Пояснительная записка
Экология - это наука о связях живых организмов с окружающей средой. Эти связи образуют единую и очень сложную систему, которую мы называем биосферой. Современное человечество, вооруженное техникой и использующее огромное количество энергии, представляет мощную силу, воздействующую на неё. Если эти воздействия не будут учитывать природные законы и связи, установившиеся за миллионы лет, могут возникнуть катастрофические последствия. Ученые уже обеспокоены тенденцией нарастания неустойчивости биосферы, вызванной деятельностью человека.
Поэтому экология в настоящее время приобретает особое значение как наука, помогающая найти пути выхода из возникающего кризиса, а экологическое образование формирует экологическую культуру и ответственность личности и общества, обеспечивая его выживание и развитие.
В зависимости от учебного плана на изучение темы “Основы экологии” отводится в 9 кл. - 10 ч., в 11 кл. - 7 или 14 ч. Таким образом, с теорией учащиеся 11 кл. знакомы. Проблема в том, чтобы выпускники могли применять знания для решения практических задач. Для этого мною составлено данное учебно-методическое пособие. В практикуме представлены практические работы, которые:
1. Обучают умению изучать и оценивать состояние окружающей среды, проводить небольшие эксперименты, наблюдения, мини исследования решать экологические задачи;
2. Воспитывают потребность соблюдения здорового образа жизни и улучшения состояния окружающей среды;
3. Развивают способности к целевому, причинному и вероятностному анализу экологических ситуаций;
4. Формируют обще-учебные навыки работы с биологической и справочной литературой, с диаграммами, графиками.
В практикуме 6 практических занятий, которые охватывают практически все вопросы темы “Общая экология” в 11 классе.
Практикум можно использовать как один из возможных вариантов практических занятий, последовательность которых, временные рамки, а также отбор содержания могут корректироваться по усмотрению учителя. Допустимо использование фрагментов практических работ при базовом уровне обучения биологии, к тому же весь практикум может быть использован как элективный учебный предмет в классах социально-гуманитарного профиля.
Тема: “Среда обитания организмов и ее факторы”
Практическое занятие № 1. “Экологические факторы среды и их взаимодействие”
Цель: изучить законы зависимости организмов от факторов среды.
- Изучить экологические факторы среды и их взаимодействие;
- Научиться работать с диаграммами;
- Научиться строить графики зависимости.
Вводная беседа.
Экологические факторы – это условия среды.
Различают: абиотические, биотические и антропогенные факторы.
Экологические факторы чрезвычайно разнообразны, и каждый вид, испытывая их влияние, отвечает на него по-разному. Тем не менее есть некоторые общие законы, которым подчиняются ответные реакции организмов на любой фактор среды.
Главный из них - закон оптимума, который выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. На графике он выражается симметричной кривой, показывающей, как изменяется жизнедеятельность вида при постепенном увеличении меры фактора.
Для понимания связи видов со средой не менее важен закон ограничивающего фактора. Он гласит, что наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений. Именно от него и зависит в данный конкретный период выживание особей.
1. Перед вами график зависимости смертности куколок яблоневой плодожорки от двух факторов: влажности и температуры.
1) Определите, какой фактор будет ограничивающим в точке с координатами:
а) влажность - 20%; температура - 25°С
б) влажность - 80%; температура - 2°С
в) влажность - 80%; температура - 40°С
2) Назовите диапазон оптимальной для вида:
температуры
влажности
3) Назовите пределы выносливости вида:
по температуре
по влажности
2. Используя рисунок задания 1, подумайте и запишите, в каком из районов опасность размножения яблоневой плодожорки выше: в районе со средними летними температурами от 20 до 25°С и относительной влажностью 70-90% или в районе со средними летними температурами от 30 до 35°С и влажностью 30-40%:
3. Используя рисунок задания 1, постройте два графика зависимости смертности куколок яблоневой плодожорки от действия температуры при относительной влажности 80% и 30%.
Объясните, почему эти графики отличаются друг от друга:
4. Объясните, почему все графики зависимости численности (или смертности) от фактора среды будут иметь вид колоколообразной кривой:
Тема “Адаптация организмов”
Практическое занятие №2 “Изучение биоритмов”.
Цель: Изучить особенности индивидуальных биоритмов с целью оптимизации работоспособности.
- научиться измерять по пульсу ритм сердечных сокращений;
- научиться строить графики биоритма.
Вводная беседа:
В ходе исторического развития человек приспособился к определенному ритму жизни, обусловленному ритмическими изменениями в природной среде и энергетической динамикой обменных процессов. В настоящее время известно более 100 ритмических процессов в организме, называемых биоритмами. К ним относятся ритмы работы сердца, дыхания, биоэлектрической активности мозга.
Центральное место среди всех ритмических процессов занимают суточные ритмы, имеющие наибольшее значение для организма. Реакция организма на любое воздействие зависит от фазы суточного ритма (то есть от времени суток). Эти знания вызвали развитие новых направлений в медицине-хронодиагностики, хронотерапии, хронофармокологии.
Ход работы
1. Измерьте у себя по пульсу ритм сердечных сокращений в спокойном состоянии в разное время суток (например, в 8, 15 и 21 час). Повторите измерение в течение 3-4 дней. Сопоставьте результаты.
2. Составьте результаты и постройте графики.
3. Проявляется ли суточный ритм в частоте ваших сердечных сокращений?
4. Если бы от вас зависела организация работы в ночную смену на предприятии, что бы вы выбрали:
а) постоянную ночную работу с повышенной оплатой для тех, кто согласен на такой режим,
б) чередование дневной и ночной работы для каждого, с увеличенным отдыхом после ночи,
в) только дневную работу для одних и чередование дневных и ночных смен для других работников, какие-либо другие формы организации труда? Обоснуйте ответ.
5. Как по-вашему, лучше организовать доставку спортивной команды на всемирные соревнования из Москвы до Японии:
а) самолетом за два дня до соревнования;
б) самолетом за две недели до его начала;
в) поездом и затем на корабле за неделю до его начала? Обоснуйте решение.
Тема “Местообитание и экологические ниши”
Практическое занятие №3 “Составление экологической характеристики вида (экологическая ниша) и размещение комнатных растений в зависимости от этой характеристики.
Цель: закрепить понятие “экологическая характеристика”, убедиться в необходимости знаний об экологии растений для оптимального размещения их в классе и дома.
Вводная беседа:
Приспособленность к среде обитания комнатных растений обусловлена их морфологией, анатомией и физиологией. Для того, чтобы растение хорошо развивалось и росло, необходимо выявить его экологическую характеристику. Экологическая характеристика отражает отношение растения к свету, влажности, температуре, составу воздуха и т.д., т.е. все параметры экологической ниши.
Ход работы
1. Определите, какие комнатные растения имеются в классном помещении.
2. Выясните по паспортным данным родину каждого из этих комнатных растений.
3. Выясните по картам “Климатическая карта мира”, “Природные зоны”, какие условия существуют на родине каждого комнатного растения. Заполните таблицу:
4. Выберите 4-5 комнатных растений, чтобы предложить план размещения их в помещении в зависимости от абиотических факторов (от освещенности). Заполните таблицу:
5. Отметьте на плане помещения растения, зная их отношение к свету (растения обозначьте номерами).
6. Проверьте, правильно ли расставлены растения в классе, дома.
