Раздел 1 Молекулярный уровень организации живой материи

ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ

Кафедра «Экология и экономика природопользования»

Н.Е. Степанова

Учебное пособие

по дисциплине «Экология»

Волгоград

Волгоградский ГАУ

УДК 502

ББК -20.1

У-91

Рецензенты:

Член.корр., доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

директор Волгоградского филиала ГНУ ВНИИГиМ В.В. Бородычев,

доцент кафедры «КИВР и Э», к.с.х.н., заведующий отделом управления качества образования ВолГАУ Кирносов Р.С.

У-91 Учебное пособие по дисциплине «Экология» / Н.Е. Степанова. – Волгоград: ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2015. – 96 с.

Представлен теоретический материал и задачи по основным разделам дисциплины, а также задания для выполнения контрольной работы для студентов заочного обучения.

Для бакалавров по направлению 20.03.01 «Техносферная безопасность» и специалистов по направлению 20.05.01 «Техносферная безопасность» всех форм обучения.

Рекомендовано методической комиссией эколого-мелиоративного факультета ФГБОУ ВО Волгоградского ГАУ (протокол № 2 от 21 сентября 2015 г.).

УДК 502

ББК 20.1

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ………………………………………………………………………………………………..4

Раздел 1 Молекулярный уровень организации живой материи…………………………………….4

Раздел 2 Факториальная экология…………………………………………………………………….6

Раздел 3 Демэкология…………………………………………………………………………………..7

Раздел 4 Синэкология…………………………………………………………………………………..9

Раздел 5 Аутэкология…………………………………………………………………………………..11

5.1 Наземно-воздушная среда жизни и ее абиотические факторы …………………………11

5.2Водная среда жизни и ее абиотические факторы…………………………………………23

5.3 Почва, как среда обитания и ее абиотические факторы…………………………………28

5.4 Живые организмы, как среда обитания……………………………………………………31

5.5 Биотические факторы среды……………………………………………………………….34

Раздел 6 Учение о биосфере…………………………………………………………………………….43

6.1 Биогеохимические циклы основных химических элементов в биосфере……………...43

6.2 Биотестирование и биомониторинг окружающей среды………………………………..50

Раздел 7 Лабораторные работы…………………………………………………………………………51

7.1 Оценка состояния окружающей среды по наличию, обилию и разнообразию видов лишайников (лихеноиндикация)……………………………………………………………….51

7.2 Определение площади листьев у древесных растений в загрязненной и чистой

зонах……………………………………………………………………………………………..53

7.3 определение поражения и омертвления тканей листа при антропогенном загрязнении окружающей среды: а) по проценту пораженной ткани; б) по диагностике живых и мертвых тканей……………………………………………………………………………………………55

7.4 Определение состояния окружающей среды по комплексу признаков у хвойных…...56

7.5 Обследование состояния придорожных посадок древесных растений на центральных улицах города (1); в защитных зонах предприятий, работающих на органическом топливе (2)….58

7.6 определение состояния окружающей среды в прошлые годы по радиальному приросту древесных растений…………………………………………………………………………….59

7.7 Методы биотестирования качества природных и сточных вод: а) с рачком дафния магна; б) с ряской и элодеей………………………………………………………………………………..61

Вопросы к экзамену……………………………………………………………………………………65

Задачи по разделам и модулям…………………………………….......................................................67

Задание для выполнения контрольной работы (для заочников)……………………………………93

Теоретические вопросы для выполнения контрольной работы…………………………….93

Выбор задания для выполнения контрольной работы………………………………………94

Образец титульного листа контрольной работы……………………………………………..95

Используемая литература………………………………………………………………………………95

Технологическая карта распределения баллов текущего контроля по дисциплине

«Экология»……………………………………………………………………………………………...96

ВВЕДЕНИЕ

Экология как наука

Предмет и задачи экологии. Структура экологии. Методы исследования, используемые в экологии. Значение экологии на современном этапе развития человечества. Законы Коммонера.

Экология – это наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Организмы не могут существовать изолированно, они образуют определенные сообщества – популяции, биоценозы, экосистемы. Эти надорганизменные системы также являются предметом экологии.

Основные разделы экологии: общая экология, факториальная экология, демэкология, аутэкология, или экологии отдельных организмов, популяционной экологии и синэкологии, или экологии сообществ, учение о биосфере. Каждый раздел экологии имеет собственные задачи и методы исследования.

Современное человечество, вооруженное техникой и использующее огромное количество энергии, является очень мощной силой, воздействующей на природу Земли. Если эти воздействия не учитывают природных законов и разрушают установившиеся за миллионы лет связи, возникают катастрофические последствия. Люди уже столкнулись с целым рядом проблем, вызванных их деятельностью, и обеспокоены тенденцией нарастания неустойчивости природных систем.

Экология в настоящее время приобретает особое значение как наука, позволяющая найти пути выхода из возникающего кризиса. Только изучив существующие в природе закономерности, можно понять каким образом следует организовывать собственные отношения со средой обитания, по каким принципам развивать и использовать технический потенциал человечества.

