Автор: Пользователь скрыл имя, 16 Марта 2012 в 09:28, реферат
Сила воздействия экологических факторов постоянно меняется. Лишь в определенных местах планеты значения некоторых из них более или менее постоянны (константны). Например: на дне океанов, в глубинах пещер сравнительно постоянны температурный и водный режимы, режим освещения.
Факторы, снижающие жизнеспособность
организма, называются ограничивающими,
или лимитирующими.
Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды называется экологической пластичностью, или экологической валентностью. Экологически непластичные виды называются стенобионтными (греч. stenos — «узкий») (левая и правая части графика), а выносливые, приспособленные к широкому диапазону факторов среды — эврибионтными (греч. eyros — «широкий») (центральная кривая).
Например, стенофаги имеют узкий спектр пищевых объектов, а эврифаги питаются разнообразной пищей; стенотопные виды встречаются в одном месте обитания, а эвритопные — в разнообразных.
Закон Минимума (Ю.
Либих)
Рис. 8. Юстус Либих (1803 — 1873)
В 1840 г. немецкий агрохимик Юстус Либих пришёл к заключению, что выносливость организмов обусловлена самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Он установил, что урожай зерна часто лимитируется не теми питательными веществами, которые требуются в больших количествах (углекислый газ, вода и др.), — поскольку такие вещества, как правило, присутствуют в изобилии, — а теми, которые необходимы в малых количествах и которых в почве недостаточно (например, бор). Установленная закономерность получила название «правило Либиха», или «закон минимума Либиха».
Закон минимума Либиха:
в комплексе экологических факторов сильнее
действует тот, который наиболее близок
к пределу выносливости рассматриваемого
организма.
Закон Толерантности
(В. Шелфорд)
Рис. 9. Виктор Шелфорд (1877 — 1968)
Но лимитирующим фактором может быть не только недостаток (минимум), но и избыток (максимум) экологического фактора. Представление о лимитирующем влиянии максимума наряду с минимумом развил В. Шелфорд в 1913 г. Выявленная им закономерность получила название «закон толерантности Шелфорда»
Закон толерантности
Шелфорда: лимитирующим фактором процветания
может быть как минимум, так и максимум
экологического фактора, диапазон между
которыми определяет величину толерантности
(лат. tolerantia — «терпение»), выносливости
организма к данному фактору.
Ограничивающими факторами могут служить и биотические факторы среды. Например, распространение бобовых растений в Арктике ограничивается не сколько низкими температурами, сколько отсутствием насекомых-опылителей, в частности шмелей. Именно по этой причине нет бобовых на Диксоне.
Многочисленные полевые
Факторы среды влияют на организм животного в совокупности. Так оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от действия других факторов. Отмеченная закономерность получила название «взаимодействие факторов». Например, жару легче переносить при сухом, а не при влажном воздухе; низкие зимние температуры в сочетании с повышенной влажностью и сильными ветрами могут быть крайне неблагоприятны.
[ Скачать с сервера (6.99Mb) ] |
26-Фев-11, 19:34 |
Тема урока: «Экологические экологических факторов на
организмы».
Цели урока: 1. Познакомиться с понятием «экологические факторы» 2. Формировать знания об окружающей среде как совокупности экологических факторов. 3. Научиться «читать» кривые толерантности. 4. Выяснить сущность законов минимума и оптимума.
Оборудование: Интерактивная доска, проектор,
компьютер, кружки из цветной бумаги, напечатанные на листах А4 определения, магниты, задания, напечатанные на листах А4, смайлики, кармашки для смайликов.
Ход урока: Здравствуйте ребята! Я рада приветствовать Вас сегодня на нашем уроке. Сегодня мы работаем в командах с использованием интерактивной доски. Баллы, заработанные членами команд, идут в зачет всей команды (баллы выражаются кружочками из цветной бумаги: красные-5 баллов, синие-4 балла, зеленые-3 балла). Сегодня мы начинаем изучать новый раздел «Основы экологии» и главу «Организм и среды» (показываю по учебнику). А тема урока у нас с Вами (слайд). Запишите, пожалуйста, в тетрадь. И цели нашего урока (Слайд). В названии раздела нам
встречается знакомое понятие. Какое?
