Экология растений - Учебно

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных
технологий
Кафедра ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры
Алексеева Н. А.
ЭКОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 03.02.08 Экология (биология)
очной и заочной форм обучения
Тюменский государственный университет
2011
1
Алексеева Н.А. Экология растений. Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для аспирантов специальности 03.02.08 Экология
(биология) очной и заочной форм обучения. Тюмень, 2011, 9 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГТ к
структуре основной профессиональной образовательной программы
послевузовского профессионального образования (аспирантура). Рабочая
программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Экология растений
[электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой ботаники, биотехнологии и
ландшафтной архитектуры. Утверждено и.о. проректора - начальника
управления по научной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой ботаники,
биотехнологии и ландшафтной архитектуры, д.с.-х.н., профессор Н.А. Боме
© Тюменский государственный университет, 2011.
© Алексеева Н.А., 2011.
2
1.
Пояснительная записка
1.1.
Цели дисциплины – изучение закономерностей взаимоотношений между
растениями и средой их обитания.
Задачи курса:
1) изучить закономерности воздействия экологических факторов на растительный
организм;
2) сформировать понятие об экологической гетерогенности популяций растений;
3) дать понятие о растительных сообществах, их структуре, месте и роли фитоценозов в
биогеоценозах;
изучить факторы, влияющие на устойчивость и динамику
фитоценозов.
1.2.
Место дисциплины в структуре ООП: дисциплина по выбору.
Содержание программы базируется на ботанических и биологических знаниях,
раскрывает представление об экологии растений на более глубоком уровне. Данная
дисциплина связана с курсами «Популяционная экология», «Общая экология»,
«Системная экология», которые читаются в текущем и последующих семестрах.
1.3. Требования к результатам освоения дисциплины. Процесс изучения
дисциплины направлен на формирования следующих компетенций:
- умение демонстрировать и применять базовые представления об основах экологии
растений; применять методические основы проектирования и выполнения лабораторных и
полевых биологических и экологических исследований;
- умение следовать этическим и правовым нормам в отношении других людей и в
отношении к природе (принцип биоэтики), формирование четкой ценностной ориентации на
сохранение природы и охрану прав и здоровья человека;
- умение проявлять экологическую грамотность, готовность нести ответственность за
свои решения.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
- знать механизмы воздействия факторов среды на организм и основные
закономерности взаимоотношений организма со средой; особенности структуры
ценопопуляций; принципы формирования и функционирования фитоценозов;
- уметь применять полученные знания в практической и исследовательской
деятельности; работать с микроскопической техникой, информационными источниками
(каталогами, литературными данными), планировать исследование и интерпретировать
результаты;
- владеть навыками и методами исследований влияния среды на растительные
организмы, популяции и фитоценозы (сравнительно-анатомический, сравнительноморфологический; наблюдение, описание, классификация фитоценозов и др.).
2.
Трудоемкость дисциплины.
Семестр четвертый. Форма промежуточной аттестации - зачет. Общая трудоемкость
дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа (из них лекций – 12 часов, практических
занятий – 10 часов).
3
3. Тематический план
Таблица 1
Тема
1
Влияние экологических факторов
на растительный организм.
28
4
6
18
3
2
Экологическая гетерогенность
фитопопуляций.
18
2
2
14
2
3
Растительные сообщества.
26
6
2
18
2
Итого:
Из них в интерактивной форме:
72
-
12
-
10
7
50
7
7
14
Лекции
№
Всего часов
Практические
занятия
Самостоятельная работа
Из них в
интерактивной форме
Тематический план
Виды учебной
и самостоятел.
работы, час.
Формы
контроля
Контрольная работа,
отчет
Решение
ситуационных задач,
реферат*
Дискуссия, решение
ситуационных задач,
реферат*
Зачет
Таблица 2
Планирование самостоятельной работы аспирантов
Виды СРС
№
Темы
обязательные
дополни
тельные
Объем
часов
Работа с литературой, источниками,
гербарием, составление отчетов,
18
контрольная работа.
Работа с литературой, источниками,
Экологическая гетерогенСооб2
решение
ситуационных
задач
14
ность фитопопуляций.
щение
(кейсов), реферат*.
Работа с литературой, источниками,
3 Растительные сообщества. решение
ситуационных
задач,
18
составление отзыва, реферат*.
В ходе изучения дисциплины аспиранты пишут реферат на одну из ниже указанных тем.
1
Влияние экологических
факторов на растительный
организм.
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечивающими
(последующими) дисциплинами
№
1
2
Темы дисциплины, необходимые для
изучения обеспечиваемых (последующих)
дисциплин
1
2
3
+
+
+
+
+
+
Наименование обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
Системная экология
Популяционная экология
Общая экология
4
5. Содержание дисциплины.
