Биогеоценоз. БК КУСР Козлова О.В._Роль продуцентов в биотическом круговороте(. Самостоятельная работа по дисциплине Биотический круговорот
 Скачать 37.94 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ВИТЕБСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П. М. МАШЕРОВА» Факультет химико-биологических и географический наук Кафедра экологии и географии КОНТРОЛИРУЕМАЯ УПРАВЛЯЕМАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА по дисциплине «Биотический круговорот» РОЛЬ ПЕРВИЧНЫХ ПРОДУЦЕНТОВ В БИОТИЧЕСКОМ (БИОГЕОХИМИЧЕСКОМ) КРУГОВОРОТЕ Выполнила: Студентка 3 курса, 31 группы Козлова Ольга Васильевна Проверил: Ивановский Владимир Валентинович Профессор кафедры экологии и географии, доктор биологических наук, доцент Витебск – 2023 СодержаниеВВЕДЕНИЕ Возникновение жизни на Земле связано с биологическим круговоротом веществ в пределах границ, определяемых областью распространения жизни, т.е. биосферой. Такой круговорот осуществляется посредством взаимодействия огромного множества различных живых организмов, которые относятся к тому или иному виду растений, животных или микроорганизмов. Элементарной единицей в круговороте веществ и основной формой организации материи является вид. Живые организмы, населяющие Землю, не разбросаны хаотично по её поверхности, а организованы в определённые развивающиеся группы. Такие группы, начиная с отдельных индивидов, составляют уровни организации живого, или структурные уровни. Жизнь предстаёт перед нами как сложная иерархическая система, в которой элементы низшего уровня организации служат составными частями для структур более высокого уровня. В 80-х годах XIX века немецкий биолог Вильгельм Пфеффер разделил все живые организмы по способу питания. Это деление сохранилось и до нашего времени. Пфеффер исходил из того, что зелёное растение в природе не нуждается в притоке органического вещества извне, а само может создавать его в процессе фотосинтеза. Только исключительно зелёным растениям природой дано искусство создавать органические вещества из воды и воздуха, используя солнечную энергию. Пфеффер назвал их автотрофами, что буквально означает «самопитающиеся, самокормящиеся» (от. греч. «ауто» - сам и «трофе» - кормиться, питаться). Автотрофные растения не только кормятся сами, но и кормят все остальные живые организмы. Это кормильцы биосферы [7]. 1ЧТО ТАКОЕ БИОТИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ Устойчивое функционирование экосистем и выполнение ими разнообразных функций возможно только при условии соблюдения закона постоянства вещества и энергии, который реализуется в биотических круговоротах. Глобальные циклы миграции химических элементов в биосфере связывают наружные оболочки нашей планеты (атмосферу, гидросферу и литосферу) в единое целое, обеспечивая, с одной стороны, ее устойчивость, а с другой - непрерывную эволюцию ее состава. К. Бэр установил закон бережливости. Вернадский очень образно формулирует этот закон. Закон бережливости: атомы, вошедшие в какую-нибудь форму живого вещества, захваченные единичным жизненным вихрем, с трудом возвращаются, а может быть, и не возвращаются назад, в косную материю биосферы. Благодаря "закону бережливости" можно говорить об атомах, остающихся в пределах живой материи в течение геологических периодов, все время находящихся в движении и миграции, но не выходящих назад в косную материю. Иными словами, основу функционирования живого вещества составляет биотический круговорот веществ. Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов: 1) продуцентов - зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу; они создают первичное органическое вещество; 2) консументов, потребляющих органическое вещество; это растительноядные и хищные животные; 3) редуцентов, разлагающих мертвое органическое вещество до минерального; это в основном бактерии, грибы и простейшие животные . На восходящей ветви биотического круговорота, основанного на выполнении энергетической функции зелеными растениями, происходит накопление солнечной энергии в виде органических веществ, синтезируемых растениями из неорганических соединений - углекислого газа, воды, азота, зольных элементов питания. Нисходящая ветвь биотического круговорота связана с потерями органического вещества. Важнейший процесс- дыхание растений, при котором до половины ассимилированного при фотосинтезе органического вещества окисляется до СО2 и возвращается в атмосферу. Второй существенный процесс расходования органического вещества и накопленной в нем энергии – это потребление растений животными. Запасаемая с пищей энергия также в значительной мере расходуется на дыхание, жизнедеятельность, размножение, выделяется с экскрементами. Биотический (биогеохимический) круговорот - обмен веществом и энергией между различными элементами биосферы, обусловленный жизнедеятельностью живых организмов и носящий циклический характер – составляет основу жизни на Земле. Движущей силой биотического круговорота служит энергия Солнца. Основной процесс, в результате которого образуются органические вещества, — фотосинтез — осуществляется благодаря использованию солнечной энергии зелеными растениями. Автотрофы, синтезируя органическое вещество, по сути дела, «консервируют» солнечную