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Abstract: The position of microbial in surface water biosphere material circulation and energy flow is irreplaceable and vital, also plays a very important role in the lake ecosystem, and is one of the main reasons of characterization eutrophication. This paper discusses that intending to apply 16S rDNA-based PCR-DGGE technology into the study of microbial diversity in water, thus preventing and controlling eutrophication.
关键词: 微生物多样性;变性梯度凝胶电泳(DGGE);16S rDNA
Key words: microbial diversity;denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE);16S rDNA
中图分类号:Q938.8 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2014)19-0305-02
1 湖泊水体系微生物生态学
1.1 湖泊水体系微生物多样性 ①藻类,常见的藻类约56个属138个种,包括:硅藻、裸藻、金藻、甲藻、小球藻属,栅列藻属,以及蓝细菌等。②细菌,在被研究水体中BOD符合负荷值比较低、维持好氧状态的富营养话水体中,常见的优势菌群有芽孢杆菌属、假单胞菌属、产甲烷菌属、光和细菌属、硫酸盐还原菌等。③原生动物及微型后生动物,富营养化水体中常见固着型纤毛虫、鞭虫、甲壳类、摇蚊幼虫等。
1.2 湖泊水体系微生物间的相互关系 位于食物链中的各种生物与其生存环境间通过一系列的能量和物质的转移与循环保持着相互依存的稳定关系,即生态平衡。但当湖泊水体系中大量累积N、P等营养元素时,生态系统的平衡就被破坏,主要表现为藻类通过大量繁殖,数量明显增多,进而导致水体透明度下降和臭阈值增加。经过反复试验验证,向湖泊水体系中投加复合细菌能与原有水体中微生物形成共生增殖关系,从而使藻类优势种群无法形成,起到了强化水体生物自净能力,恢复湖泊生态平衡的作用。
2 微生物多样性分析的常用方法
2.1 水体微生物多样性的传统研究方法 水体微生物多样性的传统研究方法是先将被检测水体样品中的微生物进行分离培养,经过纯培养后获得纯菌株,再研究纯菌株的特征及细胞性质,最后总结特性。但由于微生物形态简单,个体较小,仅依靠外观形态观察无法获得太多信息,且自然界中大多数微生物无法依靠纯培养分离,也不能精确鉴定分离物,进而揭示分离物间的系统发育关系。
2.2 分子生物学技术 应用分子生物学技术研究水体微生物生态学,能够在一定程度上避免微生物多样性丢失及种群构成变化等问题的发生,有利于被研究水体微生物中新的菌株、新菌种的发现,进一步提高对环境微生物多样性的认知水平。
3 应用PCR-DGGE技术进行水体微生物多样性检测的原理、步骤和主要优缺点
3.1 应用PCR-DGGE技术进行水体微生物多样性检测的原理 本论文拟采用基于凝胶中不同DN段电泳迁移率差异的变性梯度凝胶电泳DGGE技术分离被研究水体系微生物的DNA。
如图1将尿素和甲酰胺等DNA变性剂添加到聚丙烯酰胺凝胶中,使溶液呈现线性的变性剂浓度梯度变化。在电泳过程中水体微生物的DNA双链分子在变性凝胶中逐步进行解链,形成解链区域,此接连区域的形成增大了DNA分子的迁移阻力。当到达一定变性剂浓度,水体微生物的DNA分子在变性凝胶中的解链程度恰好合适,DNA分子所受到的迁移阻力与周围电场力互相平衡时,DNA分子便停留在该变性浓度的聚丙烯酰胺凝胶中。DNA双链分子由于碱基排列顺序不一样解链区域及解链行为也不相同,导致虽然处于同种变性凝胶电泳环境中,其迁移行为也不一致,因此可以在其周围电场作用下得到分离。
为了提高被研究水体样品中微生物多样性的检验精确度和检出率,能够更好的反映被检测水体微生物的实际情况,彻底分离DN段,在PCR扩增过程时将GC发夹结构添加到正向引物的5'端,使其在PCR过程中,通过扩增连接到目的DNA双链分子片段的一端上[1],使其在含有变性剂的电泳凝胶中难以完全解链而形成DNA单链。由于单链DNA在DGGE凝胶中的电泳行为完全取决于DNA的分子大小,而与DNA的碱基排列顺序无关,因此DGGE电泳无法将其完全分离。因此,可以说只要将检测过程中的电泳条件设置合适且其满足条件足够细致,哪怕仅有一个碱基区别的DN段也可以被区分。
应用PCR-DGGE技术在水体微生物多样性研究中具有以下优点:检测极限低;检测速度快;检测费用低;结果有较强的客观性;能够针对多个样品及多种微生物进行同时检测;可以结合其他检测方法提高检测质量。
3.2 PCR-DGGE技术分析微生物多样性的主要实施步骤:①环境样品微生物DNA的提取;②环境样品微生物DNA的纯化;③Touch-down PCR[2];④GC发夹;⑤染色和测序。
3.3 PCR-DGGE技术分析研究水体系微生物多样性的局限性 如同任何检测分析技术一样,PCR-DGGE技术分析微生物多样性也存在一定的局限性,其局限性主要表现在如下几个方面:①存在DN段检测的最理想长度一般在200~500bp之间,所以能够提供的生物系统发育信息具有局限性[3]。②在湖泊水体系微生物多样性检测中,由于被研究水体样品中个别种类的微生物16S rDNA在复制时的异质性问题及异源核酸双链分子的检出影响,会导致检测结果偏离真实值略高。③DN段扩增后的PCR产物由于受到具有不同序列的DNA共迁移问题的影响,DGGE电泳图谱中可能出现同一条带中含有不同种类的微生物,这将导致对湖泊水体环境微生物的多样性估计偏低。同时受到电泳条件的影响,也不能保证具有序列差异的DN段完全分离。④无法还原被研究水体中微生物在生活环境中的真实图景,也无法提供微生物数量、群落新陈代谢活性和基因水平等研究信息,需要进一步结合微电极测量或荧光原位杂交等其他技术方法对被研究水体系中的微生物进行更详尽地群落的复杂性分析。⑤DGGE凝胶电泳技术虽然可以检测到占有超过全部研究水体系的整个群落微生物数量1%的优势菌群的存在,但仍无法将被研究水体样品中环境微生物群落的复杂性完整地体现出来。对于以上技术方法中存在的检测缺陷,可以从改善PCR扩增及DGGE电泳条件着手;同时将与其他传统的技术检测方法与DGGE电泳技术进行有机的结合、相互补充,这样将被研究水体系微生物群落的代谢、数量、结构和功能等情况的动态变化更贴近实际地反映出来,并进一步将原位生理等环境中微生物的多样性信息进行表达,从而不断提高分析微生物生态学的研究水平。
4 总结