(отвечают «экология»). Пожалуйста, какая
команда вспомнит быстрее определение
этого понятия (Поднимают руки). Хорошо,
но надо не просто озвучить определение,
а «собрать» его на доске (Слайд. Ученик
выходит к интерактивной доске, « А теперь обратите внимание на следующий слайд (Слайд ГЭС) (Читаю). Как вы относитесь к этой информации? ( Заостряю внимание на том, что «экология» ухудшаться не может, т.к. «экология» - это наука ). Какие мысли, чувства, у вас возникают? (Дети отвечают) И действительно, любые изменения в природе касаются любого живого организма на планете. Оказалось, что любые действия человека по отношению к природе имеют эффект бумеранга. Потому необходимо знать, как и что происходит в природе. На планете Земля великое множество живых организмов (Слайд). Несмотря на громадные различия в строении, образе жизни, особенностях физиологии живых организмов, всех их объединяет одно: они реагируют на изменения внешних факторов. Что же такое «фактор»: (Слайд. Читаю). По - другому факторы мы называем условиями среды. Эти условия оказывают определенное влияние на существование и географическое распространение живых существ. В связи с этим, условия среды рассматривают как экологические факторы. Что же называют «экологическими факторами»? (Слайд. Читаю ), (На доску, с помощью магнитов, прикрепляется определение). Ребята, в свою тетрадь вы записываете только понятия, а их формулировку вы запишите дома. Экологические факторы очень многообразны как в своей природе, так и по воздействию на живые организмы. Условно совокупность всех действующих на организм факторов подразделяют на 3 большие группы – абиотические, биотические и антропогенные (Слайд. Читаю). (Проговариваю, что называют абиотическими, биотическими и антропогенными факторами) (На доску - определения) Сейчас для команд задание (Слайд). По одному представителю от команды необходимо выйти к интерактивной доске и подписать над предложенным явлением группу факторов, к которым они относятся. Подписываем кратко (За правильно выполненное задание – баллы). Хорошо, вижу, что с этим вопросом вы разобрались. Каждой команде в качестве домашнего задания необходимо было подготовить презентацию по одному из наиболее важных абиотических факторов: свет, температура, влажность. Именно они определяют условия существования организмов практически во всех средах жизни. (Презентации. Всем выступающим баллы). Биотические и антропогенные факторы – на следующих уроках. Мы с вами рассмотрели, первую часть нашей темы урока «Экологические факторы». А теперь переходим к рассмотрению вопроса « Общие закономерности влияния экологических факторов на организмы». Откройте, пожалуйста, параграф 9.2, в начале которого есть 2 вопроса. Даю вам полминуты на их обдумывание (Отвечают, если правильно – баллы) И так, ребята мы выяснили, что экологические факторы чрезвычайно разнообразны и каждый вид, испытывая их влияние, отвечает по–разному. Тем не менее, есть некоторые общие законы, которым подчиняются ответные реакции организмов на любой фактор среды. Главный из них – закон оптимума. (Слайд. Читаю. На доску – определение. Запись в тетрадях ). Он отражает то, как переносят живые организмы разную силу действия экологических факторов. Сила воздействия каждого из них постоянно меняется. Мы живем в мире с переменными условиями, и лишь в определенных местах планеты значения некоторых факторов более или менее постоянны (в глубине пещер, на дне океанов) Естественно, что у организмов живущих в определенной среде, вырабатываются специфические приспособления к экологическим условиям именно этой среды. (Белый медведь, слон). Однако, организмы имеют разную толерантность – (Слайд. Читаю. На доску - определение. Записи в тетрадях ) способность выдерживать изменения условий жизни (колебания температуры, влажности, света). Это очень важное свойство живого, позволяющее приспосабливаться к изменяющимся условиям. Если нарисовать на графике кривую, характеризующую того или иного процесса (дыхания, движения, питания и др.) в зависимости от одного из факторов внешней среды (конечно при условии, что этот фактор оказывает влияние на основные жизненные процессы), то эта кривая почти всегда будет иметь форму колокола. Такие кривые называют кривыми толерантности. Внимание на экран ( Включаю диск по теме «Экологические факторы». Дети слушают ). А теперь каждая команда получает задание по полученной информации ( Раздаются задания по кривым толерантности. По итогам выполнения подсчитываются баллы ). Для некоторых видов характерны кривые очень острыми пиками:, Это означает, что диапазон отрицательных для них условий (слайд) очень узок. Плавные кривые соответствуют широкому диапазону толерантности, т.е. устойчивы к данному фактору. Организмы с широкими границами устойчивые по многим факторам, конечно, имеют шансы на более широкое распространение. У широко распространенных видов популяции, обитающие в климатически разных зонах, часто оказываются наилучшим образом приспособленными именно к условиям данной местности. Это связано с их способностью образовывать Экотипы ( Слайд. На доску-определение. Читаю ) (Дети читают материал учебника стр. 269). Если начертить кривые оптимума какого-либо фактора, например, температуры, для разных видов, то они не совпадут. Часто то , что является оптимальным для одного вида, для другого представляет пессимум или даже находится за пределами критических точек. Верблюды и тушканчики не могли бы жить в тундре, а северные олени и лемминги в жарких южных пустынях (Слайд). Экологическое разнообразие
