Изучение влияния рН среды на жизнедеятельность организмов

Министерство сельского хозяйства российской федерации

Федеральное государственное БЮДЖЕТНОЕ образовательное учреждение высшего профессионального образования «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра безопасности жизнедеятельности и экологии

Б2.Б4 экология

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для проведения лабораторных занятий

Направление подготовки

111400 Водные биоресурсы и аквакультура

Профиль подготовки

Фермерское рыбоводство

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

Уфа 2012

УДК 574

ББК 28.080

М 54

Составитель: к.б.н., ассистент Аминева Ф.А.

Рецензент: к.б.н., доцент Нурмухаметова Н.Л.

Ответственный за выпуск: зав. кафедрой безопасности жизнедеятельности и экологии, к.б.н., доцент Латыпова Г.Ф.

г.Уфа, БГАУ, кафедра БЖД и экологии

Оглавление

Изучение влияния температуры на прорастание семян растений (закладка и учет опыта)…………………………………………………………………………..
Изучение влияния рН среды на прорастание семян растений (закладка и учет опыта)…………………………………………………………………………………
Изучение влияния различных концентраций солей тяжелых металлов на прорастание семян растений ………………………………………………………..
Производство экологически безопасной продукции. Определение нитратов в образцах овощных культур………………………………………………………….
Очистка стоков и выбросов. Компьютерная имитационная программа «Озеро»
Библиографический список………………………………………………………………

Лабораторная работа № 1,2

Изучение влияния температуры на прорастание семян растений

Цель работы:Определить зависимость прорастания семян растений от продолжительности воздействия на них повышенной температуры. Научиться определять термальную константу развития и использовать ее для прогноза.

Вопросы для самостоятельного изучения

1. Как проявляются законы оптимума и лимитирующих факторов по отношению к температурному фактору?

2. Какие существуют морфологические и физиологические адаптации для существования в условиях высоких и низких температур?

Теоретическое введениеТепловой режим – важнейшее условие существования организмов, т.к. скорость протекания химических реакций в них изменяется в 2-3 раза при повышении температуры на каждые 10О. Температура очень часто является лимитирующим фактором для распространения видов во всех средах жизни. Свойства протоплазмы клеток обусловливают максимальный температурный диапазон для активной жизни 0-50оС. Исключения редки. Например, некоторые сине-зеленые водоросли существуют в горячих источниках Камчатки и Северной Америки (77-85оС), а некоторые дрожжи выдерживают до 90оС. Полное промораживание выдерживают только неактивные формы жизни (споры, семена, насекомые в состоянии диапаузы).



Максимальные и минимальные температуры, при которых животные или растения не находятся в оцепенении, а активно развиваются, называются порогами развития (не путать с пределами выносливости), а значения температуры, лежащие между ними – эффективными температурами. Для завершения каждого этапа развития организма требуется определенное количество тепла, называемое термальной константой развития(константа -постоянная величина)или суммой эффективных температур (С). При этом не важно, какими порциями поступает тепло, лишь бы его сумма достигала определенной величины. Ее вычисляют по формуле: С = Σ (tn – tо), где tn – наблюдаемая температура среды в n-ный день, tо – температурный порог развития. Если температура постоянна, то С = (t – tо)n, где t – наблюдаемая температура среды, tо – температурный порог развития, n – продолжительность развития в днях. Сумма эффективных температур, как правило, постоянна для каждого вида. После того, как ее экспериментально определили, можно прогнозировать время от рождения вредителя или зацветания какого-либо растения в зависимости от складывающихся погодных условий.

Материалы и оборудование:Семена растений (пшеница, овес, горох), чашки Петри, пробирки химические (на 20 мл), термометр, горячая вода (60оС), водяная баня, секундомер или ручные часы, фильтровальная бумага.



Задание 1Положите на дно всех чашек Петри кружочки фильтровальной бумаги с надписанными простым карандашом этикетками. К внутренней стороне крышек приклейте водой точно такие же квадратные этикетки. На них должны быть указаны: дата, вариант, № группы, фамилии студентов. Отберите по 10 полноценных семян всех предложенных культур, поместите их в стакан, залейте горячей водой (60оС) и выдержите указанное время (2, 5 или 10 мин.) в водяной бане при этой температуре. Затем воду слейте, семена переложите в приготовленные чашки Петри, залейте 10 мл воды комнатной температуры и поставьте на проращивание. Контрольные семена не обрабатывайте.

Задание 2Решая предложенные задачи, научитесь рассчитывать термальную константу развития, сроки наступления различных фаз развития организмов, предсказывать по величине термальной константы число поколений, которое вредители будут давать в разных климатических зонах и использовать знание порогов развития для агротехнических мер борьбы с ними.