本文拟使用PCR-DGGE分子生物技术分析研究水体微生物群落多样性,使用该方法的研究较少目前仍然没有明确出一种具体的、行之有效的方法来对微生物群落多样性研究进行实验,实验的后续性研究拟从传统培养方法上对各种菌体进行更全面的研究,进而将分子生物技术在水体微生物群落多样性上建立起一套快捷、可靠的分析方法,在对水体微生物处理以及富营养化水体的治理研究中起到相应的作用。
参考文献:
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【关键词】生物多样性保护;重要意义
我们生活的自然界极其复杂且色彩缤纷,其根本在于生物的多样性。生物多样性不仅是自然界形成与进化的重要基础,也为人类的生存与发展提供物质与环境方面的保证。生物多样性主要包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。生物多样性是人类宝贵的生产、生活资源,它一方面维持自然生态平衡,保持人类的生存环境,另一方面为人类提供了食物、药物和工业原料等。
1.孟家岗林场生物多样性现状
孟家岗林场植被构成是以柞树、白桦、黑桦等先锋树种为主的的天然次生林和以针叶树种为主的人工纯林,植物群落和生物物种较单一,对保持生态系统的稳定不利。近年来,林场注意在天然林、人工林冠下更新红松、云杉以及在采伐迹地更新水曲柳、落叶松等混交林,特别加强了对高保护价值森林的保护。林场属于七星峰东北虎自然保护区的缓冲区的相邻林区,优越的地理位置和气候条件给野生动物创造了良好的繁衍生息的环境,主要的林副资源有山野菜,如蕨菜、薇菜、广东菜、刺龙芽、黄花菜年贮藏量可达15000千克;中药材,如刺五加、五味子贮藏量可达20500千克。食用菌,如木耳、蘑菇年贮藏量可达5050千克;果品,如山葡萄、山里红、榛子、核桃、松籽年贮藏量可达55150千克。各种野生经济植物有着蕴藏量大,分布广泛,纯天然、无污染的特点,有着巨大的开发利用价值。林场分布各种森林昆虫200余种,林内经常可见狍子、野猪、熊、鹿、野兔、松鼠、雉鸡等20多种野生动物出没。
2.生物多样性保护存在的问题
2.1森林资源逐步减少
孟家岗林场大部分森林资源是20世纪70年代营造的,经过了几个轮伐期之后,林场可采资源在逐渐减少,这样给本施业区内生物多样性带来重创,野生动植物生存的空间越来越小,分布呈缩小状态。
林场山地为完达山系西麓余脉,仅在部分山脉与平原交汇处存在小面积间歇性积水型沼泽类湿地,在施业区内呈零星分布,湿地总面积仅有74公顷,湿地水域面积不稳定,部分湿地在枯水季节经常极度缺水,只有在较大沟系周围湿地的水草比较丰茂,近年来已常见野鸭类水禽出没,随着湿地保护力度的进一步加大,林场的湿地将逐渐恢复和扩大。
2.2人类活动的加剧,使物种灭绝的速度在不断加快
人类的衣食住行与野生动植物密切相关,但由于近些年以来,乱捕滥猎、无组织的乱挖滥采的现象时有发生,使辖区内的森林资源、野生动植物遭到破坏,进而使生物多样性受到普遍威胁。另外,人类对环境问题认知的盲目造成环境污染、气候变化,如从残余农药在食物链中的富集、工业废气、废水、废渣的大量排放,到人们生活垃圾的堆积等等。环境污染使得许多陆地和水体不再适应野生生物的生存。从而使物种灭绝的速度在不断加快。
由于林木和湿地涵养水源、调节气候、保持水土等生态功能减弱,导致生态环境恶化,生态调节能力越来越小。虽然林场曾采取了一系列措施保护生物多样性,但由于一部分人对森林、湿地和野生动植物的各种功能和价值,尤其是生态价值给人们带来的间接价值还缺乏全面了解,对保护人类生存环境的重要意义认识不足,过度破坏利用资源来换取暂时经济利益的行为仍在继续,如不采取更加有效的保护措施,该施业区内的生物多样性的破坏将直接威胁人们的生存。
2.3法律和制度的不合理,不严密,加剧了生物多样性丧失
目前,生物多样性保护管理依然薄弱,法律法规不健全,虽然有《森林法》、《野生动植物保护条例》等法律法规,都是对国家重点保护野生动植物而言,在采集、运输、收费等方面没有具体规定,法律和制度执行不力、不严,加剧了生物多样性的丧失。
总之,如果生物多样性被破坏,人类赖以生存的地球将不再适合人类生存,一旦生物多样性水平降低到一定水平,当其不能有效地改善环境的时候,人类将面临很难逆转的生存灾难。
3.生物多样性保护措施
3.1建立保护区,加强物种保护
孟家岗林场位于中温带湿润气候区,雨热同季,属大陆性季风气候,根据该地气候条件及物种分布现状,采取有效的保护措施,加大保护力度,把保护、科研、资源开发和生态旅游相结合,达到可持续发展。主要加强保护区建设,尤其是各种濒危物种的保护,针对林场施业区资源现状,合理划分生态保护类型,使森林、草地、水生态等生态系统基本达到良性循环,从而提高生态系统的自我调控能力。
3.2因地制宜,建立生态管护,减少资源采伐利用
通过实施天然林保护工程,在本施业区内,加大生态管护区面积,抓住此次林业改革的有利契机,进一步保护森林资源,削减木材采伐产量,加大资源保护力度,调整生产力结构,加大林区多种经营生产,通过以林养林、以工养林、以副养林,实现逐步过渡。
关键词: 抚育间伐; 森林可持续经营; 森林近自然经营; 对策建议
森林为人类提供了木材或其他产品, 更为人类能有一个良好的生存环境做出了不可替代的贡献。但是有限的森林资源已难以满足人类对森林产品和服务持续增长的需求, 大力发展人工林就显得尤为重要。由于多年来单纯追求森林木质产品的利用, 许多人工林质量低劣或健康状况不良, 从而降低了其生态服务功能。科学的抚育措施是解Q问题的关键[ 1 ]。本文通过系统整理、分析国内相关文献, 就抚育间伐对森林生态系统影响方面的研究现状进行了总结, 并探讨了今后森林间伐研究的发展方向。
1 森林抚育间伐的作用及目的
对于森林抚育在森林培育中的作用, 奥地利著名森林培育学家汉斯・迈耶尔(1980) 讲到: 一个符合自然规律的健康而又富有生命力的森林, 不仅可以生产优质木材, 还可以发挥人们所期望的为社会公益服务的效能
对森林抚育间伐目的的传统认识
抚育间伐是科学培育和经营森林的重要手段。在传统认识中, 抚育间伐的目的主要有4 个方面: ①改善林木品质, 提高木材利用等级; ② 调整林分结构, 淘汰非目的树种, 扩大目的树种的生存空间, 加速林木生长; ③ 获得中小径材, 提高木材利用量; ④改善林分的卫生状况, 减少病虫害和防止森林火灾,提高林分稳定性。
新形势下的新要求
随着人们对林业与环境关系认识的不断深入,可持续林业、近自然林业等森林经营管理新理论在发达国家林业实践中首先得到应用。新形势下, 人们对林业提出了以下新的要求。
1) 提高森林生物多样性。近自然林业强调多树种的混交, 保证森林生态系统的生物多样性。通过适宜的抚育间伐, 发展异龄复层混交林, 人工诱导形成稳定、理想的群落结构, 就能给更多的动物提供足够的食物, 并且给许多特殊物种提供栖息地, 从而增加森林生物多样性。
2) 保证森林生态过程的连续性和独特性。发展的近自然林业的理论观点是: 为了人类的需求, 在保持森林自然结构的前提下允许作偏离自然的林业经营活动, 通过人工手段促进天然林的恢复, 使森林进入发展演替, 在森林出现衰退前获取其损失的一部分以维持森林生物的总量[ 3 ]。因此, 抚育间伐就要使林分能进行接近生态的自发生产, 保持森林生物群落的动态平衡。
