Биология_с_основами_экологии (1) учебно-метод. пособие. Чугайнова. 2010

УДК 574

ББК 28.0 Ч 83

Рецензенты:

Сугробова Н. Ю., кандидат биологических наук, доцент кафедры, Бушуева Н. Л., кандидат педагогических наук, доцент кафедры математики и физики.

Ч 83 Чугайнова, Л. В.

Биология с основами экологии [Текст] : учебно-методическое пособие / Л. В. Чугайнова; ГОУ ВПО «Соликамский государственный педагогический институт». – Соликамск: РИО ГОУ ВПО «СГПИ», 2010.

–243 с. – 100 экз.

Вучебном пособии представлены опорные теоретические материалы, ключевые понятия, термины, а также система заданий для самостоятельной работы студентов, позволяющие им углубить и закрепить знания по основным темам курса «Биология с основами экологии». Письменные, программированные, тестовые, контрольные работы в нескольких вариантах предназначены для проверки усвоения программного материала курса «Биология с основами экологии»; «Критерии оценки знаний студентов» позволяют объективно оценивать уровень подготовки учащихся.

Данное пособие составлено в соответствии со стандартом ГОС ВПО по «Биологии с основами экологии».

Пособие предназначено для студентов всех специальностей и профилей высшего профессионального образования, изучающих дисциплину «Биология с основами экологии», может использоваться преподавателями высших, средних учебных заведений, учителями школ для организации учебных занятий, самостоятельной работы и контроля знаний учащихся.

ББК 28.0

Рекомендовано к изданию решением редакционно-издательского совета СГПИ от 20.09.2010 г. Протокол № 14.

©Л. В. Чугайнова, 2010

©ГОУ ВПО «Соликамский государственный педагогический институт», 2010

Программа по дисциплине «Биология с основами экологии»

Пояснительная записка

Данная программа по дисциплине «Биология с основами экологии» предназначена для подготовки специалистов, обучающихся по направлениям «Математика», «Математика-информатика». Программа составлена на основе «Примерной программы дисциплины «Биологиясосновамиэкологии»,одобреннойПрезидиумомнаучнометодического совета по биологии Министерства образования РФ в 2000 году, и соответствует государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования по соответствующим направлениям, имеет фундаментальный характер изложения предмета.

Цельдисциплины– формирование у студентов биологического, экологического мышления и целостного научно-естественного мировоззрения.

Задачи дисциплины:

–формирование общих представлений о биологии с основами экологии, умения усваивать научные факты, важнейшие закономерности, теории, обеспечивающие формирование у будущего специалиста биологического и экологического мышления;

–формирование целостного представления о мире живого и знаний, необходимых для сохранения биосферы;

–формирование у студентов системы знаний, умений и навыков по вопросам биологической сущности строения и функционирования животного и человеческого организмов на основе идеи единства

ивсеобщей связи явлений и процессов природы;

–ознакомление с особенностями устройства и функционирования биологических систем;

–расширение понятий о закономерностях развития живой природы, взаимоотношения живых организмов друг с другом и с окружающей средой, биосферой и человеком, о сущности жизни.

–развитие понимания в условиях все возрастающего антропогенного воздействия необходимости бережного отношения к природе, сохранения биоразнообразия и самой жизни на Земле;

–обучение студентов грамотному восприятию практических проблем, связанных с биологией, в том числе – здоровья человека, охраны природы, преодоления экологического кризиса;

–привитие навыков экологической культуры.

Стержневые проблемы дисциплины: формирование осново-

полагающего уровня знаний по биологии и экологии, необходимых для подготовки специалиста на современном уровне, формирование экологического мировоззрения и способность оценки профессиональной деятельности с позиции охраны окружающей среды.

Требования к уровню подготовки студентов

В результате изучения дисциплины студент должен:

–знать основные биологические понятия и законы по разделам: цитология, молекулярная биология, эмбриология, генетика, размножение и развитие организмов;

–понимать основные этапы развития биологии, уровни органи-

зации живого, химический состав и строение клетки, особенности обмена веществ у автотрофных и гетеротрофных организмов, формы размножения и развития организмов, закономерности наследственности и изменчивости;

–усвоить основные закономерности функционирования биосферы и биогеоценоза;

–познать экологические основы рационального использования природно-ресурсного потенциала, глобальные проблемы окружающей среды, экологические принципы рационального использования природныхресурсовиохраныприроды,проблемысохраненияокружающей среды; пути оздоровления окружающей среды в условиях сельскохозяйственного производства;

–уметь распознавать формы и уровни организации живого, владеть основными биологическими понятиями, выполнять рисунки и схемы, решать типовые задачи по биологии и экологии, делать обобщения и формулировать самостоятельные выводы; применять соот-

ветствующие нормативно-правовые документы в своей деятельности; быть ответственным в своей работе.

