Школа 17 Полысаево

Биология и экологические проблемы.
Программно-методическое сопровождение курса по выбору.
9-й класс

Слободчикова Татьяна Васильевна,
учитель биологии
МОУ школы 17 г. Полысаево.

Пояснительная записка

Курс по выбору “Биология и экологические проблемы” рассчитан на 9 занятий, 1 час в неделю.

– углубить и систематизировать знания учащихся об источниках загрязнения окружающей среды;
– овладеть навыками и умениями природоохранного характера;
– развивать умения наблюдать, сравнивать, делать выводы на основе результатов исследований;
– расширить познавательную активность учащихся;
– формировать нравственное сознание, ответственное отношение к природной среде и желание участвовать в природоохранной работе.

Предлагаемые в программе занятия содержат эксперименты, наблюдения, лабораторно-практические работы по изучению динамики сельскохозяйственных, городских и промышленных экосистем и их составных частей. Варианты заданий основываются на изучении морфологических и анатомических изменений, происходящих в органах растений под влиянием загрязнения атмосферы. Задания носят исследовательский характер, включают различные объекты, не требуются большого количества времени, выполняются группой, могут быть использованы в качестве летних заданий для учащихся.

Данный курс обеспечен лабораторным оборудованием, заранее приготовленным природным материалом.

В процессе обучения учащиеся приобретают следующие конкретные умения:

– работать с простейшим лабораторным оборудованием;
– выполнять лабораторные опыты;
– проводить наблюдения за ростом и развитием растений;
– осуществлять исследовательскую деятельность.

Программа

1. Влияния загрязнения атмосферы на рост и развития растений. (1 ч). Фенологические наблюдения. Фенологические фазы.

2. Продуктивность древесных растений как показатель их адаптации к различным условиям среды обитания. (1 ч). Условия произрастания растений.

3. Зависимость размеров листьев от степени загазованности атмосферы. (1 ч). Листовая пластинка. Весовой метод.

4. Длина хвои вечнозеленых растений как показатель приспособленности к различным условиям среды обитания. (1 ч). Некрозы. Определение длины хвои.

5. Определение газоустойчивых видов растений, пригодных для озеленения города. (1 ч). Видовой состав деревьев и кустарников.

6. Экскурсия. Парковая архитектура. Экспресс-оценка загрязнения воздуха по лишайникам. (1 ч). Лишайники. Виды лишайников. Экспресс-оценка загазованности атмосферы по лишайникам.

7. Сравнительная характеристика природной и искусственной экологических систем (смешанного леса и городского парка). (1 ч). Эстетическое состояние древостоя.

8. Экологические особенности рудеральных и сорных растений. (1 ч). Рудеральные растения. Сорные растения.

9. Итоговое занятие. Загрязнение окружающей среды. Экологические проблемы общества. (1 ч). Экологические проблемы. Источники загрязнения. Экологические ошибки человека.

Фрагменты занятия 1. “Влияние загрязнения атмосферы на рост и развитие растений”

Задачи: научить проводить наблюдение фенологических фаз, сравнивать фенологические фазы различных природных комплексов; прививать интерес к профессии биолога; воспитывать любовь к природе.

Зависимость роста и развития растений от экологических условий наглядно показывает анализ результатов фенологических наблюдений. Исследованиями ученых установлено, что у большинства растений, произрастающих в условиях загазованности, набухание и распускание почек, цветение наступает на несколько суток (до 10) раньше, чем у контрольных.

При этом цветение недружное, слабое, газами повреждаются части цветка, часто происходит засыхание завязи после цветения. В условиях высокой загазованности из-за сильных ожогов газами многие растения постепенно теряют листву на протяжении всей вегетации, начиная с июня. Степень загазованности сильно влияет на сроки осенней раскраски листьев и листопада. Сравнительный анализ результатов фенологических наблюдений показывает, что загазованность местообитаний вызывает не только сдвиг фенофаз, но и значительное сокращение их продолжительности. Общая продолжительность вегетационного периода на 10-25 суток короче, чем у контрольных растений.

Общие требования к проведению экспериментов

Как показали исследования ученых, восприимчивость многих видов растений к воздействию токсических веществ значительно выше, чем у человека и животных. Главной причиной этого является фотосинтетическая деятельность, в ходе которой растениями поглощается не только углекислый газ, но и вредные газы. В создавшейся новой экологической обстановке растения выполняют важную гигиеническую роль. Выбросы вредных веществ в атмосферу сосредоточены в основном в промышленных районах, у котельных, тепловых электростанций, автомобильных дорог.

Для проведения экспериментов необходимо отобрать модельные деревья или травянистые сообщества. Деревья должны быть сравнительно одного возраста и развития (15-20 лет). Опытными считаются деревья, произрастающие в местах сильного загрязнения атмосферы вблизи городов, котельных, ТЭЦ, автодорог. Для контроля выбирают деревья из относительно чистых мест обитания – в окрестностях населенного пункта, защищенных от действия газов. Выбранные модельные деревья необходимо обязательно отметить этикеткой. Все измерения надо проводить, по возможности, на одних и тех же ветках в средней части кроны с южной или западной стороны дерева. Повторность измерений 9-10-кратная. Полученные данные надо заносить в рабочую тетрадь, а в таблицу помещать вычисленные средние результаты. По окончании работы надо провести статистическую обработку результатов и составить экологический прогноз.

При изучении травянистых сообществ намечают по 3-5 пробных площадок одинакового размера (по одному квадратному метру), определяют видовой состав, количество особей каждого вида, ярусность, фенофазу, проективное покрытие.

1. Провести фенологические наблюдения над листопадными древесными культурами, произрастающими на школьном дворе (в парке, сквере, в окрестностях населенного пункта), – это контроль и у автодороги (завода, котельной и т.д.) – это опыт.