1) Нижний температурный порог для прорастания гороха +2оС, среднесуточные температуры почвы в мае приведены в таблице 1.

Таблица 1 Средние дневные температуры в мае

Календарная дата Среднесуточная температура почвы (tn, оС) Порог развития для семян гороха ( tо , оС) Эффективная суточная температура (tn – tо ), оС
2.05 3.05 4.05 5.05 6.05 7.05 8.05 9.05 10.05 11.05 12.05 13.05 +3 +6 +5 +8 +12 +10 +14 +14 +18 +17 +15 +16 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2

Посев был проведен 2.05, а всходы появились 13.05. Определите эффективные температуры за все дни и термальную константу для появления всходов гороха. Рассчитайте, когда появятся всходы, если после посева начнется длительное похолодание и средняя температура почвы будет держаться около +6 оС.

2) Определите термальную константу для зацветания клубники в теплице, если нижний порог развития для нее +5оС, температура там поддерживалась 25оС, а зацвела она через 25 дней.

3) Определитенижний порог развития яиц шведской мухи (вредитель зерновых), если известно, что при оптимальной температуре +22оС они созревают за 10 дней, а при +14оС – за 36 дней. Для пшеницы наиболее опасно повреждение шведской мухой в фазе 1-3 листьев. Дайте прогноз, как повлияют на поврежденность культуры ранний и поздний посев, если для пшеницы благоприятны температуры, начиная с 5-8оС. Какой агротехнический прием борьбы со шведской мухой на пшенице Вы можете предложить?

4) Дайте прогноз, как поведет себя колорадский жук (порог развития 12оС, термальная константа развития от яйца до взрослого насекомого - 360о) в областях, где за лето набирается:

а) всего 300о выше порогового значения;

б) 450о выше порогового значения;

в) 750о выше порогового значения.

5) Как Вы думаете, почему сибирский шелкопряд на большей части территории нашей страны (севернее июльской изотермы +18оС) развивается по 2-летнему циклу, а южнее июльской изотермы +20оС – успевает закончить развитие за 1 год? Какова будет продолжительность развития вредителя в местностях, расположенных между указанными изотермами?

Задание 3Через 1-2 недели оцените влияние температурного фактора на следующие показатели: всхожесть семян, длина проростков, развитие корневой системы. Полученные данные занесите в таблицу (таблица 2).

Разными цветами построите графики зависимости всхожести семян разных растений от продолжительности воздействия повышенной температуры (рисунок 1). Сформулируйте вывод о влиянии температуры на прорастание семян и формирование растений у разных культур.

Таблица 2 Влияние продолжительности воздействия повышенной температуры (60оС) на прорастание семян различных культур

Продолжитель-ность воздействия Культура Всхожесть (%) Длины проростков (мм) Средняя длина проростка (мм) Длины корней (мм) Средняя длина корня (мм)
Контроль (без обработки) Пшеница
Рожь
Ячмень
2 мин. Пшеница
Рожь
Ячмень
5 мин. Пшеница
Рожь
Ячмень
10 мин. Пшеница
Рожь
Ячмень

Всхожесть (%)

0 2 5 10

Продолжительность обработки (мин)

Рисунок 1 График зависимости всхожести семян от продолжительности воздействия высокой температуры

Контрольные вопросы

1. Каково значение температуры в жизни организмов?

2. Что такое температурные пороги развития? Сколько их?

3. Дайте определение термальной константы развития? Как можно ее использовать на практике?

Лабораторная работа № 3,4

Изучение влияния рН среды на жизнедеятельность организмов

Цель:Определить зависимость прорастания семян от кислотности среды.

Вопросы для самостоятельного изучения

1. Каков рН естественных осадков? Как образуются кислотные дожди? Каково их воздействие на рН водной среды и почвы? Как может при этом меняться химический состав растворов в этих средах?

2. Как реагируют на кислотные дожди живые организмы?

3. Почему многие удобрения называют физиологически кислыми? Как их применять, чтобы не повышать кислотность почвы?

Теоретическое введение

При существовании в воде и почве очень важным экологическим фактором является кислотность или водородный показатель рН среды. Он представля­ет собой десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком, и изменяется от 1 до 14.

Почвы с рН менее 4,5 являются сильно кислыми, 6-7 - нейтральными. На величину рН влияет содержание карбонатов, гидроокисей, солей, подверженных гидролизу, гуминовых кислот и т. п. Кислотность действует на живые организмы или непосредственно, влияя на активность ферментов, осморегуляцию и состояние цитоплазмы, или опосредованно через изменение доступности биогенных элементов и концентрации токсичных соединений. Например, в кислых почвах в почвенные растворы переходит гораздо больше токсичных ионов Al, Mn и других тяжелых металлов, которые могут делать урожай вредным для потребителей или отрицательно влиять на само растение.