энергию в географической оболочке. Проникая из космоса в биосферу, энергия накапливается не только в растениях, но и в животных, почвах, горных породах. Энергия Солнца движет по кругу химические элементы, которые то сцепляются в гроздья органических молекул, то рассыпаются опять в неорганическом веществе. В биотическом круговороте помимо образующих органическое вещество элементов (кислород, углерод, водород) принимают участие большое число биологически важных элементов (азот, кальций, натрий, калий, кремний, фосфор, сера), а также микроэлементы (бром, йод, цинк, серебро, молибден, медь, магний, свинец, кобальт, никель). Список элементов, поглощающихся живым веществом, можно значительно расширить, причем в него входят даже ядовитые элементы (ртуть, селен, мышьяк) и радиоактивные [7]. 2ЧТО ТАКОЕ ПЕРВИЧНЫЕ ПРОДУЦЕНТЫ Первичные продуценты- производят из неорганических веществ органические, используя солнечный свет или химическую энергию. Это способные к фотосинтезу зеленые растения, автотрофные бактерии, археи. К данным представителям живого мира относится большая часть растений, синтезирующих органические вещества с помощью механизмов фотосинтеза, а также некоторые типы бактерий, называемых хемотрофами, отличающиеся способностью химически синтезировать органику без необходимости в солнечном свете. Продуценты представляют собой первое звено пищевой цепи. Их особенностью является отсутствие потребности в поиске пищи. Природа наделила эти организмы функцией самостоятельно расти и развиваться. В результате жизнедеятельности продуцентов в экосистему выделяется биологическая масса, половина объема которой используется самими организмами для дыхания и корневых выделений. Остальная часть составляет пищевую цепочку потребителей или консументов[6]. Характерные черты продуцентов Какие организмы относятся к продуцентам? Все автотрофы. Они делятся на две группы: фототрофы и хемотрофы. К фототрофам относятся растения и цианобактерии. Их особенность – наличие хлоропластов (это такие органоиды в клетках, которые придают листьям бактерий и цианобактериям зеленый цвет). Хлоропласты умеют накапливать энергию солнечного света и на ее основе создавать органические вещества. Процесс, в рамках которого это происходит, называется фотосинтез. «Материалом» для органики будет служить вода и минеральные соли. Растения добывают их с помощью корней, а бактерии просто впитывают через оболочку. К хемотрофам относятся только некоторые бактерии. Их очень мало. Они интересны тем, что обитают на самом дне океанов, где собирается сероводород и некоторые другие химические соединения. Клетки бактерий-хемотрофов устроены таким образом, что умеют расщеплять сероводород, получать энергию от его распада и использовать ее для синтеза органики. Хемотрофы производят совсем крошечный объем органики. Он почти полностью потребляется ими самими [5]. В рамках наземных экосистем продуценты являются доминантами по следующим параметрам: -масса; -численность; -энергетическая роль. В водной экосистеме продуценты превосходят другие сообщества по численности и значении. По такому показателю, как биомасса, в данном случае эти организмы могут не доминировать. Результат деятельности продуцентов в экосистеме представляет собой валовую биологическую продукцию. Понятие включает суммарную или общую продукцию организмов, их групп, экосистем или биосферы в общем, в том числе затраты ресурсов на дыхание. При исключении расхода энергии на жизнедеятельность самих продуцентов получается показатель чистой первичной продукции [3]. Типы первичных продуцентов Многообразие первичных продуцентов. Основные функциональные типы первичных продуцентов, исходя из особенностей процесса новообразования органического вещества из неорганического (оксигенный фотосинтез, аноксигенныйфотосинтез, фотосинтез бесхлорофилльного типа, хемосинтез). Первичные продуценты, в основе новообразования органического вещества которыми лежит оксигенный фотосинтез. Оксигенный фотосинтез как процесс новообразования органического вещества. Зеленые растения: видовое богатство, морфо-физиологическое разнообразие, экологические группы, вклад в новообразование органического вещества в биосфере. Цианобактерии (синезеленые водоросли): таксономический статус цианей, место в системе Бактериального и Ботанического кодексов номенклатуры организмов; биологические и экологические особенности; вклад в новообразование органического вещества в биосфере. Хлороксибактерии (прохлорофитовые водоросли): история открытия; таксономический статус; биологические и экологические особенности; вклад в суммарную первичную продукцию биосферы. Первичные продуценты, в основе новообразования органического вещества которыми лежит аноксигенный фотосинтез. Аноксигенный фотосинтез и его отличие от оксигенного. Фотосинтезирующие бактерии: классификация, морфо-физиологические особенности; экология. Фотосинтезирующие пигменты фототрофных бактерий и их принципиальное отличие от пигментов зеленых растений, циано- и хлороксибактерий. Вклад аноксигенного фотосинтеза в создание суммарной первичной продукции экосистем и его роль в биогеохимическом круговороте биогенных элементов. Первичные продуценты, в основе новообразования органического вещества которыми лежит бесхлорофильный фотосинтез. Бесхлорофилльный фотосинтез: история открытия; характеристика процесса; происхождение; роль в биосфере. Физиологические особенности и экология архебактерий, осуществляющих бесхлорофилльный фотосинтез. Первичные продуценты, в основе новообразования органического вещества которыми лежит хемосинтез. Хемосинтезирующие бактерии: классификация; экология. Хемосинтез как этап утилизации энергии первичной продукции и как процесс новообразования органического вещества. Роль в биогеохимическом круговороте N, H, S, Fe[2]. 