МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное БЮДЖЕТНОЕ образовательное учреждение высшего профессионального образования
«орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина»
Факультет агротехники и энергообеспечения
Кафедра «Земледелие»
Контрольная работа по биологии и основам экологии
Выполнил студент заочного обучения
направления «Агроинженерия»
1го курса 1613314 Краснорядцев И.С.
Орел – 2017
УДК 573:574
ББК 28:4
Н 27
Рецензенты:
Бондарев Н.И. – профессор кафедры химии и биотехнологии УНПК –Госуниверситет, доктор биологических наук, профессор
Резвякова С.В. - доцент кафедры агроэкологии и охраны окружающей среды Орёл ГАУ, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Наполов, В.В. Биология с основами экологии. Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины и задания для контрольных работ для студентов заочного отделения по направлению подготовки бакалавров 35.03.06 «Агроинженерия» / В.В. Наполов, Ю.А. Бобкова. – Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2015. – 59 с.
Учебно-методическое пособие подготовили кандидат сельскохозяйственных наук, доцент В.В. Наполов; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Бобкова Ю.А.
Учебно-методическое пособие рассмотрено и рекомендовано к изданию на заседании кафедры земледелия факультета агробизнеса и экологии Орел ГАУ (протокол № 6 от 24 февраля 2015 г.), методической комиссией факультета агротехники и энергообеспечения Орел ГАУ (протокол № 03 от 12 марта 2015 г.), методическим советом Орел ГАУ (протокол № 06 от 15 апреля 2015 г.).
Содержание
Введение. 4
1. Общие методические рекомендации по изучению дисциплины 6
2. Содержание программы.. 10
3. Задания для контрольной работы и указания по их выполнению. 16
4. Рекомендации к освоению основного содержания курса. 28
Рекомендуемая литература. 59
Введение
Необходимость грамотного проведения комплекса технологических операций по возделыванию с. – х. культур с учетом возможных экологических последствий их применения, а также стоящая на повестке дня потребность технического перевооружения села и поступления на поля новой энерргонасыщающей техники, с одной стороны, и проблема воспроизводства плодородия почвы, в том числе улучшение ее агротехнических и технологических показателей, с другой стороны, - все это предъявляет более высокие требования к подготовке специалистов инженерной службы для села. По мере повышения роли техники во взаимодействии человека и природы все большую актуальность приобретают вопросы экологичности применяемых технических средств и всего производства. Так, использование мобильных энергетических средств (автомобили, тракторы, самоходная с.-х. машина) приводит к химическому, механическому, акустическому загрязнению атмосферы; загрязнению окружающей среды жидкими нефтепродуктами; к уплотняющему и разрушающему действию на почву в результате давления, динамического воздействия и вибрации. Обработка почвы способствует развитию водной, ветровой, технической эрозии; образованию плужной подошвы, увеличению тяглового усилия в результате уплотнения почвы. Уплотнение и разрушение ее структуры в результате эксплуатации тяжелой энергонасыщенной техники негативно влияющей на условия жизнедеятельности не только высших растений, но и на почвенною биоту, что, в свою очередь, отражается на направленности микробиологических процессов, замедляется минерализация органического вещества, ухудшаются условия питания растений. Наряду с этим возрастает мобильность тяжелых металлов.
Нерациональное применение минеральных и органических удобрений и средств защиты растений приводит к загрязнению воды и почвы химическими веществами и болезнетворными организмами; негативному воздействию пестицидов на живые организмы и экологические системы в целом.
Важным фактором снижения удельной энергоемкости при производстве с.-х. продукции является и уменьшение потерь при уборке урожая. Так, в результате возделывания и уборки корне – и клубнеплодов могут наблюдаться эрозия и уплотнение плодородного слоя почвы, а также повреждение товарной части продукции и связанные с этим потери при ее хранении. Уборки зерновых культур могут сопутствовать потери зерна, улучшающие условия питания вредителей.
Эти и другие негативные последствия механизации работ при возделывании с.-х. культур свидетельствуют о необходимости формирования оптимальной структуры и оптимального использования машинно – тракторного парка, с учетом экологически обоснованной нагрузки на почву как элемент агроэкосистемы. При этом технику следует обязательно рассматривать в связи с живой природой и живыми организмами.
Общие методические рекомендации по изучению дисциплины
Учебная дисциплина «Биология с основами экологии» включена в базовую часть математического и естественно-научного цикла дисциплин по направлению подготовки бакалавров 35.03.06 (старый код 110800.62) «Агроинженерия».
Особенность дисциплины «Биология с основами экологии» состоит в фундаментальном характере изложения предмета, имеющего цель – сформировать у студентов биологическое мышление и целостное естественнонаучное мировоззрение.