Тема 1. Влияние экологических факторов на растительный организм.
Цели и задачи экологии растений, современные направления науки.
Общие закономерности действия экологических факторов. Экологические кривые.
Эвритопы. Стенотопы. Экологические единицы: экологические группы, жизненные
формы, экады, экотипы, ценопопуляции.
Вода как экологический фактор.
Экологическое значение различных форм воды в жизни растений. Вода как среда
обитания. Экологические особенности водных растений: гидатофитов, нейстофитов,
гелофитов. Вода в почве, ее состояния, роль в жизни растений. Пойкилогидрические и
гомойогидрические растения. Гидратура и морфология растений. Экологические группы
наземных растений по отношению к водному режиму: гигрофиты, мезофиты, ксерофиты
(суккуленты и склерофиты); их эколого-морфологические особенности. Понятие о
психрофитах и криофитах, сочетание ксероморфных и гигроморфных черт.
Свет как экологический фактор.
Значение света в жизни растений и в их распределении в сообществах.
Экологические группы растений по отношению к свету. Морфолого-анатомические
различия гелиофитов и сциофитов. Световой режим внутри леса. Световой режим
открытых пространств на примере луга. Фотопериод и фотопериодические реакции
растений.
Тепло как экологический фактор.
Роль тепла в жизни растений. Изменение теплового режима под влиянием рельефа,
экспозиции, высоты над уровнем моря. Тепловой режим поверхности почвы и в слое
растений. Влияние на растения низких температур. Микротермы и гегистотермы.
Холодостойкость и морозостойкость растений. Влияние на растения высоких температур.
Тепловые повреждения. Приспособления мегатермов против перегрева. Термопериодизм
и фенологические особенности действия тепла. Формообразующее действие теплового
режима. Тепло как ботанико-географический фактор.
Растения и почва, эдафический фактор.
Экологическое значение гранулометрического состава, химизма и кислотности
почвы. Реакции растений на содержание в почве элементов минерального питания.
Экологическое значение физических и химических свойств атмосферы.
Состав воздуха, постоянные и непостоянные компоненты атмосферы. Движение
воздуха. Экологическое значение физических и других свойств воздуха. Газоустойчивость
и газочувствительность растений.
Растительные организмы как биоиндикаторы загрязнения среды.
Тема 2. Экологическая гетерогенность фитопопуляций.
Понятие популяции. Генетические и экологические признаки популяций.
Ценопопуляции.
Численность и плотность популяций растений. Регулирование плотности
фитопопуляций.
Пространственная структура популяций. Типы распределения особей в
пространстве: равномерное, случайное и групповое.
Онтогенез растений. Поливариантность развития растений. Возрастная
дифференциация особей в популяции. Возрастные спектры ценопопуляций. Жизненность
и фенологические состояния особей. Виталитетная структура популяций.
Половая форма гетерогенности популяций растений.
Взаимодействие популяций различных видов: конкуренция, паразитизм,
полупаразитизм, мутуализм, комменсализм и др.
5
Растительные сообщества.
Понятие фитоценоза и биогеоценоза. Биогеоценоз и экосистема. Понятие о
консорциях. Консортивные связи.
Формирование фитоценозов. Экотоп и биотоп. Границы фитоценозов.
Флористический состав различных фитоценозов. Количественные отношения различных
видов в сообществах и методы их изучения (глазомерная оценка обилия, подсчет числа
особей, общее проективное покрытие и др.). Ценотическая роль различных видов
растений.
Эколого-фитоценотические
стратегии
растений.
Дифференциация
экологических ниш в сообществе.
Вертикальная структура (ярусность) фитоценоза. Горизонтальное сложение
растительных сообществ. Синузия как структурный компонент фитоценоза.
Модификации растительных сообществ: суточные, сезонные и разногодичные.
Возрастные изменения фитоценозов. Сукцессии (смены), их причины. Классификация
смен
(первичные
и
вторичные;
сингенетические,
эндоэкогенетические
и
экзоэкогенетические и др.). Устойчивость фитоценозов. Климаксовые сообщества.
Концепции моно- и поликлимакса.
Категории редкости растений. Красная книга Тюменской области. Редкие и
охраняемые растительные сообщества.
6. Темы практических занятий.
1. Анатомо-морфологические особенности строения гидрофитов (гидатофиты,
нейстофиты, гелофиты). Материалы и оборудование: микроскопы, пеналы с
препаровальными иглами, предметными и покровными стеклами, гербарий гидатофитов,
нейстофитов, гелофитов, элодея, заспиртованные вегетативные органы кубышки, частухи
подорожниковой, белокрыльника болотного.
