonas spp. выделен из плодов томата ( Lycopersicon esculentum ) на юге Испании. Exp Parasitol. 2007, 116: 88-90. 10.1016 / j.exppara.2006.11.003.

Артикул PubMed Google ученый

17.

Морио Ф., Рейнес Дж., Доллет М., Пратлонг Ф., Дедет Дж. П., Равель С. Выделение простейшего паразита, генетически связанного с насекомым трипаносоматидом Herpetomonas samuelpessoai от пациента с положительным вирусом иммунодефицита человека. J Clin Microbiol. 2008, 46: 3845-3847. 10.1128 / JCM.01098-08.

PubMed Central Статья PubMed Google ученый

18.

Foissner I, Foissner W: Ciliatosporidium platyophryae nov.ген., ноя. спец. (Microspora incerta sedis), паразит Platyophrya terricola (Ciliophora, Colpodea). Eur J Protistol. 1995, 31: 248-259. 10.1016 / S0932-4739 (11) 80088-X.

Артикул Google ученый

19.

Фокин С.И., Ди Джузеппе Дж., Эрра Ф., Дини Ф .: Euplotespora binucleata n. gen., n. sp. (Protozoa: Microsporidia), паразит, поражающий гипотрихозную инфузорию Euplotes woodruffi , с наблюдениями за микроспоридийными инфекциями у цилиофора.J Eukaryot Microbiol. 2008, 55: 214-228. 10.1111 / j.1550-7408.2008.00322.x.

CAS Статья PubMed Google ученый

20.

Gillies C, Hanson ED: новый вид Leptomonas , паразитирующий на макронуклеусе Paramecium trichium . J Protozool. 1963, 10: 467-473. 10.1111 / j.1550-7408.1963.tb01707.x.

CAS Статья PubMed Google ученый

21.

Wille JJ, Weidner EJ, Steffens WL: Внутриядерный паразитизм инфузорий Euplotes трипаносоматидным жгутиком. J Protozool. 1981, 28: 223-227. 10.1111 / j.1550-7408.1981.tb02837.x.

Артикул Google ученый

22.

Görtz H-D, Dieckmann J: Leptomonas ciliatorum n. sp. (Kinetoplastida, Trypanosomatidae) в макронуклеусе гипотрихозной инфузории. J Protozool. 1987, 34: 259-263. 10.1111 / j.1550-7408.1987.tb03171.x.

Артикул Google ученый

23.

Dyková I, Fiala I, Lukes J: Perkinsiella амебоподобные эндосимбионты Neoparamoeba spp., Родственники кинетопластиды Ichthyobodo . Eur J Protistol. 2003, 52: 37-52.

Артикул Google ученый

24.

Tanifuji G, Kim E, Onodera NT, Gibeault R, Dlutek M, Cawthorn RJ, Fiala I, Lukes J, Greenwood SJ, Archibald JM: Геномная характеристика Neoparamoeba pemaquidensis (Amoedboosyplatz) .Эукариотическая клетка. 2011, 10: 1143-1146. 10.1128 / EC.05027-11.

PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

25.

Вихтерман Р: Биология Paramecium. 1953, Нью-Йорк: The Blakiston Company, Inc, 1-527.

Google ученый

26.

Фокин С.И.: Бактериальные эндобионты инфузории Paramecium woodruffi. II. Эндобионты околоядерного пространства.Цитология. 1989, 31: 845-

Google ученый

27.

Корлисс Дж. О.: Импрегнация реснитчатых простейших серебром по методу Чаттона-Львова. Stain Technol. 1953, 28: 97-100.

CAS PubMed Google ученый

28.

Фокин С.И., Гёрц Х.-Д .: «Caedibacter macronucleorum» sp. nov., бактерия, населяющая макронуклеус Paramecium duboscqui . Arch Protistenkd.1993, 143: 319-324. 10.1016 / S0003-9365 (11) 80328-3.

Артикул Google ученый

29.

Людвиг В., Странк О, Вестрам Р., Рихтер Л., Мейер Х., Ядхукумар, Бюхнер А., Лай Т., Степпи С., Джобб Г., Фёрстер В., Бреттске И., Гербер С., Гинхарт А. В., Гросс О., Груманн С., Герман С., Йост Р., Кёниг А., Лисс Т., Люссманн Р., Мэй М., Нонхофф Б., Райхель Б., Стрелов Р., Стаматакис А., Штукманн Н., Вильбиг А., Ленке М., Людвиг Т.: ARB: программная среда для данных последовательности.Nucleic Acids Res. 2004, 32: 1363-1371. 10.1093 / нар / гх393.

PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

30.

Guindon S, Gascuel O: Простой, быстрый и точный алгоритм для оценки крупных филогений по максимальной вероятности. Syst Biol. 2003, 52: 696-704. 10.1080 / 106351503520.

Артикул PubMed Google ученый

31.

Huelsenbeck JP, Ronquist F: MRBAYES: Байесовский вывод филогенетических деревьев.Биоинформатика. 2001, 17: 754-755. 10.1093 / биоинформатика / 17.8.754.

CAS Статья PubMed Google ученый

32.

Fan X, Huang J, Lin X, Li J, Al-Rasheid KAS, Hu X: Морфологическая и молекулярная характеристика Euplotes encysticus (Protozoa: Ciliophora: Euplotida). J Mar Biol Assoc United Kingdom. 2010, 90: 1411-1416. 10.1017 / S002531541000038X.

CAS Статья Google ученый

33.

Yonezawa F: Новая гипотрихозная инфузория Euplotes encysticus sp. ноя J Sci Hiroshima Univ Ser B, Div 1. 1985, 32: 35-46.

Google ученый

34.

Li Y, Niu Y, Liu L: Филогенетические исследования четырех видов инфузорий, выведенные из 16S-подобных генных последовательностей малых субъединиц рРНК. J для Res. 2008, 19: 119-124. 10.1007 / s11676-008-0020-9.

CAS Статья Google ученый

35.

Bhatia BL: Простейшие: Ciliophora. Фауна Британской Индии, включая Цейлон и Бирму, Том I. Отредактировал: Sewell RBS. 1936, Лондон: Taylor and Francis Ltd, 1-548.

Google ученый

36.

Das AK, Mandal AK, Sarkar NC: Protozoa. 1. Свободноживущие простейшие. Фауна Западной Бенгалии. Зоологическая служба Индии. 1993, New Alipore: M-Block, 1-133.

Google ученый

37.

Калавати С., Раман А.В.: Таксономия и экология реснитчатых простейших из маргинальных морских сред восточного побережья Индии. Зоологическая служба Индии. 2008, New Alipore: M-Block, 1-136.

Google ученый

38.

Yi Z, Weibo S, Clamp JC, Chen Z, Gao S, Zhang Q: Пересмотр систематических взаимосвязей внутри отряда Euplotida (Protista, Ciliophora) с использованием новых последовательностей гена, кодирующего малую субъединицу рРНК и тестирование использования объединенных наборов данных для построения филогении комплекса Diophrys .Mol Phylogenet Evol. 2009, 50: 599-607. 10.1016 / j.ympev.2008.12.006.

CAS Статья PubMed Google ученый

39.

Ламот Ф., Греб Г.: Патогены амеб как новые возбудители пневмонии. FEMS Microbiol Rev.2010, 34: 260-80. 10.1111 / j.1574-6976.2009.00207.x.

CAS Статья PubMed Google ученый

40.

Томас В., МакДоннелл Дж., Дениер С.П., Майяр Дж-Й .: Свободноживущие амебы и их внутриклеточные патогенные микроорганизмы: риски для качества воды.FEMS Microbiol Rev.2010, 34: 231-59. 10.1111 / j.1574-6976.2009.00190.x.

CAS Статья PubMed Google ученый

41.

Schrallhammer M, Schweikert M, Vallesi A, Verni F, Petroni G: Обнаружение нового подвида Francisella noatunensis как эндосимбионта инфузории Euplotes raikovi . Microb Ecol. 2011, 61: 455-64. 10.1007 / s00248-010-9772-9.

Артикул PubMed Google ученый

42.

Dyková I, Veverková M, Fiala I, Machácková B, Pecková H: Nuclearia pattersoni sp. п. (Filosea), новый вид амфизойной амебы, выделенный из жабр плотвы ( Rutilus rutilus ), и его риккетсиозный эндосимбионт. Folia Parasitol (Прага). 2003, 50: 161-170.

Артикул Google ученый

43.

Schrallhammer M, Ferrantini F, Vannini C, Galati S, Schweikert M, Görtz H-D, Verni F, Petroni G: «Candidatus Megaira polyxenophila» gen.nov., sp. nov .: Соображения эволюционной истории, диапазона хозяев и сдвига ранних дивергентных риккетсий. PLoS One. 2013, 8: e72581-10.1371 / journal.pone.0072581.

PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

44.

Vannini C, Petroni G, Verni F, Rosati G: Бактерия, принадлежащая к семейству Rickettsiaceae , обитает в цитоплазме морской инфузории Diophrys appendiculata (Ciliophora, Hypotrichia).Microb Ecol. 2005, 49: 434-442. 10.1007 / s00248-004-0055-1.

CAS Статья PubMed Google ученый

45.

Sun HY, Noe J, Barber J, Coyne RS, Cassidy-Hanley D, Clark TG, Findly RC, Dickerson HW: эндосимбиотические бактерии в паразитарных инфузориях Ichthyophthirius multifiliis . Appl Env Microbiol. 2009, 75: 7445-7452. 10.1128 / AEM.00850-09.

CAS Статья Google ученый

46.

Феррантини Ф, Фокин С.И., Модео Л., Андреоли I, Дини Ф, Гёрц HD, Верни Ф., Петрони Г.: « Candidatus Cryptoprodotis polytropus», новый Rickettsia -подобный организм у ресничного протиста Pseudomicrothora Ciliophora, Nassophorea). J Eukaryot Microbiol. 2009, 56: 119-129. 10.1111 / j.1550-7408.2008.00377.x.

CAS Статья PubMed Google ученый

47.

Кавафуне К., Хонго Ю., Хамаджи Т., Нодзаки Х .: Молекулярная идентификация риккетсиозных эндосимбионтов в нефаготрофных вольвокалианских зеленых водорослях.PLoS One. 2012, 7: e31749-10.1371 / journal.pone.0031749.

PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

48.

Саммерер М., Зоннтаг Б., Соммаруга Р: Инфузорий-симбионтная специфичность пресноводного эндосимбиотика Chlorella (Trebouxiophyceae, Chlorophyta). J Phycol. 2008, 44: 77-84. 10.1111 / j.1529-8817.2007.00455.x.

CAS Статья Google ученый

49.

Кодама Y, Фудзисима М: Вторичный симбиоз между клетками Paramecium и Chlorella . В Int Rev Cell Mol Biol. Объем. 2010, 279: 33-77.

CAS Google ученый

50.

Nowack ECM, Melkonian M: Эндосимбиотические ассоциации у протистов. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2010, 365: 699-712. 10.1098 / rstb.2009.0188.

PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

51.

Montagna M, Sassera D, Epis S, Bazzocchi C, Vannini C, Lo N, Sacchi L, Fukatsu T, Petroni G, Bandi C: « Candidatus Midichloriaceae» fam. ноя ( Rickettsiales ), экологически широко распространенная клада внутриклеточных Alphaproteobacteria. Appl Entomol Zool. 2013, 79: 3241-3248.

CAS Google ученый

52.

Boscaro V, Petroni G, Ristori A, Verni F, Vannini C: «Candidatus Defluviella procrastinata» и « Candidatus Cyrtobacter zanobii», два новых инфузорийных эндосимбионта

0109 Mid, принадлежащих к группе «

09 Mid» .Microb Ecol. 2013, 65: 302-310. 10.1007 / s00248-012-0170-3.

Артикул PubMed Google ученый

53.

Thepparit C, Sunyakumthorn P, Guillotte ML, Popov VL, Foil LD, Macaluso KR: Изоляция риккетсиозного патогена от негематофагного членистоногого. PLoS One. 2011, 6: e16396-10.1371 / journal.pone.0016396.

