Конспект урока "Абиотические факторы среды"

Еремина Ирина Петровна, учитель биологии МОБУ «СОШ №1 с углубленным изучением математики, литературы и русского языка».

БИОЛОГИЯ

Класс 11

Биология. Общая биология. В.И. Сивоглазов,

И.Б. Агафонова, Е.Т. Захарова

– М.: Дрофа, 2012.

Базовый уровень

Тема урока: Абиотические факторы среды.

Общее количество часов, отведенное на изучение темы – 1

Урок №23

Цель урока: углубить и систематизировать представления обучающихся об абиотических факторах и их влиянии на живые организмы

Задачи урока: 1. Характеризовать абиотические факторы среды и изучить приспособленность организмов к этой группе экологических факторов.

2. Развитие навыков анализа, обобщения и интерпретации информации с целью объяснения влияния факторов на живой организм

3. Воспитание культуры умственного труда, мотивации к познанию.

Планируемые результаты: научиться характеризовать абиотические экологические факторы и объяснять адаптации живых организмов к их интенсивности и изменениям.

Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока: карточка с терминами (приложение №1), раздаточный материал (приложение №2,3)

Содержание урока:

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний.

3. Переход к новой теме. Постановка цели.

4. Изучение новой темы.

5. Закрепление.

6. Итог.

7. Домашнее задание.

Ход урока:

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний.

Индивидуальное задание по карточке:

Дать определения терминам: экология, диапазон выносливости, экологическая ниша, эврибионты, оптимум, стенобионты, лимитирующий фактор.

Опрос индивидуальный:

- Охарактеризуйте экологию как науку.

- Какие среды заселены живыми организмами? Чем они отличаются?

- Как классифицируют экологические факторы?

- Какие закономерности влияния экологических факторов существуют?

Объяснить кривую толерантности?

1. Переход к новой теме. Постановка целей урока.

Обязательным условием существования живых организмов является целый комплекс абиотических факторов. В свою очередь живые организмы оказывают серьезное влияние на неживую природу. Выделяют и поглощают газы, обогащают почву перегноем – примеров множество. Сегодня мы подробно обсудим влияние основных абиотических факторов на живой организм и выявим адаптации живых организмов к ним.

1. Изучение новой темы.

Среди абиотических факторов выделяют:

• Климатические (влияние температуры, света и влажности);

• Геологические (землетрясение, извержение вулканов, движение ледников, сход селей и лавин и др.);

• Орографические (особенности рельефа местности, где обитают изучаемые организмы).

Рассмотрим действие основных прямодействующих абиотических факторов: света, температуры и наличия воды. Температура, свет и влажность являются наиболее важными факторами внешней среды. Эти факторы закономерно изменяются как в течение года и суток, так и в связи с географической зональностью. К этим факторам организмы обнаруживают зональный и сезонный характер приспособления.

По ходу изучения темы заполняем таблицу «Адаптации к абиотическим факторам среды» (Приложение №2)

Температура — один из важнейших абиотических факторов внешней среды, влияющий на живые организмы. Температурные условия среды непосредственно влияют на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных ситуациях. Особенно заметное влияние оказывает температура на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность, размножение.

Большинство видов растений и животных приспособлены к довольно узкому диапазону температур. Оптимальный температурный режим находится в пределах от 15 до 30 градусов. Некоторые организмы, особенно в состоянии покоя или анабиоза способны выдерживать довольно низкие температуры. Средний диапазон температур находится в пределах от + 50 до – 50 в наземных местообитаниях и от + 2 до + 27 – в Мировом океане. Например, микроорганизмы выдерживают охлаждение до – 200, отдельные виды бактерий и водорослей могут жить и размножаться в горячих источниках при температуре + 80, +88. Существуют организмы с узким диапазоном выносливости перепадов температур (например, океанические рыбы - от -2 до +2).

Хорошо выдерживают колебания температур покоящиеся стадии организмов – цисты, куколки, семена и споры.

В зависимости от интенсивности обмена веществ различают организмы:

• с постоянной температурой тела (теплокровные, гомойотермные)

• с непостоянной температурой тела (холоднокровные, пойкилотермные).