видов проявляется и в Следовательно, закон оптимума показывает нам, что для каждого вида есть своя мера влияния каждого фактора. И уменьшение, и усиление воздействия за пределами этой меры ведет к гибели организмов. Для понимания связи видов со средой не менее важен закон ограничивающего (лимитирующего) фактора или закона минимума, который открыл Юстус Либих. (Слайд. Записи в тетрадях. На доску – определения ). В природе на организм одновременно влияет целый комплекс факторов среды в разных комбинациях и с разной силой. Определить роль каждого из них непросто. Какой из них значит больше, чем другой? То , что мы знаем о законе оптимума, позволяет понять, что нет всецело «+» или «-« важных или второстепенных факторов, а все зависит от силы воздействия каждого. Именно от него зависит в данный конкретный период выживание особей. В другие отрезки времени ограничивающими могут стать другие факторы, и в течение жизни организмы встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности. С законами оптимума и ограничивающего фактора постоянно сталкивается практика с/х например, рост и развитие пшеницы, а это, и получение урожая постоянно ограничиваются то критическими температурами, то недостатком или избытком влаги, то нехваткой минеральных удобрений, а иногда и такими катострафическими воздействиями, как град и бури. Требуется много сил и средств, чтобы поддерживать оптимальные условия для посевов, и при этом в первую очередь компенсировать или смягчить действие именно ограничивающих факторов. Ю.Либих обнаружил, что урожай растений может ограничиваться любым из основных элементов питания, если только этот элемент находится в недостатке. Известно, что разные факторы среды могут взаимодействовать, т.е. недостаток одного вещества может приводить к дефициту других веществ. Поэтому в целом закон минимума можно сформулировать следующим образом: успешное выживание живых организмов зависит от комплекса условий; ограничивающим или лимитирующим фактором является любое состояние среды, приближающееся или выходящее за границу устойчивости для организмов данного вида. Положение о лимитирующих факторах существенно облегчает изучение сложных ситуаций. При всей сложности взаимоотношений организмов и среды их обитания не все факторы имеют одинаковое экологическое значение. Так, например,02 является фактором физиологической необходимости для всех животных, но с экологической точки зрения он становится лимитирующим лишь в определенных местообитаниях. Если в реке гибнет рыба, то в первую очередь должна быть изменена концентрация 02 в Н2О, т.к. она сильно изменчива, запасы 02 легко истощаются и его часто не хватает. Если в природе наблюдается гибель птиц, необходимо искать другую причину, т.к. содержание 02 в воздухе относительно постоянно и достаточно с точки зрения требований наземных организмов. А теперь задания для команд: каждой команде раздаются вопросы. После обсуждения ответы на вопрос (1 мин). (Каждой команде вопрос) (Дискуссия). На слайде представлены причины многообразия экологических факторов (Слайд). Командам предлагается следующее задание: в предложенном тексте, с помощью маркера на доске исправить ошибки (Подсчитываем баллы). А сейчас я предлагаю Вам ответить на занимательные вопросы. ( Каждой команде – вопросы. Слайды с вопросами. Подсчитываем баллы ). И последнее задание нашего урока: соотнесите определения ( Слайды. С помощью маркера выполняют задание. Подсчитываем баллы ). Пришло время подвести итоги нашего урока (Подсчитываем баллы, определяемся с оценками). Ребята, внимание на доску!( Слайд с домашним заданием). Я благодарю Вас за внимание. И прежде чем Вы покинете свои рабочие места, попрошу Вас высказать свои впечатления от урока с помощью смайликов, которые лежат у Вас на столе. (Дети выбирают свои смайлики и помещают их в кармашки).
Учебно-методический комплекс: 1). учебник: биологию и экологию. 9 класс.» А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник; Москва, «Дрофа», 2004 год. 2). дополнительная литература: Н.М. Чернова, В.М. Галушин, В.М. Константинов, Москва, «Дрофа»,2004 год.
«Основы экологии. Сборник задач, упражнений и практических
работ. 10-11 класс.» И.А. Жигарев, О.Н. Пономарева, Н.М. Чернова. Москва, «Дрофа», 2002 год.
3). СD-диск: 10-11 классы.» - Министерство образования РФ, 2004 - ГУ РЦ ЭМТО, 2004 - ООО «Дрофа», 2004 - ЗАО «1 С», 2004
4). используемые сайты: http://images.yandex.
P.S. Каждый учитель может сам дозировать объем информации для своего урока.
| |
2.3. Общие законы действия факторов среды на организмы
Несмотря на большое разнообразие
экологических факторов, в характере
их воздействия на организмы и
в ответных реакциях живых существ
можно выявить ряд общих
Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы (рис. 1). Результат действия переменного фактора зависит прежде всего от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора – этокритические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называютэкологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.