Основные задачи дисциплины включают:
- прочное усвоение теоретических знаний в области основных разделов биологии и экологии в соответствии с государственными требованиями к содержанию блока общих естественнонаучных дисциплин;
- овладение студентами грамотного восприятия практических проблем, связанных с биологией, в том числе – здоровьем человека, охраной природы, преодолением экологического кризиса;
- приобретение студентами умений самостоятельного поиска информации в области биологии, экологии и использование в процессе научно-практической деятельности.
Студент должен знать: уровни организации материи, теорию эволюции, биологические законы, современные представления о строение функции клетки, роль микроорганизмов в развитии жизни на Земле, биологический цикл азота и других биогенных элементов, морфологическое и анатомическое строение растений, теоретические основы водного режима и питания растений, процессы адаптации растений к изменяющимся условиям, классификацию болезней, строение и биологию развития насекомых, биологические основы применения гербицидов.
Студент должен уметь: определять основные болезни с.-х. культур по морфологическим изменениям отдельных органов растений, или всего растения, определять возможных вредителей основных полевых культур по образцам поврежденных растений, грамотно разрабатывать мероприятия по защите растений от болезней и вредителей, определять характер, направленность и последствия своей профессиональной деятельности для природных комплексов и их компонентов, оценивать возможные негативные воздействия тех или иных производств на окружающую среду, устанавливать причинную обусловленность таких воздействий и разрабатывать систему мероприятий по их ограничению и предотвращению.
Методические указания составлены по программе курса “Биология с началами экологии” для сельскохозяйственных вузов по направлению подготовки бакалавров 35.03.06 (старый код 110800.62) «Агроинженерия» профилей: «Технические системы в агробизнесе»; «Электрооборудование и электротехнологии»; «Технический сервис в АПК».
Изучении данной дисциплины должно способствовать формированию у студентов по направлению подготовки «Агроинженерия» с квалификацией (степенью) «бакалавр» следующих общепрофессиональных компетенций:
− использование основных законов естественно-научных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования;
− способность обеспечивать выполнение правил техники безопасности, производственной санитарии, пожарной безопасности и норм охраны труда и природы;
− владение основными методами организации защиты производственного персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий;
Студенты должны уметь применять полученные знания предмета для углублённого изучения смежных дисциплин (физики, химии), должны обладать навыками самостоятельной работы по освоению теоретического материала и подготовке к занятиям, а также работы с электронными средствами информации.
В соответствии с учебным планом студенты выполняют одну контрольную работу.
Вопросы контрольной работы подобранны из разделов курса: экологии, ботаники, физиологии растений, фитопатологии, энтомологии, химическая защита растений и микробиология. Поэтому выполненная работа характеризует комплексность и знания студента по перечисленным дисциплинам.
Содержание программы
При самостоятельном изучении дисциплины «Биология с основами экологии» рекомендуется придерживаться следующей схемы:
Живые системы
1. Химия жизни. Элементарный состав живого вещества. Различия косного и живого вещества по соотношению элементов. Основные типы биополимеров и других биологически важных веществ: белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, нуклеотид-фосфаты и др. Возможные этапы физико-химической эволюции. Структура белков как основа проявления биологической индивидуальности и узнавания. Структура нуклеиновых кислот и принцип матричного синтеза как основа наследственных свойств живых систем. Молекулярные ансамбли, их кооперативное поведение. Биологическое преобразование энергии. Биологические структуры, их самовоспроизведение, обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Особенности химических реакций в живых системах. Законы термодинамики и биологические системы. Принципы ферментативного катализа. Белки: ферменты и молекулярные машины. Биосинтез белков. Генетический код.
2.Уровни организации живых систем. Молекулы и их ансамбли, клеточные органеллы, клетки, ткани и органы, организмы, популяции, сообщества, экосистемы, биосфера. Размеры, времена жизни, характерные связи, специфичные для каждого из уровней биологической организации.
3. Общие свойства живых систем: структурная организация, динамическое состояние (неравновесные открытые системы); жизнь в потоке вещества, энергии, информации. Множественность и разнообразие структурных элементов. Эмерджентность живых систем. Индивидуальность, целостность и механизмы осуществления целостных реакций. Гомеостаз и адаптация; способность к самообучению и саморегулированию. Иерархическая организация биологических систем, соподчинение регулирующих механизмов. Способность к самовоспроизведению. Свойства изменчивости и наследственности - как основа способности к развитию и эволюции. Фундаментальные принципы взаимоотношений биологических систем со средой их обитания. Проявления фундаментальных свойств живых систем на различных уровнях организации.