PubMed Central CAS Статья PubMed Google ученый

Характеристики звероподобных протистов | Sciencing

Протистов называют растениями, грибами и животными, потому что они имеют некоторые общие черты растений, грибов и животных, хотя и принадлежат к другой категории: царству протистов.Все они эукариоты (то есть у них есть ядро) и все живут во влажных условиях, будь то в соленой, пресной воде или внутри других организмов.

У них только одна клетка, хотя некоторые из них кажутся такими же многоклеточными, как и живут в колониях. Протистов, подобных животным, также называют звероподобными простейшими, или «первыми животными», поскольку они произошли от бактерий и стали эволюционными предками более сложных животных.

Общие характеристики простейших и простейших Определение

Определение простейших включает в себя их область эукарии (простейшие являются эукариотами), их собственное отдельное царство протистов и то, как они питаются.Почти все простейшие являются гетеротрофами, то есть они находят пищу в окружающей среде, поскольку не могут создавать свои собственные внутри клетки, как это делают растения. Клетка окружена мембраной и содержит крошечные структуры, называемые органеллами, включая митохондрии и пищеварительные вакуоли, которые выполняют важные функции, такие как преобразование кислорода и пищи в энергию.
Узнайте больше о различиях между простейшими и простейшими.

Существует четыре основных типа простейших, классифицируемых в зависимости от того, как они передвигаются и где они живут:

1. Rhizopoda (звероподобные протисты с «ложными ногами», называемые псевдоподиями)
2. Инфузории (протисты покрыты крошечными волосовидные реснички)
3. Жгутиконосцы (протисты с хлыстовыми «хвостами»)
4. Sporozoa (паразитические протисты)

Большинство амеб, инфузорий и жгутиконосцев свободно живут и составляют важную часть экосистемы, подавляя определенные бактерии и служит источником пищи для более крупных организмов.

Rhizopoda

Основными звероподобными простейшими в этой группе являются амебы, обитающие в пресной воде или паразиты и фораминиферы, обитающие в море и образующие раковины. Все они характеризуются псевдоподиями («ложными ногами») — долями или пальцеобразными выпуклостями цитоплазмы, которые позволяют им двигаться. Они питаются бактериями и более мелкими простейшими, захватывая их псевдоподиями и поглощая в вакуолях, где ферменты переваривают их.

Отходы и избыток воды проходят через отверстия в клеточной мембране.Амебы размножаются бесполым путем путем бинарного деления, при котором ядро ​​разделяется на две части, и вокруг каждой формируется новая клетка. Фораминиферы воспроизводятся по-разному в чередующихся поколениях — бесполым путем деления, затем половым путем, соединяясь вместе для обмена ядерным материалом. Некоторые амебы живут как паразиты; например, энтамоеба, источник амебной дизентерии.

Инфузории

••• Дункан Смит / Photodisc / Getty Images

Инфузории, такие как парамеции, имеют крошечные волосовидные структуры, называемые ресничками, растущими на их поверхности.Реснички продвигают их через воду и захватывают пищу, проникая в желобок на поверхности мембраны. Они питаются водорослями и бактериями и, в свою очередь, поедаются более крупными простейшими, такими как амебы.
Подробнее об основных функциях ресничек и жгутиков.

Инфузории имеют более одного ядра: большое, которое управляет повседневными функциями, и меньшее — для репродуктивных целей. Некоторые инфузории размножаются как половым, так и бесполым путем — сначала они объединяются, чтобы обмениваться репродуктивными ядрами, а затем образовавшиеся двойные ядра расщепляются, чтобы создать новые клетки.

Жгутиконосцы

Жгутиконосцы — это простейшие, похожие на животных, которые имеют структуру, напоминающую хлыст или хвост, для движения по воде. Некоторые из них, фитофлагелляты, могут производить себе пищу посредством фотосинтеза, как это делают растения. Другие поглощают частицы пищи в вакуоли или поглощают молекулы питательных веществ через свою поверхностную мембрану.

Большинство жгутиконосцев размножаются путем деления, но некоторые размножаются половым путем, сливаясь друг с другом перед делением. Некоторые жгутиковые паразиты; например, трипаносома и лямблия вызывают сонную болезнь и лямблиоз (диарею и рвоту) соответственно.

Sporozoa

••• Stockbyte / Stockbyte / Getty Images

Спорозоиды паразитируют — они живут в организме хозяина или внутри него и причиняют ему вред. Не имея ресничек, жгутиков или псевдоподий, споразоа зависят от организма-хозяина в плане питания и от переносчиков, таких как комары, которые переносят их туда. Они передаются от хозяина к хозяину или от вектора к хозяину в виде спор.

Sporozoa также называют апикомплексами, потому что они имеют «апикальный комплекс», структуру, которая вырабатывает ферменты и позволяет простейшим внедриться в клетку-хозяин.Размножение имеет половую и бесполую стадии.

Как передвигается инфузория? — AnswersToAll

Как передвигается инфузория?

Они похожи на животных и передвигаются с помощью жгутиков. Жгутики — это похожие на кнуты структуры, которые быстро вращаются, работая как гребной винт лодки, перемещая организм по воде. Большинство зоофлагеллят имеют от одного до восьми жгутиков, которые помогают им двигаться.

Инфузории фотосинтезируют?

Хотя некоторые инфузории являются миксотрофными и дополняют питание за счет фотосинтеза, большинство из них являются голозойными и питаются бактериями, водорослями, твердыми частицами детрита и другими простейшими.

Как инфузория захватывает и переваривает пищу?

Парамеций — одноклеточный протист, который использует реснички, чтобы втягивать пищу в ротовую борозду. Затем частицы пищи перевариваются посредством процесса, называемого фагоцитозом.

Как гибнут инфузории?

Эти эукариотические организмы обычно розового цвета при сборе в природе, но могут стать красными при выращивании в темноте с обилием пищи. Голод или воздействие яркого света могут привести к потере цвета или даже к гибели.

Может ли инфузория двигаться?

Инфузория: организм, использующий реснички для передвижения. Жгутик: одиночная структура, похожая на волосы, которая помогает организму передвигаться. Жгутик: организм, который использует жгутик для передвижения.

Вредны ли инфузории?

Большинство инфузорий — свободноживущие формы. Относительно немногие из них являются паразитами, и только один вид, Balantidium coli, как известно, вызывает болезни человека. Некоторые другие инфузории вызывают болезни у рыб и могут представлять проблему для рыбоводов; другие — паразиты или комменсалы различных беспозвоночных.

Почему инфузория зеленая?

Они зеленые, потому что используют симбиотические зеленые водоросли под названием хлорелла. На странице о зеленых водорослях эти водоросли будут показаны крупным планом. Инфузории обычно размножаются бесполым путем делением. Эти две инфузории рода Spirostomum цепляются друг за друга бок о бок и сливаются вместе.

Почему у инфузорий два ядра?

Почему инфузории имеют два ядра (мн. Ядра)? Инфузориям требуется столько энергии, что у них должно быть ядро ​​(называемое макронуклеусом), предназначенное исключительно для обмена веществ.Другое, меньшее ядро ​​(микроядро) контролирует воспроизводство.

Почему инфузория зеленого цвета?

Где живут жгутиковые?

толстый кишечник
Жгутики обычно обнаруживаются в толстом кишечнике и клоаке, хотя иногда они могут быть обнаружены в тонком кишечнике в небольшом количестве.

Что интересного факта о Ciliate?

Инфузории — самые крупные (около 8000 видов) и самые сложные из простейших. Они обитают как в водных, так и в наземных средах обитания, и многие из них являются плотоядными.Инфузории имеют два ядра (макронуклеус и микроядро) и множество органелл, например цистому (рот).

Каковы 3 способа передвижения бактерий?

Но, безусловно, наиболее распространенным типом передвижения бактерий является плавание, которое осуществляется с помощью жгутика или жгутика.

• Плавание.
• Corkscrew Motility.
• скользящая подвижность.

Какая единственная инфузория вызывает заболевание у человека?

Balantidium (= Neobalantidium) (= Balantioides) coli, крупное реснитчатое простейшее, единственное известное, способное инфицировать людей.Его часто связывают со свиньями, которые являются основным резервуаром-хозяином.

Что интересного факта о инфузории?

Почему инфузории называют инфузорными?

Название «реснички» происходит от многих волосовидных органелл, называемых ресничками, которые покрывают клеточную мембрану. Реснички идентичны по строению жгутикам, но обычно короче и встречаются в гораздо большем количестве, чем жгутики. У всех инфузорий есть реснички, которые они используют для плавания, ползания, кормления и прикосновения.

Вредны ли жгутиконосцы для человека?

У людей и других млекопитающих несколько широко распространенных болезней вызываются жгутиконосцами.Возможно, наиболее распространенным является лямблиоз, вызываемый кишечным паразитом Giardia lamblia, с такими симптомами, как диарея (потеря воды и питательных веществ) и болезненные спазмы в животе.

Чем питаются жгутики?

Флагелляты являются основными потребителями первичной и вторичной продукции в водных экосистемах, питаясь бактериями и другими простейшими.

Назовите 3 факта о инфузориях?

Пресноводные эндосимбиотические водоросли и их инфузорийные хозяева: морфология, филогения, экология |

Пресноводные эндосимбиотические водоросли и их инфузорий-хозяева: морфология, филогения, экология

В водных экосистемах мы находим множество одноклеточных эукариот, живущих в симбиозе.Такие мутуалистические отношения существуют между водорослями и инфузориями и называются миксотрофией, поскольку инфузории активно поглощают пищу (режим гетеротрофного питания) и получают продукты фотосинтеза от своего партнера по водорослям (автотрофный образ жизни).

Водоросли, в свою очередь, получают от хозяина соединения азота и CO ₂ . Для инфузорий миксотрофию можно рассматривать как преимущество в периоды недостатка пищи или в олиготрофных условиях, и эти инфузории также встречаются в более богатых питательными веществами обедненных кислородом областях водоема.Естественно, что в озерном планктоне иногда появляются сообщества, состоящие из более чем 20 миксотрофных видов, которые могут составлять> 25% от общей численности инфузорий.

В то время как инфузории относительно легко охарактеризовать по расположению ядер и рисунку ресничек, симбиотические водоросли не обладают специфическими характеристиками. До сих пор эти эндосимбионты изучались в основном с помощью световой и электронной микроскопии и были идентифицированы только на общем или групповом уровне. На основании морфологии симбионты были обозначены как Chlorella , Chlorella -like или Zoochlorella .Недавние молекулярные исследования подтвердили, что эндосимбионты, изолированные от различных инфузорий и беспозвоночных, являются полифилетическими и принадлежат к разным линиям. Сравнительные исследования инфузорий и их эндосимбионтов с использованием интегративного подхода, то есть молекулярной филогении последовательностей рДНК SSU, ITS и большой субъединицы (LSU), включая вторичные структуры и морфологию обоих симбиотических партнеров, все еще отсутствуют для большинства свободноживущих инфузорий. Более того, помимо морфологической и генетической информации как о водорослях, так и о партнерах инфузорий, важна также экологическая информация для понимания их важности и роли в пищевых сетях водных микробов.

Другой аспект симбиоза состоит в том, что вне своего хозяина эндосимбиотические зеленые водоросли могут быть инфицированы особой группой -вирусов Chlorella . Мы предлагаем четыре гипотезы для уточнения: гибкость системы хозяин-симбионт (h2) и параметры окружающей среды, которые влияют на установление симбиоза (h3), происхождение симбиоза для модельной инфузории Paramecium bursaria (h4) и роль и специфичность вирусов Chlorella (h5).

Новый подход и сила этого исследования заключается в сочетании трех научных областей — фикологии, протистологии и вирусологии, и мы искренне верим, что это поможет по-новому взглянуть на взаимоотношения между инфузориями и их симбиотическими водорослями. Чтобы проверить наши гипотезы, мы будем применять культурно-зависимые и культурно-независимые подходы. Поскольку важно понимать природу симбиоза, наши результаты будут способствовать не только исследованиям протистов, но и симбиозу в целом.

FWF Austrian Science Fund (P28333-B25), PI B. Sonntag & T. Pröschold, апрель 2016 г. — март 2021 г.