3 БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ РОЛЬ ПЕРВИЧНЫХ ПРОДУЦЕНТОВ Сложно переоценить значение фотоавтотрофов и хемоавтотрофов для экосистемы. В процессе жизнедеятельности продуценты производят органику, которая является пищей для других представителей животного мира. В группу продуцентов включены разновидности растений, включая разные виды деревьев, луговых трав, культур. Органические вещества, в свою очередь, потребляют консументы или потребители. Травоядные животные поглощают траву, мясо этих животных составляет рацион питания хищников. От коров, коз, овец человек получает молоко и другие продукты. Ягодами кустарников питаются птицы, насекомые и другие представители животного мира. Роль продуцентов: -производство пищи для других организмов; -звено в круговороте веществ и энергии в природе; -сохранение устойчивости экосистемы. Благодаря продуцентам, неорганические вещества преобразуются в органические, что является источником пищи для редуцентов первого порядка. Данные организмы представляют собой источник питания для редуцентов второго порядка. Таким образом, продуценты составляют основу жизни на планете. При их отсутствии не смогут существовать редуценты первого и следующих порядков. Учение В. И. Вернадского о живом веществе. Роль первичных продуцентов в эволюции Земли. Фотосинтез как геологический фактор. Формы воздействия первичных продуцентов на окружающую среду. Основные биогеохимические функции первичных продуцентов: газовая, окислительно-восстановительная, концентрация и выделение солей кальция, концентрация элементов из рассеянного состояния, синтез и разрушение органического вещества. Роль первичных продуцентов в миграции радионуклидов в природных средах. Роль первичных продуцентов в почвообразовании и формировании почвенного плодородия. Эдафофильные водоросли, их таксономический состав, морфо-физиологические адаптации к обитанию в почве. Роль водорослей в повышении почвенного плодородия: накопление органического вещества; азотфиксация; влияние на физико-химические свойства и структуру почв; влияние на микробиологическую активность почв; влияние на развитие высших растений. Практическое использование водорослей для повышения почвенного плодородия и индикации состояния почв [6]. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ С продуцентов начинается зарождение жизни. Во всех смыслах этого слова. Первыми живыми организмами на земле были именно продуценты, которые могли сами себя обеспечивать органическими веществами. Они усиленно размножались, их становилось все больше, масса органики на земле постоянно нарастала. А потом появились две другие категории организмов. Они обе стали потреблять органические вещества в готовом виде (то есть они все – гетеротрофы), но немного по-разному. Консументы стали поедать продуцентов и других консументов, не разлагая их до конца. А редуценты – бактерии и грибы – стали «доедать» то, что оставалось и вдобавок разлагать мертвых живых существ – умерших продуцентов и умерших консументов. И своих сородичей-редуцентов, которые умирали, тоже. С продуцентов начинается развитие любого биогеоценоза. Например, появляется где-то в океане большой-большой остров. Сначала он пустынный, на нем ничего нет. А потом на этой пустынной земле появляются первые продуценты – лишайники, затем травянистые растения, кустарники, деревья. Если остров не совсем отрезан от суши, то на него могут прийти звери и прилететь птицы. Если полностью отрезан, то на нем будут только продуценты (растения) и редуценты (бактерии), которые будут разлагать мертвые растения, чтобы эта мертвая масса не накапливалась.Продуцентов в любом биогеоценозе всегда большинство. Если предположить, что продуценты каким-то образом будут полностью уничтожены, то биогеоценоз исчезнет. Выводы 1.Продуценты «продуцирую», то есть, создают органические вещества из неорганических. 2.К ним относятся все автотрофы: фототроф(растения, цианобвктерии) и хемотрофы. 3.С продуцентов начинается развитие любого биогеоценоза. 4.Продуцентов всегда больше, чем консументов и редуцентов. 5.Если вымрут продуценты-вымрут все. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1.Бульон,В.В. Закономерности первичной продукции в лимнических экосистемах , СПб: Наука, 1994. - 222 с 2.Заварзин , Г. А. Лекции по природоведческой микробиологии 2004.-348 с 3.Современная микробиология: прокариоты Т. 2 / под ред. И. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля 2005 .- 1152 с 4.Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы / Р. Уиттекер Год издания , 1980 .-328 с 5.Маврищев В.В.Основы общей экологии, Минск «Вышэйшая школа», 2000 .-447 с |