5. Содержание дисциплины.

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.
РАСТЕНИЯ В УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЕ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 020400.68 Биология
магистерская программа «Биотехнология»
очная форма обучения
Тюменский государственный университет
2011
1
Алексеева Н.А. Растения в урбанизированной среде. Учебнометодический комплекс. Рабочая программа для студентов направления
020400.68 Биология. Магистерская программа «Биотехнология», очная форма
обучения. Тюмень, 2011, 9 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС
ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю
подготовки. Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Растения в урбанизированной среде [электронный ресурс] / Режим доступа:
http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой ботаники, биотехнологии и
ландшафтной архитектуры. Утверждено проректором по учебной 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 Цель дисциплины: изучение особенностей существования растений в
урбосреде, методов фитоиндикации.
Задачи:
- расширить и систематизировать знания о влиянии экологических факторов на
растения в условиях урбоэкосистем;
- познакомиться с методами фитоиндикации, проблемами и перспективами
применения биотехнологических методов и приемов для оценки загрязнения окружающей
среды.
1.2. Место дисциплины в структуре ООП: цикл М.2, дисциплины по выбору.
Содержание программы базируется на общебиологических знаниях, а также
сведениях, полученных при изучении курсов «Учение
о биосфере, глобальные
экологические проблемы», «Адаптивный потенциал и повышение резистентности
растений», «Редкие и исчезающие растения». Данная дисциплина связана с курсами
«Региональная флористика, гербарное дело и создание базы данных», «Методы
определения численности микроорганизмов в природных ценозах», «Биотехнология в
селекции растений», которые читаются в текущем семестре.
1.3. Требования к результатам освоения дисциплины.
Процесс изучения дисциплины направлен на
формирование следующих
компетенций:
- ПК 12* (*часть компетенции): умение применять методические основы
проектирования и выполнения лабораторных и полевых биологических и экологических
исследований;
- ПК 14*: умение планировать и проводить мероприятия по оценке состояния
природной среды в соответствии со специализацией;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
- знать особенности существования растений в урбосреде, ответные реакции на
уровне клетки, организма, сообщества; механизмы поддержания устойчивости сообществ,
виды мониторинга;
- уметь применять полученные знания в практической и исследовательской
деятельности, биотехнологические методы и приемы в оценке загрязнения окружающей
среды; оценивать состояние растений; работать с информационными источниками
(каталогами, базами данных и др.), составлять сообщения, разрабатывать презентации и
др.;
- владеть навыками и методами полевых и лабораторных исследований (методы
фитоиндикации, оценки состояния зеленых насаждений и др.).
2.
Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр третий. Форма промежуточной аттестации - зачет. Общая трудоемкость
дисциплины составляет 1 зачетную единицу, 36 часов (из них практических занятий – 12
часов).
3
3. Тематический план
Таблица 1
№
1
2
3
Тема
Проблема существования
растений в условиях
урбоэкосистем.
Научные основы
мониторинга состояния
растительного покрова
городских экосистем.
Методы
фитоиндикационных
исследований.
Итого:
Тематический план
НедеВиды учебной и самостоят.
ли
работы, час.
семес Практ./ Самостоя
Из них в
тра
семин.
тельная
интерактив
заняработа
ной форме
тия
Формы
контроля
1-2
2
6
2
Дискуссия,
контрольная работа
3-4
2
6
2
Дискуссия,
сообщение
8-12
8
12
4
12
24
8
Отчет,
разработка
кейса
зачет
Таблица 3
Планирование самостоятельной работы студентов
Виды СРС
№
Модули и темы
обязательные
дополнительные
Неделя
семес
тра
Объем
часов
1
Проблема существования
растений в условиях
урбоэкосистем.
Работа с литературой,
источниками, подготовка
Сообщение
к семинару, выполнение
контрольной работы.
1-2
6
2
Научные основы
мониторинга состояния
растительного покрова
городских экосистем.
Работа с литературой,
источниками, подготовка
к семинару. Сообщение.
3-4
6
3
Методы фитоиндикационных исследований.
Работа с литературой,
источниками. Разработка
кейса.
