Оборудование, реактивы, материалы
1) центрифуга; 2) центрифужные пробирки; 3) термометр; 4) ступки с пестиками; 5) смесь: снег–соль (3: 1); 6) сахароза; 7) дистиллированная вода; 8) листья различных растений. Ход работы а) Взвесить 2-3 г молодых листьев акации белой или катальпы (неморозостойкие породы), тополя черного (морозостойкая порода) или листья комнатных растений, растереть в ступке с 4 мл воды, добавив 6 мл при смывании, отделить обрывки тканей центрифугированием и разлить зеленый раствор хлорофилл-протеида в пробирки. Следует отметить, что у комнатных растений зимой белок образуется плохо, поэтому надо увеличивать навеску до 3-5 г. Заморозить растворы во всех пробирках в смеси снег–соль или лед–соль, рассматривая ихчерез каждые 5 мин; отметить разницу в замерзании растворов от разных растений. Растопить образовавшийся лед и подвергнуть растворы центрифугированию. Отметить разницу в величине осадка, представляющего коагулированный хлорофилл-белковый комплекс. Опыт показывает разное время замерзания растворов и разную степень коагуляции белков у различных растений при замораживании. б) Подготовить растертый образец, как указано выше, и до замораживания добавить в пробирку сахарозу до полного ее растворения при встряхивании и перемешивании. Заморозить растворы хлорофилл-белкового комплекса с сахарозой и без нее, проследить коагуляцию белка и защитное действие сахарозы. Использовать следующую градацию: 1. Начало замерзания (гомогенная масса с кристаллами льда) – “+”; 2. Частичное замерзание (множественные кристаллы льда, но не сплошной слой) – “++”. 3. Полное замерзание (появление сплошного слоя льда: при перевертывании пробирки вода не выливается) – “+++”. Результаты записать в таблицу Таблица 1.5 – Форма записи протокола опыта
Приготовление охладительной смеси К трем частям снега или битого льда добавить одну часть поваренной соли, тщательно перемешать лопаточкой (температура должна быть – 20 0С). Изолировать смесь в ведерке плотной бумагой. Лед предварительно наморозить в морозилке и сложить в 2 – 3-литровый широкогорлый термос. Для охлаждения можно пользоваться и сухим льдом, однако его нельзя хранить в замкнутом пространстве (термосе), т. к. при освобождении газа может быть взрыв.
ТЕМА 1.2 Среды жизни Цель: изучить основные среды жизни. Задачи: показать, что абиотические условия среды обитания «диктуют» наличие определенных экологических приспособлений у организмов, ее населяющих. Организмы – реальные носители жизни, дискретные единицы обмена веществ. В процессе обмена организм потребляет из окружающей среды необходимые вещества и выделяет в нее продукты обмена, которые могут быть использованы другими организмами; умирая, организм также становится источником питания определенных видов живых существ. Таким образом, деятельность отдельных организмов лежит в основе проявления жизни на всех уровнях ее организации. Каждый организм успешно выживает и размножается в конкретной среде, характеризующейся относительно узким диапазоном температур, количества осадков, почвенных условий и др. Среда обитания организма – это комплекс абиотических и биотических условий жизни в определенном месте пространства. Свойства среды постоянно меняются в определенных пределах, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям. В зависимости от того, где живут представители разных видов, на них действуют разные комплексы экологических факторов. На нашей планете можно выделить несколько основных сред жизни, сильно различающихся по условиям существования: водную, наземно-воздушную, почвенную. Средой обитания служат также сами организмы, в которых живут другие. Задание 12 Закончите утверждение. Среда, в которой живут самые быстродвигающиеся животные, - это: а) наземно-воздушная; б) подземная (почва); в) водная; г) живые организмы. Назовите некоторые из них. Почему в других средах скорости передвижения значительно ниже? Задание 13 В какой среде органы опорно-двигательной системы животных и опорной системы растений имеют наивысшее развитие? Выберите правильный ответ: а) наземно-воздушная; б) подземная (почва); в) водная; г) живые организмы. Ответ обоснуйте. Задание 14 В какой среде обитают самые крупные и тяжелые животные? Выберите правильный ответ: а) наземно-воздушная; б) подземная (почва); в) водная; г) живые организмы. Ответ обоснуйте. Задание 15 Назовите самое крупное животное