Тема “Конкурентные взаимодействия”
Практическое занятие №4 “Изучение межвидовой конкуренции”.
Цель: провести эксперимент, доказывающий существование в природе межвидовой борьбы за существование.
Оборудование: стеклянные банки (800 мл) с песком, кусочки черного или белого хлеба, фруктов, разбавленное варенье, ватные пробки, химические стаканы, восковой карандаш или маркеры, проволочные петли, спиртовки, фильтровальная бумага.
Вводная беседа:
Конкуренция чрезвычайно широко распространена в природе. Её подразделяют на внутривидовую и межвидовую.
Формы проявления межвидовой конкуренции могут быть весьма различными: от жестокой борьбы до почти мирного сосуществования.
Заранее подготовьте культуру плесеней, примерно за неделю до урока “Борьба за существование”.
Для этого:
1) В банку насыпьте слой влажного песка и поместите на него увлажненные кусочки хлеба (черного или белого). Банку закройте крышкой, выложенной изнутри фильтровальной бумагой. Затем поставьте в теплое место. При этом песок и фильтровальную бумагу постоянно увлажняйте. Получите, таким образом, белую плесень-мукор.
2) В точно такую же банку поместите кусочки фруктов или разбавленное варенье. Методика проращивания точно такая же, как в предыдущем опыте. Однако в данном случае вырастет сизая плесень – пеницилл.
Если в природе существует межвидовая борьба за существование, то по принципу конкурентного исключения Гаузе: лучше будет чувствовать себя тот вид плесневого гриба, для которого пищевая среда благоприятна. Развитие другого вида будет угнетено.
Ход работы
- Поместите в одну часть пробирок кусочки хлеба, в другую - кусочки фруктов. Все питательные среды увлажняйте водой. Почему для опыта берут два вида питательных сред?
- Перенесите в пробирки с одинаковой средой: в одну- споры белой плесени, в другую- сизой плесени, в третью- обеих.
- Закройте пробирки и подпишите их (восковым карандашом или маркером). Поместите пробирки на 10-12 дней в теплое место.
- Рассмотрите пробирки. В какой из пробирок питательная среда более благоприятна, способствует плодовитости плесени? В какой из пробирок питательная среда менее благоприятна?
- Докажите, что результаты эксперимента подтверждают существование в природе межвидовой борьбы за существование.
Тема “Экологические сообщества”
Практическое занятие №4 “Изучение видового разнообразия и цепей питания в искусственной экосистеме”.
Цель: выявить цепи питания в аквариуме, показать роль человека в поддержании равновесия в искусственной экосистеме.
Оборудование: микроскопы, пипетки, предметные и покровные стекла, вата, марлевые салфетки, аквариум с его живыми обитателями.
Вводная беседа:
В аквариумах обычно выращивают такие растения, как уруть, водокрас, водяной мох. Из животных чаще всего встречаются прудовики, катушки, шаровки, аквариумные рыбки (гуппи, меченосцы и т.д.). Из микроскопических ракообразных - дафнии, водяные ослики. Из простейших - инфузории, амебы, коловратки, сувойки. Все эти живые организмы связаны друг с другом трофическими связями.
Ход работы
1. Рассмотрите каплю воды из аквариума под микроскопом, предварительно расположив в капле несколько нитей ваты для затруднения движения простейших и ракообразных.
2. Определите, какие микроскопические организмы обитают в аквариуме.
3. Какие водные растения произрастают в аквариуме?
4. Каких представителей позвоночных вы заметили (моллюски, ракообразные и т.д.)?
5. Какие аквариумные рыбки обитают в аквариуме? Заполните таблицу по результатам наблюдений:
6. Составьте все возможные пищевые цепи в аквариумной экосистеме.
7. Постройте пищевую сеть для этой искусственной экосистемы.
8. Какую роль выполняет человек в искусственной экосистеме?
9. Сравните аквариум с естественным водоемом. Что общего и какие различия у этих экосистем? Заполните таблицу:
10. Сделайте вывод по работе.
Тема: “Структура сообществ”
Практическое занятие №5 “Структура сообщества. Пищевые цепи и экологические пирамиды”.
Цель: научиться применять знания о структуре сообществ и взаимосвязях организмов в них при изучении природных сообществ ЯНАО.
1) уметь выделять группы организмов в сообществе;
2) составлять пищевые цепи сообщества;
3) уметь строить пирамиды биомассы и чисел.
Вводная беседа:
В биоценозах выделяют три группы организмов:
Продуценты;
Консументы;
Редуценты.
Они теснейшим образом связаны между собой и с неживой природой. Связь эта выражается через передачу вещества и энергии, то есть цепь питания.
Графическое выражение цепи питания называется экологической пирамидой.
1. Выпишите по рисунку виды, относящиеся к:
а) продуцентам,
б) консументам I порядка,
в) консументам II или III порядка.
2. Какие организмы тундры выполняют функцию редуцентов (разрушителей)?
3. Что произойдет, если в тундре будут полностью уничтожены волки, полярные совы, песцы?
4. Составить пищевые цепи сообществ: 3 пастбищные и 2 дендритные.
Зная правило перехода энергии с одного трофического уровня на другой (около 10 %), постройте пирамиду биомассы следующей пищевой цепи:
предполагая, что животные каждого трофического уровня питаются только организмами предыдущего уровня. Биомасса растений на исследуемой территории составляет 40 тонн.
Постройте пирамиду чисел этой пищевой цепи, зная, что биомасса:
1 побега травянистого растения - 5 г (0,005 кг);
1 кузнечика - 10 г (0,01 кг);
1 лягушки - 10 г (0,01 кг);
1 ужа около 100 г (0,1 кг);
1 змееяда около 2 кг.
Рассчитанные значения впишите в таблицу:
| Представители трофических уровней |
Рассчитанная биомасса (кг) |
Рассчитанная численность (особи) |
Растения |
||
Кузнечики |
||
Тема “Загрязнение окружающей среды”
Практическое занятие №6 “Расчётная оценка количества выбросов вредных веществ в воздух от автотранспорта”.
Цель: изучить влияние автотранспорта на загрязнение воздуха.
- Научить высчитывать количество выбросов вредных веществ.
- Научить обрабатывать результаты.
Оборудование: пишущие принадлежности, микрокалькулятор.
Вводная беседа:
Автотранспорт является одним из основных загрязнителей атмосферы оксидами азота NOх (смесью оксидов азота NO и NO 2) и угарным газом, содержащихся в выхлопных газах. Доля транспортного загрязнения воздуха составляет более 60% по СО и более 50% по NOх от общего загрязнения атмосферы этими газами. Повышенное содержание СО и NOх можно обнаружить в выхлопных газах не отрегулированного двигателя, а также двигателя в режиме прогрева.
Выбросы вредных веществ от автотранспорта характеризуются количеством основных загрязнителей воздуха, попадающих в атмосферу из выхлопных (отработанных) газов, за определённый промежуток времени.
К выбрасываемым вредным веществам относятся угарный газ (концентрация в выхлопных газах 0,3–10% об.), углеводороды- несгоревшее топливо (до 3% об.) и оксиды азота (до 0,8%), сажа.
Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчётным методом. Исходными данными для расчёта количества выбросов являются:
Количество единиц автотранспорта разных типов, проезжающих по выделенному участку автотрассы в единицу времени;
Нормы расхода топлива автотранспортом (средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города приведены в таблице №1);
Таблица 1
Значения эмпирических коэффициентов, определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего (приведены в таблице № 2).
Таблица 2
Коэффициент К численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента в литрах при сгорании в двигателе автомашины количества топлива (также в литрах), необходимого для проезда 1 км (то есть равного удельному расходу).
Ход выполнения работы:
1. Выберите участок автотрассы вблизи школы (места жительства, отдыха) длинной 0,5-1 км., имеющий хороший обзор (из окна школы, из парка, с пришкольной территории).
2. Измерьте шагами длину участка (1 м.), предварительно определив среднюю длину своего шага.
3. Определите количество единиц автотранспорта, проходящего по участку в какой-либо период времени, например в течение, 20 минут. При этом заполняйте таблицу № 3(для примера в таблице заполнена строка “Легковые автомобили”):
Таблица 3
| Тип автотранспорта |
Количество, шт. |
Всего за 20 минут |
За 1 час, Ni, шт. |
Общий путь за 1 час, L км |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Легковые автомобили | 14 | 42 | ||
| Грузовые автомобили | ||||
| Автобусы | ||||
| Дизельные грузовые автомобили |
4. Количество единиц автотранспорта за 1 час рассчитывают, умножая на 3 количество, полученное за 20 минут.
5. Расчитайте общий путь, пройденный выявленным количеством автомобилей каждого типа за 1 час (Lкм) по формуле: Li= Ni . I,
где Ni - количество автомобилей каждого типа за 1 час;
I - обозначение типа автотранспорта;
l - длина участка, км.
Полученный результат занесите в таблицу 3.
6. Рассчитайте количество топлива (Qi, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями автомашин, по формуле: Qi= Li Yi
Значение Yi возьмите из таблицы 1.
Полученный результат занесите в таблицу 4.
Определите общее количество сожженного топлива каждого вида ({Q) и занесите результат в таблицу 4.
Таблица 4
| Тип автомобиля | Qi, в том числе |
||
| Дизельное топливо | |||
| Легковые автомобили | |||
| Грузовые автомобили | |||
| Автобусы | |||
| Дизельные грузовые автомобили | |||
| Всего {Q |
7. Рассчитайте количество выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива и всего по таблице 5.
Таблица 5
| Вид топлива | {Q,л} | Количество вредных веществ, л |
|||
| СО | Углеводороды | NO 2 | |||
| Бензин | |||||
| Дизельное топливо | |||||
| Всего (V), л | |||||
Обработка результатов и выводов.
1. Рассчитайте:
а) массу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле: m= V M: 22, 4;
б) количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ для обеспечения санитарно-допустимых условий окружающей среды.
Результаты запишите в таблицу 6.
Таблица 6
2. Принимая во внимание близость к автомагистрали жилых и общественных зданий, сделайте вывод об экологической обстановке в районе исследованного вами участка автомагистрали.
Список используемой литературы
- Верзилин Н.М., Корсунская В.М. Общая методика преподавания биологии: Учебник для студентов пед. ин-тов по биол. спец. 4-8 изд. - М.: Просвещение, 1995-340 с.
- Всесвятский Б.В. Системный подход к биологическому образованию в средней школе: Кн. Для учителя.- М.: Просвещение, 1995. - 143с.
- Грин Н., Стаун У., Тейлор Д. Биология: в 3т. М.: Мир, 1990. Т.3 - 286 с.
- Зверев И.Д., Мягкова А.Н. Общая методика преподавания биологии: Пособие для учителя. - М.: Просвещение, 1995. -191 с.
- Комиссаров Б.Д. Методологические проблемы школьного биологического образования.- М.: Просвещение, 1996. -160 с.
- Лернер И.Я. Система методов обучения и их практическое применение/Биология в школе.- 1998-№3 - C. 52-55.
- Совершенствование обучения биологии: Сб.науч.тр./Ред.кол.: А.Н.Мягкова/отв.ред./и др. - Изд. 1998. -120 с.
- Хрипкова А.Г. и др. Методика преподавания факультативных курсов по биологии. - Просвещение, 1998. -174 с.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Л.М. Смоленская, С.Ю. Рыбина
Экология
Лабораторный практикум
Белгород
УДК 628.3 ББК 38.761.2 С 51
Р е ц е н з е н т ы:
Кандидат технических наук, старший преподаватель ФГА ОУ ВПО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ») С.Н. Дудина
Кандидат химических наук, профессор Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова И. В. Тикунова
Смоленская, Л.М. Экология: лабораторный практикум /
С 51 Л. М. Смоленская, С. Ю. Рыбина.– Белгород: Изд-во БГТУ, 2013. – 91 с.
В лабораторном практикуме представлены лабораторные работы, позволяющие оценить качество окружающей среды и выявить влияние антропогенного фактора на состояние экологических систем.
Лабораторных практикум предназначен для всех специальностей и направлений подготовки, изучающих дисциплину «Экология».
УДК 628.3 ББК 38.761.2
© Белгородский государственный технологический университет (БГТУ) им. В. Г. Шухова, 2013
Введение
Экология как интегрированная наука изучает всесторонние взаимодействия организмов с окружающей средой и вызывает все возрастающий интерес по причине ее тесной связи с важнейшими проблемами современного мира: угрозой истощения природных ресурсов, загрязнения и отравления среды промышленными отходами, разрушением естественных сообществ.
Рационально расходовать минеральные ресурсы, сберечь и защитить растительный и животный мир, сохранить и улучшить среду обитания – важнейшие задачи, стоящие перед человечеством.
В современном обществе под влиянием средств массовой информации, экология часто трактуется как сугубо прикладное знание о состоянии среды обитания человека, и даже – как само это состояние (отсюда такие выражения как «плохая экология» того или иного района, «экологически чистые» продукты или товары). Хотя проблемы качества среды для человека, безусловно, имеют очень важное практическое значение, а решение их невозможно без знания экологии, круг задач этой науки гораздо более широкий.
Экология как наука основана на разных разделах биологии и связана с другими науками (например, с физикой, химией, географией, психологией, педагогикой, правом). Только на основе интеграции этих дисциплин возможно преодолеть технократическую парадигму мышления, выработать новый тип экологического сознания, мышление, коренным образом меняющее поведение людей по отношению к природе.
Данный лабораторный практикум охватывает основные разделы экологии, позволяет студентам ориентироваться в вопросах живого облика биосферы, который тесно связан с неживым.
В лабораторном практикуме дисциплины «Экология» к каждой лабораторной работе приводится теоретическое обоснование, а также даны контрольные вопросы для самостоятельной проверки усвоения теоретического материала.
Лабораторная работа № 1
Определение содержания нитратов в растительных объектах
Цель работы: углубить представления о миграции азота в биосфере, определить содержание нитратного азота в растениях.