инфузорий как симбионтов | IntechOpen

2. Принцип тепловыделения в активной среде твердотельного лазера

2.1. Лазерная накачка

Лазерное устройство состоит из трех основных компонентов: «активной среды», «источника накачки» и «оптического резонатора». В случае твердотельных лазеров активная среда, состоящая из определенного стекла или кристалла, помещается внутри оптического резонатора и получает энергию от другого внешнего оптического источника через свет луча накачки.Затем он сам может излучать усиленный лазерный луч с полностью измененной энергией и длиной волны [20]. Акт передачи энергии от внешнего источника к активной среде называется лазерной накачкой.

В последние годы диодные лазеры [21-22] привлекли большое внимание ученых-лазеров в связи с наличием источников накачки с высокой мощностью и качеством луча. В этой главе мы просто сконцентрируемся на источниках накачки такого типа, а не на традиционных источниках накачки с импульсной лампой [15].

Процесс накачки обычно осуществляется двумя способами: лазерными системами с непрерывной (CW) и импульсной накачкой. Кроме того, твердотельные лазеры с диодной накачкой (DPSS-лазеры) можно разделить на конфигурации с боковой и торцевой накачкой. На рисунке 1 схематично показаны типичные твердотельные лазеры, включая усиливающую среду, оптический резонатор и диодную накачку в случае торцевой и боковой конфигураций. В геометрии с торцевой накачкой свет накачки в основном передается от диодного лазера (DL) к материалу лазера либо через оптическую систему, либо через волоконную оптику, что обеспечивает желаемую форму и размер луча накачки.Затем он фокусируется на усиливающей среде в продольном направлении, коллинеарном распространению лазерного света. В геометрии с боковой накачкой диодные решетки располагаются вдоль материала лазера в определенном порядке вокруг него, так что свет накачки перпендикулярен распространению лазерного света.

Геометрия накачки и результирующие характеристики накачки (такие как форма и размер луча вдоль усиливающей среды) играют важную роль в тепловыделении и, следовательно, тепловом градиенте внутри усиливающей среды.Этот выпуск будет подробно рассмотрен в следующих подразделах для каждого типа лазерных усиливающих сред.

Рис. 1.

Простой чертеж двух распространенных методов накачки усиливающей среды твердотельного лазера; а) боковая накачка б) торцевая накачка. Синий цвет используется для маркировки света накачки, переносящего энергию от лазерного диода к усиливающей среде, а красный луч относится к режиму лазерного резонатора.

2.2. Выделение тепла

В твердотельных лазерах часть энергии накачки преобразуется в тепло, которое действует как источник тепла внутри материала лазера [23, 24].Пространственная и временная зависимость источника тепла оказывает важное влияние на распределение температуры и скорость нагрева теплоносителя, соответственно. Предполагается, что пространственная форма совпадает с формой излучения накачки [23, 24], а временная зависимость относится к процедуре накачки, которая может выполняться в непрерывном или импульсном режиме. Кроме того, в зависимости от конфигурации усиливающей среды и геометрии охлаждения, выделенное тепло может в основном течь в предпочтительном направлении внутри усиливающей среды и, следовательно, вызывать температурный градиент.Например, в традиционных лазерных средах в форме стержней с водяным охлаждением, а также в волоконных лазерах, основная часть теплоотвода происходит в радиальном направлении, что приводит к значительному радиальному градиенту температуры внутри среды. На рис. 2 показана схема накачки для нескольких типов твердотельных лазеров. Проиллюстрированы доминирующие направления отвода тепла, связанные с геометрией усиливающей среды и системы охлаждения.

Рисунок 2.

Схематическое изображение предпочтительного направления теплопередачи в трех распространенных типах твердотельных лазеров; a) дисковый лазер, b) стержневой и c) волоконный лазер

Уравнение дифференциала тепла должно быть решено для оценки температуры и теплового градиента, вызванного оптической накачкой в ​​твердотельных лазерах. Общий вид дифференциального уравнения теплопроводности в цилиндрической системе координат имеет вид [25]

1r∂∂r (r∂T (r, φ, z, t) ∂r) + 1r2∂2T (r, φ, z, t ) ∂φ2 + ∂2T (r, φ, z, t) ∂z2 + Q (r, φ, z, t) kc = ρckc∂T (r, φ, z, t) ∂tE1 \ n \ t \ t \ t \ t

Где Q (r, φ, z, t) обозначает плотность источника тепла (Вт / м3), kc — теплопроводность, ρ и c — плотность (кг / м3) и удельная теплоемкость (Дж / кг.oC) активной среды лазера соответственно. Уравнение 1 обозначает переходное дифференциальное уравнение теплопроводности и может определять зависимость температуры от времени в случае лазерных систем с импульсной накачкой. Как мы упоминали ранее, Q (r, φ, z, t) можно определить в соответствии с характеристиками накачки в нескольких типах твердотельных лазеров.

Полная тепловая нагрузка в усиливающей среде лазера из-за оптической накачки может быть получена из

Ph = ∫vQ (r, z) dv = ξPoE2 \ n \ t \ t \ t \ t

, где Poξ — накачка мощность и — относительная тепловая нагрузка [12].В случае диодной накачки относительная тепловая нагрузка возникает из двух основных явлений, которые показывают главную роль в генерации тепла; квантовый нагрев дефектов [15] и преобразование с повышением частоты передачи энергии (ETU) [26]. В большинстве случаев первый отвечает за выделение тепла и, следовательно, вносит основной вклад. Однако следует отметить, что влияние второго явления нельзя игнорировать в некоторых случаях, например, в случае лазерных материалов, легированных Er. Дробная тепловая нагрузка в усиливающей среде обусловлена ​​квантовым дефектом и связана с накачкой и длиной волны лазера, которые показаны λp и λL соответственно.

2.3. Объемные твердотельные лазеры

2.3.1. Распределение температуры

2.3.2. Боковая накачка

Конфигурация откачки, выполняемая одним модулем, показана на рисунке 3.a [27]. Луч накачки, излучаемый диодным лазером, фокусируется на стержне с помощью интерфейсной оптики, состоящей из двух линз. Вид с торца на геометрию бокового нагнетания показан на Рисунке 3.b. Поперечные направления накачки и сигнальных лучей легко заметны.

Рисунок 3.

геометрия боковой накачки; а) Накачка лазерного стержня одним модулем, б) вид с торца геометрии боковой накачки [27].

В случае непрерывной накачки лазерного стержня уравнение стационарной теплопроводности можно записать как [27]

\ n \ t \ t \ t \ t

Где h — тепловой поток, связанный с температурой в стержня на

И Q (r, z) определяется в соответствии с пространственным изменением интенсивности накачки и определяется как Q (r, z) = I0exp (−2r2ωp2) E6 \ n \ t \ t \ t \ t

В котором, I ₀ — тепловое излучение на оси.Интегрирование уравнения 4 по поперечному сечению стержня дает

h (r) = ωp2I041 − exp (−2r2ωp2) rE7 \ n \ t \ t \ t \ t

Подставляя уравнение 7 в уравнение. 5 и интегрирование по радиусу стержня дает разность температур внутри стержня

ΔT (r) = I0ωp28kc [ln (r02r2) + E1 (2r02ωp2) −E1 (2r2ωp2)] E8 \ n \ t \ t \ t \ t

Где ΔT (r) = T (r) −T (r0) и E1 — экспоненциальная интегральная функция [27].

2.3.3. Торцевая накачка

Одной из распространенных схем накачки, которая используется в твердотельных лазерах с диодной накачкой, является схема с торцевой накачкой или продольной накачкой.В лазерах с торцевой накачкой пучок накачки коаксиален с пучком резонатора; это приводит к созданию высокоэффективных лазеров с хорошим качеством луча. В этой геометрии луч накачки диодного лазера (ов) доставляется к концу активной среды с помощью оптических фокусирующих линз или оптических волокон. При работе с меньшей мощностью (менее нескольких ватт) подкачка с торца дает более приемлемые результаты [15]. Сегодняшнее развитие диодных лазеров и новых технологий, таких как использование микролинз для формирования луча диодных лазерных стержней, делает лазеры с торцевой накачкой очень перспективными, особенно в коммерческих лазерах [28].Хотя торцевая накачка является распространенной конфигурацией в твердотельных лазерах, которые включают в себя многие типы геометрии активной среды, такие как пластина и микрочип, она чаще используется в лазерах в форме стержня. Многие исследования и результаты с торцевой накачкой сообщают о стержневых лазерах, и большинство коммерческих систем с концевой накачкой используют стержневые лазеры [29-33]. Таким образом, обсуждение в этом разделе сосредоточено на стержневых лазерах с торцевой накачкой. Принципиальная схема системы с концевой накачкой показана на рисунке 4.

Рисунок 4.

Основные элементы систем торцевой накачки [15]

Для обеспечения высокой эффективности согласования между пучком резонатора и режимами накачки в системах с торцевой накачкой пучок накачки фокусируется в активной среде с малой перетяжкой пучка. Эта проблема приводит к возникновению интенсивного локального нагрева, а затем к созданию градиента показателя преломления внутри лазерного кристалла [15]. Как следствие, лазерный стержень действует как тепловая линза внутри резонатора, что может ухудшить качество луча и снизить выходную эффективность.Кроме того, в отличие от лазеров с боковой накачкой, в мощных лазерах с торцевой накачкой распределение тепла внутри материала лазера неоднородно, что приводит к увеличению напряжения и деформации [33]. Ограничивающими факторами в лазерах с торцевой накачкой в ​​режиме высокой мощности являются тепловое линзирование и предел теплового разрушения лазерного кристалла. Вышеупомянутые ограничения делают тепловые проблемы очень важными в лазерах с торцевой накачкой, особенно в мощных системах.

С тепловой точки зрения профиль накачки с плоской вершиной превосходит гауссов профиль в мощных системах с торцевой накачкой из-за создания более низкого температурного градиента внутри лазерного кристалла, что приводит к меньшим тепловым искажениям [28].Однако гауссовы профили накачки более изучены из-за практических соображений при проектировании лазерного резонатора. Один из первых термических анализов систем с торцевой накачкой представлен в [15], который относится к решению стационарного дифференциального уравнения теплопроводности для кристалла Nd: YAG в предположении гауссова профиля накачки. (Рисунок 5).

Рис. 5.

Распределение температуры в Nd: YAG-лазере с торцевой накачкой в ​​случае конфигурации с торцевой накачкой. Луч накачки и лазерный луч распространяются в направлении z цилиндрической координаты [15].

Температурный профиль и связанные с ним тепловые эффекты в громоздких твердотельных лазерах в прошлые годы были предметом рассмотрения различных авторов. В случае непрерывной накачки сборник превосходных литературных источников, обсуждающих численный и аналитический термический анализ, можно найти в [13, 23, 34-39]. Аналогичные работы по анализу нестационарного теплового режима доступны в [40].

Известная работа, которая представляет аналитические выражения для температуры и описывает поведение температуры внутри стержня, принадлежит Инночензи [13].В данной работе лазерный стержень окружен медным радиатором и подвергается воздействию пучка накачки с гауссовым профилем интенсивности как

I = 2Phπωp exp (−2r2ωp2) exp (−αz) E9 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Пренебрегая осевым тепловым потоком, стационарное дифференциальное уравнение теплопроводности может быть решено аналитически. Полученная разность температур получается как

ΔT (r, z) = αPhexp (−αz) 4πkc [ln (r02r2) + E1 (2r02ωp2) −E1 (2r2ωp2)] E10 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Как и следовало ожидать, температура экспоненциально спадает вдоль лазерного стержня и имеет самую высокую температуру на поверхности накачки (z = 0).

Обычный метод охлаждения для систем с концевой накачкой заключается в использовании водяной рубашки или медной трубки, окружающей лазерный стержень, и поддержании определенной температуры цилиндрической поверхности. Тепло, генерируемое внутри усиливающей среды, течет к этой поверхности посредством процесса теплопроводности в радиальном направлении. Хотя этот метод считается простой и эффективной техникой, обеспечивающей значительный отвод тепла от теплоносителя, неохлаждаемая перекачиваемая поверхность стержня, которая находится в прямом контакте с воздухом, обеспечивает очень слабую теплопередачу.Эта проблема может вызывать нежелательные эффекты, особенно в режимах высокой мощности [34]. Тепловая нагрузка на эту поверхность не только увеличивает эффекты теплового линзирования, но также ограничивает максимальную мощность накачки из-за предела разрушения кристалла и порога повреждения оптических покрытий.