на Земле. Почему в других средах обитания не могут возникнуть и существовать такие крупные животные? Задание 16 Известно, что на глубине свыше 1000 м водные обитатели живут в полной темноте, поскольку солнечный свет не способен проникать сквозь такую толщу воды. Объясните, почему же среди глубоководных рыб у многих развиты органы зрения. Перечислите, изменения, каких характеристик водной среды могут создавать преграды для расселения рыб в водной толще. Задание 17 Выберите правильное утверждение. В основе биологического самоочищения водоемов лежит: а) система течений водоема; б) тип грунта; в) тип растительности водоема; г) фильтрационное питание водных животных. Задание 18 Заполните пропуски, выбирая одно слово из пары в скобках. Многоклеточным паразитам, обитающим в органах и тканях человека, …(а)……(грозит, не грозит) высыхание; в среде их обитания колебания температуры, солености, давления …(б)…(сильные, слабые); среда, в которой они обитают, для них химически …(в)…(агрессивна, неагрессивна); они…(г)..(имеют, не имеют) защитные покровы; они…(д)…(имеют, не имеют) органы, связанные с поиском пищи; они…(е)…(имеют, не имеют) слух; они…(ж)…(имеют, не имеют) органы зрения; количество продуцируемых ими яиц…(з)…(большое, не большое). Задание 19 Заполните таблицу 1.6. В центральную колонку впишите названия организмов, принадлежащих к тем или иным жизненным формам. Выберите названия из предлагаемого списка. В правую колонку впишите общую характеристику внешнего облика группы выбранных животных. Список названий животных: дельфин, белка-летяга, тушканчик, кенгуру, серая акула, антилопа, европейский крот, сокол, тюлень, куница, кальмар, гепард, африканский прыгунчик, лошадь, сумчатая летяга, стрекоза, тунец, летучая мышь, ящер ихтиозавр, сумчатый крот, оса, ящерица летучий дракон. Предложите и внесите в таблицу другие известные вам названия животных. Таблица 1.6 – Характеристика жизненных форм животных
Задание 20 Заполните таблицу 1.7 примерами морфологических адаптаций, которые выработались у организмов, обитающих в почве, в водной среде, на суше и в воздухе, в организме. Таблица 1.7 - Примеры морфологических адаптаций у живых организмов, обитающих в разных средах жизни
ТЕМА 1.3 Экология популяций Цель: изучить популяции, их показатели и динамику роста численности. Задачи: усвоить основные критерии понятия популяции; научиться рассчитывать показатели динамики популяции; освоить методы определения численности и плотности популяции. Популяция – это элементарная группировка особей определенного вида, длительно существующих на определенной территории, свободно скрещивающихся и относительно изолированных от других особей того же вида. Численность популяции - это общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Плотность популяции- определяется количеством особей или биомассой на единице площади или объема (150 растений сосны на 1 га, 0.5 г циклопов в 1 мЗ воды). Наиболее широко при изучении животных популяций используется метод мечения и вторичного отлова. Его суть: пусть N - численность генеральной совокупности, А - число особей, помеченных при первом вылове (первичная выборка), В - общее число особей во втором вылове (вторичная выборка), С - число особей, оказавшихся помеченными во вторичной выборке. Поскольку AN = С/В, N = АВ/С. Принимаемые допущения: популяция стабильна (нет ни эмиграции, ни иммиграции); рождаемость и смертность равны нулю; первичная поимка не влияет на изменение поведения (пространственно-временной локализации особей), т.е. не изменяется вероятность их вторичной поимки. Рождаемость - это способность популяции к увеличению численности за счет размножения особей. Характеризует частоту появления новых особей в популяции. Различают рождаемость абсолютную и удельную. Абсолютная (общая) рождаемость – эточисло новых особей (Δ Nn), появившихся за единицу времени (Δ t). Удельная рождаемость - это скорость нарождения новых особей на особь в единицу времени. b=Δ Nn /Δ t N. Смертность популяции- это количество особей, погибших за определенный период. Абсолютная смертность – это число особей, погибших в единицу времени (Δ Nm).
Задание 21 Если численность населения в данном году составила N человек, и за год родилось R человек, то какова была рождаемость в этом году при пересчете на 1000 человек? А.N=500000, R=8000; В.N=600000, R=20000; С.N=700000, R=10000.