3) 提高人工林的景观多样性和异质性。天然林组成复杂, 结构层次多样, 构成的景色绚丽多彩; 而人工林组成单一, 结构层次简单, 景观单调平淡。因此, 抚育间伐的目标就是形成多层次复层结构的、生物种类较丰富的、近自然的人工群落, 从而提高森林的生态服务功能。
2 森林抚育间伐对森林的影响
间伐强度是抚育间伐措施的一个重要指标, 对后续林分有直接影响, 对加速森林资源培育具有重要意义是抚育间伐研究的重点。人们以林木胸径、树高、单株材积、林分总蓄积量、生产力和生物多样性等为评价指标, 研究和探索不同间伐强度的效果, 总结相关规律, 以作为制定间伐强度的依据。
2. 1 对林分基本测树因子的影响
对于商品用材林来说, 胸径、树高、单株材积和林分单位面积、总断面积、蓄积量始终是评价间伐强度合理性的主要指标。对于间伐对胸径、树高和单株材积生长影响的研究有着较为一致的结论, 即不同的间伐强度对林分平均胸径生长的影响差异极显著, 但对树高影响不大, 相应地能显著提高林木单株材积生长量。邵锦锋和魏柏松[ 7 ]对湿地松林的研究, 雷相东、陆元昌等对落叶松云冷杉混交林的研究, 林少华[ 9 ]对马尾松的抚育试验研究, 宋庆安、李午平对马尾松天然次生林的试验研究, 孙志虎、王庆成等对白桦天然林的研究以及张春锋、殷鸣放等对人工阔叶红松林生长的研究, 都得到了相同的结论。但是由于这些研究在树种、立地条件、间伐模式、轮伐期、调查方法等方面存在差异, 不同抚育间伐强度对林分总蓄积量(收获量) 的影响目前还没有一致的结论。Knoebo l等对美国鹅掌楸不同强度间伐试验分析表明, 间伐会减少收获量; 而吴际友等认为抚育间伐会增加湿地松林分的收获量; Clu t ter 等则认为间伐对湿地松收获量基本无影响, 这与林少华对马尾松的间伐强度试验, 苏培正[ 16 ]对木荷纯林的试验, 李克俭、王春红对侧柏人工林的间伐试验, 还有姚克平[ 18 ]的马尾松人工
林抚育间伐强度试验所得出的结论相同。可见, 间伐可使保留木生长空间扩大, 促进林木生长, 但也使单位面积内立木株数减少。因此, 间伐对林分总收获量的影响取决于上述两种效应的相对大小, 这也是间伐效应的细节上有许多不确定性而需要开展更多、更深入系列研究的原因。
2. 2 对森林生产力的影响
林分间伐后, 虽然林木株数有所减少, 但是间伐调整了密度, 扩大了保留木的营养空间, 改善了林内小气候条件, 有利于提高林分的质量和生产力。方海波[ 19 ]在研究杉木人工林间伐后生物量的变化时发现, 间伐后乔木层生物量减少17. 90 %, 但连续几年的生长后, 林分生物量有明显的提高。杨玉林、高俊波等[ 20 ]在研究抚育间伐对落叶松生长的影响时, 也得出间伐10 a后, 林分总生物量随林分密度的增加而加大。Baldw in[ 21 ]在研究间伐对火炬松林分的影响时, 认为所有的间伐都增加了树干、树叶、树枝和树冠的生物量, 增加量随间伐强度的增大而加大。傅校平等[ 22 ]在研究间伐强度对杉木人工林林分的影响时认为, 间伐可以显著提高林分平均单株生物量。现阶段的研究表明: 人工林经间伐以后, 林下空间环境发生显著改变, 光照增强, 从而有利于林下灌草层和地被物层的生长, 促进其生物量的增加。方海波[ 23 ]在研究湖南会同杉木人工林间伐后的林下植被生物量时发现, 间伐后的灌木、草本以及林下死地被物生物量都有显著增加; 马履一, 李春义等[ 24 ]研究不同间伐强度对北京山区油松林下植物影响时发现, 林下植物总生物量随间伐强度的加大而增加; 熊有强[ 25 ]在对江西分宜杉木林下植被生物量的调查研究中, 李克俭、王春红[ 17 ]在对侧柏人工林的试验中, 杨年友、李玲等[ 26 ]对日本落叶松人工商品林以及雷相东、陆元昌[ 8 ]等对落叶松云冷杉混交林灌草生物量的试验中都得到类似的结论。
2. 3 对林下植被的物种多样性的影响
对于抚育间伐对林下植被和灌木的生物多样性的影响, 不同的学者得出的结论也不尽相同。许多研究认为, 伐后物种的多样性比伐前高[ 27 ]。比如于立忠等[ 28 ]在探讨人为干扰(间伐) 对红松人工林下植物多样性的影响时得出: 人为干扰改变林下光照环境, 促进植物生长, 随着干扰(间伐) 强度的增加, 红松人工林下植物种类、数量明显增加; 不同干扰强度红松人工林下植物种类的丰富度和多样性明显高于对照区;人为经营干扰改变了红松人工林下植物组成, 随着干扰强度的增加, 共有物种也会增加。上述结论与Sm ith和M iller[ 29 ]在研究间伐对生物多样性影响时得出的结论相似, 他们认为集约间伐的林分比未间伐的林分有更高的植物丰度; 随着收获强度的增加, 地被和灌木的盖度也会增加。另外一些研究则认为间伐对物种多样性无显著影响。eader[ 30 ]认为草本物种的数量和频度随上层部分间伐强度的增加没有出现显著的变化。Gilliam [ 31 ]在研究间伐强度对物种丰富度和多样性影响时认为, 间伐后的成熟林和皆伐后的幼林草本层的物种多样性无显著变化。雷相东、陆元昌[ 8 ]等在研究抚育间伐对落叶松云冷杉混交林的影响时得出, 间伐虽然改善了林内的光照条件, 促进了林下乡土植被的生长和发育, 物种多样性略有增加, 但总的来说间伐对物种多样性并未造成大的影响。还有一些研究者则支持“中度干扰假说”, 认为中度间伐的林分由于资源水平适中(主要是光资源) , 因而有利于林下植被均匀度和多样性的提高。
2. 4 对森林土壤的影响
土壤质量不仅是自然属性, 更是人为因素作用的结果[ 32 ]。唐效蓉、李午平等[ 33 ]对马尾松天然次生林研究后发现, 间伐后土壤速效氮、速效磷、速效钾含量以及土壤含水率、有机碳、有机质含量都有明显提高。张鼎华等[ 34 ]的研究也发现, 间伐后土壤微生物数量增加, 土壤容重降低, 总孔隙度、速效养分、土壤肥力都得到了改善和提高。也有研究者认为, 移走间伐木带走了土壤养分, 从而使土壤肥力降低, 但适当的间伐对林地土壤肥力的负面影响是很微小的。
3 面临的问题及解决对策
3. 1 面临的问题
林业的可持续发展依赖于森林资源的持续, 森林资源的持续又依赖于森林的科学经营, 森林生态系统经营已是21 世纪森林经营模式的最佳选择, 而抚育改造则是森林生态系统经营的关键性措施[ 36 ]。总结国内外在抚育间伐试验研究领域开展的大量研究工作, 我们可以发现, 面对21 世纪林业可持续发展的要求有如下亟待解决的问题。
1) 抚育间伐的理论还不够完善。抚育间伐虽是个经典话题, 但基于我国森林面积广阔、资源丰富的实际情况, 有许多树N、森林类型的间伐试验还未见研究; 且随着森林经营目的的改变, 究竟何种林分、树种在具体的间伐起始期施以何种间伐方式、多大的间伐强度以及间伐次数更为合理, 目前还没有统一明确的答案, 有待于进一步研究。
2) 抚育间伐的评价指标还不够全面。在以往的试验中, 对林分基本测树因子、总蓄积量及林下植被多样性的研究较多, 对林地生产力、森林更新、景观生态、森林动物及病虫害等方面的研究还较为少见,而抚育间伐需长期干扰, 短期内很难在这些林分技术指标上反映出来, 这就需要加强此方面的研究。