Теоретическое обоснование
Движение азота представляет собой достаточно сложный процесс, так как включает в себя газообразную и минеральную фазу. В газообразной форме молекулярный азот (N2 ) довольно инертен, его содержание в атмосфере составляет 78%. При всей огромной значимости азота для жизнедеятельности живых организмов они не могут непосредственно потреблять этот газ из атмосферы, растения усваивают ионы аммония (NH4 + ) или нитрата (NO3 - ). Для того чтобы азот преобразовался в эти формы, необходимо участие некоторых бактерий или синезеленых водорослей (цианобактерий). Процесс превращения газообразного азота (N2 ) в аммонийную форму носит название азотфиксации. Важнейшую роль среди азотфиксирующих микроорганизмов играют бактерии из родаRhizobium, которые образуют симбиотические связи с бобовыми растениями. Азотфиксирующие бактерии, создавая форму азота, которая усваивается растениями, за счет симбиотического взаимодействия позволяют накапливаться азоту в наземных и подземных частях растений. Сами азотфиксирующие микроорганизмы, среди которых есть виды, синтезирующие сложные протеины, отмирая, обогащают почву органическим азотом (рис. 1).
Рис. 1. Круговорот азота в биосфере
В природе есть также микроорганизмы, которые обладают симбиотическими связями не только с бобовыми, но и с другими растениями. В водной среде и на переувлажненных почвах азотфиксацию осуществляют сине-зеленые водоросли (способные одновременно и к фотосинтезу).
Азот после потребления его растениями участвует в синтезе протеинов, которые, сосредоточиваясь в листьях растений, затем обеспечивают азотное питание фитофагов. Мертвые организмы и отходы жизнедеятельности (экскременты) являются средой обитания и служат пищей для сапрофагов, которые постепенно разлагают органические азотосодержащие соединения до неорганических. Конечным звеном в этой цепи оказываются аммонифицирующие организмы, образующие аммиак (NH 3 ), который, может быть вовлечен в цикл нитрификации.Nitrosomonas окисляют аммиак в нитриты, аNitrobacter окисляют нитриты в нитраты и таким образом круговорот азота может быть продолжен. Параллельно происходит постоянное возвращение азота в атмосферу за счет деятельности бактерий – денитрификатов, способных разлагать нитраты и в азот (N 2 ). Денитрификация происходит только в анаэробных условиях, когда бактерии используют нитрат как окислитель, заменяющий кислород в реакциях окисления органических веществ. Сам нитрат при этом восстанавливается до молекулярного азота. Если израсходованы нитрат-ионы, то для окислительных процессов используется кислород сульфат-ионов:
SO2- , hg | |
(СH2 O) n (NH2 ) m 4 →CO2 + H2 O+ H2 S+ NH3 |
|
HNO3 | |
NH3 →N2 |
|
Кроме указанных процессов азотфиксации в природной среде возможно образование оксидов азота при электрических грозовых разрядах. Эти оксиды затем в виде селитры или азотной кислоты при смешивании с атмосферными осадками попадают в почву. Имеет место и фотохимическая фиксация азота.
В последнее время применение удобрений, увеличение объемов производств, сопровождающихся образованием азотсодержащих отходов, и другие причины привели к тому, что в почвах, воде, и как следствие – в живых организмах накапливается избыточное количество нитратов. Легкорастворимые нитраты при выпадении большого количества осадков вымываются в глубокие горизонты и могут проникать в грунтовые воды. Накопленные в почве нитраты интенсивно всасываются растениями, что приводит к избыточному содержанию нитратов и в растительных тканях.
ленного из нитрата, служит причиной образования метгемоглобина, в котором кислород прочно связан с гемоглобином, что снижает способность эритроцитов переносить кислород. Повышенное содержание нитратов в водных объектах вызывает бурный рост фитопланктона, приводящий к эвтрофикации водоемов.
Оборудование и реактивы: иономер И 160 МИ; электроды хлорсеребряный и нитратселективный; гомогенизатор; 0,1 н раствор КNO3 ; 1% раствор алюмокалиевых квасцов.
Порядок выполнения работы
Пробу растительного материала в количестве 0,25-0,5 кг сначала отмыть и просушить фильтровальной бумагой, а затем измельчить. 20 г пробы взвесить с точностью до первого десятичного знака и поместить в стакан гомогенизатора. Прилить в стакан 100 мл 1 % раствора алюмокалиевых квасцов и гомогенизировать смесь в течение 1-2 мин.
Погрузить в гомогенизированную массу электроды и определить содержание нитратов в исследуемых растительных тканях, мг/кг.
Полученные значения сравнить с санитарно-гигиеническими нормами содержания нитратов в растительных продуктах (табл. 1) и сделать вывод о содержании нитратов в растениях и почвах в месте произрастания растений, а также оценить безопасный уровень потребления анализируемого растительного объекта.
Таблица 1
Санитарно-гигиенические нормы и допустимые уровни нитратов в растительных продуктах
Допустимые уров- | Допустимые уров- |
||
Картофель | Редис, редька | ||
Морковь ранняя | |||
Свекла столовая | Баклажаны | ||
Лук репчатый | |||
Перец сладкий | |||
Зеленый горошек | |||
Помидоры | |||
Капуста ранняя | |||
Виноград | |||
Требования к отчету
В отчете представить краткое описание работы; результаты анализа растительных объектов; вывод о соответствии содержания нитратов в растительной ткани допустимым уровням.
Задания для самоподготовки
1. Биогенные элементы, их характеристики.
2. Способы фиксации атмосферного азота.
3. Круговорот азота в природе. Процессы нитрификации и денитрификации в рамках круговорота азота.
4. Аэробные и анаэробные условия функционирования микроорганизмов.
5. В чем опасность увеличения содержания нитратов в растительных пищевых объектах? в поверхностных водоемах?
Лабораторная работа № 2
Изучение процесса фотосинтеза. Продукты фотосинтетических реакций.
Цель работы: ознакомиться с процессом фотосинтетического образования углеводов в растительных тканях.
Теоретическое обоснование
Фотосинтез – это процесс, при котором энергия солнечного света превращается в химическую энергию. Фотосинтез протекает в две фазы: световую, идущую только на свету, и темновую, которая идет как в темноте, так и на свету.
Световая фаза фотосинтеза осуществляется в хлоропластах, где на мембранах расположены молекулы хлорофилла. Хлорофилл поглощает энергию солнечного света. Под влиянием этой энергии молекула хлорофилла возбуждается, и один из ее электронов переходит на более высокий энергетический уровень. Богатый энергией электрон участвует в окислительно-восстановительных реакциях и отдает избыточную энергию, проходя по цепи переносчиков электронов. Эта цепь образована различными белками, встроенными во внутреннюю мембрану хлоропласта. Отдаваемая электроном энергия используется на синтез молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Таким образом, энергия солнечного света необходима для перемещения электронов по цепи переносчиков электронов. При этом световая энергия преобразуется в химическую, и запасается в молекулах АТФ.
Молекулы хлорофилла, потерявшие электроны, присоединяют электроны, образующиеся при расщеплении молекулы воды: 2H2 О = 4H+ + O2 + 4ē. Процесс расщепления молекул воды под влиянием солнечной энергии называютфотолизом .
В результате световой фазы фотосинтеза протоны H + соединяются
с никотинамидадениндинуклеотидфосфатом (НАДФ) – переносчиком ионов водорода и электронов, и восстанавливают его, образуя НАДФ·Н, синтезируется АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, в окружающую среду выделяется молекулярный кислород.
В темновой стадии с участием АТФ и НАДФ·Н происходит восста-
новление CO2 до глюкозы (C6 H12 O6 ). Хотя свет не требуется для осуществления данного процесса, он участвует в его регуляции.