– быть грамотным специалистом в решении проблем сохране-

ния природной среды, здоровья населения; оценивать характер и направленность техногенных воздействий на экосистемы.

В соответствии с государственными требованиями, заложенными в содержании цикла общих естественнонаучных дисциплин, программа включает четыре крупных модуля:

–сущность жизни. Свойства и уровни организации живой материи (сущность жизни, уровни и свойства организации живого вещества);

–живые системы (особенности, принципы биологической организации, многообразие живых организмов); этот раздел связан в единое целое с курсами физики и химии и завершается представлениями об эволюции Земли;

–человек (человек как биологический вид, особенности физиологии, соматическое, психическое и социальное начала в природе человека, факторы здоровья и экологического риска, место человека

вэволюции Земли);

–основы экологии (биосфера, ее структура, динамика, ресурсы, природа и общество, глобальные экологические проблемы).

Содержание программы базируется на биолого-экологических знаниях, заложенных в полном школьном курсе биологии, и раскрывает фундаментальные представления наук о жизни на более глубоком естественнонаучном и философском уровне, дает возможность рассмотретьосновныепонятияизаконыбиологиииэкологииприменительно к живым системам возрастающей сложности. Программа определяет общий объем знаний по биологии и экологии в соответствиисгосударственнымитребованиямиксодержаниюциклаобщих математических и естественнонаучных дисциплин (цикла ЕН).

Программа рассчитана на 72 часа трудоемкости.

Содержание программы

Сущность жизни. Свойства и уровни организации живой материи

Биология как система наук о жизни и закономерностях существования живых организмов. Предмет, задачи, методы биологии. Научные направления биологии. Место биологии в системе подготовки специалистов в области математики и информатики. Уровни организации живой материи. Общие свойства живой материи. Структурная организация.

I. Живые системы.

1.Химия жизни. Метаболические процессы в живых систе-

мах. Элементарный состав живого вещества. Различия косного и живого вещества по соотношению элементов. Неорганические и органические соединения. Основные типы биополимеров и других биологически важных веществ: белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, нуклеотид-фосфаты и др. Структура белков как основа проявления биологической индивидуальности и узнавания. Структура нуклеиновых кислот и принцип матричного синтеза как основа наследственных свойств живых систем. Метаболические процессы

вживых системах. Ассимиляция, диссимиляция. Анаболизм, катаболизм. Типы питания живых организмов. Биологическое преобразование энергии. Биосинтез белков. Генетический код. Источники энергии и молекулярные механизмы ее преобразования в автотрофных и гетеротрофных клетках: фотосинтез, дыхание, хемосинтез.

2.Клетка как биологическая система. Основные положения

клеточной теории. Формы и размеры клеток. Основные типы клеток: прокариотная-бактериальная, и эукариотные-растительная, и животная. Принципы структурно-функциональной организации клеток: мембранная система, цитоплазматический матрикс, клеточные органеллы, клеточные включения. Хромосомы как носители наследственной информации: форма, строение, количество. Аутосомы, половые хромосомы. Жизненный цикл клетки. Митоз, его биологическое значение. Способы деления клеток. Амитоз. Мейоз.

3. Организм как биологическая система. Размножение организ-

мов. Типы (способы) и формы размножения организмов. Бесполое,

половое размножение. Гаметогенез: овогенез, сперматогенез. Оплодотворение. Партеногенез. Половой диморфизм. Гермафродитизм.

Индивидуальное развитие организмов. Понятие об онтогенезе,

его типы и периодизация. Проэмбриональный и эмбриональный периоды. Дробление. Гаструляция. Гистогенез и органогенез.

Наследственность и изменчивость организмов. Современные представления о геноме. Закономерности наследования признаков: законы единообразия, расщепления, независимого наследования. Цитологическое обоснование законов. Анализирующее скрещивание. Взаимодействие генов. Сцепление генов и его нарушение. Наследование пола и признаков, сцепленных с полом.

Изменчивость и ее виды (модификационная, комбинативная, мутационная). Классификация мутаций. Геномные, хромосомные, генные мутации. Мутагены. Взаимодействие наследственности и среды.

4.Разнообразие жизни на Земле. Многообразие биологических видов – основа организации и устойчивости биосферы. Типологические особенности представителей различных царств. Вирусы как особая форма организации материи. Прокариоты: бактерии, архебактерии, цианобактерии. Эукариоты: простейшие; грибы (оомикота, зигомикота, асиомикота, базидиомикота); растения (водоросли, мхи, споровые, голосеменные, покрытосеменные); животные (губки, кишечнополостные, черви: плоские, круглые, кольчатые; членистоногие; моллюски; иглокожие; хордовые). Основные черты организации и роль в биосфере.