Особенно чувствительны к изменению температур организмы с непостоянной температурой тела (беспозвоночные, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся).

Организмы с постоянной температурой тела (птицы, млекопитающие) обладают совершенными механизмами терморегуляции, теплоизоляции и высоким уровнем обмена веществ. Все это позволило птицам и млекопитающим сохранять активность при резких перепадах температур, освоить самые разнообразные места обитания.

Температура подвержена суточным и сезонным колебаниям, поэтому возник ряд адаптаций с этим связанных.

- Приведите примеры таких адаптаций.

Животные выработали приспособления для борьбы с охлаждением и перегревом. Например, с наступлением зимы растения и животные с непостоянной температурой тела впадают в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ у них резко снижается. При подготовке к зиме в тканях животных запасается много жира, углеводов, количество воды в клетчатке уменьшается, накапливаются сахара, глицерин, препятствующий замерзанию. Так морозостойкость зимующих организмов увеличивается.

В жаркое время года наоборот, включаются физиологические механизмы, защищающие от перегрева. У растений усиливается испарение влаги через устьица, что приводит к снижению температуры листьев. У животных усиливается испарение воды через дыхательную систему и кожу.

У животных, например слонов большая ушная раковина, по сравнению с его предком мамонтом, живущем в холодном климате. Ушная раковина, кроме основной функции, выполняет функцию терморегулятора.

У растений для защиты от перегрева появляется восковой налет, плотная кутикула.

Свет является одним их главных абиотических факторов. Солнечное излучение является основным источником энергии для всех процессов, происходящих на Земле. Для организмов важна длина волны воспринимаемого излучения, его продолжительность и интенсивность воздействия.

Практически вся энергия поступает на Землю в виде солнечного излучения, состоящего из видимого света, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.

Инфракрасные лучи – источник тепловой энергии.

Ультрафиолетовая часть спектра способствует образованию у животных и человека витамина D, у растений пигментов и витаминов.

Наиболее значима видимая часть спектра (ориентация в пространстве, фотосинтез).

По отношению к свету растения делят на:

• светолюбивые – имеют мелкие листья, сильно ветвящиеся побеги, много пигмента – хлебные злаки. Но увеличение интенсивности освещения сверх оптимального подавляет фотосинтез, поэтому в тропиках трудно получать хорошие урожаи.

• тенелюбивые – имеют тонкие листья, крупные, расположены горизонтально, с меньшим количеством устьиц.

• теневыносливые – растения способные обитать в условиях хорошего освещения, так и в условиях затенения

Животные, активность которых зависит от времени суток, бывают с

• дневным,

• ночным,

• сумеречным образом жизни.

Важную роль в регуляции активности живых организмов и их развитии играет продолжительность и интенсивность воздействие света – фотопериод. В умеренных широтах цикл развития животных и растений приурочен к сезонам года, и сигналом для подготовки к изменению температуры служит продолжительность светового дня, которая в отличии от других факторов всегда остается постоянной в определенном месте и в определенное время.

Фотопериодизм – это пусковой механизм, включающий физиологические процессы, приводящие к росту и цветению растений весной, плодоношению летом, сбрасыванию листьев осенью у растений. У животных к накоплению жира к осени, размножению животных, их миграции, перелету птиц и наступлению стадии покоя у насекомых. Например, у растений уменьшение длины светового дня и интенсивность освещения приводит к осеннему листопаду.

Движения растений связаны с реакцией на свет, например фототропизм. Экологическое значение – ассимилирующие органы стараются занять положение, при котором растение будет получать оптимальное количество света. Листья «отворачиваются» от избыточного света, а у теневыносливых видов, наоборот, «поворачиваются» к нему.