4. Клетки и организмы. Единство и разнообразие клеточных типов. Принципы структурной организации клеток и регуляция метаболизма. Структура и функция мембран. Самовоспроизведение и специализация; клеточный цикл. Необходимые и избыточные функции клеток; принципы восприятия, хранения и передачи информации; осуществление целостной реакции, регуляция жизненных функций. Источники энергии и молекулярные механизмы ее преобразования в автотрофных и гетеротрофных клетках: фотосинтез, дыхание, хемосинтез. Автотрофные одноклеточные организмы как создатели кислородной атмосферы Земли и родоночальники биосферы. Основные типы клеток: прокариотная - бактериальная, и эукариотные - растительная и животная. Механизмы осуществления основных функций, динамическое состояние растительной и животной клетки. Современные методы изучения клеток.
Организм как дискретная самовоспроизводящаяся структура, связанная обменными процессами со средой. Генетическая программа организма. Современные представления о геноме. Дифференциация и интеграция функций обеспечения целостности и гомеостаза у растений и животных, системная организация. Способность к самообучению и экстраполяции. Организм высших животных. Нервная и эндокринная системы как координаторы поведения и приспособления к среде. Языки и пути восприятия, хранения и передачи информации в организмах животных и растений. Молекулярные механизмы межклеточных взаимодействий. Иммунитет. Дифференциация клеток. Старение. Многообразие организмов.
5. Многообразие биологических видов - основа организации и устойчивости биосферы. Принципы систематики и таксономии. Методы установления биологического родства. Фундаментальные признаки биологической организации, определяющие разделение природы на царства. Типологические особенности представителей различных царств.
6. Разнообразие жизни на Земле. Макросистематика живых организмов. Прокариоты: бактерии, архебактерии, цианобактерии. Вирусы как особая форма организации материи. Эукариоты: простейшие; грибы (оомикота, зигомикота, асиомикота, базидиомикота); растения (водоросли, мхи, споровые, голосеменные, покрытосеменные); животные (губки, кишечнополостные, черви: плоские, круглые, кольчатые; членистоногие; моллюски; иглокожие; хордовые). Основные черты организации и роль в биосфере.
7. Сообщества. Трофические отношения между организмами. Продуценты, консументы, редуценты. Пищевые цепи, сети, пирамиды. Примеры организации сообществ организмов (биоценозов). Типы биологических отношений в сообществах: симбиоз, мутуализм, комменсализм, конкуренция, биотрофия. Конкуренция и сосуществование.
8. Экосистемы и биосфера. Живое и биокосное вещество, их взаимопроникновение и перерождение в круговоротах вещества. Трансформация энергии в биосистемах. Почва как биокосное тело. Динамическое состояние, факторы устойчивости экосистем, сукцессия. Функциональная целостность биосферы. Биосфера и космические циклы. Биологические ритмы. Необратимые изменения экосистем как следствие расхода ресурсов. Принципы математического моделирования и экологического прогноза.
9. Индивидуальное и историческое развитие живых систем. Биология индивидуального развития: основные типы необратимых процессов развития - деление клеток, рост, морфогенез и дифференциация - приводящие к образованию сложного многоклеточного организма из родительских воспроизводящих клеток. Реализация генетической информации в развитии. Дифференциальная экспрессия генов. Проблема программы индивидуального развития. Элементы теории самоорганизации применительно к индивидуальному развитию организмов. Биологическое время, биологический возраст. Теория "критич-еских периодов" и причины возникновения аномалий; влияние естественных и антропогенных факторов среды на размножение организмов и возникновение патологий развития.
10. Эволюция органического мира. 0Причины, механизмы и закономерности эволюции живых систем. Проблемы целесообразного устройства организмов, эволюционного прогресса, разнообразия биологических видов. Эволюционизм до Дарвина. ТеорииЧ. Дарвина, Э. Бауэра, Л. Берга, современное понимание механизмов эволюции органического мира. Генетические обоснования эволюционных процессов. Философское прочтение биологических эволюционных теорий: естественнонаучная, эзотерическая и религиозная картина мира. Универсальный эволюционизм и синергетика. Биологические методы исследования эволюционных процессов. Эволюция биосферы. Представления о ноосфере: В.И. Вернадский, П. Тейяр де Шарден. Место человека в эволюции Земли.
Человек
1. Физиологические особенности организма человека. Системная организация и обеспечение основных жизненных функций у животных и человека. Центральная и вегетативная нервная система. Сенсорные системы. Гуморальная регуляция. Гормоны и физиологически активные вещества. Гомеостаз и защитные системы человека. Иммунитет. Болезни иммунитета и качество среды обитания. Скрытые возможности человеческого организма, работоспособность и способы ее повышения. Стресс и тренировка. Адаптация. Здоровье и болезнь. Здоровое и патологическое потомство. Генетика человека. Факторы экологического риска: влияние на организм человека физических, химических, психологических факторов техногенной среды.