В целом, химический баланс фотосинтеза может быть представлен в виде простого уравнения:
6CO2 + 6H2 O = C6 H12 O6 + 6O2
Глюкоза под действием ферментов превращается в полисахариды. Основным структурным компонентом растений является целлюлоза , представляющая собой совокупность длинных неразветвленных цепей. Второй важнейший природный полисахарид –крахмал , имеет разветвленную структуру. Биологическая роль крахмала состоит в том, что он является запасным питательным веществом.
Способность использовать свет как источник энергии, необходимой для роста, присуща некоторым группам бактерий. В отличие от высших растений, пурпурные водоросли при фотосинтезе не выделяют кислород, т.к. для фотовосстановления CO2 используют в качестве донора водорода не воду, а сероводород, тиосульфат, молекулярный водород или органические соединения. Некоторые пурпурные бактерии, окисляя сероводород и тиосульфат, накапливают в клетках серу:
СО2 + 2 Н2 S → [СН2 О]n + 2S + Н2 О,
где [СН2 О]n – условное обозначение образующихся органических веществ.
Хемосинтез – тип питания, свойственный некоторым бактериям, способным усваивать CO2 как единственный источник углерода за счёт энергии окисления неорганических соединений. В отличие от фотосинтеза, при хемосинтезе используется не энергия света, а энергия, получаемая при окислительно-восстановительных реакциях, которая должна быть достаточна для синтеза (АТФ) и превышать 10ккал/моль .
Водородные бактерии – наиболее многочисленная и разнообразная группа хемосинтезирующих организмов; осуществляют реакцию 6H2 + 2O2 + CO2 = [СН2 О]n + 5H2 O. По сравнению с другими авто-
трофными микроорганизмами характеризуются высокой скоростью роста и могут давать большую биомассу.
Одним из принципиальных отличий клеток растительного происхождения (КРП) от клеток животного происхождения (КЖП) является то, что протоплазма первых состоит главным образом из хлорофилла, а протоплазма вторых – из гемоглобина. Хлорофилл КРП отличается от гемоглобина КЖП только тем, что в состав хлорофилла входит магний, а в состав гемоглобина – двухвалентное железо. Поэтому хлорофилл зеленый, а гемоглобин красный.
Оборудование и реактивы: стакан (0,25 л); стеклянный колпак; лампа настольная; электроплитка; спирт этиловый; раствор йода в йодиде калия.
Порядок выполнения работы
Комнатное растение поместить на сутки в темноту. За это время в растении почти полностью расходуется крахмал, переходя под действием ферментов в сахар, который окисляется в результате клеточного дыхания до углекислого газа и воды.
Через сутки вынести растение на свет, срезать с него лист. На лист прикрепить полоску темной бумаги, согнутую пополам так, чтобы она закрывала часть листа с двух сторон. Лист поместить в стакан с водой. Накрыть лист стеклянным колпаком и в течение 2-3 ч освещать светом настольной лампы, ориентируя ее так, чтобы лучи падали на лист перпендикулярно его поверхности.
Выдержанный на свету лист после снятия бумаги поместить в чашку с 90 %-ным этанолом и кипятить в течение 5-10 мин, затем перенести лист в чашку с водой и выдерживать на водяной бане до полного обесцвечивания. Вынуть лист, расправить в чашке Петри и нанести на него раствор йода в йодиде калия. Отметить реакцию на крахмал, сделать вывод о протекании процесса и о продуктах фотосинтеза.
Требования к отчету
В отчете привести название и краткое описание работы, основные реакции фотосинтеза органических соединений в исследуемых тканях, объяснить наблюдаемые в работе явления.
Задания для самоподготовки
1. Особенности световой и темновой фаз фотосинтеза.
2. Первичные продукты фотосинтеза, их дальнейшие превращения.
3. Роль фотосинтеза в жизнедеятельности биосферы.
4. Отличительная особенность фотосинтеза у хлорофиллсодержащих и безхлорофильных растений.
5. Как образуется биомасса при хемосинтезе.
Лабораторная работа № 3
Определение содержания углекислого газа в воздухе рабочей зоны
Цель работы. Методом химического анализа определить содержание углекислого газа в воздухе рабочей зоны.
Теоретическое обоснование
Атмосфера – газовая оболочка Земли, простирающаяся более чем на 1500 км от ее поверхности. Суммарная масса воздуха, т.е. смеси газов, составляющих атмосферу, 5,1-5,3·1015 т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха – 28,966.
Для атмосферы характерен постоянный обмен веществом, энергией с гидросферой, литосферой, живыми организмами, а также с космическим пространством. Атмосферу в порядке удаления от поверхности Земли делят на тропосферу (до высоты 11 км), стратосферу (до высоты 50 км), мезосферу (50-85 км), ионосферу (от 85 до 500 км), экзосферу (свыше 500 км). Состав атмосферы – результат длительных эволюционных процессов в недрах Земли и на ее поверхности, где решающим фактором была деятельность зеленых растений, животных и микроорганизмов. Данные о составе атмосферы приведены в табл. 2.
Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H2 O) и углекислого газа (CO2 ).
Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся SО2 , NН3 , СО, углеводороды, НСl, НF, пары Нg, I2 , а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль).
Верхняя граница тропосферы находится на высоте 8-10 км в полярных, 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,6-0,65°/100 м.
Содержание практикума предусматривает реальную практико-ориентированную деятельность учащихся по оценке экологического состояния окружающей среды, изучению влияния ее на собственное здоровье, выполнению старшеклассниками социально значимых проектов, которые служат посильному улучшению экологического состояния своего окружения, экономии природных ресурсов. Практикум обладает значительным потенциалом для социализации школьников, развития их самостоятельности, становлению гражданской ответственности и активной жизненной позиции молодежи.
"Экологический практикум школьника" содержит 15 практических работ по основным направлениям поисковой и исследовательской деятельности экологической направленности; работы состоят из ряда заданий, дифференцированных по уровням сложности и познавательной самостоятельности учащихся.
Модульный характер экологических курсов в системе предпрофильной подготовке и профильного обучения старшеклассников позволяет обучающимся самостоятельно проектировать индивидуальный образовательный маршрут с учетом необходимости достижения требований государственного образовательного стандарта и потребностей, интересов, индивидуальных особенностей учащихся.
Экологический практикум школьника
Программа курсов по выбору предпрофильной
подготовки учащихся 9-х классов
"Экологический практикум школьника" (36 часов)
- раздел "Классическая экология" - работы № 1 - 4;
- раздел "Социальная экология" - работа № 5 - 8, 13:
- Раздел "Экология человека" - работы № 9 - 11;
- Раздел "Экология города (Урбоэкология)" - работа № 12;
- Раздел " Геоэкология" - работа № 14;
- Работа "Социальная практика" интегрирует
в себе содержание многих разделов, в основном - социальной экологии.