Кислотность почвы по разному влияет на растения. Наиболее чувствительны к повышенной кислотности свекла, люцерна, капуста. Они плохо растут на кислых почвах, требует рН 7,0-8,0 и, поэтому, очень отзывчивы на известкование. Средне чувствительными к кислотности являются пшеница, ячмень, горох, кукуруза, клевер, подсолнечник, лук, огурцы (оптимальный рН - 6,0-7,5). Хотя они нормально растут на слабокислых и нейтральных почвах, но известкование значительно повышает урожайность. Слабо чувствительные к повышенной кислотности рожь, овес, гречиха, морковь, томаты могут удовлетворительно расти в широком интервале рН (4,7-7,5). Напротив, почвы под картофель и лен не известкуют, т.к. для них оптимальны довольно кислые почвы - рН 4,5-6,5, а для люпина даже 4,5-5,0. Очень низкие значения рН могут наблю­даться на болотных почвах.

Большинство рыб живут только при рН от 5 до 9. В природных водоемах рН обычно находится в пределах от 6,5 до 8,5 и зависит от соотношения концентрации свободного углекислого газа и бикарбонат-иона (СО3-2). Летом при интенсивном фотосинтезе рН воды может иногда повышаться до 9,0. Более сильные отклонения рН указывают на поступлении в водоемы с предприятий загрязненных сточных вод или выпадение кислотных дождей. Кислотность и токсичность осадков могут сильно варьировать. Кислотные дожди идут в зоне влияния металлургических заводов, крупных теплоэлектростанций, а щелочные (они встречаются редко) - вокруг предприятий, выделяющих в атмосферу щелочи, а так же на территориях с засоленными щелочными почвами (например, район Аральского моря). В районах кислотных дождей повышается кислотность почвы (т.е. рН падает). Физиологически кислыми являются также многие удобрения, например KCl и нитраты.

Оборудование: Семена растений (рожь, горох, капуста), чашки Петри, фильтровальная бумага, ножницы, концентрированные растворы кислоты (соляной или уксусной) и щелочи (NaOH или KOH), универсальная индикаторная бумага, пинцет, колбы на 50 мл, мерный цилиндр, колба с 500 мл дистиллированной воды.

Задание 1Приготовьте в колбах по 50 мл растворов, имеющих разную реакцию среды: кислую (рН = 3 и 5), близкую к нейтральной (рН = 6,5), щелочную (рН = 8 и 10). Положите на дно всех чашек Петри кружочки фильтровальной бумаги с надписанными простым карандашом этикетками. К внутренней стороне крышек приклейте водой точно такие же квадратные этикетки. На них должны быть указаны: дата, вариант, № группы, фамилии студентов. Отберите по 10 полноценных семян всех предложенных культур, положите в приготовленные чашки Петри, залейте по 10 мл приготовленных растворов и поставьте на проращивание. Контролем служат семена залитые воды с нейтральной реакцией.

Задание 2Через 1-2 недели оцените влияние фактора кислотности на следующие показатели: всхожесть семян, длина проростков, развитие корневой системы. Полученные данные занесите в таблицу (таблица 3).

Разными цветами построите графики зависимости всхожести семян разных растений от продолжительности воздействия повышенной температуры (рисунок 2). Аналогичные графики постройте для средних длин проростка и корня. Сформулируйте вывод о влиянии концентрации водородных ионов в среде (рН) на прорастание семян и формирование растения.

Таблица 3 Влияние водородного показателя (рН) на прорастание семян различных культур

рН среды Культура Всхожесть (%) Длины проростков (мм) Средняя длина проростка (мм) Длины корней (мм) Средняя длина корня (мм)
Рожь
Горох
Капуста
Рожь
Горох
Капуста
6,5 Рожь
Горох
Капуста
Рожь
Горох
Капуста
Рожь
Горох
Капуста

Всхожесть (%)

3 5 6,5 8 10

Водородный показатель (рН)

Рисунок 2 Графики зависимости всхожести разных семян от рН среды

Контрольные вопросы.

1. Существуют ли оптимальные значения рН для организмов? Различаются ли они между собой?

2. В каких пределах лежит нормальная кислотность природных сред? Следует ли бороться с кислотными дождями?

3. Зависит ли выбор возделываемой культуры от рН почвы? Следует ли регулировать кислотность пахотных почв?

Лабораторная работа № 5,6


5221599928349606.html
5221668329303033.html
    PR.RU™