РАЗРАБОТКА УРОКА НА ТЕМУ «ОБЩИЕ ЗАКОНЫ ЗАВИСИМОСТИ ОРГАНИЗМОВ ОТ ФАКТОРОВ СРЕДЫ»
план-конспект урока по биологии по теме

РАЗРАБОТКА УРОКА

НА ТЕМУ «ОБЩИЕ ЗАКОНЫ ЗАВИСИМОСТИ ОРГАНИЗМОВ  ОТ ФАКТОРОВ СРЕДЫ»

УЧИТЕЛЯ БИОЛОГИЯ

Поповой Веры Николаевны

Тема: Общие законы зависимости организмов от факторов среды

Цели: 1. Изучить общие законы зависимости организмов от факторов среды, познакомить с графиком закона оптимума о мере каждого фактора для жизнедеятельности каждого организма.

2. Развивать познавательную активность, задумываться над причинами изменения окружающего мира, устную речь, внимание, отрабатывать навыки компьютерного тестирования.
3. Воспитывать ответственное отношение к учебе, предмету, культуру речи, воспитывать интерес к биологии, экологии.

План урока.

1. Понятие - экологические факторы.

Биотические        и        абиотические

2. Закон оптимума. Сила воздействия факторов постоянно меняется.действия факторов среды на живые организмы.(график)

1. Зоны пессимума и критические точки

Б) Условия, близкие к критическим точкам (экстремальные)

2. Положение критических точек (стабильные условия, широкое колебание)

3. Закон ограничивающего фактора

Влияние фактора зависит от силы воздействия данного фактора.

4. Оптимум и границы выносливости не являются постоянными, (этапы жизненного цикла)
5. Ресурсы и условия определения^.,)

Экология - это наука о связях живых организмов с окружающей средой. Эти связи образуют единую и очень сложную систему, которую мы называем жизнью на Земле.

Человечество тоже часть этой жизни. Оно возникло как результат развития живой природы

Любой организм теснейшим образом связан с окружающей средой через вещество и энергию, которые поддерживают его жизнь. Растения усваивают энергию солнечных лучей, синтезируя из неорганических веществ органические. Животные используют вещество и энергию, заключенные в их пище. Грибы всасывают растворы простых органических веществ, бактерии потребляют как органические, так и разнообразные неорганические соединения. Отработанные продукты обмена веществ выделяются в окружающую среду. Материальную зависимость организмов от внешней среды еще древнегреческий философ Гераклит выразил словами: "Текут наши тела, как ручьи, и материя постоянно обновляется в них, как вода в потоке". Современные ученые называют организмы "открытыми системами", которые существуют, пока через них проходят вещество и энергия.

На ход обмена веществ и состояние организмов влияют условия среды, такие как свет, температура, влажность, солевой состав воды или почвы, давление, сила ветра или течения и многие другие. Поэтому любые организмы сильнейшим образом зависят от окружающей среды, должны быть к ней приспособлены и вне ее существовать не могут.

Объясните пожалуйста как появились на Земле первые живые организмы? Что из себя представляли они?

Любые свойства или компоненты внешней среды, оказывающие влияние на организмы, называют экологическими факторами. Свет, тепло, концентрация солей в воде или почве, ветер, град, враги и возбудители болезней - все это экологические факторы, перечень которых может быть очень большим.

Среди них различают абиотические, относящиеся к неживой природе, и биотические, связанные с влиянием организмов друг на друга.

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. 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).

Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.

При отклонении от этих пределов знак воздействия меняется на противоположный. Например, животные и растения плохо переносят сильную жару и сильные морозы; оптимальными являются средние температуры. Точно так же и засуха, и постоянные проливные дожди одинаково неблагоприятны для урожая. Закон оптимума свидетельствует о мере каждого фактора для жизнеспособности организмов. На графике он выражается симметричной кривой, показывающей, как изменяется жизнедеятельность вида при постепенном увеличении воздействия фактора (рис. 1).