Свет для животных, в том числе и для человека, имеет в первую очередь информационное значение. Он необходим им для ориентации в пространстве. Уже у простейших организмов имеются в клетках чувствительные к свету органеллы. Пчелы своим танцем показывают собратьям путь полета к источнику пищи. Установлено, что фигуры танца (восьмерки) совпадают с определенным направлением по отношению к Солнцу. Доказана врожденная навигационная ориентация птиц, выработанная в процессе естественного отбора в течение длительной эволюции. При весенне-осенних перелетах птицы ориентируются по звездам и Солнцу. В водной среде широко распространена биолюминесценция – способность особей (рыбы, головоногие моллюски) светиться для привлечения добычи, особей противоположного пола, отпугивания врагов и т.д. У животных и одноклеточных организмов наблюдается перемещение в сторону наибольшей (положительный) или наименьшей (отрицательный) освещенности для достижения наиболее подходящего местообитания. Например, ночные бабочки летят на свет в поисках партнера.

Кроме сезонных, есть еще и суточные изменения режима освещенности, смена дня и ночи определяет суточный ритм физиологической активности организмов. Важное приспособление, которое обеспечивает выживание особи – это своего рода «биологические часы», способность ощущать время.

Влажность.

Вода необходима для жизни всем живым организмам, так как является средой для биохимических процессов в клетке, способствует транспорту веществ в организме, выведению продуктов обмена, терморегуляции.

Вода является ограничивающим фактором для растений и животных, определяет характер флоры и фауны данной местности. Избыток влаги в почве приводит к заболачиванию почвы и появлению болотной растительности. Широколиственные леса сменяются мелколиственными, затем лесостепной растительностью, далее низкотравьем, и пустынной. Осадки в течении года могут выпадать неравномерно, живым организмам приходится переносить длительную засуху. Интенсивность растительного покрова, а так же интенсивное питание копытных животных зависит от сезона дождей.

- Какие адаптации растений и животных позволяют им выживать в засушливое время года или при переувлажнении?

Например, у растений – развита мощная корневая система, утолщена кутикула листа, листовая пластинка уменьшена или превращена в иголки и колючки. У саксаула фотосинтез идет зеленой частью стебля. Рост в период засухи у растений прекращается. Кактусы запасают влагу в расширенной части стебля, иголки вместо листьев уменьшают испарение. Растения – эфемеры к началу лета, после кратковременного цветения, могут сбрасывать листья, отмирать наземные части и так переживать период засухи. При этом до следующего сезона сохраняются луковицы, корневища.

У животных тоже появились приспособленности, позволяющих переносить недостаток влаги. Мелкие животные – грызуны, змеи, черепахи, членистоногие – добывают влагу из пищи. Источником воды может стать жироподобное вещество, например у верблюда. В жаркое время некоторые животные – грызуны, черепахи впадают в спячку, продолжавшуюся несколько месяцев.

По отношению к воде растения делят:

• Гидрофиты: водные растения, повышенной влажности

• Гигрофиты: околоводные растения, наземно-водные

• Мезофиты: наземные растения

• Ксерофиты: растения сухих и очень сухих мест, обитают в местах снедостаточным увлажнениям, могут переносить непродолжительную засуху

• суккуленты – сочные, накапливают воду в тканях своего тела

По отношению к воде животных делят:

• влаголюбивые животные

• промежуточная группа

• сухолюбивые животные

Живые организмы выработали ряд адаптаций к комплексу абиотических факторов.

При всем многообразии форм и механизмов адаптаций живых организмов к воздействию неблагоприятных факторов среды их можно сгруппировать в три основных пути: активный, пассивный и избегание неблагоприятных воздействий.

Активный путь – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных способностей, дающих возможность пройти жизненный цикл и дать потомство, несмотря на отклонения условий среды от оптимальных. Этот путь свойствен теплокровным организмам, но проявляется и у ряда высших растений (ускорение темпов нарастания-отмирания побегов, корней, быстрое цветение).

Пассивный путь – подчинение жизненных функций организма внешним условиям. Заключается в экономном использовании энергетических ресурсов при ухудшении условий жизни, повышении устойчивости клеток и тканей. Проявляется в снижении интенсивности обменных процессов, замедлении скорости роста и развития, летнем сбрасывании листьев, минимизации растений. Выражен у растений и холоднокровных животных, у млекопитающих и птиц (только у некоторых видов, обладающих способностью впадать в спячку).