2. Психическое и соматическое начала в человеке: Лличность и организм. Положение человека в системе животного мира. Биологическое и социальное в современной концепции человека. Физиологические факторы формирования психики и поведения, основные принципы высшей нервной деятельности у животных и человека. Рефлекс и доминанта. Потребности и мотивы деятельности. Память. Эмоции. Речь и мышление. Сознательное и бессознательное в психике человека. Общение и коммуникация, социальное поведение у животных и человека. Человек и творчество. Многообразие человеческой популяции. Психофизиологические типы (конституции). Личность и общество. Биологически обоснованные потребности. Биоэтика и решение социальных проблем. Понятие среды обитания человека и определение ее качества.
3. Периодизация индивидуальной жизни. Продолжительность жизни: "большие биологические часы". Критические периоды жизни человека и их особенности. Понятие о биоритмах человека и их связи с космическими циклами. Факторы здоровья и долголетия, биологический возраст. Смерть и ее биологический смысл.
4. Химическое окружение человека. Ферментные системы организма, природные регуляторы жизнедеятельности и вмешательство в систему регуляции извне: лекарственные, токсические, наркотические вещества.
Основы экологии
1. Глобальный круговорот вещества и превращения энергии в природе. Динамическое равновесие газо- и водообмена. Роль живых организмов в биогеохимических циклах. Взаимодополнение растений и животных. Эффект "самоочищения". Преобразующее влияние живого на среду обитания.
2. Экосистемы. Понятие об экосистемах, их состав. Зависимость от среды обитания. Сбалансированность экосистемы. Поток вещества и энергии. Экологические пирамиды. Экологическое равновесие. Устойчивость и емкость экосистем. Эффект дублирования. Сукцессия. Биопродуктивность. Разнообразие экосистем, их основные типы в связи с типологией почв и ландшафтов. Климатические зоны и биомы.
3. Биоразнообразие как ведущий фактор устойчивости экосистем. Разнообразие видов, соответствующее различиям условий существования. Лимитирующие факторы. Популяции, их генофонд, структура. Понятие ареала вида. Динамическое равновесие численности популяций, их взаимодействие. Темпы видообразования и вымирания видов. Условия устойчивого существования популяций. "Волны жизни". Последствия сокращения видового разнообразия.
4. Биосфера. Структура биосферы, ее функциональная целостность. Роль массовых и малочисленных видов в обеспечении устойчивости биосферы. Эффект задержки ответной реакции. Возможен ли коллапс биосферы.
5. Антропогенное воздействие на природу. Прямое уничтожение. Изменение среды обитания. Перераспределение веществ. Воздействие на биогеохимические циклы. Призводство новых веществ. Экологическое значение процессов загрязнения природы, сокрещения естественных экосистем, перенаселения, урбанизации. Проблемы интенсификации сельского хозяйства. Возможные последствия потепления климата.
6. Экологические принципы рационального природопользования. Сохранение биоразнообразия. Сохранение естественных экосистем Создание сети навечно изъятых из хозяйственного использования территорий и акваторий. Сохранение пространственных связей между резерватами. Ограничение массового производства загрязняющих веществ. Ограничение энергозатрат. Поощрение мер по планированию семьи. Что может отдельный человек сделать для сохранения природы.
7. Глобальный экологический кризис и региональные кризисные ситуации. Использование огня и освоение залежей ископаемого топлива - ключевые этапы в истории воздействия человека на биосферу. Сжигание органического топлива как источник углекислого газа в атмосфере и причина возникновения "парникового эффекта"; потепление климата Земли, опасность таяния ледников и повышения уровня мирового океана. Мероприятия по предотвращению этих процессов. Кислотные дожди и закисление почв. Опасность кислотных дождей для растительного покрова. "Озоновая дыра", причины ее возникновения, опасность жесткого ультрафиолетового излучения и других лучевых космических факторов для здоровья человека. Влияние на гомеостаз и воспроизведение растений, животных и микроорганизмов. Возможности предотвращения дальнейшего разрушения озонового слоя. Демографический взрыв и проблемы ресурсов биосферы, возможности предотвращения истощения энергетических и трофических ресурсов. Радиоактивное загрязнение. Химические техногенные загрязнения, их виды. Проблемы утилизации бытовых и промышленных отходов. Перспективы и принципы создания не разрушающих природу технологий. Экологическая экспертиза, мониторинг и прогнозирование. Сценарии будущего человечества. Концепция экоразвития (“устойчивого развития”).
Заключение
Основные концепции, законы и перспективы развития биологии. Теоретическая биология. Биотехнология. Генная, клеточная, эмбриональная инженерия. Проблемы искусственной репродукции растений, животных и человека, методы биотехнологии в охране природы и здоровья человека. Концепция биоэтики и парадигма биоцентризма как основа перестройки взаимодействия общества и природы.