3) 抚育间伐是森林经营的措施, 而不是木材生产的措施, 必须充分认识抚育间伐的意义, 既不能把抚育间伐作为木材生产的手段, 又不能因为间伐导致生产亏损而忽视间伐工作的开展。因此, 如何调整森林抚育间伐的生态效益和经济效益, 使森林的总效益最大, 也是正待解决的问题。
4) 抚育间伐是一项技术性很强的工作, 从具体的间伐技术要素的制定到间伐措施的实施, 需要专业人士的指导和参与才能提高劳动强度和生产率。落后的理论指导和繁琐的抚育间伐工序都会降低间伐工作的质量。
3. 2 对策建议
为解决上述问题, 提高我国森林可持续经营的能力, 在森林抚育间伐理论与实践的试验与研究领域, 应着重从以下几方面做一些切实有效的工作。
1) 综合各抚育间伐的技术要素, 在我国的森林资源中分地域、树种、森林类型进行科学完善的抚育间伐试验, 通过比较不同的间伐效果来确定合理的间伐理论体系, 为以后的间伐实践提供依据。
2) 对抚育间伐的多种生态工艺指标、生态效益指标, 我们应该加强时间尺度上的监测; 对各指标体系进行长期定位监测。通过数据的大量积累, 对抚育间伐的效益进行综合评价, 以达到森林可持续经营的目的。
3) 加大抚育间伐经济效益的调查研究工作, 以保证森林生态服务功能不受破坏为前提、近自然森林经营为原则, 在节省经营成本的同时增加林分的木材生产, 使森林抚育间伐的综合效益达到最大值。
4) 加强间伐施工人员的专业技术培训力度, 把新的试验理论及时补充并反映到间伐技术规程中,增加其可操作性以便于掌握。在实施技术方面, 应及时更新间伐设备, 从而减少对林地的破坏。
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1影响松林生态健康和活力的因子
1.1人为活动
包括侵占林地,道路,采矿,水坝,环境污染,放牧,滥砍滥伐,种质低劣,经营管理不当等,这些因素造成定位空间或地段内生物物种多样化减少,土壤侵蚀程度加重,加重了森林的碎裂程度,加速了生物多样性锐减,导致形成三大效能低下的干扰型或经营型低效松林。
1.2立地条件
在自然状态下因立地条件较差或生长环境恶劣,导致自然形成三大效能低下的原生型低效林。
1.3自然灾害
自然灾害包括火灾,松毛虫、松材线虫病等病虫害,干旱,洪涝,霜冻等,致使多数珍惜的、受威胁的、濒危的或森林物种(主要是动植物)数量、分布等消失或锐减。导致形成三大效能低下的干扰型低效松林。
2松林生态健康和活力的维护方法
2.1增强生物多样性
按照长防林和退耕还林工程建设标准,同时规划,同时施工、同时验收,全面进行“封、改、补、造、抚”的规划和稳步实施。加速森林“效应岛”的形成,同时,采用林隙、林缘适当补植虫媒花植物(花粉和花蜜资源)和拒避植物,以丰富生物多样性。为了丰富马尾松毛虫虫源地的生物多样性,增强松林对生物灾害自我调控功能,赣州曾充分运用“封、改、补、造、抚”等措施,稳步实施了虫源地治理,达到了丰富生物多样性效果。共实施虫源地封山育林72.366万亩,占虫源地面积的100%;成功改造虫源地4789个,占虫源地总数的73.3%;改造虫源地面积50.2319万亩,占虫源地总面积的69.4%。通过治理的虫源地,平均灌木多样性指数从1995年的0.42上升到2003年的0.78,平均针阔混交比例由9:1上升到7:3,平均植被盖度由32%上升到81%,为实现马尾松毛虫的可持续控制奠定了良好基础。
2.2从严管理“三害”
在林政管理上,应健全基层护林组织,全面封山育林,制止乱砍滥伐和乱猎滥捕的行为;在森林火灾管理上,各级政府要签订防火责任状,严格控制火灾的发生;在危险性病虫防范上,重点加强外来林业危险性有害生物的管理和控制。对危险性森林病虫等应列入各级政府目标责任制,同时加强复检,控制疫情传播,限期拔除疫点,以防松林抗逆性下降。
2.3清理不健康林木
对近期内由于干旱、病虫害和森林火灾而出现大量死树的松林,要及时采用对死树进行全面清理,选择乡土阔叶树当年更新造林;对将要出现大量死树的林分,结合生态疏伐或景观疏伐,对可疑木进行全面清理,选择乡土阔叶树当年更新造林,以恢复到可持续生长的条件。
2.4强化生态阈值管理
全面封山育林,对少量或零星的经森防机构确认的非危险性有害生物致死木,可依据森林健康有关原理方法,鼓励林业主管部门采取禁止采伐的措施,以实现丰富生物多样性和制止乱砍滥伐行为双重目标。在疏伐过程中适当保留少数倒木和枯立木,以保持林间野生动物和鸟类食物链的持续2;对近期内林业生产或生态保护效益不构成大的危害的病虫,其测报和防治不作硬性要求,便于利用“天然防治”调节病虫种群,以丰富松林生态系统的生物链。
2.5依法保护林地
侵占林地,道路,采矿,水坝,环境污染等,致使松林的碎裂程度和林地土壤侵蚀程度加剧。关键要依据《森林法》等有关法规和生态学原理,进行总体规划和科学管理。
2.6适时评估效果
依照“近天然林”模式经营松林,影响松林生态健康和活力的主导因子发生明显变化时,适时评估经营效果。主要内容是对这些主导因子作危险性分析,如对现有或可能发生的林业有害生物每3—5年定期调查1—2次,参照国际上有害生物危险性分析(PestRiskAnalysis)方法,对有害生物进行危险性分析和制定防范策略。对生态系统多样性变化情况如蚯蚓、甲虫、蚂蚁、蜂类、寄生植物等森林健康关键种的多样性指数和威胁的、濒危的或森林物种(主要是动植物)数量、分布等应进行总结评估,作出决策,制定方案,付诸实施。
2.7开展科学研究
开展科技攻关,开发应用有效的、经济的和环境可接受的森林保护核心技术。主要包括自然界不同时空尺度生物多样性的类型与格局,决定生物多样性进化的生态学因子以及进化与生态学过程;景观破碎对种群散布、持久性及种群灭绝的影响及其恢复;制约群落和生态系统聚集的因子,以及群落和生态系统胁迫反应的途径;将遗传、物种、生境和生态系统多样性编目,确定生物多样性变化的速度及其对群落结构和生态系统过程的影响,以及决定各层次生物多样性的因子;有害生物及病原生物的入侵、扩散和爆发基本规律的研究。
3结语
一个理想的健康森林应该是在这样的森林中,生物因素和非生物因素(如病虫害、空气污染、营林措施、木材采伐等)共存对森林的影响不会威胁到现在或将来森林经营的目标[2]。为此,松林生态系统的健康,除经营管理要素外,森林病虫害的可持续控制、火灾的控制等应当是维护松林健康和活力的重要措施。
参考文献
一、知识目标
1.说明氨基酸的结构特点,以及氨基酸形成蛋白质的过程。
2.概述蛋白质结构的多样性。
3.概述蛋白质的功能。
二、能力目标
通过引导学生对相关资料的分析、比较和讨论,培养学生对资料的加工和处理能力,并使学生学会归纳,进行总结得出结论。
三、情感态度与价值观
认同蛋白质是生命活动的主要承担者。
【教学重点】
1.氨基酸的结构特点,以及氨基酸形成蛋白质的过程。
2.蛋白质的结构和功能。
【教学难点】
1.氨基酸形成蛋白质的过程。
2.蛋白质结构多样性的原因。
【教学过程】
教师:多媒体演示烤肉、鸡蛋、牛奶、鱼、大豆制品等图片。提出问题:这些食物都是日常生活中我们经常吃的东西,它们都富含什么呢?