Одна из эффективных стратегий снижения тепловых эффектов основана на охлаждении накачивающей поверхности лазерного стержня. В связи с этим в [33] представлены три способа достижения более эффективного процесса охлаждения, которые схематически показаны на рисунке 6.В первом способе (б) охлаждающая вода непосредственно контактирует с поверхностью нагнетания. Во втором способе (с) охлаждающая пластина, охлаждаемая водой, устанавливается в тесном контакте с поверхностью нагнетания штанги. Холодная плита должна иметь большой модуль Ян и высокую теплопроводность. Другой метод использует нелегированный колпачок на поверхности накачки (d). Мощность накачки не поглощается в нелегированной крышке, поэтому в этой области нет тепловой нагрузки, но использование этой крышки увеличивает эффективную поверхность охлаждения, а также отношение охлаждающей поверхности к объему тепловыделения.

Влияние тепловых эффектов на усиливающую среду лазера в указанных методах было проанализировано методом КЭ [33]. Максимальная температура снизилась почти на 30% и 25% при использовании нелегированной крышки и сапфировой охлаждающей пластины на поверхности накачки соответственно. Максимальное напряжение возникло в конфигурации с водяным охлаждением перекачиваемой поверхности и уменьшилось до половины значения в неохлаждаемой системе с использованием нелегированной крышки или охлаждающей пластины. Согласно недавно разработанным керамическим лазерным материалам, использование композитных стержней с нелегированным колпачком может быть очень многообещающим как лучший выбор для высокомощных систем с торцевой накачкой.Нелегированная торцевая крышка значительно снижает тепловое напряжение на входной грани лазера с торцевой накачкой. Это не только снижает эффекты теплового линзирования и термические напряжения, но также снижает максимальную температуру лазерного стержня и, таким образом, снимает некоторые ограничения, накладываемые на покрытия. Важная роль композитного стержня в уменьшении термодеструктивного воздействия на работу лазера часто исследовалась и отражалась в литературе [41-43]. Рисунок 7 иллюстрирует модель накачки геометрии композитного Nd: YVO ₄ с двухсторонней накачкой [44].Nd: YVO ₄ в качестве усиливающей среды лазера соединен с двумя колпачками YVO ₄ на двух концах, и энергия накачки подается к нему с обоих концов. Как видно, каждая точка внутри стержня поглощает мощность насоса и выделяет тепло. Внутри колпачков не происходит поглощения, поэтому они могут играть важную роль в осевом теплообмене от торцевых поверхностей. Численные расчеты распределения температуры в композитном лазерном стержне можно найти в [45]

Рис. 6.

Различные конфигурации охлаждения в системах с торцевой накачкой.В этих геометриях откачиваемая поверхность (а) неохлаждаемая, (б) водяное охлаждение, (в) охлаждаемая сапфировая пластина с охлаждением, (г) нелегированный колпачковый стержень [33]. Рисунки перекрашены в цветную версию для лучшей реализации.

Рис. 7.

Модель насоса с двухсторонней накачкой [44].

В случае лазерного стержня с импульсной накачкой интересный численный анализ был проведен Вангом, опубликованным в [46]. В этой работе лазерный стержень окружен цилиндрическим радиатором, который приводит к кондуктивной передаче тепла от поверхности стержня к окружающей среде.Схематическое изображение геометрии стержня и системы охлаждения показано на рисунке 8-а.

Рис. 8.

a) простой чертеж лазерного стержня, окруженного цилиндрическим теплоотводом, b) изменение мощности накачки во времени [46]

Предполагается, что лазерный стержень подключен к оптоволоконному кабелю. лазерный диод; поэтому профиль интенсивности накачки в хорошем приближении имеет форму цилиндра. Таким образом, плотность источника тепла можно описать как

Q (r, z, t) = {ξP (t) πωp2α e − αz, r≤ωp 0, r> ωpE11 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Где P (t) — периодическая функция времени, описывающая мощность накачки в режиме повторяющейся откачки, заданная как

P (t) = {Po, 0≤t≤τ 0, τ ≤ r≤1 / frepP (t + 1 / frep ) = P (t) E12 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

, где P _o — пиковая мощность накачки, frep — частота повторения, а τ — время длительности накачки.Рисунок 8.b пытается просто указать P (t). Подробную информацию о решении нестационарного дифференциального уравнения теплопроводности можно найти в [46].

На рис. 9 показано распределение температуры внутри стержня лазера Nd: YAG, подвергающегося воздействию луча накачки с длительностью импульса 300 мкс и частотой повторения 50 Гц. Согласно результатам, температура сначала увеличивается с течением времени, а затем становится почти постоянной с небольшими колебаниями, которые приводят температуру к установившемуся состоянию.

Рис. 9.

a) Зависимое от времени распределение температуры в лазерном стержне в положении z = 0 при частоте повторения 50 Гц [46].

2.4. Лазеры на тонких дисках

Лазеры на тонких дисках — одно из последних достижений в области твердотельных лазеров. Наиболее важными особенностями, которые делают лазер на тонком диске отличным от твердотельного лазера, являются масштабируемость мощности, хорошее качество луча и минимальное тепловое линзирование [47, 48]. Эти особенности связаны с тепловыми характеристиками тонкого дискового лазера.В дисковых лазерах активная среда охлаждается с торца диска. Отношение поверхности к объему диска велико из-за геометрии диска, поэтому охлаждение очень эффективное и, как следствие, тепловые искажения активной среды очень низкие. При рассмотрении осевого теплового потока в лазере на тонких дисках термолинзирование в первом приближении отсутствует. На самом деле, однако, слабое тепловое линзирование происходит из-за двух остаточных эффектов: во-первых, диаметр накачки обычно меньше диаметра кристалла, а во-вторых, термомеханический вклад в тепловое линзирование из-за изгиба диска из-за теплового расширения [49] .

Термолинзирование является важным аспектом при проектировании и эксплуатации лазера. Этот коэффициент можно рассчитать теоретически с помощью программ термомеханического моделирования. В лазерах на тонких дисках диск устанавливается с охлаждающей пластиной на радиатор (рисунок 10). В то же время другая сторона диска излучается лазером накачки, соответственно существует разница температур между двумя гранями диска. Это вызовет распределение температуры в объеме диска. Обычно показатель преломления материалов зависит от температуры; соответственно показатель преломления диска будет функцией положения.Другой эффект — расширение диска из-за сформированного в нем распределения температуры. Также установка диска на радиатор вызывает деформацию и напряжение в диске. Само напряжение влияет на показатель преломления дискового кристалла. Чтобы завершить анализ влияния диска на лазер и луч накачки, необходимо рассчитать кумулятивные эффекты расширения и деформации диска, а также термооптические и зависимые от напряжения вариации показателя преломления [50]. Общее влияние диска на фазу лазерного луча можно рассчитать по [51]:

Φ (r) = 2 [∫0h [n0 + ∂n∂T (T (r, z) −T0) + Δns (r, z) −1].[1 + εz (r, z)] dz − z0 (r)] E13 \ n \ t \ t \ t \ t

В котором n0 — показатель преломления диска при эталонной температуре T0, ∂n / ∂T — термооптический коэффициент , Δns — это изменения показателя преломления из-за напряжений, εz — деформация в направлении толщины диска, z0 — смещение задней стороны (с покрытием High Reflection), а h — толщина диска. Как показывает соотношение (1), оптическое поведение диска сильно зависит от распределения температуры диска. Распределение температуры является результатом оптической накачки и охлаждения диска.

Рис. 10.

Схема установки тонкого дискового лазера; конфигурация концевого насоса [52]

2.4.1. Конфигурации накачки и охлаждения

Существует два традиционных метода накачки дисковых лазеров; первая — это (квази) торцевая накачка, а вторая — краевая накачка. Принципиальная схема торцевой накачки показана на рисунке 10. Также на рисунке 11 показана схематическая установка тонкого дискового лазера с краевой накачкой.

В обоих упомянутых способах охлаждение диска происходит с торца. Диск может охлаждаться струйным ударом (рис. 12) или криогенным способом.Диск монтируется с охлаждающей пластиной на радиаторе. При ударе струи на холодную пластину разбрызгивается струя охлаждающей жидкости. В качестве охлаждающей жидкости можно рассматривать различные жидкости, наиболее распространенной из которых является вода.

Рис. 11.

Схематическая установка тонкого дискового лазера с краевой накачкой [53]

Рис. 12.

Схематическая диаграмма струйной системы охлаждения для тонкодискового лазера [54]

Лазерное охлаждение было важной проблемой со стороны изобретение первого практического лазера в 1960 году.После изобретения лазера криогенное охлаждение твердотельных лазеров заинтересовало и впервые было предложено Боунессом [55] в 1963 году, а затем МакМахоном [56] в 1969 году. В упомянутых ссылках используется кондуктивное охлаждение и лазерный элемент помещается в контакт. с материалом с очень высокой теплопроводностью. Этот материал, в свою очередь, контактировал с криогеном, таким как жидкий азот около 77 К, жидкий Ne около 27 К или He около 4 К.

При криогенных температурах сечения поглощения и излучения увеличиваются, а поглощение Yb: YAG полоса около 941 нм сужается при 77 К, однако все еще достаточно широкая для накачки практическими диодными лазерами.При 77 К кристалл Yb: YAG ведет себя как четырехуровневая активная среда, однако при комнатной температуре Yb: YAG является квазитрехуровневым материалом. Существенные проблемы, связанные с квазитрехуровневыми материалами, такими как Yb: YAG, такие как необходимость обеспечения значительной плотности накачки для достижения прозрачности, высокой пороговой мощности накачки и связанной с этим потери эффективности, исчезают при 77 К [57]. При охлаждении Yb: YAG от комнатной до криогенных температур порог генерации уменьшается, а дифференциальная эффективность увеличивается.На рисунке 13 показано падение порога генерации со 155 Вт до почти 10 Вт и увеличение дифференциальной эффективности с 54% до 63% для типичного лазера на тонких дисках [58]. Спектральный пик на вставке на рис. 13 соответствует выходному сигналу лазера 80 К и центрирован около 1029,1 нм. При комнатной температуре этот пик составляет около 1030,2 нм.

Рис. 13.

Зависимость мощности генерации от мощности накачки при 15 ° C (288 K) и 80 K. [58]

2.4.2. Распределение температуры

Характеристики дискового лазерного луча тесно связаны с геометрией активной среды.Точная геометрия активной среды также сильно зависит от термомеханических и оптико-механических свойств диска и распределения температуры в диске. Распределение температуры диска может быть получено путем решения уравнения теплопроводности с соответствующими граничными условиями.

Поток тепла, генерируемый излучением диода накачки через усиливающую среду лазера, в общем виде описывается неоднородным уравнением в частных производных:

1kc (T, dop) ∂T (r, θ, z) ∂t− ∇2T (r, θ, z) = Q (r, θ, z) kc (T, dop) E14 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

В котором K _c теплопроводность, которая считается изотропной и представляет собой плотность источника тепла в лазерном кристалле.В непрерывном режиме выходного лазера установившееся распределение температуры подчиняется уравнению диффузии тепла

∇2T (r, θ, z) = — Q (r, θ, z) kc (T, dop) E15 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Как видно, теплопроводность зависит от температуры и концентрации легирования (легирования) кристалла. Температурная зависимость кристалла YAG при комнатной температуре не является существенной, и ее можно рассматривать как константу [37], однако это приближение больше не действует при криогенных температурах. Теплопроводность кристалла Yb: YAG, который является обычной активной средой лазера на тонких дисках, может быть определена как [59]:

kc (T, dop) = (7.28−7.3 × dop). (204T − 94) (0.48−0.46 × dop) Вт / м − 1K − 1E16 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Характеризуя поведение термически индуцированного линзирующего эффекта Тонкий диск усиление среднего — задача нетривиальная. Чтобы полностью проанализировать динамику теплового потока и, следовательно, индуцированные ∂n / ∂T напряжения и деформации в активной среде, необходимо решить трехмерное уравнение теплопроводности с соответствующими граничными условиями. Этого можно добиться несколькими способами. Наиболее распространенным является использование метода анализа конечных элементов (FEA).Другой метод — решить трехмерное уравнение теплопроводности с помощью преобразования Ханкеля. Подробнее читайте в [60].