Гибель

Рис. 1. Схема действия факторов среды на живые организмы.

Оптимум

§р

Зона нормальной жизнедеятельности

Гибель

Сила воздействия ■ фактора

Пределы выносливое™ вида

о 6

Места пересечений кривой с осью абсцисс - критические точки.

В центре под кривой - зона оптимума. При оптимальных значениях фактора организмы активно растут, питаются, размножаются. Чем больше отклоняется значение фактора вправо или влево, т.е. в сторону уменьшения или увеличения силы действия, тем менее благоприятно это для организмов. Кривая, отражающая жизнедеятельность, резко спускается вниз по обе стороны от оптимума. Здесь располагаются две зоны пессимума. При пересечении кривой с горизонтальной осью находятся две критические точки. Это такие значения фактора, которые организмы уже не выдерживают, за их пределами наступает смерть. Расстояние между критическими точками показывает степень выносливости организмов к изменению фактора. Условия, близкие к критическим точкам, особенно тяжелы для выживания. Такие условия называют экстремальными.

Виды, выносливые к широкому колебанию темпера |уры

Специализированные теплолюбивые «иды

Специализированные холодолюби- иьовиды

О"

Рис. 2. Положение кривых оптимума на температурной шкале для разных видов

Если начертить кривые оптимума какого-либо фактора, например температуры, для разных видов, то они не совпадут (рис. 2). 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.

Экологическое разнообразие видов проявляется и в положении критических точек: у одних они сближены, у других - широко расставлены. Это значит, что ряд видов может жить только в очень стабильных условиях, при незначительном изменении экологических факторов, а другие выдерживают широкие их колебания. Например, растение недотрога вянет, если воздух не насыщен водяными парами, а ковыль хорошо переносит изменения влажности и не погибает даже в засуху.

Таким образом, 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 фактора.

В природе на организмы одновременно влияет целый комплекс факторов среды в разных комбинациях и с разной силой. Вычленить роль каждого из них непросто. Какой из них значит больше, чем другие? То, что мы знаем о законе оптимума, позволяет понять, что нет всецело положительных или отрицательных, важных или второстепенных факторов, а все зависит от силы воздействия каждого.

Закон ограничивающего фактора 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. В другие отрезки времени ограничивающими могут стать другие факторы, и в течение жизни организмы встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности (рис. 3).

С законами оптимума и ограничивающего фактора постоянно сталкивается практика сельского хозяйства. Например, рост и развитие пшеницы, а следовательно, и получение урожая постоянно ограничиваются то критическими температурами, то недостатком или избытком влаги, то нехваткой минеральных удобрений, а иногда и такими катастрофическими воздействиями, как град и бури. Требуется много сил и средств, чтобы поддерживать оптимальные условия для посевов, и при этом в первую очередь компенсировать или смягчать действие именно ограничивающих факторов.

Оптимум и границы выносливости не являются абсолютно постоянными в течение всей жизни организмов. Чаще наоборот, для разных этапов жизненного цикла характерен свой оптимум. Икра лососей может развиваться только в интервале температур от О °С до +12 °С, а взрослые особи легко переносят колебания от -2 °С до +20 °С.

Как оптимум, так и границы устойчивости организмов можно в определенных пределах сдвинуть направленным влиянием внешних условий. Если, например, на цветковые растения кратковременно действовать высокими температурами, то их устойчивость повышается, возникает так называемая "тепловая закалка". Так и происходит в природе, когда наступлению сильной устойчивой жары предшествуют кратковременные подъемы температур в отдельные дни. Таким же образом аквариумных рыб можно постепенно приучить к жизни в более холодной или теплой воде.