8-12
12
ИТОГО:
Разработка
презентации
24
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечивающими
(последующими) дисциплинами
Темы дисциплины, необходимые для
№
Наименование обеспечиваемых
изучения обеспечиваемых (последующих)
(последующих) дисциплин
дисциплин
1
2
3
Региональная флористика, гербарное
1
+
+
дело и создание базы данных
2 Биотехнология в селекции растений
+
+
Методы определения численности
3
+
+
микроорганизмов в природных ценозах
4
5. Содержание дисциплины.
Тема 1. Проблема существования растений в условиях урбоэкосистем.
Основные тенденции изменения природной среды. Урбанизация планеты. Понятие
«урбоэкосистема». Город как антропоэкологическая система. Увеличение площади
городов, формирование городских ландшафтов.
Роль зеленых насаждений в городской среде. Категории озелененных территорий.
Нормы озеленения.
Источники загрязнения городской среды. Реакция растений на действие
загрязняющих веществ на субклеточном, клеточном и организменном уровнях.
Чувствительность и устойчивость растений к действию различных поллютантов.
Тератологические изменения. Биологические поражения насекомыми, болезнями.
Изменение онтогенеза растений под действием неблагоприятных факторов.
Общая характеристика городской флоры. Историческая и современная флора
травянистых растений г. Тюмени.
Влияние загрязнения на природные экосистемы: изменение пространственной и
виталитетной структуры, возрастного спектра ценопопуляций и др.; нарушение
взаимосвязей, биогеохимических циклов, образования биомассы, способности сообществ
к самоподдержанию и др.
Пути решения проблемы сохранения экологического равновесия.
Тема 2. Научные основы мониторинга состояния растительного покрова
городских экосистем.
Мониторинг биосферы как необходимое средство оценки антропогенных
воздействий. Классификация систем мониторинга (И.П. Герасимов, 1975; Ю.А. Израэль,
1984 и др.). Принципы организации биоэкологического мониторинга.
Понятия биоиндикация и биотестирование. Преимущества методов биоиндикации
и биотестирования. Требования, предъявляемые к биоиндикаторам. Чувствительные и
кумулятивные биоиндикаторы. Уровни и направления использования растительных
организмов в качестве биоиндикаторов антропогенно измененных природных сред.
Признаки зон экологического риска, экологического кризиса и экологического бедствия.
Тема 3. Методы фитоиндикационных исследований.
Комплексная фитоиндикационная оценка состояния городской среды. Методы
полевых исследований: физиономическая, фитооптичесская, биогеохимическая
индикация, лихеноиндикация. Камеральная обработка данных.
Проблемы и перспективы применения биотехнологических методов и приемов для
оценки загрязнения окружающей среды.
6. Планы семинарских и темы практических работ.
1) Семинар на тему «Функциональная оценка города. Влияние промышленного
загрязнения на фитогенные системы».
Вопросы к семинару:
А) Понятие «урбоэкосистема». Урбанизация планеты.
Б) Городские и природные компоненты урбоэкосистемы (на примере г. Тюмени).
В) Роль зеленых насаждений в городской среде. Нормы озеленения.
Г) Историческая и современная флора травянистых растений г. Тюмени.
Д) Влияние загрязнения на природные экосистемы. Проблема устойчивости экосистем.
2) Семинар на тему «Научные основы мониторинга состояния растительного
покрова городских экосистем».
Вопросы к семинару:
А) Классификация систем мониторинга;
Б) Принципы организации биоэкологического мониторинга;
5
В) Понятия биоиндикация и биотестирование. Преимущества методов биоиндикации и
биотестирования;
Г) Требования, предъявляемые к биоиндикаторам. Уровни и направления использования
растительных организмов в качестве биоиндикаторов естественно и антропогенно
измененных природных сред;
Д) Признаки зон экологического риска, экологического кризиса и экологического
бедствия.
3-4) Физиономическая и фитооптическая индикация. Материалы и оборудование:
бинокуляры, живые растения, гербарий растений с морфологическими деформациями,
первичные данные по оценки состояния древесных насаждений в г. Тюмени.
5) Методы лихеноиндикации. Материалы и оборудование: бинокуляры,
определители, справочный материал.
6) Биогеохимическая индикация. Биотехнологические методы и приемы в оценки
загрязнения окружающей среды. Материалы и оборудование: бинокуляры, данные по
содержанию тяжелых металлов в растениях, справочный материал.
7. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Тема 1. Проблема существования растений в условиях урбоэкосистем.
Работа с литературой, источниками. Подготовка к семинару.
Вопросы контрольной работы:
1) Реакция растений на действие загрязняющих веществ на субклеточном и клеточном
уровнях.
2) Реакция растений на действие загрязняющих веществ на органном и организменном
уровнях.
3) Общая характеристика городской флоры.
4) Пути решения проблемы сохранения экологического равновесия.
Подготовка сообщения на одну из тем:
1) Флора г. Екатеринбурга;
2) Флора г. Новосибирска;
3) Флора г. Красноярска.
Тема сообщения выбирается в соответствии с интересами студента. Сообщение
должно основываться на проработке нескольких дополнительных к основной литературе
источников (монографий, статей и др.). Все приводимые в сообщении факты и
заимствованные соображения должны сопровождаться ссылками на источник
информации. Список литературы оформляется в соответствии с действующим ГОС.
Тема 2. Научные основы мониторинга состояния растительного покрова
городских экосистем.
Работа с литературой, источниками. Подготовка к семинару.
Подготовка сообщения на одну из тем:
1) Система мониторинга состояния окружающей среды в России;
2) Система мониторинга состояния окружающей среды в Тюменской области;
3) Картографический метод оценки состояния среды;
4) Метод моделирования при экологическом прогнозировании;
5) Экологическая экспертиза.
Тема 3. Методы фитоиндикационных исследований.
Работа с литературой, источниками. Разработка кейса по данной теме.
Метод конкретной ситуации или метод кейсов - это последовательное, часто
6
поэтапное проигрывание и проработка (анализ и осмысление) единичных типичных
динамических, изменяющихся ситуаций, на основе которых делаются общие выводы по
решению комплексной проблемы. В игровой деятельности происходит апробирование
полученных умений, тренировка использования изученной теории на практике. С
помощью метода конкретной ситуации (кейса) вырабатываются умения и навыки
индивидуального или группового решения поставленных задач. Метод кейсов развивает у
студентов широту и гибкость мышления, помогает научить их рационально использовать
информацию, самостоятельно анализировать факты, чувствовать ситуацию и оценивать ее,
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.
Разработка презентации на тему «Результаты фитоиндикационных исследований в
г. Тюмени».
Промежуточный контроль знаний – тестирование.
Примеры тестовых заданий:
Соответствие направлений биоиндикации используемым организмам:
1) альгоиндикация
А) папоротники
2) лихеноиндикация
Б) лишайники
3) бриоиндикация
В) водоросли
Г) мохообразные.
Устойчивость популяции и воспроизведение вида обеспечивают особи:
А) имматурные
Б) ювенильные
В) средневозрастные генеративные
Г) сенильные.
Основные диагностические критерии техногенного воздействия на организменном
уровне:
1) изменение размеров клеток мезофилла
2) нарушение соотношения пигментов
3) изменение виталитетной структуры
4) снижение жизненности растений.
Устойчивость фитоценозов зависит от:
1) состава жизненных форм
2) возрастного спектра
3) видового разнообразия
4) пространственной структуры.
Расположите перечисленные виды деревьев в порядке увеличения их
газоустойчивости:
1) Tilia cordata
2) Pinus sylvestris
3) Populus tremula.
Техногенное воздействие обычно приводит к:
1) увеличению годичных приростов побегов
2) развитию некрозов
3) мелколистности
4) снижению доли паразитарных патологий.
Признаки зон экологического бедствия:
1) площадь деградированных экосистем достигает 5-50%
2) площадь эродированных почв – более 50%
3) лесистость составляет 70-80% от зональной
4) содержание тяжелых металлов в растениях достигает 1,5-5 ПДК.
7
Примерные вопросы к зачету:
1. Основные тенденции изменения природной среды.
2. Понятие «урбоэкосистема». Урбанизация как процесс антропогенного развития.
Направления функциональной оценки города.
3. Основные источники загрязнения в урбоэкосистемах.
4. Роль зеленых насаждений. Нормы озеленения.
5. Реакция растений на действие загрязняющих веществ на субклеточном, клеточном
уровнях.
6. Реакция растений на действие загрязняющих веществ на органном и организменном
уровнях.
7. Общая характеристика городской флоры.
