- •1.1.Общая характеристика организмов – объектов биотехнологии
- •Эукариоты. Грибы
- •2.1 Бактериальные удобрения на основе клубеньковых бактерий, нитрагин и ризоторфин
- •3.2 Функционирование экосистем. Устойчивость экосистем и
- •1. Функционирование экосистем
- •1.1. Перенос энергии и вещества по пищевым цепям
- •2. Стабильность и устойчивость экосистем
- •3. Самоочищающая способность экосистем
- •4.1 Генетическая рекомбинация микроорганизмов: трансформация, трансдукция и конъюгация.
- •4.2 Основные элементы экологического мониторинга экосистем
- •5.1 Плазмиды: общая характеристика, способы репликации, типы, значение для биотехнологии
- •5.2 Антропогенные факторы и источники загрязнения Классификации экологических факторов По характеру воздействия
- •По происхождению
- •6.2 Органические загрязнители
- •Бензол и его ближайшие гомологи.
- •7.2 Тяжелые и токсические металлы Цинк.
- •Алюминий.
- •Никель.
- •Марганец.
- •Железо.
- •8.2 Биотрансформация металлов. Биотехнология очистки вод от тяжелых и токсичных металлов
- •8.1 Показатели загрязненности сточных вод: хпк и бпк. Общая характеристика биотехнологических способов обработки стоков. Преимущества биотехнологического метода
- •10.1 Биогаз. Конструкция метанотенка
- •11.1 Биодеградация ксенобиотиков в окружающей среде. Биотрансформация и биодоступность ксенобиотиков. Микроорганизмы-деструкторы. Факторы окружающей среды в процессе деградации ксенобиотиков.
- •11.2 Задачи биотехнологии в решении проблем защиты и восстановления
- •12.1 Биоэмульгаторы: строение, свойства, классификация и применение
- •12.2 Биотехнология преобразования солнечной энергии. Фотопроизводство
- •13.1 Получение экологически чистой энергии. Производство этанола
- •13.2 Последние достижения биотехнологии на стыке с микробиологией, клеточной и генной инженерией, медициной и фармакологией
- •14.2 Биогаз. Конструкция метанотенка
3.2 Функционирование экосистем. Устойчивость экосистем и
самоочищающаяся способность экосистем.
1. Функционирование экосистем
1.1. Перенос энергии и вещества по пищевым цепям
Для составления энергетических балансов, материальных балансов потоков веществ, расчета продуктивности искусственных экосистем и объема отходов необходимо знать структуру переноса энергии и вещества в экосистеме.
В пределах экосистемы синтезированные и накопленные питательные вещества многократно циркулируют; они расходуются организмами и вновь синтезируются. Такая рециркуляция обеспечивает независимость системы от поступления субстратов извне. В отличие от рециркулируемых питательных веществ поток энергии переносится через экосистему один раз: у него есть вход и выход. Всякая экосистема зависит от внешнего источника энергии.
Основа функционирования большинства наземных и океанических экосистем - солнечная энергия. Из общего количества поступающей на Землю солнечной энергии растения и микроорганизмы утилизируют лишь небольшую часть ее. Эффективность преобразования солнечной энергии в энергию химических веществ непосредственно в молекулярных системах природного фотосинтеза сравнительно высока E-10%). Однако часть фотосинтетически фиксированной энергии расходуется на дыхание, поддержание клеточной структуры, транспирацию воды и т.д. В результате в процессах фотосинтеза в растениях и микроорганизмах в химическую энергию преобразуется лишь около 0,03% солнечной энергии.
Движение энергии и вещества по пастбищной пищевой цепи можно представить следующим образом:
В потенциальную энергию пищи, в растения в процессе фотосинтеза переходит лишь очень небольшая часть солнечной энергии (1-5%). Большая же ее часть теряется в виде тепла.
При дальнейшем переносе с одного трофического уровня на другой часть энергии рассеивается в виде тепла при дыхании и лишь небольшая часть энергии (в среднем 10%) суммарной продукции нижестоящего трофического уровня переходит в продукцию вышестоящего. Остальная часть фиксированной энергии (первичной продукции фотосинтезирующих организмов) теряется в результате естественного отмирания организмов.
На каждом последующем уровне потери энергии, заключенной в пище, составляют 90-99%. По мере ее продвижения по пищевой цепи доступное количество пищи сокращается, и уже для пятого трофического уровня почти не остается пищи и энергии. Поэтому пищевые цепи состоят не более чем из 4-5 звеньев. Существование большого числа трофических уровней в экосистеме невозможно из-за быстрого приближения доступной энергии к нулю (максимум 4-5 уровней). На конечных звеньях длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы. Чем короче пищевая цепь и чем ближе организм к ее началу, тем больше энергии доступно для популяции, тем больше биомасса популяции и ниже занимаемый ею трофический уровень.
По источнику энергии выделяют четыре функциональных типа экосистем:
1. Природные несубсидируемые экосистемы (открытые океаны и высокогорные леса), единственный источник энергии - солнце. Ежегодное потребление энергии 4*103-4*104 кДж/м2. Занимают наибольшую площадь на земле.
2. Природные экосистемы, источник энергии которых также солнце, но они субсидируются другими естественными источниками. Ежегодное потребление энергии 4*104-2*105 кДж/м2. Примеры таких экосистем - воды континентального шельфа, некоторые типы лесов.
3. Экосистемы, источник энергии солнце, но они субсидируются человеком. Ежегодное потребление энергии до 2*105 кДж/м2. Пример - агроэкосистемы, аквакультуры.
4. Индустриально-городские экосистемы. Глобальный источник энергии топливо: эти системы зависят от экосистем первых трех типов. Ежегодное потребление энергии - от 4*105 до 4*107 кДж/м2.
При анализе движения энергии через экосистему выделяют первичную (ПП) и вторичную (ВП) продуктивность экосистемы. Первичная продуктивность экосистемы, сообщества или любой их части - это скорость (количество энергии/год), с которой солнечная энергия усваивается организмами-продуцентами в процессе фотосинтеза, накапливаясь в форме органических веществ.
Вторичная продуктивность - накопление энергии на уровнях консументов.