Классическая экология
Согласно последней переписи населения, 73 % населения России живет в городах. В учебниках приведены примеры влияния абиотических факторов на живые организмы, которые находятся в естественных условиях обитания. Существует ли специфика влияния факторов неживой природы на организмы, чьим местом обитания стал город? Возможно ли своими силами выявить это влияние? |
|
 |
На примере экологических систем можно увидеть изменения как универсальное свойство природы на протяжении жизни человека. Эти изменения (в науке их называют сукцессии) можно наблюдать лично непосредственно в течение ряда лет (например, на дачном участке, где вы ежегодно отдыхаете), а можно провести опрос людей, которые помнят, какой была исследуемая местность несколько десятков лет назад). Подчас сукцессии своими экологически неграмотными действиями вызывают сами люди. Изучение сукцессий позволит вам спрогнозировать состояние окружающей среды в будущем. |
|
Наверное, почти все любят гулять в лесу, купаться и загорать на берегу реки или озера, собирать грибы и ягоды. А какова реакция природного комплекса на наш приход в гости? Можно ли уменьшить отрицательные последствия влияния нашего отдыха на природе? |
 |
Почему на Земле в течение нескольких миллиардов лет существует жизнь? Почему при относительном постоянстве жизненных ресурсов возможна эволюция? Как появление человека сказалось на круговороте химических элементов в природных циклах? Согласны ли Вы с высказыванием В.И. Вернадского: " На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом"? |
Социальная экология
|
Что нужнее человеку - живой мир нашей планеты, земля, недра, вода или воздух? Наверное, все! Без них невозможно не только наше развитие, но и сама жизнь. Однако атмосфера имеет особое значение. Она является резервуаром кислорода - необходимого компонента протекающих в живом организме окислительно-восстановительных реакций, и, кроме того, выполняет защитные функции. Несомненно, что экологическое состояние, "чистота" воздуха имеет чрезвычайно важное значение. Это подтверждают и уважаемые медики, говоря, что именно от состояния воздушной среды зависят практически все заболевания органов дыхания. |
|
Аристотель считал воду одним из основных элементов мироздания. Трудно с ним не согласиться. Земля почти на три четверти покрыта водой. Она входит в состав всех живых организмов. Человек примерно на 65% состоит из воды. Эмбрион состоит из воды на 97%. Общий объем воды, потребляемый человеком в сутки при питье и с пищей, составляет 2-2,5 л. Потеря 10% воды может привести к необратимым изменениям в организме, а потеря 15-20% приводит к смерти. Чрезвычайно важным вопросом для любого человека является качество потребляемой воды. |
|
Как говорил в свое время В.В. Докучаев, почва - есть продукт совокупной деятельности грунта, климата, растительности и животных организмов… Процесс почвообразования достаточно долговременный. Природе необходимо примерно 100-200 лет (в зависимости от условий природной зоны) для создания слоя почвы толщиной всего в 1 см. В связи с этим становится понятно, почему мы должны быть особо внимательны к экологическому состоянию почвы. |
|
Слово радиация у большинства людей вызывает страх. Человечество помнит ядерные взрывы в Хиросиме и Нагасаки, возникшие после них мутации и рождение детей с опаснейшими дефектами после этих взрывов, угрозу атомной войны в середине ХХ века, аварию на Чернобыльской АЭС; террористы и сейчас грозят ядерными взрывами. Даже в обычной жизни при медицинских обследованиях, при просмотре телевизоров и у экранов компьютера и многих других приборов мы получаем определенную дозу облучения |
 |
Человек в процессе трудовой
деятельности всегда изменял окружающую среду. Однако сейчас
размеры антропогенного воздействия достигли такого размаха,
что человечество стало ведущей геологической силой на планете.
Но научно-технический прогресс и комфорт жизни человека имеет
и оборотную, негативную, сторону. |
Экология человека
 |
Каждый человек знает, что здоровье - это ценность. Но сохранить его не так уж и просто, поэтому у многих людей возникают болезни. Лечением больных занимается медицина. Однако каждый человек в силах позаботиться о себе сам и не допустить заболевания. Для этого надо как можно больше знать о своем здоровье и использовать доступные методы его сохранения и улучшения. |
 |
Основное рабочее место ученика в школе и дома - его рабочий стол. За работой учащиеся проводят подчас несколько часов подряд. Плохая организация труда на рабочем месте может привести к физической и умственной усталости и даже к ухудшению здоровья. Важно знать, как грамотно оценить рабочее место. |
 |
Самочувствие, работоспособность и состояние здоровья зависят от качества среды в классе, где находится рабочее место. Характеристик среды в классе не так уж и мало. Это объем помещения, отделка, микроклимат, освещенность, качество воздуха. Самим учащимся по силам выяснить качество окружающей среды в классе. |
Экология города (урбоэкология)
 |
Исключительно редко, особенно
в больших городах, школа расположена вдали от жилых домов,
автодорог, магазинов и даже промышленных предприятий. |
Геоэ
кология
Социальная практика
 |
Дом, квартира - это то место,
где мы обычно чувствуем себя наиболее защищенными. Но всегда
ли наш дом, наша квартира экологически безопасны? Иногда мы
сами своими действиями, следуя устоявшимся традициям, вызываем
появление экологически опасных факторов. |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
ФГОУ ВПО «Алтайский государственный университет»
Биологический факультет
Кафедра экологии растений и животных
ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ
Барнаул 2005
Составители:
Рецензент:
Практикум по экологии / Составители …– Барна5. - … с.
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..
ГЛАВА 1. БИОИНДИКАЦИЯ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ……...
Работа № … Уменьшение содержания хлорофилла в листьях растений – биоиндикационный признак неблагоприятных условий среды. Определение хлорофилла фотометрически ………………………………….
Работа № … Накопление фенольных соединений в органах цветковых
растений, как проявление защитной реакции на неблагоприятные условия среды
Работа № … Определение площади листьев у древесных растений
в загрязненной и чистой зонах
Работа № … Определение состояния окружающей среды по комплексу признаков у хвойных
Работа № … Оценка состояния окружающей среды по наличию, обилию и разнообразию видов лишайников (лихеноиндикация)
Работа № … Биоиндикация качества воды по животному населению
Работа № … Фаунистическая биоиндикация антропогнного воздействия на почвы
Работа №… Определение признаков избытка микро - и макроэлементов в почве методом биодиагностики
ГЛАВА 2. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ
2.1. Отбор проб атмосферного воздуха
2.2 Физико-химические методы оценки экологического состояния воздушной среды
Работа № … Определение запыленности воздуха
Работа №… Оценка содержания в воздухе углекислого газа
Работа № … Определение окиси углерода в атмосферном воздухе
Работа № … Определение сернистого ангидрида
Работа № … Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта (по концентрации СО)
ГЛАВА 3. МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
3.2. Физико-химические методы анализа качества вод
Работа № … Определение показателей, характеризующих органолептические свойства воды (температура, прозрачность, цвет, осадок, пленка, запах, вкус и привкусы)
Работа № … Определение активной реакции (рН)
Работа № …. Определение сухого остатка
Работа № … Определение общей жесткости
Работа № … Определение щелочности воды
Работа №… Определение хлоридов
Работа № … Определение железа (общего) фотометрическим способом
Работа № … Определение ионов аммония
Работа № … Определение нитритного азота
Работа № … Определение нитратного азота
Работа № … Определение растворенного кислорода по Винклеру
ГЛАВА 4. МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА ПОЧВ
4.1. Пробоотбор и подготовка образцов к исследованию
4.2. Физико-химические методы исследования почв
Работа №… Определение физических свойств почв
Работа № … Качественное определение химических элементов в почве
Работа № … Определение азота нитратов
ГЛАВА 5. САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАБОЧИХ МЕСТ И ПОМЕЩЕНИЙ.