Задание 22 Имея данные о среднем числе оплодотворенных яиц, производимых в течение всей жизни самками различных животных (т.е. о плодовитости), определите: а) сколько оплодотворенных яиц от одной самки в среднем должны выживать, чтобы численность популяции каждого из перечисленных видов осталась постоянной; б) число потомков, которые должны погибнуть до наступления половой зрелости, чтобы численность популяции не изменилась. Выразите это число в виде процентов от общего числа оплодотворенных яиц (это даст величину смертности в дорепродуктивном периоде); в) объясните, почему плодовитость у колюшки и акулы намного меньше, чем у других рыб, данные для которых приведены далее. Устрица 100*105 Слон 5 Треска 9*105 Мышь 50 Камбала 35*104 Акула 20 Лосось 10*104 Пингвин 8 Трехиглая колюшка 5*102 Зимняя пяденица 200
Задание 23 Определите количество компоста, который перерабатывают 1000 дождевых червей за 150 дней, если один червь за сутки потребляет компоста равное 0, 2 г. Задание 24 Определите количество дождевых червей, которые могут жить на 5 сотках пашни с кислой почвой, если их обычная численность составляет 25 особей/м2, а масса одного червя в среднем 0, 2 г. Задание 25 Определите, какие совокупности организмов из ниже перечисленных соответствуют понятию популяции. Ответ обосновать. Стая грачей; стадо антилоп в саване; золотые караси, населяющие небольшой пруд; высаженный на фермерском поле картофель; все птицы, населяющие городской парк; серые крысы, населяющие квартал большого города; птичий базар; обитатели муравейника; тигры, населяющие уссурийскую тайгу. Задание 26 Бабочка, живущая на лиственнице в Канаде, откладывает 200 яиц. Вышедшие из нее 170 личинок питаются хвоей в течение лета. Осенью на зимовку уходят 34 личинки, а весной окукливаются в среднем 3, 4 особи. Из куколок спустя 15 дней вылетают в среднем 2, 5 бабочки. Подсчитать процент смертности для популяции в каждом из следующих периодов: а) от откладки яиц до отрождения личинок; б) от отрождения личинок до окукливания в) для фазы куколки; г) от момента откладки яиц до отрождения имаго. Какая стадия жизненного цикла наиболее уязвима? Задание 27 В области Камарго (Южная Франция) у фламинго популяция насчитывает 8000 птиц. За сезон вывелось 2500 птенцов. Подсчитайте прирост популяции и коэффициент размножения. Задание 28 Чтобы оценить численность форели в озере, 625 форелей были пойманы, помечены и снова выпущены. Через неделю поймали 873 форели, из них у 129 были обнаружены метки. Определить примерные размеры популяции форели. С чем могут быть связаны возможные ошибки определения? Задание 29 Осенью каждая самка нерки (сем. лососевые), обитающая в реках Канады, откладывает 3200 икринок на гравий в мелких местах. Следующей весной 640 мальков, выведшихся из отложенной икры, выходят в озеро вблизи отмели. Через год 64 уцелевшие серебрянки мигрируют из озера в море. Две взрослых рыбы спустя 2, 5 года возвращаются к местам нереста; они нерестятся и умирают. Подсчитайте процент смертности для нерки в каждом из следующих периодов: а) от откладки икры до переселения мальков в озеро; б) за 12 месяцев жизни в озере; в) за время между выходом в море и возвращением к местам нереста. Нарисуйте кривую выживания (зависимость процента выживания от возраста) нерки в водной системе. Какова величина дорепродуктивной смертности у этого вида лососевых? Назовите факторы высокой смертности нерки в каждый возрастной период. Задание 30 В таблице 1.8 отражено изменение густоты древостоя в зависимости от возраста насаждения. Таблица 1.8 – Возрастные группы деревьев в буковом лесу в Центральной Европе
А. Выразите графически изменение плотности деревьев в лесу во времени. Б. Вычислите показатель k (j) ═ [N (i -1) – N (i)] / [T (i) – T (i-1)]. Построить график зависимости среднегодового отмирания от возраста деревьев. В. Проследите, когда конкуренция перестает оказывать влияние на процесс самоизреживания. Задание 31 Инфузории делятся со скоростью один раз в два часа. Рассчитайте, сколько составит численность популяции через 24 часа, если исходное количество инфузорий составляло 20 особей. Постройте график динамики численности популяции. Определите тип кривой роста популяции. Задание 32 Начальная численность популяции бактерий составляет 10 особей, а период генерации – 1, 5 ч. Бактерии размножается делением на двое, численность популяции растет по экспоненциальному закону, а смертность равна 0. Прирост численности бактерий спустя 1 сутки составляет ___ особей. Задание 33 Начальная численность популяции амеб составляет 40 особей, каждая особь за 3 часа образует 2 дочерние клетки. При условии, что популяция растет по экспоненциальному закону, а смертность равна 0. Численность амеб спустя 1 сутки составляет _____ особей. Задание 34 Культура бактерий была помещена в питательную среду и инкубировалась в ней при 30 0С. Сразу после посева и через определенные промежутки времени, указанные в таблице 1.9, было определено число бактерий в культуре. Таблица 1.9 – Динамика численности популяции бактерий
Постройте график роста популяции, отметьте на нем фазы роста популяции. Объясните, почему наступает фаза замедления роста популяции. Предположите, что произойдет, если часть популяции бактерий, находящейся в стационарной фазе роста, поместить в свежую питательную среду? Рассчитайте рождаемость и смертность для каждого временного промежутка, указанного в опыте. Задание 35 При рождаемости населения 64000 на 1 млн. человек, а смертности – 14000 на 1 млн. человек естественный прирост численности составляет ______%.