5.Эволюция органического мира. Гипотезы возникновения жиз-

ни на Земле. Современные представления о происхождении жизни на Земле. Причины, механизмы и закономерности эволюции живых систем. Понятие биологической эволюции. Эволюционизм до Дарвина.Современноепониманиемеханизмовэволюцииорганического мира. Ход, главные направления и доказательства макроэволюции. Учение о микроэволюции и видообразование. Антидарвиновские концепции эволюции.

Антропогенез. Концепция животного происхождения человека. Этапы и факторы антропогенеза. Соотношение биологического и социального в антропогенезе. Расы и единство их происхождения.

II. Физиология, экология и здоровье человека.

Системная организация и обеспечение основных жизненных функций у животных и человека. Центральная и вегетативная нервная система. Сенсорные системы. Гуморальная регуляция. Гормоны и физиологически активные вещества. Гомеостаз и защитные системы человека. Иммунитет. Адаптация. Факторы экологического риска: влияние на организм человека физических, химических, психологических факторов техногенной среды.

III. Экология, охрана природы, рациональное природопользование.

1.Экология особей (факториальная экология). Экология – на-

ука о взаимоотношениях организма и среды. Среда как экологическое понятие. Основные среды жизни: водная, наземно-воздушная, почвенная. Организм как среда обитания. Факторы среды: абиотические, биотические, антропогенные. Абиотические факторы среды. Свет: роль света в жизни растений и животных. Температура: специфика адаптаций растений и животных к изменениям температуры. Влажность: роль воды в жизни наземных организмов. Основные закономерности действия экологических факторов. Биоритмы. Цикличность физиологических функций организмов.

2.Экология сообществ и экосистем. Биосфера. Понятие о по-

пуляции, биоценозе, биогеоценозе, экосистеме. Структура биоценоза. Типы взаимоотношений между организмами в биоценозах. Местообитание и экологическая ниша.

Структурная организация экосистем: продуценты, консументы, редуценты. Функционирование экосистем: пищевые цепи и сети, поток энергии и круговорот веществ в экосистеме. Экологические пирамиды. Устойчивость экосистем. Биологическая продуктивность экосистем. Динамика экосистем (циклические изменения, сукцессии). Антропогенные экосистемы: агроэкосистемы, урбоэкосистемы.

Понятие биосферы. Строение и границы биосферы. Вещество биосферы. Свойства живого вещества. Функции живого вещества. Свойства биосферы. Ноосфера как этап развития биосферы. Представления о ноосфере: В.И. Вернадский, П. Тейяр де Шарден.

3. Рациональное природопользование и охрана природы. Пред-

мет и задачи природопользования и охраны природы. Природо-

пользование как практическая деятельность человека и как наука. Рациональное и нерациональное природопользование. Охрана окружающей природной среды.

Принципырациональногоприродопользованияиохраныприроды. Природная среда: природные ресурсы и природные условия. Класси-

фикация природных ресурсов. Исчерпаемые и неисчерпаемые природные ресурсы.

Воздействие человека на природу и природы на человека. Экологическийкризисикатастрофа.Важнейшиеэкологическиепроблемы современности. Загрязнение окружающей среды. Проблема отходов. Парниковый эффект. Разрушение озонового слоя. Кислотные дожди. Смог. Деградация почвенного покрова. Деградация растительного покрова. Деградация животного мира. Радиоактивное загрязнение окружающей среды. Глобальные прогностические модели.

Мероприятия по охране окружающей среды и рационализа-

ции природопользования. Природные кадастры. Особо охраняемые природные территории. Мониторинг окружающей среды. Экологическая экспертиза. Нормирование качества окружающей среды. Государственные органы управления природопользованием. Экологизация сознания. Антропоцентризм. Экоцентризм.

Тема: Сущность жизни. Свойства и уровни организации живой материи

Основные вопросы темы.

1.Сущность жизни.

2.Предмет, задачи, научные направления биологии.

3.Место биологии в системе подготовки специалистов в области математики и информатики.

4.Уровни организации живой материи.

5.Общие свойства живой материи.

6.Структурная организация живой материи.

Понятия и термины.

Материал для справок

Сущность жизни

Существует много определений сущности жизни. Все их можно свести к двум основным: первое – жизнь определяется субстратом, носителем ее свойств (например, белком); второе – жизнь рассматривается как совокупность специфических физико-химических процессов.

Классическое определение дано Ф. Энгельсом: «Жизнь – есть

способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается жизнь, что приводит к разложению белка».