学生:观看图片,根据生活常识,回答:都富含蛋白质。
教师:肯定学生的回答,引入课题:我们每天都要补充适量的蛋白质,以满足身体的需要,那么蛋白质在人体内到底有什么作用?
教师:多媒体演示羽毛、肌肉、头发、蜘蛛丝的图片。提出问题:这些物质中的蛋白质有什么作用?
学生:观察图片,联系已有的生活经验,思考回答:组成生物体的结构物质
教师:出示资料:细胞内的化学反应都离不开酶的催化,而绝大多数酶都是蛋白质。提出问题:由此可见,蛋白质在生物体内还发挥什么作用?
学生:对资料进行分析,回答:催化作用。
教师:出示资料:生物体内的激素能够传递相关的信息,从而对生命活动进行调节,如胰岛素能够降低血糖。而其中的一些激素是蛋白质。这样的蛋白质有什么作用?
学生:分析资料,联系生活常识,思考回答:调节作用。
教师:多媒体演示抗原、抗体的图片。提出问题:当人体被某些病原体感染时,机体会产生抗体将其消灭,而抗体都是蛋白质。因此蛋白质在体内还承担什么作用呢?
学生:思考回答:免疫作用。
教师:对学生的回答进行点评和更正,总结蛋白质的功能具有多样性的特点,几乎生物体的各项生命活动都有蛋白质的参与,所以我们说蛋白质是生命活动的主要承担者。补充完善本节课题,生命活动的主要承担者――蛋白质。
教师:结构决定功能,那么蛋白质具有怎样的结构而使它具有如此重要的功能?出示几种蛋白质的分子式,提出问题:组成蛋白质的元素有哪些?蛋白质的分子量如何?
学生:观察蛋白质的分子式,计算分子量。回答问题:蛋白质的组成元素主要有C、H、O、N;分子量很大,是生物大分子。
教师:在某些食品中往往要添加氨基酸,以提高其营养价值,而氨基酸和蛋白质之间又是什么关系?
学生:根据生活常识,思考回答:氨基酸是蛋白质的基本单位。
教师:讲述氨基酸的种类和分类。出示几种氨基的结构式,提出问题:这些氨基酸分子在结构上有什么共同点?不同点?让学生写出这些氨基酸在结构上的共同点,引导学生写出氨基酸的结构通式。
学生:找出不同氨基酸分子在结构上的共同点和不同点。写出氨基酸的分子结构通式。
教师:对学生的书写情况进行巡查、纠正。强调氨基和羧基的写法,并变换各个基团的位置,告诉学生各个基团的位置可以互换。给出几种有机物的结构式,其中有的是氨基酸,有的不是。提出问题:哪些是氨基酸?以一个氨基酸分子为例,改变氨基、羧基与中心碳原子的连接方式,继续提出问题:是否还为氨基酸?
学生:配合老师的问题,积极主动地构建知识。
教师:引导学生通过问题,总结氨基酸的结构特点。
学生:总结氨基酸的结构特点。
教师:问题过渡:氨基酸是怎样形成蛋白质分子的呢?20种氨基酸又能形成多少种蛋白质呢?出示以下资料:(1)如果一个蛋白质分子仅是由氨基酸构成的,那么该蛋白质的分子量总是小于构成该蛋白质的所有氨基酸的分子量之和;(2)如果该蛋白质分子中没有其他的共价键生成,那么该蛋白质分子减少的质量始终是18的整数倍;(3)在蛋白质分子中完整的氨基和羧基的数目要远远
的少于构成该蛋白质的氨基酸的数目。
学生:分析资料,小组讨论、交流,总结氨基酸之间的结合方式――脱水缩合。
教师:结合动画演示,阐明脱水缩合的过程。
学生:观看动画,明确脱水缩合的过程。
教师:引导学生观察由氨基酸形成蛋白质的示意图,阅读课文,讨论交流:(1)氨基酸是怎样形性蛋白质的?(2)如果用20种不同的字母分别代表20种氨基酸,写出由10个氨基酸组成的长链,可以写出多少条互不相同的长链?(3)根据问题2,尝试说出蛋白质种类众多的原因?
学生:看图思考,回答问题,形成对蛋白质多样性的认识。
教师:引导学生总结蛋白质功能多样性的原因:蛋白质功能的多样性。
学生:理解结构与功能的关系。
教师:讨论:(1)2个氨基酸相互结合时,脱掉几分子的水?形成几个肽键3个氨基酸呢?(2)如果是n个氨基酸脱水缩合,形成一条肽链,脱掉几分子的水?(3)如果n个氨基酸形成m条肽链呢?
学生:回顾氨基酸脱水缩合的过程,思考、尝试作出回答
教师:请出两名学生,其中每个人都代表一个氨基酸。那么氨基酸的氨基、羧基、H、R基可以分别用身体的哪些部分来表示?
学生:头代表R基,双腿代表H,左右手分别代表氨基和羧基。
教师:怎样来表示氨基酸之间的脱水缩合?
学生:两名学生思考后,手拉手。
教师:大家请看,2个氨基酸之间形成了几个肽键?脱掉了几个水呢?