2. Анатомо-морфологические особенности строения ксерофитов. Материалы и
оборудование: микроскопы, пеналы с препаровальными иглами, предметными и
покровными стеклами, гербарий склерофитов и суккулентов, комнатные растениясуккуленты, стебель кактуса, листья алоэ, пеперомии, олеандра, ковыля и др.
3. Свет и анатомо-морфологическая структура растений. Анатомо-морфологические
особенности строения гелиофитов и сциофитов. Материалы и оборудование: микроскопы,
пеналы с препаровальными иглами, предметными и покровными стеклами, гербарий
световых и теневых растений, листья вороньего глаза, кислицы заячьей, олеандра и др.
4. Популяции растений. Решение ситуационных задач.
5. Структура растительных сообществ. Решение ситуационных задач.
6. Защита рефератов, презентаций.
7. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы аспирантов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Тема 1. Влияние экологических факторов на растительный организм.
Работа с литературой, источниками, гербарием, составление отчетов по практическим
занятиям, контрольная работа, реферат*.
Вопросы к контрольной работе «Экологическое значение физических и химических
свойств атмосферы»:
1) Экологическое значение физических и химических свойств атмосферы;
2) Состав воздуха, постоянные и непостоянные компоненты атмосферы; Движение
воздуха. Экологическое значение физических и других свойств воздуха;
3) Газоустойчивость и газочувствительность растений.
6
Тема 2. Экологическая гетерогенность фитопопуляций.
Работа с литературой, источниками, решение ситуационных задач (кейсов), реферат*.
Метод конкретной ситуации или метод кейсов - это последовательное, часто
поэтапное проигрывание и проработка (анализ и осмысление) единичных типичных
динамических, изменяющихся ситуаций, на основе которых делаются общие выводы по
решению комплексной проблемы. Метод кейсов помогает научить рационально
использовать информацию, самостоятельно анализировать факты, критически
рассматривать различные точки зрения, обсуждать их и защищать собственную позицию,
быть готовым к применению различных средств и методов, находить оптимальные решения
в условиях неопределенности.
Подготовка сообщения на одну из тем:
1) Особенности популяций клональных растений;
2) Популяции высших споровых растений: экологические ниши и экологофитоценотические стратегии гаметофитов и спорофитов, пространственная структура
популяции;
3) Современные представления об ареалах растений;
4) Антропогенная эволюция растительности. Адвентивные виды.
Тема 3. Растительные сообщества.
Работа с литературой, источниками, решение ситуационных задач (работа в малых
группах), составление отзыва, реферат*.
Составление рецензии, отзыва на авторефераты диссертаций по специальности
03.02.08 – экология (биология).
*Примерные темы рефератов:
1) Направления развития популяций многолетних растений;
2) Популяционно-онтогенетический подход в лихенологии;
3) Микоризы: распространенность, типы, экологические функции в сообществах;
4) Экологические основы охраны редких и уникальных фитоценозов;
5) Зоогенные сукцессии в лесах Западной Сибири;
6) Эндемизм и реликтовость во флоре Западной Сибири;
7) Влияние промышленных выбросов на состояние и структуру популяций древесных и
травянистых растений.
8) Флора городов Западной Сибири.
Тема реферата выбирается в соответствии с интересами студента. Реферат должен
основываться на проработке нескольких дополнительных к основной литературе
источников (монографий, статей и др.). План реферата должен быть авторским, с
выражением собственного мнения, анализа проблемы. Все приводимые в реферате факты
и заимствованные соображения должны сопровождаться ссылками на источник
информации. Завершают реферат разделы «Заключение» и «Список литературы». Список
литературы оформляется в соответствии с действующим ГОС.
Вопросы к зачету:
1. Классификация экологических факторов, закономерности их действия.
2. Роль воды в жизни растений. Гидратура и ее экологическое значение.
3. Вода как среда обитания. Особенности биологии водных растений. Анатомоморфологические особенности гидрофитов, их классификация.
4. Водный режим наземных местообитаний. Вода в почве, ее состояние.
5. Экологические группы наземных растений по отношению к водному режиму.
Анатомо-морфологические особенности гигрофитов и мезофитов.
7
6. Ксерофиты, их классификация, анатомо-морфологические и физиологические
особенности.
7. Понятие о криофитах и психрофитах, ксероморфизм этих растений.
8. Значение света в жизни растений и их распределении в сообществе.
9. Экологические группы растений по отношению к свету.
10. Фотопериодизм, его экологическое значение. Типы растений по фотопериодической
реакции.