Задание 36 При рождаемости населения 42 человека на 1000 человек и естественном приросте численности – 2, 2 %, смертность составляет ____ %. Задание 37 При естественном приросте численности 1, 8 %, а смертности – 12000 на 1 млн. человек, рождаемость составляет ____%. Задание 38 Предварительные наблюдения позволили установить, что плотность популяции голубей в городе составляет 130 особей/га. За период размножения (у голубя раз в год) из 2, 7 отложенных яиц одной кладки в среднем выживает 1, 3 детеныша. В популяции равное число самцов и самок. Смертность голубя постоянна, в среднем за год погибает 27% особей. На основании имеющихся данных определите, как будет меняться плотность популяции голубя в течение 5 лет (для удобства расчетов используйте таблицу 1.10). Постройте прогностический график динамики плотности популяции голубя. Реально ли, что плотность популяции постоянно растет? Какие факторы будут ограничивать рост популяции голубей в городе? Таблица 1.10 – Расчет динамики популяции голубя в городе
Примечание: при расчете примите, что взрослые особи, которые погибнут в расчетном году, успеют отложить яйца и вывести птенцов. Задание 39 По методу Де Лури для оценки численности интенсивно эксплуатируемой популяции по оси Y откладывается величина добычи, приходящейся на единицу орудий лова за единицу времени, по оси Х- общее количество животных, отловленных с момента начала учета; график экстраполируется до пересечения с осью Х (популяция полностью выбита) и значение Х в точке пересечения дает общую картину численности популяции в момент начала учета. В таблице 1.11 приведены цифры, характеризующие число китов, добываемых в среднем одним китобойным судном за сутки на некоем промысле и общее количество китов, добытых на этом промысле, начиная с 1957 г. Таблица 1.11 - Количество китов, добытых на промысле
Оцените общую численность китов на этом промысле в 1957. Почему метод Де Лури дает грубую оценку численности? Правомерно ли применение этого метода к оценке численности популяции китов? Задание 40 В области Камарго (Южная Франция) у фламинго популяция насчитывает 8000 птиц. За сезон вывелось 2500 птенцов. Подсчитайте прирост популяции и коэффициент размножения. Задание 41 Чтобы оценить численность форели в озере, 625 форелей были пойманы, помечены и снова выпущены. Через неделю поймали 873 форели, из них у 129 были обнаружены метки. Определить примерные размеры популяции форели. С чем могут быть связаны возможные ошибки определения? Задание 42 Чтобы оценить численность популяции улиток в одном из парков, 1800 особей были пойманы, помечены и снова выпущены. Через несколько дней поймали 950 улиток, из них у 202 особей были обнаружены метки. Определите приблизительные размеры популяции. С чем могут быть связаны возможные ошибки определения? Задание 43 Решите кроссворд:
По горизонтали: 2. Вредное насекомое, колебания численности которого определяются динамикой биомассы сосен и численностью птиц. 7. Наибольшая величина при колебаниях численности и биомассы. 9. Важнейшее свойство природных популяций. 11. Свойство популяции, характеризующее ее динамику. 12. Состав и строение популяционной группы. По вертикали: 1. Количественная характеристика обилия популяции. 2. Показатель, характеризующий интенсивность размножения организмов. 3. Способность особей сохранять свою жизнь при изменении условий среды. 4. Демографический показатель, характеризующий процессы гибели организмов. 5. Процесс изменения популяционных характеристик во времени. 6. Демографический показатель, характеризующий процессы размножения организмов. 7. Группа организмов одного вида на конкретной территории или в акватории, важный объект экологического изучения. 8. Количественный показатель популяции, число организмов. 10. Важнейшая количественная характеристика популяции. ТЕМА 1.4 Биоценоз Цель: изучить основы функционирования биотического сообщества. Задачи: научиться рассчитывать показатели видовой структуры биоценоза; усвоить отличия между понятиями биотоп и экотоп; научиться определять типы взаимоотношений между организмами в составе биоценоза. Биоценоз – это совокупность взаимодействующих между собой популяций разных видов живых организмов, населяющих определенную географическую территорию. Своеобразие биоценоза, то есть видовой состав и особенности взаимоотношений между видами, обеспечивается отличием этой территории от других соседних по химическому составу почв, вод, а также по ряду физических показателей (высота над уровнем моря, величина солнечного облучения и т.