学生:思考回答。
教师:增加学生的个数,即增加氨基酸的个数,让学生自己得出n个氨基酸形成一条肽链时脱掉水的个数和形成的肽键数。让学生拉手形成2排、3排,得出n个氨基酸形成m条肽链时脱掉水的个数。
学生:配合老师的要求,完成相关活动,同时思考问题,总结结论。
教师:设计练习题,让学生在规定的时间内完成。
学生:根据已学知识,完成练习。
小结:
本节要求学生掌握的内容有氨基酸的种类、结构通式、结构特点、结合方式,蛋白质分子的结构及其多样性的原因,蛋白质的功能及其能够成为生命活动主要承担者的原因,并能够利用所学的知识解决相关的问题。
1 活动目的
活动目的为利用模拟实验的方式,使学生感悟和理解物种灭^的现象和过程。本模拟实验以黑、白两色棋子类比生物的雌性与雄性,以随机抓取棋子的过程类比生物的随机过程,以骰子的投掷点数类比生物随机产生的子代性别。通过参与模拟物种灭绝的教学活动,使学生达成以下学习目标:① 树立或进一步加深生态保护意识;② 了解一定的保护生物多样性的途径与手段;③ 了解并认同模型模拟实验的方法以及数学概率在生物学中的重要研究作用。
2 材料及准备
黑、白棋子(可选用其他适宜材料),骰子4个,不透明布袋。
3 活动实施
3.1 活动引入
教师可展示多种已经灭绝或濒临灭绝的生物图片,引起学生的情感共鸣,继而介绍具有天然抗癌物质紫杉醇的濒危珍稀植物红豆杉、具有重要药用价值的濒危植物肉苁蓉等,使学生意识到保护生物多样性的重要性,进一步引导学生思考:即使环境条件改善,许多濒危物种仍需人类实施易地保护的原因。
3.2 活动说明
教师应向学生说明利用模拟实验也是生物学研究的一种重要手段。活动中以白色棋子代替雌性生物,以黑色棋子代替雄性生物。
3.3 模拟环节
(1) 假设某一个物种雄性和雌性个体各有4个,分别用黑色棋子白色棋子代表,请一位学生分别取出4个白色棋子(雌性)和4个黑色棋子(雄性),并放入不透明布袋中。布袋中的棋子的颜色组成及数目就代表某物种的初始种群情况。
(2) 再请一位学生从不透明布袋中,每次取出一对棋子配对,将每次所取出棋子放在桌上,直至取完, 得到4种组合。
(3) 当取出的两个棋子为一黑一白(一雌一雄),假设它们会产生4个子代,同时投掷4个骰子,子代的性别用掷骰子方式决定。投出的数目是1~3则代表是雌性,4~6则为雄性,将与产生子代性别对应的棋子也装入布袋中。
(4) 记录下下一代的个体数目。
(5) 重复进行步骤2~4直到第十代。
(6) 重复1~5步,共进行10次操作,每一次操作即为一个家系,制作表格统计数据。
(7) 统计活动结果,家系1、4、6、9的后代分别在第二代、第四代、第九代和第七代为0(表1),当后代数目为0时,即认为此家系已绝种。计算物种的灭绝率,第二代的灭绝率10%(1/10),第六代的灭绝率为20(2/10),第七代的灭绝率为30%(3/10),到第十代时物种灭绝的概率为40%(4/10)。可以看到,当世代增加时,物种灭绝的概率也增加。
3.4 活动总结
教师注意引导学生思考:如果初始种群中的个体数目增加(多于4个),灭绝的概率又会怎样变化?易地保护使濒危生物的数目得到增加后,是否应该将其回放到原有的生态环境中?组织学生讨论有哪些保护生物多样性的措施等。此外,教师应注意告知学生模拟实验中的替代模型与科学事实原型之间是存在差异的,所有模拟实验的模型均不能与其原型保持绝对一致。例如,前面所介绍的模拟实验活动是假定所有个体均能正常繁衍,且排除了环境因素等诸多条件对其影响的情况。
4 活动评析
关于物种灭绝的机制,学生缺乏相关的感性认知作为支撑,这是教学中的难点。该活动设计具有成本低、简便易行、材料易得、可重复操作等优点且能使学生全员参与其中,使学生得到更加直观的体验,不仅可以使学生体验并学习模型模拟、运用数学概率等科学研究方法,也能加深其对保护生物多样性的情感认同,培养学生的类比推理能力。
关键词: 高中生物教学 互动探究课堂 教学设计
新课程的教学目标是促进学生的学习与发展,使每一位学生不断地获得新的知识和能力,提高逻辑思维能力和动手操作意识。在实施新课改的今天,在有限课堂教学时间内,要想使学生获得最大的进步与发展,必须提高教学效率,克服课堂教学的“形式化”。
1.教学内容要精简,抓住重点,善于总结。
在高中生物教学中,教学内容是实现教学目标的首要条件,新课标要求教师“根据学生的具体情况,对教材再加工,创造性地设计教学过程”,要求教师在教学设计中为学生提供全面的、有利于学生发挥主观能动性、深入探索的教学内容,使学生通过对教学内容的学习,各方面有所发展。
新教材是课改理念的文本体现和载体,需要每一位教师认真研读、感悟、领会,了解教材的基本精神和编写意图,把握教材所提供的教学活动的基本线索,分析教材所渗透的生物学思想、方法,体会新教材中蕴含的教学理念,实现有效课堂教学。
教材内容并不等于教学内容,教材是教学的重要课程资源,但不是唯一的资源。新的教材观强调要按照学生的情况进行教学,而不是完全拘泥于教材,对教材要用好、用活、用实。用好,就是能根据学生的实际情况,结合学生的知识背景,或根据教学的需要,或针对教材中的一些不足之处,化难为易,使之更好地为教学、为学生服务;用活,就是根据具体教学内容和学生的自身情况,按照学生的接受能力进行灵活教学,趣味教学;用实,就是根据客观事实及日常生活,理论联系实际,要求学生把课本上的知识和实践相结合,积极应用,获得更大的成就感和满足感。
在学习组织培养时,可以充分利用学校的组织培养室,让学生亲手去做,体会整个植物组织培养的过程。这样学生对这些内容就能深入理解,而不需要死记硬背,同时也增加了知识与生产、生活实际的联系,使原有的教材知识真正内化为自己的知识。
2.教学方式设计的灵活性、多样性和有效性。
教学方式是指实现教学目标所采取的一切手段、技术、途径。有效的教学方式是课堂教学效率得以提高的有力保障。
在传统教学中,以教师讲授为主的教学方式,造成学生的创新能力、实践能力、合作能力比较弱,学生的才华和智慧得不到应有的展示。因此,课改专家特别强调和呼吁在转变学生学习方式的同时要转变教师的教学方式,要有利于每一位学生的发展,要以学法的改革带动教法的改革,保证课堂教学的科学性、灵活性、创造性,为课堂教学注入新的活力。对教学方法的优化选择,要求教师根据教学目标、内容、学生认知和能力发展水平,结合教师自身的特长和风格,灵活运用各种教学方式,实现各种方式的优化组合。