Первоначальная оценка теплового поведения диска может быть произведена путем расчета максимальной и средней температуры диска. В лазерах на тонких дисках толщина диска очень мала. Когда размер пятна накачки намного больше, чем толщина диска, одномерная теплопроводность является хорошим приближением. Если мощность насоса Ppump излучается на диск в пятне насоса с радиусом rp, тепловая нагрузка на площадь может быть определена как [61]:

Iheat = Ppumpηabsηπrp2E17 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

В котором ηabs равно эффективность поглощения, η — коэффициент тепловыделения в диске.Коэффициент тепловыделения в диске обусловлен квантовым дефектом и связан с длиной волны накачки и лазера, которые показаны λp и λl соответственно.

\ n \ t \ t \ t \ t \ t

Параболический профиль температуры будет сформирован вдоль оси внутри диска из-за нагруженного тепла, которое определяется как:

T (z) = T0 + IheatRth, disk (zh− 12z2h3) E19 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

, в котором Rth, disk = h / kc — тепловое сопротивление материала диска, а T0 — температура охлаждаемой поверхности диска. Также z — это расстояние вдоль оси диска в толщине диска, а h — толщина диска.В частности, можно рассчитать максимальную температуру из соотношения (19), которое определяется как

Tmax = T0 + 12IheatRth, diskE20 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

, а также средняя температура в толщине диска может быть определена как

Tav = T0 + 13IheatRth, diskE21 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Таким образом, используя соотношения (19) — (21), можно оценить распределение температуры, а также максимальную и среднюю температуру в диске в одном измерении. приближение теплопроводности.

2,5. Волоконный лазер и волоконные усилители

2.5.1. Введение в геометрию волокна и методы охлаждения

В последние годы разработка и производство высокоэффективных волоконных лазеров с превосходным качеством пучка сделало их основным противником других типов мощных твердотельных лазеров, таких как объемные и тонкие. дисковые лазеры. Достижение выходной мощности в несколько киловатт [7, 62] с помощью дифракционно ограниченного лазерного луча можно считать уникальным рекордом в лазерной технологии. Этот прогресс может быть напрямую связан с возможностью более эффективной процедуры охлаждения в волоконных лазерах, которая возникает из-за присущего им большого отношения поверхности к объему.Фактически, тепловая нагрузка распространяется на метры или десятки метров волокон, что обеспечивает удобное и эффективное управление охлаждением и, следовательно, позволяет избежать термооптических проблем.

Волоконные лазеры состоят из сердцевины волокна, которая в основном окружена двумя оболочками коаксиального волокна (волоконные лазеры с двойной оболочкой) и накачивается диодными стержнями или диодным лазером с одного или обоих концов. Лазерный свет может распространяться только через сердцевину волокна и не играет никакой роли в тепловыделении внутри волокна.

Существует два основных метода подачи света накачки в волоконный лазер, которые называются «накачкой сердцевины» и «накачкой оболочки».Традиционная накачка сердечника первоначально использовалась для создания одномодового выходного лазера, в котором свет накачки вводился в небольшую сердцевину. С другой стороны, маленький сердечник серьезно ограничивает уровень мощности накачки [63]. Кроме того, размер сердцевины приводит к сильно локализованной интенсивности накачки, которая обычно вызывает тепловые повреждения на концах волокна. Поэтому накачка через оболочку была разработана как подходящее решение, обеспечивающее высокую мощность накачки в волоконных лазерах с двойной оболочкой. В этом методе свет накачки попадает во внутреннюю оболочку, распространяется через нее и постепенно поглощается в легированной сердцевине.В обоих случаях свет накачки поглощается только внутри активной зоны, где происходит тепловыделение. На рисунке 14 показана простая схема накачки оболочки волоконного лазера [63].

В большинстве случаев процедура охлаждения в волоконных лазерах не требует какой-либо специальной системы охлаждения и называется пассивным охлаждением, которое легко может осуществляться воздухом посредством конвекционного процесса [62-64,65]. Однако в современных волоконных лазерах активная система охлаждения — это

Рис. 14.

Волоконный усилитель с накачкой на оболочку [63]

предназначен для масштабирования мощных лазеров, что обеспечивает процесс принудительного отвода тепла.Волоконные лазеры с жидкостным охлаждением [66] являются примером новых методов охлаждения, при которых все или часть волокна помещается в жидкость с определенной температурой. Следовательно, отвод тепла происходит за счет конвекции от периферии волокна к охлаждающей жидкости. Этот метод обычно применяется к длинноволоконным лазерам. Другой метод, который часто используется для охлаждения коротковолоконных лазеров, касается термоэлектрической системы охлаждения (ТЕС). В этом случае волокнистая среда окружена медным теплоотводом, и поэтому отвод тепла осуществляется посредством процесса теплопроводности.Три общих метода, которые относятся к пассивным и активным методам охлаждения, представлены более подробно ниже.

Пример проводящего граничного условия, в котором короткое волокно окружено медным теплоотводом с регулируемой температурой, можно найти в [67]. Пренебрегая осевым тепловым потоком как приближением, дифференциальное уравнение теплопроводности может быть решено численно с помощью метода конечных элементов (КЭ). На рисунке 15 показан чертеж волоконно-оптического блока с ТЭО-охлаждением.

Рисунок 15.

вид сбоку коротковолоконного лазера с ТЭО-охлаждением [67].

Охлаждение длинноволоконного лазера на основе кондуктивной теплопередачи описано в [67]. Волокно помещается между алюминиевыми пластинами с постоянной температурой за счет водяного охлаждения.

Практические модели мощных волоконных лазеров с невынужденной конвективной теплопередачей от волокна к воздуху представлены в [62-64, 65]. На рисунке 16 показана экспериментальная установка для волоконного лазера Er: ZBLAN с двойной оболочкой. Волокно помещается внутри резонатора и накачивается с одного конца диодным лазером после прохождения луча накачки от разработанной оптики.

Рис. 16.

Экспериментальная установка для мощного волоконного лазера Er: ZBLAN [64]. Волокно накачивается диодным лазером с одного конца.

На рисунке 17 показан другой пример, относящийся к высокомощному волоконному лазеру, легированному Yb (YDFL), который накачивается с обоих концов [62]. Процесс конвекционного охлаждения от волокна до воздуха налажен свободно. Мощность накачки поступает от двух диодных пакетов, распространяющихся от обоих концов к центру волокна и вызывающих два отдельных источника тепла внутри волокна.

Рис. 17.

Экспериментальная схема накачки YDFL с двойной оболочкой с двумя диодными пакетами [62]. Рассмотрена свободно конвективная передача тепла в окружающий воздух.

Эффективное охлаждение волокна позволяет увеличить мощность лазеров высокой мощности без теплового повреждения и избежать разрушительного теплового воздействия на работу лазера. В [66] был рассмотрен новый метод управления температурой волокна, который называется прямым жидкостным охлаждением. В этом методе волокно находилось в прямом контакте с фторуглеродной жидкостью.Кроме того, оба конца фаски волокна физически контактируют с окнами из CaF ₂ . Это приводит к кондуктивной передаче тепла от грани волокна к окну и значительному осевому отводу тепла, что позволяет увеличить мощность насоса без теплового повреждения. Этот метод уже использовался в композитных громоздких твердотельных лазерных средах [24, 41-43] и оказался весьма эффективным [68, 69]. На рисунке 18 показан чертеж сборки системы. Волокно накачивается двумя диодными лазерами с оптоволоконной связью с обоих концов.

Рис. 18.

Жидкостное охлаждение длинноволоконного лазера. Диодные лазеры с волоконной связью Ld1 и Ld2, асферические линзы L1 и L2, окна W, CaF ₂ , дихроичные зеркала DM [66].

2.5.2. Условия непрерывной накачки (CW)

Использование источников непрерывной накачки приводит к созданию не зависящей от времени плотности источника тепла в сердцевине волокна. Следовательно, уравнение 1 превращается в стационарное дифференциальное уравнение теплопроводности как

1r∂∂r (r∂T (r, z) ∂r) + ∂2T (r, z) ∂z2 = −Q (r, z) kcE22 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

В котором азимутальная часть температуры опущена из-за цилиндрической симметрии пространственного распределения накачки.Как упоминалось ранее, пространственная форма плотности теплового источника подчиняется пространственной форме профиля интенсивности накачки, приложенной к волокну. «Цилиндр» и «Гауссов» — это две распространенные формы профиля пучка накачки, которые обычно рассматриваются как пространственная форма плотности источника тепла в термическом анализе. Разные соображения приводят к разным дифференциальным уравнениям и, следовательно, требуют разных решений. Аналитические и численные решения уравнения 1 для определения поведения температуры внутри волокнистой среды описаны в различных источниках с использованием различных приближений и методов.

Как мы упоминали ранее, разные устройства охлаждения приводят к различным граничным условиям, которые представляют собой кондуктивный или конвективный перенос тепла от периферии волокна к окружающей среде.

В случае волоконно-оптического лазера распределение интенсивности накачки с хорошим приближением имеет цилиндрический профиль поперек луча. Попадание пучка накачки внутрь сердцевины волокна и распространение по длине волокна вызывает экспоненциальное затухание в осевом направлении. Следовательно, плотность источника тепла Q (r, z) внутри волокна может быть выражена как [70]

Q (r, z) = {1πa2 Leff ξP0e-αz; r ≤ a0; a ≤ r Где, Po — мощность накачки, a — радиус сердцевины световода, b — радиус внешней оболочки, Leff = (1 − e − αL) α — эффективная длина волокна, L — геометрическая длина волокна, α — эффективный коэффициент поглощения накачки.Замена Q (r, z) из уравнения. 23 в уравнение. 22, дифференциальное уравнение теплопроводности для двух областей можно записать как

1r∂∂r (r∂T (r, z) ∂r) + ∂2T (r, z) ∂z2 = −1πa2kcLeff ξP0e-αz; 0≤r≤ aE241r∂∂r (r∂T (r, z) ∂r) + ∂2T (r, z) ∂z2 = 0; a≤r Уравнение 24-a соответствует сердцевине волокна, которая подвергается воздействию луча накачки и, следовательно, испытывает тепловыделение. Уравнение 24-b относится к оболочке волокна, которая как раз отвечает за передачу тепла в окружающую среду.Решение этих дифференциальных уравнений дает установившуюся трехмерную температуру в любой точке сердцевины волокна T ₁ (r, z) и оболочки T ₂ (r, z). На рисунке 19 схематично показана геометрия кругового волокна с двойной оболочкой под процесс откачки [70].

Рис. 19.

Круглый волоконный лазер с торца (a) и сбоку (b). Поглощение мощности накачки внутри сердцевины волокна вызывает тепловыделение, которое экспоненциально уменьшается вдоль оси волокна [70].

Предполагая, что внешняя поверхность волокна находится в прямом контакте с жидкостью или газом, например с воздухом, конвективное граничное условие может быть определено в соответствии с законом Ньютона как

kc∂T2 (r, z) ∂r | r = b = h (Tc − T2 (b, z)) E26 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Где, h — коэффициент теплоотдачи [71], T _c — температура охлаждающей жидкости и T ₂ (b, z) представляет собой температуру вдоль волокна на его цилиндрической поверхности, а первая производная берется по нормали к поверхности.Это уравнение выражает, что радиальный тепловой поток, который достигает периферии волокна посредством метода теплопроводности, удаляется охлаждающей жидкостью в процессе тепловой конвекции. Дополнительную информацию об аналитическом решении уравнения и некоторых технических моментах численного подхода можно найти в [70]. В результате получаются выражения для температуры:

T1 (r, z) = ξP0αexp (−αz) πKca2 (1 − exp (−αL)) (CJ0 (αr) −1α2) + Tc; R≤ aE27T2 (r, z) = ξP0αexp (−αz) πKca2 (1 − exp (−αL )) (A1J0 (αr) −A2Y0 (αr)) + Tc; r> aE28

Где C, A ₁ и A ₂ — постоянные коэффициенты, которые выводятся из граничных условий следующим образом:

C = A1 − Y0 (αa) J0 (αa) A2 + 1α2J0 (αa) E29A1 = πa24h (h.Y0 (αb) −Kc.α.Y1 (αb)) E30A2 = πa24h (hJ0 (αb) −KcαJ1 (αb)) E31

Температура снижается экспоненциально вдоль оси волокна из-за экспоненциального затухания теплового осаждения. Радиальная зависимость в сердцевине включает функцию Бесселя нулевого порядка, а внутри оболочки установлена ​​линейная комбинация первого и второго рода функций Бесселя нулевого порядка. Это проиллюстрировано на рисунке 20, на котором показано расчетное распределение температуры в плоскости r-z ZBLAN (ZrF _4- BaF _2- LaF _3- AlF _3- NaF) волокна с двойной оболочкой.Более подробная информация о геометрии волокна и характеристиках накачки приведена в таблице 1.