д.). Комплекс физических и химических показателей, изначально существовавших на данной территории, обозначают как экотоп. Однако в процессе жизнедеятельности организмов биоценоза эти факторы преобразуются, меняется степень варьирования их значений, химический состав (например, почва возникла благодаря образованию автотрофами органического вещества и деятельности микроорганизмов). Поэтому комплекс абиотических факторов пространства, занятого биоценозом, называют биотоп. Для оценки роли отдельного вида в видовой структуре биоценоза используют следующие показатели, основанные на количественном учете. 1) Обилие вида - это число особей вида на единицу площади или объема занимаемого пространства. 2) Встречаемость - характеризует равномерность и неравномерность распределения вида в биоценозе. Рассчитывается как процентное отношение числа проб и учетных площадок, где встречается вид, к общему числу таких проб и площадок. Кроме того, значение вида для биоценоза определяется тем, как и с какими другими видами он взаимодействует. Взаимоотношения между видами в составе биоценоза весьма разнообразны (виды взаимоотношений см. Экология: курс лекций Ч.1.). Положение вида, которое он занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды, называется его экологической нишей. Задание 44 Подберите пары: какой тип взаимоотношений характерен для организмов, указанных в правой колонке таблицы. Ответ должен состоять из цифры и буквы.
Задание 45 Рассчитайте индексы встречаемости и обилия а) птичьего клеща Dermanyssus hirundinis и б) птичьей блохи Ceratophyllus gallinae tribulis в зависимости от давности гнезда, используя данные таблиц 1.12 и 1.13. Какова сезонная закономерность в наличии числа зараженных паразитами гнезд? В ходе численности паразита? Каковы причины наличия большого числа паразитов в гнездах с птенцами и гнездах после их вылета? Таблица 1.12 – Численность клеща Dermanyssus hirundinis в гнездах птиц
Таблица 1.13 - Численность блохи Ceratophyllus gallinae tribulis в гнездах птиц
ПРИМЕЧАНИЯ: 1. Сбор обитателей птичьих гнезд проводился на южном Танну-Ола в республике Тыва. 2. Индекс встречаемости – это процентное соотношение числа гнезд с паразитом и общего количества обследованных гнезд. 3. Индекс обилия – это среднее число паразита на учтенное гнездо. Задание 46 Неискушенный человек, впервые попавший в тундру, вероятно, будет крайне удивлен, увидев, что гуси и сокол-сапсан гнездятся на одной и той же территории. Когда парочка гусей доверчиво располагает свое гнездо возле сокола, тот их не трогает, и представители видов, служащих классическими моделями хищника и жертвы, живут в мире. Определите возникающие типы взаимодействий между видами в сообществах и объясните их. Задание 47 На острове Врангеля гуси систематически гнездятся под покровительством белой полярной совы. Посреди гусиной колонии на возвышенности обязательно увидишь сидящую на гнезде сову. Как показали многолетние наблюдения, совместные поселения возникают в годы обилия совиных гнезд (и, соответственно, леммингов, которыми совы питаются). Когда леммингов мало и совам не до размножения, исчезают и колонии гусей. Если совы загнездятся на новом месте, вслед за ними сдвинут свои поселения и гуси. Определите возникающие типы взаимодействий между видами в сообществах и объясните их. Задание 48 В Новой Зеландии тысячами гнездятся буревестники. В брачный период птицы выкапывают в земле норы, похожие на кроличьи, где самки насиживают яйца. Норы буревестников пришлись также по вкусу новозеландской ящерице гаттерии, знаменитой тем, что среди своих сородичей она самая древняя на Земле и испытывает отвращение к солнечному свету. Так и стали буревестник и гаттерия жить совместно. Определите возникающие типы взаимодействий между видами в сообществах и объясните их. Задание 49 В Африке некоторые ящерицы поселяются в норах бесхвостых копытных зверьков – даманов – и прекрасно с ними уживаются. Определите возникающие типы взаимодействий между видами в сообществах и объясните их. Задание 50 В природе немало случаев, когда мелкие зверьки и птицы питаются остатками трапез более сильного и крупного зверя или птицы, превращаясь в их спутников. Это песцы и белые чайки, сопровождающие в зимнее время белых медведей; белые и серые куропатки, далеко не улетающие от зайцев - беляка и русака, которые лучше умеют разгребать снег. Определите возникающие типы взаимодействий между видами в сообществах и объясните их..
|