Американский эколог Б. Коммонера сформулировал четыре глобальных экологических закона, которые действуют в сфере взаимоотношений социальной и биологической среды. Эти законы таковы: «Все связано со всем», «Все должно куда-то деваться», «Природа знает лучше», «Ничто не дается даром».

Раздел 1 Молекулярный уровень организации живой материи

Структура ДНК и РНК

1) Генетическая информация, содержащаяся в ДНК и РНК, заключена в последовательности расположения нуклеотидов в молекулах. Суть кода заключается в том, что последовательность расположения нуклеотидов в ДНК и РНК определяет последовательность расположения аминокислот в белках. Этот код называют генетическим. Его расшифровка – одно из великих достижений науки. Носителем генетической информации является ДНК, а непосредственное участие а синтезе белка принимает РНК – копия одной из нитей ДНК.

Молекула ДНК состоит из: 1) Дисоксирибозы; 2) Остатка фосфорной кислоты; 3) Азотистого основания: А-аденин, Г-гуанин, Ц-цитозин, Т-тимин.

Молекула РНК: 1) Рибоза; 2) Остатка фосфорной кислоты; 3) Азотистого основания: А-аденин, Г-гуанин, Ц-цитозин, У - урацил.

Функция в клетке: ДНК- хранитель наследственной информации; РНК – транспортная принимает участие в синтезе белка.

Особенность строения: ДНК – двойная спираль; РНК – одинарная спираль.

Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной цепи лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено азотистое основание Ц. Схематически:

А –Т

Т – А

Г – Ц

Ц – Г (эти пары называют комплементарными – т.е. дополняющие друг друга)

2)Теперь мы достраиваем вторую цепь молекулы ДНК, по принципу комплиментарности

АЦА/ЦЦТ/ЦАТ/ГАГ/ТЦЦ

ТГТ/ГГА/ГТА/ЦТЦ/АГГ ДНК

АЦА/ЦЦУ/ЦАГ/ГАГ/УЦЦ РНК

3) Цепочку РНК достраиваем с учетом того, что вместо Т ставим У – урацил.

4) В природе существует трехбуквенный или триплетный код, когда каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью 3 нуклеотидов, т.е. триплетом. При помощи таблицы в методичке делим молекулы по 3 нуклеотида и расшифровываем.

Почти каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (кодирующие триплеты АЦЦ и т.д.)

5) Код однозначен. Каждый триплет шифрует только одну аминоксилоту.

6) Код универсален и един для всех живущих на Земле существ. У бактерий и грибов, злаков и мхов, муравья и лягушки, окуня и пеликана, черепахи, лошади и человека одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты.

Генетический код – это единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов.

Генетика – биологическая наука, изучающая наследственность и изменчивость организмов.

Свойства генетического кода: 1) как мы уже сказали триплетность – это когда каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами. Один триплет, кодирующий одну аминокислоту, называют кодоном; 2) однозначность – один триплет кодирует строго одну аминокислоту; 3) вырожденность (избыточность) – одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами. Исключение составляют метионин и триптофан; 4) универсальность – аминокислоты кодируются одними и тем же кодонами у всех живых организмов; 5) генетический код не перекрывается, триплеты в ДНК и РНК располагаются строго друг за другом.

Репликация – от латинского слова повторение, процесс воспроизведения подобной структуры. Воспроизведение макромолекул нуклеиновых кислот (ДНК), точно копирующая генетическую информацию с последующей передачей по наследству.

Мутации.

Генетика пола – хромосомный комплекс мужчин и женщин не одинаков, они различаются по одной паре хромосом, ее назвали половыми хромосомами. Набор хромосом у мужчин и женщин составляет 46, 44 – совершенно одинаковые А - аутосомы, Х- икс непарная отсутствующая у другого пола, У – игрек, также отсутсвующая у другого пола. Хромосомный набор женщины соавтляет 44А+ ХХ; мужчины – 44А +ХУ. Любое изменение в наборе хромосом ведет к мутациям или любое нарушение генетического кода называют мутациями.

Задание

Вариант -1

Определить порядок аминокислот синтезируемого белка, если на участке одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: АЦАГАТАТГТЦЦЦЦА

Вариант -2

Определить порядок аминокислот синтезируемого белка, если на участке одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: ГЦАТЦЦТАТГГАТТТ.

Таблица 1 – Генетический код (триплеты) и РНК, соответствующие 20 аминокислотам

Первый нуклеотид	Второй нуклеотид	Третий нуклеотид
У	Ц	А	Г
У	У Ц А Г	фенилаланин серин тироизин цистеин	фенилаланин серин тироизин цистеин	лейцин серин лейцин бессмысл.	Лейцин Серин Лейцин триптофан
Ц	У Ц А Г	лейцин пролин гистидин аргинин	лейцин пролин гистидин аргинин	лейцин пролин глутамин аргинин	лейцин пролин глатамин аргинин
А	У Ц А Г	изолейцин треонин аспаргин серин	аланин треонин аспаргин серин	метионин треонин лизин аргинин	метионин треонин лизин аргинин
Г	У Ц А Г	валин аланин аспарагиновая к-та глицин	валин аланин аспарагин глицин	валин аланин глутаминовая к-та глицин	валин аланин глутамин глицин