«Живой организм – открытая саморегулирующаяся и самовоспроизводящаяся система, построенная из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот».

«Жизнь в ее элементарной форме можно определить как способ существования открытых каллоидных систем, содержащих в качестве своих обязательных элементов соединения типа белков, нуклеиновых кислот и фосфорорганических веществ, обладающих свойством саморегулирования и развития на основе накопления и преобразования веществ, энергии и информации в процессе их взаимодействия с окружающей средой» (А. Мамзин).

«Жизнь – одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определенных условиях в процессе их развития». (Советский энциклопедический словарь).

«Жизнь–постоянный обменсокружающейсредой,процессбеспрерывного саморемонта».

«Жизнь – это процесс существования сложных систем, состоящих из больших органических молекул, способных самовоспроизводиться и поддерживать свое существование в результате обмена энергии и веществом с окружающей средой» (Энциклопедический словарь юного биолога).

Биология (от bios – жизнь, logos – наука) – наука о жизни. Предмет биологии – все проявления жизни: строение и функции живых существ и их природных сообществ, распространение, происхождение, развитие, связи друг с другом и неживой природой. Задачи биологии – изучение закономерностей этих проявлений, раскрытие сущности жизни, систематизация живых существ. Термин «Биология» предложен в 1802 г. Ж. Б. Ламарком и Г. Р. Тревиранусом независимодруготдруга.ОнупоминаетсятакжевсочиненияхТ.Роозе(1797) и К. Бурдаха (1800) (Биологический энциклопедический словарь).

Теории (гипотезы) возникновения жизни

Креационизм – жизнь создана сверхъестественным существом в определенное время.

Самопроизвольное зарождение жизни – жизнь возникла не-

однократно из неживого вещества.

Стационарное состояние – жизнь существовала всегда. Панспермия – жизнь занесена на нашу планету извне. Биохимическая эволюция – жизнь возникла в результате про-

цессов, подчиняющихся химическим и физическим законам.

Основные методы биологии

Наблюдение. Описание. Сравнение. Эксперимент. Моделирование. Исторический метод.

Классификация живых организмов

I. Неклеточные формы. Царство Вирусы.

II.Клеточные формы:

1.Надцарство Прокариоты (Procariota):

1)Царство Бактерии (Bacteria, Bacteriobionta);

2)Царство Архебактерии (Archaebacteria, Archaebacteriobionta);

3)Царство Прокариотические водоросли:

а) Отдел Сине-зеленые водоросли, или Цианеи (Cyanobionta); б) Отдел Прохлорофитовые водоросли, или Прохлорофиты

(Prochlororhyta).

Ряд учёных в Надцарстве Прокариоты выделяет одно Царство дробянки, которое включает три Подцарства: Бактерии, Архебактерии и Цианобактерии.

2.Надцарство Эукариоты (Eycariota):

1)Царство Растения (Vegetabilia, Phitobiota или Plantae):

а) Подцарство Багрянки (Rhodobionta);

б) Подцарство Настоящие водоросли (Phycobionta); в) Подцарство Высшие растения (Embryobionta);

2)Царство Грибы (Fungi, Mycobionta, Mycetalia или Mycota):

а) Подцарство Низшие грибы (одноклеточные) (Myxobionta); б) Подцарство Высшие грибы (многоклеточные) (Mycobionta);

3)Царство Животные (Animalia, Zoobionta):

а) Подцарство Простейшие, или Одноклеточные (Protozoa, Protozoobionta);

б) Подцарство Многоклеточные (Metazoa, Metazoobionta).

Задания для самостоятельной работы студентов

1. Заполните таблицу: Уровни организации живой материи

Молекулярный

Клеточный

Тканевый

Органный

Организменный

Популяционно-видовой

Биоценотический

Биосферный

2.Используя схему «Научныенаправлениябиологии», учебник

идр. литературу по биологии, сформулируйте, что является предметом изучения каждой из указанных в схеме биологических наук.

Тема: Химия жизни. Метаболические процессы в живых системах

Основные вопросы темы

1.Элементарный состав живого вещества.

2.Неорганические соединения.

3.Органические соединения. Основные типы биополимеров и других биологически важных веществ.

4.Понятие о метаболических процессах в живых системах. Ассимиляция, диссимиляция. Анаболизм, катаболизм.

5.Типы питания живых организмов.

6.Энергетический обмен. Дыхание.

7.Пластический обмен. Биосинтез белка.

8.Фотосинтез.

9.Понятие о хемосинтезе.

Понятия и термины

Материал для справок

Вода – в клетке содержание воды в среднем 80% от массы тела.

•в клетке эмали зубов ≈ 10%

•в клетке развивающегося зародыша – более 90%

•в теле медузы ≈98%.