Работа № … Определение микроклимата помещений
P. S. В случае отсутствия колбы Бунзена, стеклянных фильтров и насоса, их можно заменить центрифугированием вытяжки хлорофилла.
Материал: листья растений-индикаторов, собранные в "загрязненной" и "чистой" зонах.
Ход работы
При работе с сухим материалом берут навеску 0,5-1 г, со свежим - 1-2 г. Предварительно определяют влажность листьев. Навеску растительного материала (исключая жилки) тщательно измельчают в фарфоровой ступке с битым стеклом, добавляя мел или углекислый магний. Извлечение хлорофилла из сухого материала можно производить 90%-ным спиртом или 80-85%-ным ацетоном , а из свежего - 96-98%-ным спиртом или абсолютным ацетоном.
К растертому растительному материалу прибавляют немного растворителя и материал продолжают растирать вместе с растворителем.
В колбе Бунзена в отверстие пробки укрепляют стеклянный фильтр № 2 или № 3 (диаметр фильтра должен соответствовать количеству исследуемого материала). Колбу соединяют с насосом и производят отсасывание жидкости. Жидкость из ступки сливают по стеклянной палочке в воронку-фильтр, предварительно смазав вазелином снаружи носик ступки. В ступку приливают 4-5 мл растворителя и вновь растирают в течение минуты, затем опять сливают в воронку. Эту манипуляцию повторяют 2-3 раза, затем переносят на фильтр всю растертую массу, уплотняют ее палочкой и отсасывают. Ступку ополаскивают несколько раз растворителем, выливая его на уплотненный материал в воронку, где ему дают постоять 2-3 минуты, после чего отсасывают. Промывание ведут до тех пор, пока стекающий раствор не станет бесцветным. Затем экстракт переносят в мерную колбу на 50 мл, ополаскивая несколько раз Бунзеновскую колбу и выливая в мерную. Вытяжку доводят до черты растворителем.
Колориметрирование раствора производят на фотоэлектроколориметре с красным светофильтром. Если жидкость окрашена в интенсивно зеленый цвет, ее необходимо разбавить, так как при больших концентрациях величины на ФЭКе могут выходить за пределы разрешающей способности прибора.
Для пересчета хлорофилла на стандартные величины используют раствор Гетри, который готовится следующим образом: 1) 1%- ный раствор CuSO4 5Н2О (берут только синие кристаллы), 2) 2%-ный раствор К2Сr2О7, 3) 7%-ный раствор аммиака (на 7 мл 18%-ного аммиака надо взять 11 мл воды). Для изготовления стандарта в мерную колбу емкостью 100 мл точно отмеривают растворы (СuSО4 5Н2О - 28,5 мл, К2Сr2Омл, NH4OH - 10 мл), доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают.
Раствор Гетри по окраске колориметрически эквивалентен раствору кристаллического хлорофилла по содержанию последнего 85г в литре.
Методом разбавления стандартного раствора строят калибровочную кривую, где по оси абсцисс откладывают содержание хлорофилла (мг/л), а по оси ординат - оптическую плотность. Калибровочную кривую строят от концентрации 0,085 мг/л (1 мл исходного раствора и 99 мл воды) до 7,65 мг/л (90 мл исходного раствора и 10 мл воды).
Измерения на ФЭКе производят несколько раз, затем вычисляют среднее. По полученным данным определяют концентрацию хлорофилла в опытных образцах по калибровочной кривой. Затем вычисляют количество хлорофилла в мг/г листа (по сырой или сухой массе).
Схема записи результатов анализов
|
Навеска, мг |
Объем вытяжки, мл |
Показания ФЭКа |
Количество хлорофилла по калибровочной кривой, мг/50 мл | ||||
Работа № … Накопление фенольных соединений в органах цветковых
растений, как проявление защитной реакции на неблагоприятные
условия среды
Фенольные вещества представляют собой большую и разнообразную группу ароматических соединений, очень распространенную в растительном мире (катехины, антоцианы, флавоны и т. д.). На их долю приходится до 2-3% массы органического вещества, а в некоторых случаях - до 10% и более.
Одним из возможных путей образования фенольных веществ является их биосинтез из углеводов, образующихся в процессе фотосинтеза. Кроме того, фенольные вещества могут появляться в ответ на неблагоприятные условия среды из своих предшественников – лейкоантоцианов (бесцветных пигментов), которые постоянно содержаться в листьях и коре растений.
Накопление фенолов при неблагоприятных условиях среды (накопление фенольных соединений у древесных растений осенью и зимой) обеспечивает устойчивость вида. Фенольные соединения играют большую роль в иммунитете растений к различным заболеваниям и повреждению насекомыми. Нередко защитные фенолы у здоровых растений отсутствуют и образуются только как ответная реакция на поражение возбудителем (фитоалексины). Фенольные соединения играют важную роль при заживлении механических повреждений, в защите клеток от проникающей радиации, при появлении свободных радикалов, мутагенов, окислителей и т. д.
Оборудование, реактивы, материалы: ступки с пестиками; весы торзионные; стаканчики на 100 мл; водяная баня; чашки испарительные на мл или стаканы такого же объема; бюретки; колбы на 50 мл; раствор индигокармина (1 г индигокармина растворяют в 50 мл концентрированной серной кислоты и доводят водой до 1 л). Можно приготовить и в меньших объемах; 0,1 н раствор КМnО4; дистиллированная вода;
Материал: перемолотый растительный материал (листья дуба, клена), собранный в разных экологических условиях.
Ход работы
Навеску в 1-3 г сухого перемолотого или 4-10 г свежего растертого в ступке с битым стеклом растительного материала нагреть в стаканчике на 100 мл с 40 мл дистиллированной воды в течение 15 мин на кипящей водяной бане при интенсивном перемешивании. Экстракт охладить, профильтровать и довести до метки в колбе на 50 мл.
Часть полученного экстракта (10 мл) перенести в фарфоровую чашку или стакан объемом мл, добавить 750 мл дистиллированной воды и 25 мл раствора индигокармина. Смесь титровать 0,1 н раствором КМnО4 (3,16 г КМnО4 в I л воды) при энергичном перемешивании. Окончание титрования установить по появлению в растворе золотисто-желтого оттенка. Результат титрования умножить на пересчетный коэффициент для перевода миллилитров 0,1 н КМnО4 в миллиграммы фенольных соединений, содержащихся в 10 мл взятого на титрование экстракта.
Для большей точности параллельно провести контрольное титрование, в котором 10 мл экстракта заменить 10 мл дистиллированной воды и полученное значение вычесть из основного определения. В обычной лабораторной практике чаще всего используют пересчетный коэффициент - 4,16 (определен для китайского таннина).
Работа № … Определение площади листьев у древесных растений
в загрязненной и чистой зонах
Все метамерные органы растений реагируют на загрязнение среды или абиотические факторы. Так, размеры листьев могут сильно увеличиваться после обрезки деревьев, т. к. приток пластических веществ и фитогормонов из корневых систем распределяется на оставшиеся после обрезки листья, а также стимулирует пробуждение спящих почек. В то же время размер листьев может сильно уменьшаться в результате длительной весенней засухи. В связи с этим при биоиндикации загрязнения наземных экосистем требуется исключение указанных вариантов и при взятии листьев необходимо анализировать большую выборку (50-60 образцов).