Среди факторов среды, от которых зависят организмы, различают ресурсы и условия. Ресурсы организмы используют, потребляют и тем самым уменьшают их количество для других. К ресурсам относят пищу, убежища, удобные места для размножения и т.п. Условия - это такие факторы, к которым организмы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них, обычно, не могут. Один и тот же фактор среды может быть ресурсом для одних и условием для других видов. Например, свет - жизненно необходимый энергетический ресурс для фотосинтезирующих растений, а для обладающих зрением животных - условие, при котором они могут видеть окружающие предметы и ориентироваться в пространстве. Вода для многих организмов может быть и условием жизни, и ресурсом.

Чем больше значения факторов удаляются от оптимальных, тем меньше видов может приспособиться к жизни в таких условиях. Например, на дне самых глубоководных океанических впадин, где давление достигает более 1000 атмосфер и мало пищи, обнаружено всего около 20 видов многоклеточных животных, на глубинах в 6 км - 140, а в поверхностных слоях океанов - многие тысячи видов. В ряду соленых озер Западной Европы гидробиологи обнаружили при концентрации солей 30 г/л 64 вида, при 100 г/л - 38 видов, при 160 г/л - 12 видов, а при 200 г/л - всего 1 вид.

Некоторые организмы живут при температурах тела ниже 0 °С, но только в том случае, если вода внутри клеток не замерзает, а находится в переохлажденном состоянии. Например, ряд рыб, обитающих у берегов Антарктиды или в морях Северного Ледовитого океана, имеет нормальную температуру тела до —1,7 °С (рис. 1). Обнаружены также бактерии, размножающиеся при температурах выше +100 °С. Это происходит при строго определенных условиях, возле горячих источников на дне океана. Из-за высокого давления вода при такой температуре не кипит.

Рис. 1. Сайка - холодолюбивая рыба северного Ледовитого океана

Озимая совка - вредитель зерновых и овощных культур, встречается в таежной, лесостепной и степной зонах. Зимуют в почве взрослые гусеницы, накопившие жировое тело, они могут переносить морозы до -11 °С, а гусеницы младших возрастов не выдерживают охлаждения ниже -5 °С. Восточная граница распространения озимой совки совпадает с январской изотермой -20 °С, и в Сибири этот вид отсутствует. Зимняя температура - фактор, ограничивающий распространение вида.

Правило ограничивающих факторов очень важно в агрономии. Немецкий химик Ю. Либих установил, что растения не могут дать урожай больше того, который позволяет главный ограничивающий фактор. Если все другие условия благоприятны, но среди минеральных солей, необходимых растению, фосфора содержится только 50% от требуемого, а кальция - 20%, значит, урожай будет в 5 раз меньше возможного. Главный ограничитель в этих условиях - кальций. Внесем его в почву до нормы. Урожай поднимется, но все равно будет вдвое ниже ожидаемого. Теперь главный ограничитель - фосфор. Так как Ю. Либих изучал только влияние недостаточных доз удобрений, его выводы получили название "правило минимума". Позднее выяснилось, что и избыток минеральных солей тоже тормозит урожай, так как при этом нарушается всасывание растворов корнями. При идеальной агротехнике все элементы питания даются растениям в строго оптимальной дозировке.

Тестирование.

ш

Запах. Вода пресных природных водоемов не имеет вкуса и запаха. Привкусы и запахи в воде могут появиться в результате развития некоторых водорослей, а также за счет разложения органического вещества. Источником запаха могут быть сточные воды.

Вода с выраженным запахом является благоприятной средой для роста и развития специфических групп бактерий, но не пригодна для жизни большинства других микроорганизмов. Специфический запах болотной воды вызывается продуктами распада растительных остатков. Запах сероводорода говорит о наличии восстановительных процессов. Запах аммиака может характеризовать степень антропогенного загрязнения водоема.

Запах определяют при температуре 20°С и при 60°С, используя емкость с широким горлышком. Емкость с водой (при 20°С или нагретую до 60°С) закрывают пробкой, несколько раз перемешивают вращательными движениями, открывают пробку и быстро определяют наличие запаха и его интенсивность по пятибалльной шкале:

1. нет        запаха;
2. очень        слабый (чувствуется, что есть, но определению не поддается);
3. слабый        (обнаруживается, если специально обращать внимание на наличие запаха);
4. заметный        (возможно дать характеристику и указать «чем пахнет»);
5. отчетливый        (обращает на себя внимание и делает воду неприятной для питья);
6. сильный (делает воду не пригодной для питья).