2. Сравнить время наступления фенологических фаз и их продолжительность у опытных и контрольных растений.

Название растений	Место произрастания	Сроки наступления фенофаз
		набухание почек	распускание почек	цветение	пожелтение листьев	листопад

Фрагменты занятия 3. “Зависимость размеров листьев от степени загазованности атмосферы”

Задачи: научить по внешнему виду листа определять степень загазованности атмосферы; познакомить с весовым методом; учить логически мыслить.

Изучение морфологических особенностей листьев даст отчетливую количественную характеристику изменений, возникающих под влиянием загрязнения воздуха. В период роста листья проявляют высокую чувствительность к действию токсических газов. Угнетение роста листьев находится в прямой зависимости от степени загазованности местообитания: чем выше загрязнение воздуха, тем меньше площадь листа.

На ранней стадии роста размеры листьев отличаются незначительно. Затем, по мере накопления в листьях токсических веществ, происходит торможение роста листовой пластинки. Под влиянием загазованности верхушки и края листьев обжигаются, периферическая часть листа перестает расти. В дальнейшем листовая пластинка увеличивается за счет роста клеток основания и средней части листа, происходит сильная деформация листовой пластинки и образуются листья выпуклой и вогнутой формы. К моменту окончания ростовых процессов площадь поврежденных листьев меньше, чем у контрольных на 40-50%.

Для того, чтобы более наглядно это продемонстрировать, необходимо не просто сравнить листья визуально, а определить и сравнить их площади.

Определение площади листовой пластинки можно провести несколькими способами. Наиболее простой – весовой метод. Для его осуществления необходимо иметь тонкую бумагу и точные весы (аналитические, аптечные). На тонкой бумаге надо разложить листья, обвести их, получив контуры. Затем контуры вырезать. Из такой же бумаги вырезать квадрат площадью 100 квадратных сантиметров (10x10 см). Взвешивают квадрат из бумаги и отдельно контур каждого листа.

Площадь исследуемого листа находят по формуле:

где а – масса контура листа в мг;
b – масса бумажного квадрата в мг;
с – площадь бумажного квадрата в см²;
s – площадь листа в см².

Метод высечек. Отбирают 5 листьев и быстро определяют их массу, затем из каждого листа пробочным сверлом определенного диаметра выбивают несколько высечек, объединяют их вместе и устанавливают их массу. Площадь листьев устанавливают по формуле:

где а – общая масса сырых листьев в г;
b – общая масса сырых высечек в г;
с – общая площадь высечек см².

1. В июле отобрать с контрольных и опытных модельных деревьев по 5-10 листьев. Определить их физиологическое состояние, сделать рисунки.
2. Определить площади отобранных листьев, сравнить значение площадей листьев контрольных и опытных растений.
3. Заполнить таблицу и сделать выводы.

Название растений	Место произрастания растения	Физиологическое состояние	Площадь листа в см²	Рисунок листа

Некрозы – отмирание ограниченных участков тканей. Сначала повреждается нижний эпидермис, затем клетки мезофилла. При одинаковом воздействии токсиканта сильнее повреждаются молодые листья (краевые некрозы, тип “рыбьего скелета”), чем старые (точковые некрозы). Происходит изменение цвета листьев, затем они буреют (у деревьев) или становятся совершенно белыми (часто у тюльпанов, гладиолусов, лука, злаков) или на листьях остаются разрывы, похожие на погрызы насекомых.

Фрагменты занятия 4. “Длина хвои вечнозеленых растений как показатель приспособленности к различным условиям среды обитания”

Задачи: научить учащихся определять некрозы у хвои; научить выяснять на конкретных хвойных деревьях, как долго сохраняется хвоя и как изменяется её длина в различные годы под влиянием загрязнения.

Длину хвои голосеменных растений определяют с помощью линейки с точностью до 0.1 см. В зависимости от места произрастания на сосне обыкновенной хвоя сохраняется от трех до пяти лет, на побегах ели от пяти до десяти лет. На конкретных модельных деревьях можно выяснить, как долго сохраняется хвоя и как изменяется ее длина в различные годы под влиянием загрязнения.

1. Отобрать по 3-5 хвоинок с веток средней части кроны с побегов разных лет, поместить их в разные конверты (отдельно с контрольных и опытных деревьев).

2. Измерить длину хвои сосны (ели, пихты) по годам, данные занести в рабочую таблицу.

3. Визуально определить физиологическое состояние хвои и характер повреждений (рисунок в приложении).

Название растений	Место расположения	Длина хвои по годам (см)					Физиологическое состояние
		1990	1994	1997	2000	2003

Хвоя сосны обыкновенной очень чутко реагирует на присутствие в воздухе оксидов серы, поэтому это растение часто используют для пассивного мониторинга загрязнения атмосферы. Даже при незначительном содержании оксидов серы в воздухе на кончиках хвоинок появляются темные пятна – это некрозы (т.е. отмершие участки тканей). Они появляются обычно весной сразу после образования хвои, а затем увеличиваются незначительно. На продуваемых местах некрозы больших размеров, чем в густом насаждении. В загазованной атмосфере хвоя сохраняется 1-2 года и становится очень редкой. Существует специальная шкала определения степени некрозов и продолжительности жизни хвои сосны обыкновенной.

В дополнение к предыдущему заданию можно определить степень повреждения сосновой хвои токсическими газами и ее сохранность, нанести эти данные на карту района, города или план местности, таким образом, выявив зоны газодымового стресса. Затем составить карту-схему распространения газодымовых выбросов на территории населенного пункта.

Формы некрозов и продолжительность жизни сосновой хвои