任何一种教学方式都不是万能的,教学方法选择的最优化实质上包含了教学方式多样化的含义。就一堂课而言,教学方式的多样化表现为课堂教学纵向上是多样化的,即在一堂课上,可能会使用几种不同的教学方式,例如讲授、探究、讨论、操作等。就不同的课而言,教学方式的多样化又表现为不同课堂所采用的主要教学方式是多样化的。多样化的教学方法可以激发学生的学习积极性,不同的教学方式可以为学生提供更多的机会。
在选择教学方法过程中,尽可能采用自主探究的教学方式。当然自主探究的教学方式并不是唯一的教学方式,在实际教学中我们应该根据不同的教学内容选择适合的教学方法。我们在实施探究式教学的同时,仍然要大力提倡教学方法的多样化。比如,在教学蛋白质的多样性时,明显觉得学生对这部分内容很生疏,于是就想到了将该内容转换为数学知识,让学生实际动手操作体验。用三角形、圆形、正方形分别代表三种氨基酸,让学生来排排看组成三肽有多少种可能。其实这就是让学生利用排列组合的方法来体验氨基酸排列方式的多样性,从而领会蛋白质多样性的一个方面。
3.互动探究课堂教学设计中应注意的问题。
学生在初中已学过生物呼吸的相关知识,但由于初中到高二时间间隔过长,存留在学生记忆中的仅仅是对人体呼吸的粗浅认识。我们可以运用建构主义理论,在学生原有的知识基础上进行升华,运用整体建构教学理论,先让学生感知本节课在生物教材中的地位,通过由整体到部分再到整体的课堂学习思路,运用演示实验教给学生探究式学习的方法,注重培养学生的思维能力和学习方法,在教学重点环节注重培养学生的自主学习能力。
4.教学设计容易陷入的误区。
4.1用“备知识”“备题目”取代“备教学”
准备教学阶段,只重视知识的罗列和体系的完善,而忽视了关于“能力”和“情感态度与价值观”目标的设计。有的老师针对课后题目设计教学细节,课内有意识讲解,避免了学生出错,当然也剥夺了学生深化理解的机会。
4.2用“问题次数”取代“问题意识”
关键词:水体环境生物多样性岷江
中图分类号:G633.91 文献标识码:A 文章编号:
1岷江水环境现状
岷江全长735公里,流域面积14万平方公里;全河落差3560米,水力资源1300多万千瓦。岷江河口多年平均流量2850m3/s,年径流量900亿m3,径流主要来自降雨和部份高山融雪。5~10月为丰水期,水量约占全年80%左右,11月~翌年4月为枯水期。由于流域内复杂的自然地理和气候环境,各河段径流特征也不一致。据高扬站资料统计,多年平均含沙量0.58kg/m3,多年平均悬移质输沙量5210万t,其中大渡河3297万t,占63.2%;青衣江近900万t,占17.3%。岷江推移质主要产于上游,数量较大,且具有粒径大,年内集中,年际变化大的特点。2002年,岷江已降至三年来最低水位,流量仅为46立方米/秒。从1996年开始,每年冬季和春旱季节都出现了断流现象
1.2造成岷江水体现状的主要原因
原因有多方面的。全球性的气候变暖、上游保持的树木被乱砍滥伐,环保工作力度不够……但最主要的因素还是因为上游滥建水电站,尤其是小水电站,以致水流量大量减少,以及中下游沿江城市的生活污水和工业废水的大量排放。据了解,乐山市所在的岷江中游每年要向岷江排放污水6亿多吨,其中三分之二是生活污水,三分之一是工业废水。
2.2生物多样性
生物多样性是地球生命经过几十亿年发展进化的结果,是人类赖以生存和持续发展的物质基础。生物多样性可从3个层次上去描述,即遗传多样性、物种多样性、生态系统与景观多样性。
2.2 岷江流域生物多样性现状
目前,岷江流域的生物多样性情况可以用堪忧两字来形容。
岷江的源头,现已形成泥石流高发区,成千上万方的松散泥土随时可能冲进岷江,不仅威胁周边居民的生命财产,还危及紫坪铺库区的安全及整个岷江的水质。物种灭绝:野生鱼类减少24种。
在上游区域,森林覆盖率已从50%下降到18%,干旱河谷面积上升,海拔1200—3000米范围呈现半干旱生态景观并向荒漠化过渡,水土流失面积达1.1万平方公里,占整个上游幅员面积的45%。由此,岷江流域水源涵养能力大为降低。近几十年里,岷江枯水期流量逐渐减少,而汛期流量逐渐增大,洪水历时缩短,洪峰流量和泥沙含量在增大。其年均输沙量达到1000万吨,为长江上游各大支流水系之最。
岷江上游都江堰地区的生物多样性。都江堰地区是我们收集的资料比较全的地区,所以也详细说一下。都江堰地区的生态系统可分为5个类型:城镇生态系统、农业生态系统、森林生态系统、高寒生态系统和河流生态系统;拥有6个植被型,24个群系;当地植被垂直带普由亚热带常绿阔叶林——高山流石滩稀疏植被等7个植被垂直带构成;并有河谷、沼泽湖及冰斗湖、苔藓元等特殊(隐域)生境和一些特有植被群落类型。拥有高等植物3284种,占我国高等植物种类的11.3%;特、少、单型属占我国相应属的16.5% ,13.6%,10.2% ,国家与四川省级珍稀濒危保护植物种类繁多。境内脊椎动物种类434种,占我国脊椎动物种类的8.2%,珍稀濒危动物种类及其丰富。
从都江堰流域的资料,我们可以看到其生物资源的丰富,而这只是岷江流域的一个小小部分。尽管资源是丰富的,但如果不保护的,也是会耗尽的。灭绝了的物种不可再生。
岷江中游近几年来每年3、4月份枯水季节都有死鱼现象,大的死鱼重达几公斤,更多的只是鱼花花。一些水段已是一凼“墨水”,连鱼虾都难以生存。中岩、平羌三峡一带原先盛产的江团等珍稀鱼类已濒临灭绝。每当春汛一来,河中常常漂浮着寸多长的死鱼苗。野生河鱼一进入该河段就大量窒息而死亡。
3.岷江水环境对生物多样性的影响。
3.1对生态系统与景观多样性的影响:
岷江上游沿岸大部分区域,属干热河谷地带:降雨量少,蒸发量大;山高坡陡,土地瘠薄;植被稀疏,水土流失严重,滑坡泥石流等山地灾害时有发生,自然生态形势本来就严峻。一旦岷江上游水电站全部建成并发电,将形成连续不断的减水段甚至枯水期的断流段。岷江上游水电站大坝截流工程过多,水资源开发利用严重透支,是造成岷江“断流”的主要原因。原来丰沛的地表水流在水电开发地段成为“暗河”。岷江的多处河段趋于干涸,除了给河流动植物系统造成不可逆转的危害外,还使岷江干旱河谷更加干旱。
在上游区域河谷地区,由于干旱缺水,形成以灌木草丛为主的灌木草丛和稀疏灌木,景观;干季植被呈休眠状态,发育受抑制,生物产量低;土壤腐植层发育较差 ,保水能力弱。森林覆盖率已从50%下降到18%,干旱河谷面积上升,海拔1200—3000米范围呈现半干旱生态景观并向荒漠化过渡,水土流失面积达1.1万平方公里,占整个上游幅员面积的45%。由此,岷江流域水源涵养能力大为降低。
3.2对物种多样性的影响。