Рисунок 20.

Распределение температуры в плоскости r-z для волоконного лазера ZBLAN с двойной оболочкой [70].

Длина волокна

Количество	Величина
Радиус сердцевины, a	15 мкм
Радиус оболочки, b	370 мкм						9179
теплопроводность, К c	0.628 Вт / (мК)
коэффициент поглощения, α	2,3 дБ / м (0,54 м -1 )
Мощность насоса, P 0	42,8 Вт
коэффициент теплопередачи , ч	50 Вт м -2 K -1
температура окружающего воздуха, T c	300 K

Таблица 1.

Количество физических величин, используемых при расчетах температуры [70].

В случае коротковолоконного волоконного лазера аналитический подход к температурным выражениям для волоконного лазера с совместным легированием Er ^{3 + /} Yb ³⁺ можно найти в [26]. Схематическое изображение волоконной накачки показано на рисунке 21.

Рисунок 21.

Схематическое изображение коротковолоконного лазера с распространением бегущей накачки и сигнального света в положительном и отрицательном осевом направлении [26].

В лазерах с коротким волокном энергия накачки не поглощается полностью при одном прохождении света по длине волокна, и, таким образом, отраженная часть ответвителя действует как луч накачки, доставляемый внутрь волокна на торце.Функция источника тепла складывается из пропорции левой и правой движущихся балок насоса. Функция плотности источника тепла с предположением гауссовой формы пучка накачки дается формулой [26]

Q (r, z) = 2 (α η + αps) [Pp + (z) + Pp− (z)] + 2αs [Ps + (z) + Ps− (z)] πωp2exp (−2r2 / ωp2) E32 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

где Pp ± (z) и Ps ± (z) — мощность накачки и мощность сигнала. в положительном и отрицательном направлениях αps и αs — это коэффициенты потерь на рассеяние на длине волны накачки и длине волны сигнала соответственно, а ωp — гауссов радиус света накачки.На рисунке 22 показан вид с торца смоделированного волокна. Как видно, активное волокно окружено керамическим наконечником, который помещен внутри медной трубки. Теплопроводность от оболочки волокна к керамическому наконечнику происходит через цилиндрическую поверхность волокна.

Уравнения стационарного теплового дифференциала:

1r∂∂r [r∂T (r, z) ∂r] + ∂2T (r, z) ∂z2 = −Q (r, z) kc, 0≤r≤ aE33 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Рис. 22.

Геометрия моделируемого волоконного лазера

1r∂∂r [r∂T (r, z) ∂r] + ∂2T (r, z) ∂ z2 = 0, a≤r≤bE34 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

и соответствующие граничные условия:

kc∂T (r, z) ∂r = h [Tc − T (r, z)] , r = bE35 \ n \ t \ t \ t \ t \ tT1 = T2, ∂T1∂r = ∂T2∂r, r = aE36 \ n \ t \ t \ t \ t \ t∂T (r, z ) ∂z = 0, z = 0, z = LE37 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

где, T1 и T2 — температуры в сердцевине и оболочке волокна.Уравнение 30 относится к отводу тепла в окружающий воздух, который поддерживается при постоянной температуре Tc, уравнение. 31 обеспечивает одинаковое значение температуры на границе соединения оболочки и сердечника (r = a), а уравнение 35 выражает незначительную теплопередачу от концов волокна в воздух из-за небольшого коэффициента теплопередачи воздуха.

Решение проблемы уравнения (29) — (33) дают температурные выражения в сердцевине и оболочке волокна:

T1 (r, z) = Tc + C0lna + D0 + ∑n = 1∞∑m = 0∞Anmcos (mπLz) J0 (μn0ar ) + ∑m = 1∞ [CmI0 (mπLa) cos (mπLz)] E38 \ n \ t \ t \ t \ t \ tT2 (r, z) = Tc + C0lnr + D0 + ∑m = 1∞ [CmI0 (mπLr ) + DmK0 (mπLr)] cos (mπLz) E39 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

где μn0 — n-я нулевая точка функции Бесселя первого рода нулевого порядка, J0 и J1 — нулевой и первый порядок функции первого рода, I0, I1 и K0, K1 — модифицированные функции Бесселя первого и второго порядка нулевого и первого порядка соответственно [26].Cm, Dm и Anm — константы, полученные из граничных условий путем решения связанных уравнений и приведенные в [26]. Приведенные выше уравнения показаны на рисунке 23, иллюстрируя распределение температуры в сердцевине и оболочке волокна фосфатного волокна. Как и следовало ожидать, максимальная температура достигается в центре грани волокна и составляет 479,85 К. Количество некоторых параметров, использованных в расчетах, сведено в Таблицу 2.

Рис. 23.

Распределение температуры в плоскости r-z коротковолоконного лазера на совместно легированном фосфатном волокне [26].

Длина волокна Длина волокна см

Количество	Величина
Радиус сердцевины, a	2,7 мкм
Радиус оболочки, b	62,5 мкм 90 L
теплопроводность, К c	0,55 Вт / (мК)
Мощность насоса, P 0	100 Вт
коэффициент теплопередачи, h	10 Вт м -2 K -1
Температура окружающего воздуха, T c	300 K

Таблица 2.

Количество физических величин используется при расчетах температуры [26].

2.5.3. Условия импульсной накачки

Пример импульсного волоконного лазера с накачкой, вызывающего переходное температурное поле, представлен в [72]. Эта работа относится к коротковолоконному лазеру и вводит аналитические температурные выражения для решения дифференциальных уравнений нестационарного теплового режима:

∂2T (z, r, t) ∂r2 + 1r∂T (z, r, t) ∂r] + ∂ 2T (z, r, t) ∂z2 + Q (z, r, t) kc = ρckc∂T (z, r, t) ∂t, 0≤r≤aE40 \ n \ t \ t \ t \ t \ t∂2T (z, r, t) ∂r2 + 1r∂T (z, r, t) ∂r] + ∂2T (z, r, t) ∂z2 = ρckc∂T (z, r, t) ∂ t, a≤r≤bE41 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Фактически, уравнение.36 и уравнение. 37 написано для областей сердцевины и оболочки световода. В этом случае функция плотности источника тепла определяется как

Q (z, r, t) = 2ηαPinπωp2exp (−2r2ωp2 − αz) g (t) E42 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

, где P _в — энергия импульса, а g (t) — временная форма импульса накачки. Остальные параметры были введены ранее. Уравнения (38) — (40) применимы здесь в качестве граничных условий. Кроме того, предполагается, что лазерная система находится в тепловом равновесии с окружающим воздухом перед процессом накачки, который выражается как

Тл (z, r, t) = Tc, t = 0E43 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Решение уравнений (36) и (37) с помощью граничных условий с помощью метода интегрального преобразования, введенного Озисиком [73], дает температурные выражения как

θ = T − T0 = ∑p = 1∞kcρclNpJ0 (βpr) exp ( −kcρcβp2t) ∫0tg0p (τ) exp (kcρcβp2τ) dτ + ∑m = 1∞∑p = 1∞2kcρclNpJ0 (βpr) cos (ηmz) exp [−kcρc (βp2 + ηm2) t] ∫0tgmp (τ) exp [ kcρc (βp2 + ηm2) τ] dτE44 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Где

g0p (τ) = ∫0l∫0r1Q (z, r, t) kcJ0 (βpr) rdrdzE45 \ n \ t \ t \ t \ t \ tgmp (τ) = ∫0l∫0r1Q (z, r, t) kccos (mπLz) J0 (βpr) rdrdzE46 \ n \ t \ t \ t \ t \ t∫0tg0p (τ) exp ( kcρcβp2τ) dτ = 2ηPin [1 − exp (−βl)] kcπωp2∫0r1exp (−2r2 / ωp2) J0 (βpr) rdr∫0tg (τ) exp (kcρcβp2τ) dτE47 \ n \ t \ t \ t \ t \ t ∫0tgmp (τ) exp [kcρc (βp2 + ηm2) τ] dτ = 2ηβ2l2Pin [1 − exp (1 − βl) cos (mπ)] kcπωp2 (β2l2 + m2π2) ∫0r1exp (−2r2 / ωp2) J0 (βpr) rdr × ∫0tg (τ) exp [kcρc (βp2 + ηm2) τ] dτE48 \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ tNp = r22 ( kc2βp2 + h3) J02 (βpr2) / 2kc2βp2E50 \ n \ t \ t \ t \ t \ thJ0 (βpr2) −kcβpJ1 (βpr2) = 0E51 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

, где J0 и J1 — ноль, а функция Бесселя первого ранга первого рода соответственно.Предполагая квадратную форму временной зависимости импульсов накачки в виде сильфона, было рассчитано распределение температуры.

г (t) = {1 (n − 1) T0≤t≤ (n − 1) T + t00 (n − 1) T0 + t0≤t≤nT0E52 \ n \ t \ t \ t \ t \ t

Здесь n обозначает количество импульсов, t0 — длительность импульса, а T0 — период импульса. На рисунке 24 показано распределение температуры, полученное на основе аналитических температурных выражений для типичного волоконного лазера, легированного Er ³⁺ / Yb ³⁺ . При расчетах учитывались характеристики волоконного лазера, представленного в таблице 2.Волокно встречает импульсы с импульсной накачкой Pin = 1 Вт.

Рис. 24.

Распределение температуры в плоскости r-z импульсного волоконного лазера с накачкой во время 0,1 с [72].

Поступление каждого импульса в сердцевину волокна вызывает определенную тепловую нагрузку и, следовательно, приводит к повышению температуры. На рис. 25-а показано изменение температуры на торцевой грани волокна за время генерации импульса. Кривые соответствуют приращению времени 1 мс.

Если период импульса превышает время отвода тепла, температура вернется к исходному значению перед загрузкой следующего импульса.Но если период импульса короче времени, необходимого для полного отвода выделяемого тепла, тепло будет постепенно накапливаться внутри волокнистой среды и приведет к повышению температуры волокна. На рисунке 25-б показано снижение температуры грани волокна после первого импульса. Во время 15 мс температурный профиль имеет почти плоскую форму, но температура во всех положениях на 2 ° C выше начальной температуры.

Рис. 25.

а) радиальное распределение температуры внутри волоконного лазера на грани накачки во время первого импульса накачки, б) снижение температуры, создаваемой первым импульсом в течение 5 мс [73].

На рис. 26 показано изменение температуры фасетки волокна в центре в зависимости от времени. В соответствии с этим температура постепенно повышается с увеличением времени до достижения почти постоянной температуры с небольшими регулярными колебаниями. Каждое колебание соответствует выделению тепла, а затем отвод тепла в космическое пространство в течение пространственного времени формирования импульса и времени периода импульса.

Рис. 26.

а) временная оценка температуры на торцевой поверхности волокна, б) увеличенные чертежи части графика а, которая показывает регулярные колебания температурного профиля [73].

2.6. Лазеры на микросхемах

В лазерах на микросхемах поверхность активной среды с покрытием используется в качестве зеркала лазера. Популярные типы лазеров на микрочипах имеют выходную мощность менее 1 Вт. Однако в последнее время появились сообщения о демонстрации лазеров на микрочипах мощностью в несколько сотен ватт [74-78]. Ввиду важности тепловых проблем при работе с большой мощностью, мы сосредоточили наше исследование на этом режиме. Обычно композитные активные среды используются в высокомощных лазерах на микрочипах. Материал лазера включает центральную легированную область в качестве активной среды, окруженную нелегированным краем в качестве волновода накачки.