Избегание неблагоприятных условий среды – характерно для всех живых существ. Прохождение жизненных циклов в наиболее благоприятное время года (активные процессы – в вегетационный сезон, зимой – состояние покоя). Для растений – защищенность почек возобновления и молодых тканей снежным покровом, подстилкой; отражение солнечных лучей.

У животных тоже несколько состояний покоя. Спячка – летняя – из-за высоких температур и дефицита воды, зимняя – из-за холода. Не всегда у млекопитающих во время зимнего сна замедляются обменные процессы – у бурых и белых медведей зимой рождаются детеныши. Анабиоз – состояние организма, при котором жизненные процессы настолько замирают, что признаки жизни отсутствуют. Организм обезвоживается и потому может переносить очень низкие температуры. Анабиоз характерен для спор, семян, высохших лишайников, муравьев, простейших одноклеточных.

Все животные активно перемещаются в места с более благоприятными температурами (в жару – в тень, в холодные дни – на солнце), скучиваются или рассредоточиваются, во время спячки скручиваются клубком, выбирают или создают убежища с определенным климатом, проявляют активность в определенное время суток.

Исторически приспосабливаясь к абиотическим факторам среды, вступая во взаимоотношения, друг с другом, растения, животные и микроорганизмы распределяются в пространстве по различным экологическим нишам, формируя самые разнообразные экосистемы (биогеоценозы), в конечном итоге объединяющиеся в биосферу Земли.

1. Закрепление знаний.

Презентация заполненных таблиц «Адаптации к абиотическим факторам среды» (2-3 учащихся) или взять 2-3 тетради на проверку.

Работа с текстом в паре. Познакомьтесь с текстом и ответьте на вопросы к тексту. (Приложение №3).

1. Итог урока. Рефлексия.

Вывод: на все живые организмы, т.е. на растения и животных действуют абиотические факторы среды, особенно значимы температура, свет и влажность. При отклонении интенсивности действия фактора от оптимального, у живых организмов возникают соответствующие адаптации.

- Что в изученной теме показалось интересным или удивило?

- Как можно ис­поль­зо­вать зна­ния о вли­я­нии абио­ти­че­ских фак­то­ров на прак­ти­ке?

7. До­маш­нее за­да­ние. П.5.2.

*Найти материал о влиянии других абиотических факторов на организмы и презентовать материал на уроке (сообщения, презентации).

Приложение №1

Карточка №1.

Дайте определения терминам:

экология, диапазон выносливости, экологическая ниша, среда, эврибионты, оптимум, стенобионты, лимитирующий фактор.

Приложение №2

Заполнение таблицы «Адаптации к абиотическим факторам среды»

Приложение №3

Текст №1.

Кто  такие  сумеречные животные?

Большинство из нас знакомы с двумя  периодами активности растений и животных: ночь и день. Ночные животные и птицы, такие  как,  летучие мыши, совы активны ночью, а  дневные животные, такие как люди (мы также иногда ведем себя как животные) активны в течение дня. Но есть и другая  категория животных,  которых называют сумеречные животные.

Сумеречное животное, как следует из его названия, активно, в первую очередь, на рассвете и  перед закатом, то есть в сумерки.  Некоторые из сумеречных животных выбирают эти часы для активности, чтобы избежать встреч с хищниками.   Большинство хищников наиболее активны днем или ночью, поэтому, например, такие животные, как кролики, которые являются добычей для бесчисленных хищников, активны в сумеречные часы, когда плотоядные уже устали от ночной охоты, или только просыпаются для дневной охоты. Кроме того, хищникам  сложнее увидеть свою добычу в это время, потому, что их зрение приспособлено или к темноте, или к дневному свету. Это дает травоядным еще один шанс избежать встречи с хищником и выжить.

В жарких районах, есть еще одна причина для сумеречной деятельности: это позволяет животным быть активными, в часы, когда температура для них наиболее комфорта. Например, животные пустыни могут избежать жары полудня и полночного холода, будучи активными на рассвете и перед закатом.