Дополнительно запах описывают словами, например, землистый, фекальный, гнилостный, плесневый, тухлый, болотный и т.п.

В некоторых случаях запах может указывать на наличие в водоеме определенных организмов. Так, запах огурцов указывает на присутствие одноклеточных жгутиковых водорослей Synura, фиалки - родственных им Mallomonas, пеларгонии - диатомовых водорослей Asterionella, свинарника - синезеленых водорослей (цианобактерий) Anabaena.

Интенсивность запаха воды, подаваемой хозяйственно-питьевыми водопроводами, не должна превышать 2 баллов. И, в любом случае, какой бы низкий балл по запаху не имела вода из открытых источников, ее нельзя пить, предварительно не продезинфицировав.

Жесткость воды обусловлена наличием в ней растворимых соединений кальция и магния. Жесткая вода образует плотные слои накипи на внутренних стенках водонагревательных приборов, в ней плохо развариваются пищевые продукты^ при стирки белья в жесткой воде расходуется много мыла. Не доказано, что жесткая вода вредна для здоровья. Описывались случаи желудочно-кишечных расстройств при резком переходе от жесткой воды к мягкой или наоборот, но эти явления носили временный характер и проходили по мере привыкания людей к более мягкой или жесткой воде. Общая жесткость появляется в результате взаимодействия карбоновых и глинистых пород с растворенной углекислотой. Жесткость обычно выражается в сумме мг-эквивалентов ионов, содержащихся в 1 л воды (мг-экв/л). Эквивалент равен атомному весу элемента,

Л

деленному на валентность его иона. Так, 1 ммоль-экв. Mg соответствует 12,15 мг; 1 ммоль-экв. Са2+ - 20,04 мг. Различают следующие типы вод: очень мягкие - не более 1,5 мг-экв/л; мягкие - 1,5 -3,0 мг-экв/л; среднежесткие - 3,0-4,5 мг-экв/л; довольно жесткие - 4,5-6,5 мг-экв/л; жесткие - 6,5-11,0 мг-экв/л; очень жесткие - свыше 11,0 мг-экв/л. На северо-западе России воды относятся к мягким. Жесткость в них не превышает 3 мг-экв/л.

Жесткость бывает карбонатной (обусловленной присутствием ионов кальция) и некарбонатной. Первую можно устранить кипячением, вторую - только химическим способом или дистилляцией. Общая жесткость складывается из суммы этих двух жесткостей. Ее можно определить титрованием воды спиртовым раствором нейтрального мыла, например детского (метод осадительного титрования):

Са2+ + 2C17H35COONa = (С|7Нз5СОО)2Са| + 2Na+ Конец реакции определяют по образованию устойчивой пены, появляющейся при встряхивании титруемой ВОДЫ. Предварительно проводят анализ Нескольких эталонных растворов, содержащих известное количество катионов кальция и железа.

Карбонатную жесткость определяют титрованием воды раствором соляной кислоты:

Са (НСОз)2 + 2НС1 = СаС12 + 2C02f + 2Н20. В качестве индикатора используется метиловый оранжевый (0,05% раствор). Кислота берется в концентрации 0,1 М. Проба титруется до перехода желтой окраски в устойчивую оранжевую. Карбонатная жесткость (в мг-экв/л) рассчитывается по формуле: Yhci х Снп Жк= Vmo

Где Chci - концентрация титрованного раствора соляной кислоты, М; Vh2o - объем воды, взятый для анализа, л;

Vhci - объем раствора соляной кислоты, пошедший на титрование, мл.