水环境对生态系统的影响,必然会导致对该生态系统中的物种的影响,从而影响到物种多样性。
梯级电站群的建立,改变了岷江上游径流的天然属性,尤其是在枯水季节,径流分配上的人工影响突出。由于整个岷江上游被多达10多个电站截断,同时又缺乏大型水库的缓冲,给岷江水生动植物造成严重的影响,原生水生环境遭到破坏。
3.3对遗传多样性的影响
物种的减少,尤其是特有物种的减少,甚至灭绝严重的影响了遗传多样性。遗传多样性对于任何物种维持和繁衍其生命、适应环境、抵抗不良环境与灾害都是十分必要的。
4.改善岷江水体环境,保护岷江流域生物多样性的建议措施
4.1改善水体环境的建议
1、整治上游的水电站。一条江河流域极限水资源开发利用率为40%,而岷江上游流域水资源开发利用率远远超过了水资源开发利用的极限,河流基流持续减少。应该按照国家的有关规定,不超过河流开发利用的极限。按照国家能源部书店发展规划,在都江堰以上区域,岷江流域总共将建设27个电站,其中15万千瓦以上的电站9个,15万千瓦以下到5万千瓦的9个,而5万千瓦以下的还有9个。
2、在建水电站以前,首先进行环境评估工作,实现经济和生态的协调发展。水电开发前必须做好流域规划。在进行水电开发时必须明确,河流规划是水电开发建设的主要基础和前提,水电开发未制定流域规划,或规划未获批准的,一律不得进行水电开发建设。 在进行流域规划时,应让规划环评提早介入。并且,环境评价必须从流域开发总体规划的层面上进行,并且必须早期介入,将管理点前移,在项目决策前的规划阶段,就将生态环境保护纳入流域开发目标体系中。
3、尽制定和实施生态补偿机制。国家应尽快制定和实施生态补偿机制,在电站发电或是其他对环境有污染的企业的效益中提留一部分资金,用于长期生态补偿和保护。
4、重视环境保护工作,在污染严重区域加建污水处理厂、固体废弃物处理厂以减少污水及固体废弃物对环境的危害
5、沿河流域都应该重视根据当地地形、气候特点植树造林,退耕还林。
5.总结
岷江流经多个自然保护区,其中包括世界闻名的卧龙自然保护区,是一条具有重大生态价值的大江。岷江的水环境影响着岷江的生物多样性;同时,岷江的生物多样性同时影响着岷江。岷江流域的生物多样性的保护对保护岷江的“源远流长”有重大的作用。
参考文献:
“生命活动的主要承担者――蛋白质”是人教版高中生物学教材“分子与细胞”第2章“组成细胞的分子”第2节内容。其中的教学难点较多,如,氨基酸的结构特点、脱水缩合反应的过程、蛋白质结构多样性的原因等。本节内容比较抽象,高一学生没有有机化学的知识基础,对于氨基酸的结构通式以及氨基酸如何脱水缩合等理解起来有一定困难。根据心理学的首因效应,新授课的教学效果会直接影响到学生对上述疑难问题理解的深度。因此,我将新知识进行分层引导,以简单知识作为理解疑难问题的台阶,让学生能够顺利地掌握难度较大的知识。
二、教学目标
1.知识目标
阐明氨基酸的结构特点,以及氨基酸形成蛋白质的过程;概述蛋白质的结构和功能。
2.能力目标
尝试建立氨基酸结构通式的球棍模型,以及使用球棍模型演示脱水缩合过程;能够利用多媒体搜集相关信息,学会鉴别、选择、运用和分享信息。
3.情感、态度与价值观目标
认同蛋白质是生命活动的承担者,体验合作学习的快乐;初步形成生物体的结构与功能、局部与整体、多样性与共同性相统一的观点。树立辩证唯物主义自然观,逐步形成科学的世界观。
三、教学过程
1.创设情境,引入新课
多媒体展示2004年安徽阜阳出现的“大头婴儿”照片和2008年三鹿奶粉添加三聚氰胺事件照片,激发学生的学习兴趣,还有哪些食品富含蛋白质?展示不同食品,学生思考回答。为何食物中蛋白质如此重要?蛋白质在我们生命活动中有哪些作用?学生结合生活经验,引导学生总结蛋白质的主要功能。蛋白质能够承担多种多样的功能,这与它的结构有什么关系呢?展示“瑞年氨基酸片”的图片、说明书,启发学生思考:瑞年氨基酸片为什么能够促进生长并提高免疫力?我们需要服用吗?从而引出氨基酸的结构。
设计意图:从学生熟悉的事件入手,引导学生思考归纳蛋白质的功能,从保健品“瑞年氨基酸片”引导学生思考蛋白质和氨基酸之间的关系,从而理解氨基酸是组成蛋白质的基本单位。
2.以甲烷模型为例,构建氨基酸结构模型
展示甲烷结构模型,以学生熟悉的乙酸(CH3COOH)引入化学基团羧基(―COOH)的概念,以学生熟悉的氨气(NH3)引入化学基团氨基(―NH2)的概念。接着要求学生利用所给的球棍(红、黑、绿、蓝色球分别代表氢原子、碳原子、氧原子、氮原子,小铁棍代表化学键,弹簧棍代表碳氧双键)模仿甲烷的结构模型组装出甘氨酸。组装完后请学生从不同角度识别氨基、羧基,并比较氨基酸空间结构与平面结构的区别。展示四种不同的氨基酸图片,请学生比较归纳出氨基酸的结构通式及其结构特点。
设计意图:在学生没有相关有机化学知识的情况下,通过学生熟知的甲烷、乙酸、氨气等知识引入羧基、氨基新概念,通过动手操作构建氨基酸模型,多角度比较使学生掌握氨基酸的结构特点,从而突破该教学难点。
3.学生活动,模拟氨基酸脱水缩合反应
展示氨基酸脱水缩合的Flas,利用前面组装的氨基酸
球棍模型构建两个氨基酸的脱水缩合反应模型。由学生活动模拟多个氨基酸的脱水缩合反应。具体做法:(课前用A4纸分别打印好羧基、氨基、肽键、水,其中肽键用彩色纸打印最好)若干名学生(身躯代表碳原子,头代表R基,腿代表H)每人一手拿羧基,另一只手拿氨基,互相之间找同学(代表氨基酸)发生脱水缩合反应,一名同学专门负责取下消耗的氨基和羧基并换上肽键。教师引导学生观察并思考学生模拟脱水缩合反应过程中肽键与水分子、氨基酸数目及肽链数目的关系。
设计意图:通过学生模拟脱水缩合反应,变抽象为直观,降低学生理解的难度,使学生在活动中体验合作学习的快乐。
4.蛋白质结构的多样性决定其功能的多样性
展示因氨基酸种类、数目、排列顺序、肽链折叠空间结构不同而形成的蛋白质,让学生归纳出蛋白质结构多样性的原因。蛋白质结构的多样性与其功能的多样性有怎样的关系?引导学生得出生物界的普遍规律:结构与功能相统一。
设计意图:学生通过观察,自主归纳出蛋白质结构多样性的原因,进而理解生物体的结构与功能相统一的观点,使学生树立辩证唯物主义自然观,逐步形成科学的世界观。
四、教学反思
本节内容因学生缺少相关化学基础知识,学生不容易理解和掌握。笔者通过对新知识进行分层引导,化抽象为直观,学生活动模拟实验,既激发了学生的学习兴趣,调动了学生的多种感官,突出知识的主要矛盾,促进学生理解蛋白质是生命活动的主要承担