Существует несколько способов измерения площади листьев. По методикам (Летние практическиеэто весовой, при помощи светочувствительной бумаги, подсчета квадратиков на миллиметровой бумаге, планиметрический. Модификацией весового метода является разработка (1994), где предварительно для древесной породы определяют переводной коэффициент, а затем путем измерения длины и ширины листа производят массовые вычисления площади листьев.
Оборудование, материалы: писчая бумага; ножницы; линейка; весы торзионные или аптекарские с разновесами;
Материал: листья древесных растений с простой и небольшой листовой пластинкой: липы, клена полевого или американского, березы, тополя.
Ход работы
Для работы необходимо срезать по 20-25 листьев каждой древесной породы с деревьев, растущих в разных экологических условиях.
Установление переводного коэффициента основано на сравнении массы квадрата бумаги с массой листа, имеющего такую же длину и ширину. Для этого берут бумагу (лучше в клеточку) и очерчивают квадрат, равный длине и ширине листа, а затем аккуратно обрисовывают его контур. Вычисляют площадь квадрата бумаги, вырезают и взвешивают его, затем вырезают контур листа и также взвешивают.
Из полученных данных вычисляют переводной коэффициент по формулам 1 и 2:
(1) (2), где
K - переводной коэффициент,
S - площадь листа (л) или квадрата бумаги (к),
P - масса квадрата бумаги или листа.
Вычисление коэффициента производится на основании измерения 7-8 листьев. Таким же расчетом он устанавливается отдельно для каждого вида растений. Примерно он равен для березы - 0,64; для яблони - 0,71-0,72; для тополей - 0,60-0,66.
Затем измеряют длину (А) и ширину (В) каждого листа и умножают на переводной коэффициент (К):
Получаем ряд значений изменчивости площади листьев для каждой древесной породы в разных экологических условиях.
Для каждого ряда вычисляют среднеарифметические величины, сравнивают между собой.
В случае большой выборки строят вариационные кривые встречаемости листьев определенной площади в разных условиях среды (рис. …).
Рис. … Изменчивость площади листьев у древесных пород в разных
экологических условиях
А - «чистая» зона пригородной территории или окраины города;
Б-загрязненная зона центральных улиц.
При этом все ряды по площади листьев разбивают на классы от самого маленького листа до самого большого с одинаковым шагом между классами. На рис. … кривые построены для 8 классов . В учебной работе при наличии 25 листьев достаточно 5 классов . Соответственно по каждому классу производят определение встречаемости. Кривые сравнивают, делают выводы относительно различий в изменчивости площади листьев в зависимости от экологических условий. Устанавливают разницу в диапазоне изменчивости для маленьких и больших листьев. В примере, приведенном на рис. …, влияние изменения экологических условий сказывается сильнее на листьях большего размера.
Работа №… Определение состояния окружающей среды
по комплексу признаков у хвойных
На загрязнение среды очень сильно реагируют хвойные древесные растения. Характерными признаками неблагополучия окружающей среды и особенно газового состава атмосферы являются разного рода хлорозы и некрозы, уменьшение размеров ряда органов (длины хвои, побегов текущего года и прошлых лет, их толщины, размера шишек, сокращение величины и числа заложенных почек), что является предпосылкой уменьшения ветвления. Ввиду меньшего роста побегов и хвои в длину в загрязненной зоне наблюдается уменьшение расстояния между хвоинками (их больше на 10 см побега, чем в чистой зоне). Наблюдается утолщение самой хвои, уменьшается продолжительность ее жизни (1-3 года в загрязненной зоне и 6-7 лет - в чистой). Влияние загрязнений вызывает также стерильность семян (уменьшение их всхожести). Все эти признаки не специфичны, однако в совокупности дают довольно объективную картину.
Оборудование и материал: весы технохимические; разновесы; линейки; измерительные и простые лупы с увеличением в 4-10 раз; миллиметровка; термостат; ветви одного вида хвойных, произрастающего в городских посадках или в зоне влияния предприятий и др.; ветви, взятые в относительно чистой зоне загородных территорий.
Ход работы
За неделю до занятий необходимо срезать ветви условно одновозрастных хвойных деревьев, наиболее распространенных в данной местности. Ветви срезают на высоте 2 м с определенной части кроны, обращенной к зонам с загрязненным воздухом (вблизи автодорог, предприятий, особенно с выбросами в воздух сернистого газа, на который хвойные сильно реагируют). Контролем служат ветви с условно одновозрастных деревьев, собранных в чистой зоне (зеленой зоне города или в посадках лесных культур).
а) Изучение хвои
1. Хвою осматривают при помощи лупы, выявляют и зарисовывают хлорозы, некрозы кончиков хвоинок и всей поверхности, их процент и характер (точки, крапчатость, пятнистость, мозаичность). Чаще всего повреждаются самые чувствительные молодые иглы. Цвет повреждений может быть самым разным: красновато-бурым, желто-коричневым, буровато-сизым и эти оттенки являются информативными качественными признаками.
2. Измеряют длину хвои на побеге прошлого года, а также ее ширину (в середине хвоинки) при помощи измерительной лупы. Предварительно используя миллиметровку, устанавливают цену деления лупы. Повторность 10-20-кратная, так как биометрические признаки довольно изменчивы.
3. Устанавливают продолжительность жизни хвои путем просмотра побегов с хвоей по мутовкам (рис. …).
4. Вычисляют массу 1000 штук абсолютно сухих хвоинок. Для этого отсчитывают 2 раза по 500 штук хвоинок, их высушивают в термостате до абсолютно-сухого состояния и взвешивают.
Рис. … Части ветви хвойного дерева, служащие биоиндикаторами:
А1, А2, А3 - осевые побеги первого, второго и третьего года; Б1, Б2, Б3 - хвоя первого, второго и третьего года; В - мутовка; Г - боковые побеги; Д - почки.
5. Сближенность хвоинок. В результате ухудшения роста побега в загрязненной зоне пучки хвоинок более сближены и на 10 см побега их больше, чем в чистой зоне. Отмеряют 10 см побега прошлого года и подсчитывают число хвоинок. Если побег меньше 10 см, подсчет ведется по существующей длине и переводится на 10 см.
Во всех случаях измерений выводится среднее.
Схема записи результатов
|
Место взятия образца |
Длина, мм |
Ширина, мм |
Продолжительность жизни, лет |
Число хвоинок на 10 см побега, шт |
Вес 1000 шт., г | ||
|
характер |
|||||||
б) Изучение побегов
1. Измеряют длину прироста каждого года, начиная от последнего, двигаясь последовательно по междоузлиям от года к году.
2. Устанавливают толщину осевого побега (на примере двухлетнего).
3. В местах мутовок подсчитывают ветвление, выводится среднее.
4. На побегах устанавливают наличие некрозов (точечное или другой формы отмирание коры).
в) Изучение почек
1. Подсчитывают число сформировавшихся почек, вычисляют среднее.
2. Измеряют длину и толщину почек измерительной лупой.
Схема записи результатов измерений побегов и почек
|
длина осевых побегов |
толщина осевых побегов |
ветвление, шт |
число, шт |
длина, мм |
толщина, мм |
|
Примечание. Для построения карты состояния среды на определенной территории по реакциям хвойных все биометрические показатели выражаются в баллах (самый высокий балл - 5 - в чистой зоне) и наносятся на карту, а затем контурными линиями выделяются зоны разной степени загрязнения.