8. Влияние загрязнения на состояние фитоценозов.
9. Влияние загрязнения на природные экосистемы. Проблемы устойчивости экосистем.
10. Понятие мониторинга. Классификация систем мониторинга.
11. Принципы организации биоэкологического мониторинга.
12. Понятия биоиндикация и биотестирование. Преимущества методов биоиндикации и
биотестирования.
13. Уровни и направления использования растительных организмов в качестве
биоиндикаторов антропогенно измененных природных сред.
14. Комплексная фитоиндикационная оценка состояния городской среды.
15. Методы физиономической фитоиндикации.
16. Фитооптическая индикация.
17. Методы лихеноиндикации.
18. Биогеохимическая индикация.
19. Проблемы и перспективы применения биотехнологических методов и приемов для
оценки загрязнения окружающей среды.
8.
Образовательные технологии.
Работа на семинарах, практических занятиях, интерактивные технологии, работа в
малых группах, дискуссии, подготовка сообщений, презентаций, выполнение контрольной
работы.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
9.1. Основная литература:
1. В.М. Калинин. Мониторинг природных сред. Учебное пособие. Тюмень: изд-во
ТюмГУ, 2007. 208 с.
2. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. / Под
ред. О.П. Мелеховой, Е.И. Егоровой. М.: Академия, 2007. 288с.
3. Н.А. Березина, Н.Б. Афанасьева. Экология растений. М.: Академия, 2009. 400с.
4. В.В. Дмитриев, А.И. Жиров, А.Н. Ласточкин. Прикладная экология. М.: Академия,
2008. 608 с.
5. Экология города. М.: Научный мир, 2004. 624с.
9.2. Дополнительная литература:
1. Е.Ю. Колбовский. Ландшафтное планирование. М.: Академия, 2008. 336с.
2. Б.И. Кочуров, Д.Ю. Шишкина, А.В. Антипова, С.К. Костовска. Геоэкологическое
картографирование. М.: Академия, 2009. 192 с.
3. А.Н. Гусейнов. Экология города Тюмени: состояние, проблемы. Тюмень: издательская
фирма «Слово», 2001. 176 с.
4. Е.Ю. Хозяинова. Флора травянистых растений в условиях урбанизированной среды (на
примере г. Тюмени). Автореф. дисс… канд.биол.наук: 03.00.16. Тюмень: изд-во ТюмГУ.
2004 г.
8
5. Загрязнение воздуха и жизнь растений / под ред. М. Трешоу. Л.: Гидрометеоиздат,
1988.535с.
6. Н.В. Прохорова, Н.М. Матвеев, В.А. Павловский. Аккумуляция тяжелых металлов
дикорастущими и культурными растениями в лесостепном и степном Поволжье. Самара:
изд-во Самарского ун-та, 1998. 131с.
7. В.А. Алексеев, М.В. Марков. Статистические данные о лесном фонде и изменении
продуктивности лесов России во второй половине XX века. СПб: СПЛЭЦ, 2003. 272с.
8. Биохимические индикаторы стрессового состояния древесных растений / под ред.
Милютина Л.И. Новосибирск: Наука, 1997. 178с.
9. М.А. Березуцкий, А.В. Панин. Флора городов: структура и тенденции антропогенной
динамики // Ботан. журн. 2007. Т.92. № 10. С. 1481-1489.
10. Н.С. Шихова. Количественное участие в структуре насаждений и устойчивость
кустарников в урбоэкосистемах Владивостока//Сиб. экол. журн. 2008. № 4. С. 661-671.
11. И.Е. Мерзлякова. Соотношение синатропных элементов во флоре г. Томска // Ботан.
журн. 2001. Т.86. № 11. С. 94-98.
12. В.В. Тужилина. Реакция пигментной системы хвойных на длительное аэротехническое
загрязнение // Экология. 2009. № 4. С. 243-248.
9.3. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
http://www.ecosystema.ru
http://ecomos.ru
http://www.glossary.ru
http://www.priroda.ru
http://herba.msu.ru
http://mfd.cepl.rssi.ru/flora
10. Технические средства и материально-техническое обеспечение
дисциплины.
При проведении практических и семинарских занятий применяются
мультимедийное оборудование, различные иллюстративные и справочные материалы,
коллекции лишайников, гербарий высших растений и др.
9