Рис. 1. Схема действия факторов среды на живые организмы
Представители разных видов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности. Так, например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне более 80 °C (от +30 до -55 °C), тогда как тепловодные рачки Copilia mirabilis выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6 °C (от +23 до +29 °C). Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной – для другого и выходить за пределы выносливости для третьего (рис. 2).
Широкую экологическую валентность
вида по отношению к абиотическим
факторам среды обозначают добавлением
к названию фактора приставки
«эври».Эвритермные виды
– выносящие значительные колебания температуры, эврибатные –
Рис. 2. Положение кривых оптимума на температурной шкале для разных видов:
1, 2 – стенотермные виды, криофилы;
3–7 – эвритермные виды;
8, 9 – стенотермные виды, термофилы
Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено» – стенотермные, стенобатные, стеногалинные виды и т. д. В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке, – эврибионтными.
Условия, приближающиеся по одному или сразу нескольким факторам к критическим точкам, называют экстремальными.
Положение оптимума и критических
точек на градиенте фактора может
быть в определенных пределах сдвинуто
действием условий среды. Это
регулярно происходит у многих видов
при смене сезонов года. Зимой,
например, воробьи выдерживают сильные
морозы, а летом гибнут от охлаждения
при температуре чуть ниже нуля.
Явление сдвига оптимума по отношению
к какому-либо фактору носит название акклимации. В
отношении температуры это хорошо известный
процесс тепловой закалки организма. Для
температурной акклимации необходим значительный
период времени. Механизмом является смена
в клетках ферментов, катализирующих одни
и те же реакции, но при разных температурах
(так называемые изоферменты). Кажды
2. Неоднозначность действия фактора на разные функции.
Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма (рис. 3). Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, температура воздуха от +40 до +45 °C у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном интервале.
Рис. 3. Схема зависимости фотосинтеза и дыхания растения от температуры (по В. Лархеру, 1978): tмин, tопт, tмакс – температурный минимум, оптимум и максимум для прироста растений (заштрихованная область)
Жизненный цикл, в котором в определенные периоды организм осуществляет преимущественно те или иные функции (питание, рост, размножение, расселение и т. п.), всегда согласован с сезонными изменениями комплекса факторов среды. Подвижные организмы могут также менять места обитания для успешного осуществления всех своих жизненных функций.
3. Разнообразие индивидуальных реакций на факторы среды. Степень выносливости, критические точки, оптимальная и пессимальные зоны отдельных индивидуумов не совпадают. Эта изменчивость определяется как наследственными качествами особей, так и половыми, возрастными и физиологическими различиями. Например, у бабочки мельничной огневки – одного из вредителей муки и зерновых продуктов – критическая минимальная температура для гусениц -7 °C, для взрослых форм -22 °C, а для яиц -27 °C. Мороз в -10 °C губит гусениц, но не опасен для имаго и яиц этого вредителя. Следовательно, экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи.
4. Относительная независимость приспособления организмов к разным факторам. Степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам. Например, виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колебаниям влажности или солевого режима. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот. Экологические валентности вида по отношению к разным факторам могут быть очень разнообразными. Это создает чрезвычайное многообразие адаптации в природе. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.
5. Несовпадение экологических спектров отдельных видов. Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким-либо отдельным факторам.
Рис. 4. Изменение участия в луговых травостоях отдельных видов растений в зависимости от увлажнения (по Л. Г. Раменскому и др., 1956): 1 – клевер луговой; 2 – тысячелистник обыкновенный; 3 – келерия Делявина; 4 – мятлик луговой; 5 – типчак; 6 – подмаренник настоящий; 7 – осока ранняя; 8 – таволга обыкновенная; 9 – герань холмовая; 10 – короставник полевой; 11 – козлобородник коротконосиковый
Правило экологической индивидуальности видов сформулировал русский ботаник Л. Г. Раменский (1924) применительно к растениям (рис. 4), затем оно широко было подтверждено и зоологическими исследованиями.
6. Взаимодействие факторов. Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы (рис. 5). Эта закономерность получила название взаимодействия факторов. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие. Наоборот, один и тот же экологический результат может быть получен разными путями. Например, увядание растений можно приостановить путем как увеличения количества влаги в почве, так и снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение. Создается эффект частичного взаимозамещения факторов.
Рис. 5. Смертность яиц соснового шелкопряда Dendrolimus pini при разных сочетаниях температуры и влажности
Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Полное отсутствие воды или хотя бы одного из основных элементов минерального питания делает жизнь растения невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Крайний дефицит тепла в полярных пустынях нельзя восполнить ни обилием влаги, ни круглосуточной освещенностью.