Кислотность воды определяется концентрацией ионов водорода. Природные воды с рН от 3,4 до 6,95 относят к кислым, с рН 6,95 - 7,3 - к нейтральным и с рН 7,3 -10,0 - к щелочным. В большинстве незагрязненных водоемов (кроме болот) рН определяется, в первую очередь, соотношением концентраций растворенных гидрокарбонатов и гуматов с одной стороны и углекислоты - с другой. Воды верховых болот из-за высокого содержания гуминовых кислот имеют рН 4,5-5,5. Оптимальной для развития водных форм жизни считается рН 5,5 -8,5. В питьевых и хозяйственно-бытовых водах рН обычно колеблется в пределах 6,0 - 8,5. ГОСТ 2874 -82 нормирует для воды водопроводов, имеющих устройства для ее обработки (осветление или умягчение воды) рН в пределах 6,0 - 9,0.

В условиях школьной лаборатории рН проще всего определить с помощью универсальной индикаторной бумаги. Для этого полоску бумажки пинцетом на короткое время погружают в пробу воды и тут же сравнивают полученную окраску со шкалой, прилагаемой к набору. Данный способ позволяет определить рН с точностью до единицы. Надо только учесть, что из-за происходящих в воде химических и биологических процессов и потерь углекислоты рН может быстро изменяться, и этот показатель следует измерять сразу после отбора пробы.

Содержание органического вещества. В результате жизнедеятельности водных организмов И растений И при их распаде После гибели в водоеме образуется органическое вещество. Оно также поступает в водоем с водосборной площади. Все изменения, происходящие далее с органическим веществом, связаны, главным образом, с жизнедеятельностью бактерий. Микроорганизмы, населяющие водоемы, превращают сложные органические вещества в более простые и в конечном итоге в минеральные. Выделяющаяся при этом превращении энергия служит источником существования микроорганизмов, и, естественно, в данном процессе потребляется растворенный в воде кислород, необходимый для окисления органических веществ, или так называемого аэробного дыхания. Распад органических веществ в природных водах называется процессом минерализации. Он имеет большое значение для возврата в воду биогенных элементов.

i

Тестовое задание no теме: « Общие законы зависимости от факторов среды».

А. К какой группе экологических факторов относятся свет, тепло, содержание минеральных солей в почве?

1. Абиотические
2. Биотические

Б. Выберите из списка пример экологических факторов

1. свет
2. температура
3. ветер
4. концентрация солей в воде
5. болезнетворная бактерия
6. вид-конкурент

В. Как называются любые свойства или компоненты внешней среды, оказывающие влияние на организм 1.        

Г. Расположите в порядке изменения воздействия фактора зоны проявления его действия на организм

1.        

2.        

Д. По закону ограничивающего фактора, какой фактор называется наиболее значимым?

7. Оптимальный

] 3

8. Ограничивающий
9. Экологический
10. Абиотический
11. Биотический.

Е. Назовите закон, отражающий то, как переносят живые организмы разную силу действия экологических факторов 1.        

Ж. Как называется фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений

1. Оптимальный
2. Ограничивающий
3. Экологический
4. Абиотический
5. Биотический

ФИ

Класс

Тестовое задание (усложненное)

1. Как в зоне оптимума называют пределы отрицательного воздействия фактора, при котором наступает смерть.        
2. Как в зоне оптимума называют условия, тяжелые для выживания вида и на графике закона близкие к критическим точкам?        
3. Назовите закон, отражающий то, как переносят живые организмы разную силу действия экологических факторов        .
4. Выберите из списка примеры абиотических экологических факторов

Свет

Вид - конкурент

Влажность

Вид - хищник

Болезнетворная бактерия

Фотопериодизм

Ветер

Осушение водоема

5. Ответьте, совпадают ли для разных видов, кривые оптимумы температур?

Да Нет

6. О чем говорит широкий размах между критическими точками на кривой оптимума?

Вид приспособлен к небольшим изменениям этого фактора Вид приспособлен к значительным изменениям этого фактора