Некоторые виды животных могут перейти от дневного образа жизни к  сумеречной активности вследствие экологических факторов, прежде всего, чтобы избежать человеческой деятельности (движение транспорта, строительные, лесозаготовительные работы, туризм и так далее).  Некоторые «хитрые» хищники становятся сумеречными охотниками, чтобы избежать конкуренции с другими  плотоядными  животными.  Например, сова может начать охотиться перед закатом, когда другие ночные хищники еще спят.

Сумеречных  животных разделяют  на утренних, которые наиболее активны утром и вечерних, которые наиболее активны перед закатом.

Домашняя кошка является отличным примером сумеречного животного. Сумеречные животные, как и ночные,  почти или совсем не различают цветов, поэтому, считается, что у кошек монохромное зрение.

В дикой природе к сумеречным животным относятся кролики, олени, некоторые виды летучих мышей, медведи, кенгуру, скунсы, рыси, опоссумы, козодои (вид птиц) и многие  другие виды.

Познакомьтесь с текстом и ответьте на вопрос:

- Каковы причины различной суточной активности животных?

Выпишите примеры животных с разной суточной активностью.

Текст №2.

По отношению к влаге выделяют следующие группы высших растений: высшая водная растительность, влаголюбивые и засухоустойчивые.

• Высшая водная растительность — это растения, которые полностью или частично растут в воде (элодея, ряска, кувшинки) и вне водной среды существовать не могут.

• Влаголюбивые растения существуют в условиях повышенной влажности на болотах, влажных почвах тенистых лесов и т.д. (росянка, кукушкин лен, бальзамин).

• Засухоустойчивые растения населяют засушливые места и способны переживать сухие периоды (ковыль, типчак, кактусы).

У высших растений засушливых местообитаний корневая система или способна проникать на значительную глубину (сосна обыкновенная, верблюжья колючка), что позволяет использовать подпочвенные воды, или хорошо разветвленная в поверхностных слоях почвы (кактусы), что обеспечивает эффективное впитывание влаги из значительной площади при кратковременных дождей. У них уменьшается площадь листовых пластинок, утолщается кутикула, уменьшается количество устьиц, часто листья видоизменяются на иглы, чешуйки и т.п., а функцию фотосинтеза берет на себя зеленый стебель (кактусы, верблюжья колючка). Некоторые многолетние растения способны накапливать влагу в листьях (алоэ, молодило) или стеблях (кактусы) и затем ее экономно расходовать (есть кактусы, способные запасать до 3 т воды).

Многолетние травянистые растения переживают засушливый период в виде подземных видоизмененных побегов (корневищ, луковиц), тогда как их надземная часть отмирает. Деревья и кусты уменьшают испарение в засушливый период, сбрасывая листья.
Промежуточное положение между влаголюбивыми и засухоустойчивыми принадлежит растениям, которые растут в условиях достаточной, но не избыточной увлажненности почв и могут выдерживать непродолжительную засуху: ясень, клен, дуб и т.д..

В зависимости от обеспеченности растения водой и влагой выделяют следующие группы растений:

• Гидатофиты - это растения, большая часть площади которого (или даже все растение целиком) находятся в воде. К ним относятся рдесты, кувшинки, кубышки, элодея (водяная чума) и т.д.

• Гидрофиты - это растения, начинающий свой жизненный цикл в воде, но со временем стебли и листья которого покидают пределы воды. К ним относятся частуха, тростник, рис и т.д.

• Гигрофиты - это растения, живущие на сильно увлажненных почвах. К ним относятся многие виды папоротников, чаровница (цирцея), адокса, болотный подмаренник и т.д.

• Мезофиты - это растения, живущие на достаточных (не влажных и не сухих) почвах. К ним относятся большинство лесных и луговых трав, цветов, кустарников и деревьев:  липа, береза, лещина, крушина, клевер, тимофеевка, костер, луговая овсяница ит.д.

Познакомьтесь с текстом и ответьте на вопрос:

- Как морфологические особенности растений связаны с обеспеченностью растений влагой?

Выпишите примеры растений разных экологических групп.

Познакомьтесь с текстом и ответьте на вопрос:

- Назовите преимущества и недостатки теплокровности и холоднокровности. Как обеспечивается теплокровность? Приведите примеры теплокровных и холоднокровных животных.