11. Тепло как экологический фактор. Влияние тепла на жизненные функции растений.
12. Поступление тепла к земной поверхности. Тепловой обмен на поверхности почвы и в
слое растений.
13. Влияние на растения низких температур. Адаптивные черты холодостойких и
морозостойких растений.
14. Влияние на растения высоких температур. Тепловые повреждения. Приспособления
мегатермов против перегрева.
15. Формообразующее действие теплового режима.
16. Тепло как ботанико-географический фактор.
17. Эдафический фактор. Экологическое значение гранулометрического состава,
химизма и кислотности почвы.
18. Экологическое значение постоянных компонентов атмосферы.
19. Экологическое значение непостоянных компонентов воздуха. Газочувствительность
и газоустойчивость растений.
20. Биотические факторы и их классификация. Влияние на растения животных и
микроорганизмов.
21. Понятия фитоценоза, биогеоценоза и экосистемы.
22. Консорции, их структура и взаимодействие компонентов.
23. Формирование фитоценозов.
24. Видовой состав растительных сообществ. Количественные соотношения различных
видов в фитоценозе.
25. Ценотическая роль различных видов в сообществах.
26. Возрастная дифференциация особей популяции вида. Возрастные спектры
ценопопуляций. Типы популяций по Т.А. Работнову.
27. Жизненность особей и виталитетная структура популяций. Фенологические
состояния особей.
28. Вертикальная структура фитоценозов. Подземная и надземная ярусность.
29. Синузия как структурный компонент фитоценозов. Типы синузий.
30. Горизонтальная структура (сложение) фитоценозов, их мозаичность.
31. Суточная, сезонная и разногодичная изменчивость фитоценозов.
32. Понятие о сменах растительных сообществ, их классификация.
33. Устойчивость фитоценозов. Климаксовые сообщества.
34. Влияние растительности на среду.
8.
Образовательные технологии.
Чтение лекций, проведение лабораторных исследований, работа в малых группах,
дискуссии, подготовка рефератов, сообщений, решение кейсов, интерактивные
технологии.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
9.1. Основная литература:
1. Березина Н.А., Афанасьева Н.Б. Экология растений. М.: Академия, 2009. 400с.
2. Садчиков А.П., Кудряшов М.А. Экология прибрежно-водной растительности. Учебное
пособие. М.: НИА-Природа: РЭФИА, 2004. 220с.
8
3. Барыкина Р.П., Чубатова Н.В. Большой практикум по ботанике. Экологическая
анатомия цветковых растений. Учебно-методическое пособие. М.: КМК, 2005. 77с.
4. Ботаника. Учебник для вузов (на основе учебника Э. Страсбургера). Т.4. Экология. М.:
Академия, 2007. 256с.
5. Горышина Т.К. Экология растений. М.: Высшая школа, 1979. 368с.
6. Культиасов И.М. Экология растений. М.: изд-во МГУ, 1982. 381с.
7. Работнов Т.А. Фитоценология. М.: изд-во МГУ, 1992. 352с.
8. Прокопьев Е.П. Введение в геоботанику. Томск: изд-во Томского госуниверситета,
1997. 284с.
9.2. Дополнительная литература:
1. Тимонин А.К. Ботаника. Т.3. Высшие растения (часть II - Экологическая ботаника). М.:
Академия, 2007. 352 с.
2. Шереметьев С.П. Травы на градиенте влажности почвы (водный обмен и структурнофункциональная организация). М.: КМК, 2005. 271с.
3. Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. М.: Прогресс, 1980. 327с.
4. Пианка Э. Эволюционная экология. М.: Мир, 1981. 399с.
5. Ценопопуляции растений. М.: Наука, 1988. 183с.
6. Лархер В. Экология растений. М.: Мир, 1978. 384с.
7. Злобин Ю.А. Принципы и методы изучения ценотических популяций растений.
Каазань: изд-во Казанского госуниверситета, 1990. 187с.
8. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Соломещ А.И. Современная наука о растительности. М.:
Логос, 2001. 264 с.
9. Воронина Е.Ю. Микоризы
их роль в
формировании сообществ // Вестник
Московского ун-та. Сер.16. биология. 2006. № 4. С. 17-26.
9.3. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
http://herba.msu.ru
http://ecology.ostu.ru
http://www.binran.ru
http://www.nw.ru
http://mfd.cepl.rssi.ru/fllora
http://www.ecosystema.ru/
10. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.
При чтении лекций и поведении практических занятий применяются различные
иллюстративные материалы: таблицы, рисунки, гербарий высших растений, фотографии,
мультимедийное оборудование и др. На практических занятиях студенты работают с
микроскопический техникой.
9