Микрочип-лазер имеет тонкую активную среду с геометрией, очень похожей на тонкие дисковые лазеры. Принимая во внимание равномерное распределение поглощенной мощности, тепловые соображения, принятые в лазерах на тонких дисках, по-прежнему актуальны для лазеров на микрочипах. Наиболее распространенные микрочип-лазеры в условиях высокой мощности представляют собой композитные микрочипы с нелегированным краем, окружающим активную область, действующую как волновод накачки. Основным недостатком этой геометрии является неравномерность распределения потребляемой мощности, что приводит к неравномерному распределению температуры.Что касается граничных условий и неоднородного тепловыделения, необходимо исследовать распределение температуры в активной среде.

Пример термического анализа в высокомощном микрочип-лазере представлен в [79]. Используя оптимальную геометрию и размеры активной среды, можно рассмотреть равномерное распределение поглощенной мощности в лазерах на микрочипах, что приводит к относительно однородному распределению температуры и может преодолеть общий недостаток лазеров на микрочипах. Общая геометрия композитных микрочиповых лазеров на Yb: YAG / YAG показана на рисунке 27 [79].

Рис. 27.

Принципиальная схема композитных Yb: YAG / YAG-лазерных элементов с микрочипом с боковой накачкой [79]

В этой конфигурации тонкий диск из Yb: YAG-сердечника, заключенный в неправильный симметричный восьмисторонний нелегированный обод из YAG. приклеивается на охлаждаемую пластину Cu-W с водяным охлаждением.

Часть потребляемой мощности накачки в усиливающей среде приводит к выделению тепла в активной зоне и повышению ее температуры. Распределение температуры в материале лазера рассчитывается с использованием:

\ n \ t \ t \ t \ t

. Теплопроводность сильно зависит от температуры и концентрации атомного легирования ионов Yb C _Yb следующим образом [80]

k (T, CYb) = (7.28−7.3CYb) (204 ∘KT − 96 ∘K) 0.48−0.46CYbE54 \ n \ t \ t \ t \ t

Распределение поглощенной мощности в активной среде рассчитывается с использованием трассировки лучей Мон-Карло для фотонов накачки через оптическую элементы системы. Тепловыделение Q оценивается на основе разницы энергий между фотонами накачки и лазера, определяемой по формуле [81]

\ n \ t \ t \ t \ t

, где P _p — локальная плотность поглощенной мощности. Теплообмен между усиливающей средой и воздухом составляет неделю, что описывается формулой

\ n \ t \ t \ t \ t

, в которой ось z совпадает с оптической осью микрочипа, а t обозначает толщину микрочипа.Причем температура задней поверхности холодной пластины и охлаждающей воды контакта считалась одинаковой. Числовые значения, использованные в расчетах, приведены в таблице 3.

активный толщина

Количество	звездная величина
Длина волны накачки	942 нм
	Длина волны лазера 86
0,3 мм
толщина охлаждающей пластины	1 мм
теплопроводность [9-82] холодная плита	1.9 Вт / см.K
Коэффициент теплопередачи холодной пластины	12 Вт / см2.K

Таблица 3.

Параметры микрочип-лазера, использованные в численных расчетах.

Дифференциальное уравнение теплопроводности (49) было рассчитано численным методом конечных разностей для описанной усиливающей среды [79]. Этот код используется для определения распределения температуры в активной среде. На рисунке 28 показано максимальное изменение температуры в зависимости от отношения a / w для различных диаметров сердечника с 9 ат.% Yb3 + концентрация легирования. Кроме того, профили распределения температуры этих сердечников также показаны на рисунке 29.

Согласно рисунку 29, усиливающая среда лазера с меньшим размером сердечника испытывает более высокие температуры при той же мощности накачки, что объясняется более высокая плотность тепловой нагрузки.

Рис. 28.

Максимальная температура ядер микрочипа различных размеров [79].

Рис. 29.

Температурные распределения различных ядер [79].

Резюме

В этой работе сначала представлены основные принципы генерации и отвода тепла во всех типах твердотельных лазеров, которые представляют собой объемные, дисковые, волоконно-оптические и микрочиповые конфигурации.Затем мы попытались представить полный набор решений уравнения теплопередачи в этих типах активной среды применительно к современным системам охлаждения, которые имеются в литературе. Таким образом, эта работа дает читателю прямой путь к достижению последних достижений в области тепловых проблем в твердотельных лазерах, применимых для разработки высокомощных лазеров.

1. Введение

Инфузории (Alveolata: Ciliophora) представляют собой свободноживущие и симбиотические виды. Согласно Корлиссу [1] 2600 видов инфузорий были описаны как симбионты, в основном это особи типа многоклеточных.Это эквивалентно 33% всех известных видов этого типа. Они принадлежат к восьми классам (Armophorea, Heterotrichea, Litostomatea, Nassophorea, Oligohymenophorea, Plagiopylea, Phyllopharyngea и Spirotrichea), 31 порядку, 151 семейству и почти 700 родам [2]. Об этих симбиотических инфузориях сообщалось в аэробных и анаэробных средах, а также в водных и наземных средах обитания [2, 3].

Термин «симбиоз» можно определить как устойчивые отношения между как минимум двумя особями разных видов, живущими в прямом контакте или достаточно близко друг к другу в течение части или всех жизненных циклов партнеров.Это взаимодействие передается вертикально (от одного поколения к другому) или горизонтально (приобретается de novo в каждом поколении). Считается, что сложные ассоциации имеют существенную движущую силу в эволюционной биологии, поскольку хозяин и его симбиотическая микробиота акклиматизируются в кратчайшие сроки [4].

Из-за разнообразия симбиозов была разработана система классификации симбиотических ассоциаций. Эта классификация основана на нескольких признаках: i) зависимости, где симбионты могут быть облигатными или факультативными; б) специфичность симбионтов; iii) получение питательных веществ, затем биотрофные и некротрофные симбионты различаются на основе того, получены ли питательные вещества от живого или мертвого партнера, и iv) местонахождение симбионтов, эктосимбионтов или эндосимбионтов [5].Симбиотические отношения можно разделить на мутуалистические, комменсалистические и паразитические [2, 6]. Граница между этими категориями иногда нечеткая, и между ними часто происходят переходы.

Несколько статей были сосредоточены на предоставлении таксономических отчетов для симбиотических инфузорий, некоторые из них как общие работы, а некоторые адресованы определенным группам [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16] , а некоторые были ориентированы на определенные географические области [17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24].Критические обзоры некоторых видов, таких как Balantidium coli , были выполнены Шустером и Рамирес-Авила [25]; для хонотрихов [26]; перитрихи [27] и сукторианы [28].

Кроме того, как показано, были разработаны очень разные темы о инфузориях и их хозяевах: симбиотические взаимодействия [эпибиотические, гиперэпибиотические, комменсалы, паразиты (облигатные и факультативные)], кодиверсификация: [29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37]. Морфология (вариация, молекулярная характеристика): [38], клевелланделлида, Nyctotheroides ; [39], Dicontophrya ; [40, 41] перитрихи.Таксономия (новое семейство, род или вид), переописание, переработка: Apostomatia: [42]; Апостоматида: [43]; Триходина : [44]; Epistylis и Opercularia : [45]; Spirochona : [46]; Buetschlia и Charonina : [47, 48, 49, 50, 51, 31]. Жизненные циклы, процесс энцистмента / эксцистментации: [52, 53, 54]. Патогенность, повреждения, степень зараженности, вирулентность: [55, 56, 57, 58, 59]. Молекулярная и филогения: [30, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68].Экологические аспекты: [69, 70]. Иммунитет: [71, 72]. Стоматогенез: [73]. Ультраструктура: [74].

Симбиотические системы между инфузориями / животными присутствуют в широком спектре царства Animalia, и некоторые примеры следующие (группы животных расположены в алфавитном порядке, разные таксономические уровни): acari: [75]; амфиподы: [76]; антилопа: [77]; ануран: [78]; Азиатский слон: [79]; бабуин: [80]; мшанки: [81]; буйволы: [82]; капибара: [83, 84, 85]; крупный рогатый скот: [86]; шимпанзе: [87]; перипедия: [88]; ракообразные: [89]; гребневики: [90]; каракатицы: [91]; верблюды-верблюды: [92]; слоны: [93]; рыбы: [94, 95]; лягушки: [96]; человекообразные обезьяны: [97]; лошади: [98, 99]; люди: [100, 101]; полипы гидр: [102]; насекомые: [103]; равноногие: [104, 105]; киноринчи: [106]; ламы: [107]; маккак: [108]; млекопитающие: [109]; моллюски: [71, 76]; нематоды: [29, 110]; немертины: [13]; олигохеты: [111, 112]; остракоды: [113]; полихеты: [114, 115]; носороги: [116]; морские ежи: [117]; чистокровные: [118]; турбеллярии: [119]; тараканы, питающиеся деревом: [120].

Вот некоторые примеры таксонов инфузорий, которые включают симбиотические виды:

Heterotrichea: Фолликулиниды прикрепляются к покровам различных беспозвоночных в виде раковин двустворчатых моллюсков, экзоскелета ракообразных, полихетных трубок, перисарков гидроидов, мшанок, широко распространенных [ 121], и могут вызывать болезни эрозии скелета или коричневой полосы у склерактиниевых кораллов [2]; их жизненный цикл включает этап миграционного плавания.

Spirotrichea: Гипотрихи известны в основном как свободноживущие организмы, но некоторые виды, такие как Euplotes balteatus , были зарегистрированы в кишечном тракте некоторых морских ежей [122].Некоторые виды стихотрихид, такие как Plagiotoma lumbrici , являются эндосимбионтами олигохет [123].

Armophorea: Класс Armophorea включает клевелланделлид как Nyctotheridae с облигатными эндосимбионтами, как правило, в качестве комменсалов беспозвоночных и позвоночных; Жизненные циклы включают фазу кисты [2].

Litostomatea: Трихостомы — это симбионты позвоночных, таких как жвачные животные и ферментеры передней кишки [2], включая человеческий патоген, Balantidium coli , виды, жизненный цикл которых включает две фазы: трофозоиты и цисты [25].Этот вид считается включенным в новый род Neobalantidium coli [124]. Род Balantidium имеет более значительное количество видов, которые были зарегистрированы как эндокомменсалы в пищеварительном тракте самых разнообразных многоклеточных животных, таких как моллюски, членистоногие, рыбы, рептилии, птицы и млекопитающие [124]. В экосистеме рубца инфузории могут составлять до 50% от общего микробного азота, достигая плотности от 10 ⁵ до 10 ⁶ клеток / мл жидкости рубца, являясь Charonina ventriculi одной из самых маленьких инфузорий рубца [125 ].

Ophryoscolecidae и Cycloposthiidae включают виды в качестве эндосимбионтов жвачных и непарнокопытных, соответственно [126]. Энтодиниоморфные инфузории рода Triplumaria обнаружены в кишечнике слонов и носорогов [60]. Entodiniomorphida не образуют цист, а у нежвачных млекопитающих заражение хозяев происходит путем копрофагии [47].

Phyllopharyngea: Chonotrichs живут на морских и пресноводных хозяевах и делятся, образуя внешние или внутренние почки [127], с диморфизмом, когда взрослые особи живут прикрепленными к нескольким придаткам ракообразных, а личинка свободна и плавает, чтобы достичь нового хост [128].

Сукторианцы, как правило, размножаются разными способами почкования, производят от одной до нескольких личинок с коротким плаванием, а затем теряют свои реснички и превращаются в взрослых особей или трофонтов [127]. Не-реснитчатые зрелые стадии сукториан обычно сидячие, прикрепляются к субстрату с помощью несокращающейся ножки и воспроизводятся цилиарными личинками, называемыми свормерами или мигрантами [129].

Oligohymenophorea: Yi et al. [130] документально подтвердили, что жизненный цикл Ichthyophthirius multifiliis , паразита рыб, состоит из трех ключевых стадий развития: инфекционного теронта, паразитического трофонта и репродуктивного томонта.

Mesanophrys pugettensis , это scuticociliate, который наблюдался с двухфазной историей жизни, большей фазой или трофонтом, а меньшая фаза, напоминающая tomites [34], является факультативным паразитом краба Дандженесс. Conchophthirus видов обычно считают эндокомменсалом, населяющим мантийную полость пресноводных моллюсков или мидий [30].

Thigmotrichids из нескольких семейств проанализировал Raabe [131, 132, 133, 134], где виды Hemispeiridae являются симбионтами мантийной полости и нефридий моллюсков, Ancistrocomidae, Sphenopryidae и Thigmophryidae — эктосимбионтами полостей мантийных мантий. виды molluscan и Hysterocinetidae были отнесены к эндопаразитам кишечника переджаберных моллюсков; жизненные циклы включают томиты.

Апостомы — это небольшая группа олигогименофорных инфузорий с четырьмя основными жизненными циклами: 1-эксувиотрофные, которые остаются инцистированными на экзоскелете ракообразных-хозяев, и эксцисты, питающиеся экзувиальной жидкостью, размножающиеся во время шелушения хозяина, 2-кровянистые , проникают в кутикулу хозяина, питаются клетками и жидкостью гемоцела и воспроизводят 3-хромидинид, обнаруженный в почечных органах, и опалинопсиды, обнаруженные в печени и кишечнике головоногих моллюсков, поглощающих жидкости и клетки, 4-гистотрофы, такие как Vampyrophrya [135].У апостомных инфузорий есть жизненные циклы, обычно включающие ракообразных, с непищевым микростомитом и макростомным трофонтом [127]. Виды апостома рода Collinia являются эндопаразитами, способными быстро размножаться внутри хозяина, которые неизменно убивают эвфаузиид в течение 40 часов после заражения; Род Gymnodinioides включает эксувиотрофные виды, которые питаются жидкостью в экзувиях ракообразных-хозяев, и Landers et al. ., [136] для Gymnodinioides pacifica документировано присутствие трофонтов, форонтов, томонтов и томитов.Для Synophrya наблюдались форонт, гипертрофонт, гипертомонт и гипертомиты [137].

Инфузории Pilisuctorian проводят большую часть своей жизни на кутикулярных щетинках ракообразных и завершают свой жизненный цикл на одном хозяине, имея стадии томит, томонт и трофонт [138].

У перитрихов важным признаком является scopula, которая представляет собой область, которая берет начало в ножке для прикрепления организма к субстрату и превращается в очень сложный адгезивный аппарат в mobiline [127]; известны две фазы: трофонт и дисперсионный телотроч.

Виды сидячих родов перитрих, такие как Ambiphrya , Epistylis , Heteropolaria , Rhabdostyla и Zoothamnium , являются эпибионтами зоопланктонных стадий, водных беспозвоночных, ракообразных, водорослевых беспозвоночных, ракообразных, морских беспозвоночных, личиночных рыб рептилии как основная группа организмов [139]. Представители рода Epistylis были описаны как эпибионты у нескольких многоклеточных животных, но также как важный эктопаразит рыб, рассматриваемый как появляющийся патоген [140].Род Lagenophrys включает только симбиотические виды пресноводных и морских ракообразных [89]. Триходиниды — самые разрушительные эктопаразиты культивируемых рыб, вызывающие серьезные повреждения [141], а для рода Trichodina описано около 300 видов, в основном из пресноводных сред [142]. Кроме того, имеются сообщения о триходинидах из жабр блюдец [143], которые были задокументированы как симбионты широкого спектра водных и наземных беспозвоночных и позвоночных-хозяев [65]. Trichodinella epizootica — одна из наиболее широко распространенных пресноводных триходинид в Европе и Азии, но также была обнаружена в Африке, Тихоокеанском регионе и Северной Америке [55]. Urceolaria включает видовые эктосимбионты пресноводных турбеллярий, морских полихет и моллюсков; видов Leiotrocha — это эктокомменсалы и эндокомменсалы морских моллюсков, а виды Polycycla — эндокомменсалы Holothuroidea [144].

3.Экологические отношения: эволюционный подход

С эволюционной точки зрения, есть виды, которые полностью свободны, те, которые могут одинаково хорошо жить как свободно, так и как симбионты, виды, которые почти полностью симбиотичны с лишь редкими периодами «свободного» существование в течение их жизненных циклов (факультативные симбионты) и полностью симбиотические виды (облигатные симбионты). Большинство хорошо задокументированных ассоциаций между Ciliophora и Metazoa ведут к определенной степени метаболической зависимости.В этой теме мы будем использовать идею метаболической зависимости для определения экологических отношений: «свободноживущий» (отсутствие метаболической зависимости), «эпибионт» (факультативная метаболическая зависимость), «мутуалистический» (взаимная метаболическая зависимость) или «паразитарный» ( односторонняя метаболическая зависимость, включая комменсализм).

В течение многих лет эволюционные исследования Ciliophora основывались только на морфологических данных, в основном связанных с ультраструктурными характеристиками его сложной инфрацилиатуры [2].Однако в последние годы этот сценарий был изменен с применением современных инструментов, которые используют мультидисциплинарные методы для интеграции морфологических, филогенетических, молекулярных и экологических данных [161, 172, 173, 174]. Надежно датированная филогения является фундаментальной для вывода широкого макроэволюционного сценария для Ciliophora [172]. Вывод о темпах диверсификации из молекулярной филогении все чаще используется для получения макроэволюционных паттернов родословных. Понимание того, как различные экологические отношения развиваются у Ciliophora с течением времени, — сложная задача, которая разрабатывалась в течение многих лет.Были предложены различные гипотезы о происхождении и эволюции паразитической жизни. Паразитологи предполагают, что симбиотический образ жизни, вероятно, произошел от свободноживущих линий, которые впоследствии адаптировались к жизни в особых средах обитания. Помимо этого, несколько авторов предполагают множественное происхождение паразитизма на основе сравнения морфологических и ультраструктурных аспектов между ними и их совместных особенностей свободной жизни [175], однако процессы, которые приводят к его возникновению, все еще неточны [176, 177, 178 ].

Что касается филума Ciliophora, подавляющее большинство инфузорий классифицируются как свободноживущие, и исследования показали, что симбиоз, по-видимому, возникает независимо между различными классами [179]. Для рода Tetrahymena (подкласс Hymenostomatia, отряд Hymenostomatida) встречаются все градации приспособлений к симбиозу. Есть виды, которые живут совершенно свободно, те, которые могут одинаково хорошо жить как свободно, так и как симбионты, виды, которые почти полностью симбиотичны, лишь изредка «свободно» существуют в течение их жизненных циклов (необязательные симбионты), и виды, которые полностью симбиотичны. (обязательные симбионты) [180].Также были предложены различные маршруты перехода между экологическими ассоциациями, основанные на морфологических и экологических характеристиках. Первый предполагает, что свободноживущие организмы приобретают привычки низкой метаболической зависимости (мутуализм, комменсализм и др.), А с усилением отношений они становятся паразитами [176, 181]. Вторая гипотеза предполагает, что свободноживущий организм, когда он случайно вступает в контакт с хозяином, адаптируется к жизни как свободно, так и внутри этого хозяина (необязательный паразит) [179], то есть свободноживущие организмы приспосабливаются к жизни внутри него. хозяин, который становится чем-то выгодным и увеличивает приспособленность, что делает этот образ жизни благоприятным для вида.

Предыдущие исследования были направлены на проверку этих гипотез на основе филогенетического анализа небольших групп внутри Ciliophora [174, 182, 183]. Макроэволюционный анализ всей филогении Ciliophora, представленный на Рисунке 1, позволяет предположить, что предковый образ жизни инфузорий произошел от свободно живущего организма и что паразитический образ жизни возник много раз и независимо у Ciliophora, который был вызван двумя типами предки, свободная жизнь и мутуалистические (рис. 1). Переход к паразитическому образу жизни произошел из двух разных источников: 1) свободноживущий предок превратился в мутуалистический организм, а затем в паразитический организм, и 2) свободноживущий предок превратился в организм-паразит ( наибольшее количество случаев).Бывают также случаи, когда в образе жизни инфузорий произошел регресс, когда клады паразитов эволюционировали в свободно живущие клады (рис. 1).

Рис. 1.

Реконструкция родовых привычек Ciliophora с указанием основных маршрутов переходов. Синий: Свободная жизнь. Желтый: мутуализм. Красный: Паразитизм / комменсализм.

4. Перспективы на будущее

Аналитическое улучшение морфологических, ультраструктурных, молекулярных и эволюционных характеристик Ciliophora привело к «Эре интеграции», в которой несколько дисциплин взаимодействуют, чтобы вывести закономерности биоразнообразия [184].Несмотря на то, что это эпоха полного расширения, некоторые пробелы часто мешают изучению разнообразия в его различных областях в полной мере.

Мы находимся в периоде смены парадигмы, когда методы секвенирования следующего поколения (NGS) применялись экспоненциально, и, следовательно, ожидается, что появятся новые открытия и будут нарисованы новые панорамы разнообразия штаммов, а также их соответствующие экологические взаимодействия. Переход от филогенетических исследований к филогеномике основан на техническом прогрессе в сочетании с экспоненциальным секвенированием молекулярных последовательностей (ДНК, РНК), снижением связанных затрат, повышенной вычислительной мощностью и улучшенными аналитическими протоколами.Важно приложить усилия в исследованиях, чтобы распространить такие технологии на родословные с небольшими выборками в базах данных. Например, классы Prostomatea, Oligohymenophorea, Litostomatea и Phyllopharyngea, которые представляют несколько примеров симбиоза, не имеют доступных молекулярных последовательностей, которые препятствуют эволюционным выводам этих линий, требуя в будущем дополнительных исследований для уточнения эволюционных гипотез о типе. . Усилия по расширению метатаксономии с использованием методов метагеномики и метатранскриптома экспоненциально подпитали базы данных по нескольким линиям, произвели революцию в анализе микробного разнообразия окружающей среды [175, 185, 186].Фактически, создание данных для целевого секвенирования филогенетических, метагеномных и метатранскриптомных маркеров в настоящее время достаточно хорошо налажено, и в настоящее время доступно несколько платформ секвенирования ДНК, основанных на различных технологиях, а также различные программы биоинформатики для каждого уровня извлечения данных. Однако из-за ограниченного размера молекулярных последовательностей, продуцируемых платформами (~ 500 п.н.), филогенетические оценки могут быть неадекватными. С более длинными чтениями приходит улучшенный филогенетический сигнал, и мы показываем, что можно использовать подход полного филогенетического сигнала для таксономической классификации последовательностей и получения надежной эволюционной структуры разнообразия окружающей среды.Альтернативой в будущих исследованиях могут быть новые технологии секвенирования, такие как секвенирование нанопор, которые предлагают длинные считывания, улучшенный филогенетический сигнал и более надежные таксономические паттерны [187].

В связи со значительным увеличением числа доступных последовательностей от секвенирования NGS были предложены более эффективные и менее субъективные методологии для определения пределов и количества независимых эволюционных сущностей, чтобы ускорить процесс оценки биоразнообразия. За последние два десятилетия область определения границ видов расширилась по сравнению с количеством доступных методов.Для этого было предложено несколько методологий, основанных на биологических [188], экологических [189] и молекулярных данных [190], в дополнение к объединению филогенетической теории и популяционной генетики [191, 192, 193]. Использование этих методологий на инфузориях было выполнено совсем недавно для разграничения организмов свободной жизни, таких как виды рода Frontonia , использующие митохондриальный ген COX1 [194], виды рода Spirostomum , использующие гены спейсерной области ITS [ 195], а также маркеры COI и 18S рода Paramecium .

Наконец, несколько авторов подчеркнули отсутствие исследований по распространению и встречаемости инфузорий, ассоциированных с Metazoa, в естественных условиях и отсутствие информации об экологии и взаимодействиях между эпибионтами и хозяевами. Немногие исследования изучают естественную историю и сложность жизненных циклов, что затрудняет характеристику факультативных и обязательных отношений. Отсутствие характеристики инфузории на стадии, когда она находится у хозяина, большинство изучает только окружающую среду, что затрудняет характеристику жизненного цикла.