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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.
關(guān)鍵詞: 微生物多樣性;變性梯度凝膠電泳(DGGE);16S rDNA
Key words: microbial diversity;denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE);16S rDNA
中圖分類號(hào):Q938.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-4311(2014)19-0305-02
1 湖泊水體系微生物生態(tài)學(xué)
1.1 湖泊水體系微生物多樣性 ①藻類,常見(jiàn)的藻類約56個(gè)屬138個(gè)種,包括:硅藻、裸藻、金藻、甲藻、小球藻屬,柵列藻屬,以及藍(lán)細(xì)菌等。②細(xì)菌,在被研究水體中BOD符合負(fù)荷值比較低、維持好氧狀態(tài)的富營(yíng)養(yǎng)話水體中,常見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)菌群有芽孢桿菌屬、假單胞菌屬、產(chǎn)甲烷菌屬、光和細(xì)菌屬、硫酸鹽還原菌等。③原生動(dòng)物及微型后生動(dòng)物,富營(yíng)養(yǎng)化水體中常見(jiàn)固著型纖毛蟲、鞭蟲、甲殼類、搖蚊幼蟲等。
1.2 湖泊水體系微生物間的相互關(guān)系 位于食物鏈中的各種生物與其生存環(huán)境間通過(guò)一系列的能量和物質(zhì)的轉(zhuǎn)移與循環(huán)保持著相互依存的穩(wěn)定關(guān)系,即生態(tài)平衡。但當(dāng)湖泊水體系中大量累積N、P等營(yíng)養(yǎng)元素時(shí),生態(tài)系統(tǒng)的平衡就被破壞,主要表現(xiàn)為藻類通過(guò)大量繁殖,數(shù)量明顯增多,進(jìn)而導(dǎo)致水體透明度下降和臭閾值增加。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證,向湖泊水體系中投加復(fù)合細(xì)菌能與原有水體中微生物形成共生增殖關(guān)系,從而使藻類優(yōu)勢(shì)種群無(wú)法形成,起到了強(qiáng)化水體生物自凈能力,恢復(fù)湖泊生態(tài)平衡的作用。
2 微生物多樣性分析的常用方法
2.1 水體微生物多樣性的傳統(tǒng)研究方法 水體微生物多樣性的傳統(tǒng)研究方法是先將被檢測(cè)水體樣品中的微生物進(jìn)行分離培養(yǎng),經(jīng)過(guò)純培養(yǎng)后獲得純菌株,再研究純菌株的特征及細(xì)胞性質(zhì),最后總結(jié)特性。但由于微生物形態(tài)簡(jiǎn)單,個(gè)體較小,僅依靠外觀形態(tài)觀察無(wú)法獲得太多信息,且自然界中大多數(shù)微生物無(wú)法依靠純培養(yǎng)分離,也不能精確鑒定分離物,進(jìn)而揭示分離物間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。
2.2 分子生物學(xué)技術(shù) 應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)研究水體微生物生態(tài)學(xué),能夠在一定程度上避免微生物多樣性丟失及種群構(gòu)成變化等問(wèn)題的發(fā)生,有利于被研究水體微生物中新的菌株、新菌種的發(fā)現(xiàn),進(jìn)一步提高對(duì)環(huán)境微生物多樣性的認(rèn)知水平。
3 應(yīng)用PCR-DGGE技術(shù)進(jìn)行水體微生物多樣性檢測(cè)的原理、步驟和主要優(yōu)缺點(diǎn)
3.1 應(yīng)用PCR-DGGE技術(shù)進(jìn)行水體微生物多樣性檢測(cè)的原理 本論文擬采用基于凝膠中不同DN段電泳遷移率差異的變性梯度凝膠電泳DGGE技術(shù)分離被研究水體系微生物的DNA。
如圖1將尿素和甲酰胺等DNA變性劑添加到聚丙烯酰胺凝膠中,使溶液呈現(xiàn)線性的變性劑濃度梯度變化。在電泳過(guò)程中水體微生物的DNA雙鏈分子在變性凝膠中逐步進(jìn)行解鏈,形成解鏈區(qū)域,此接連區(qū)域的形成增大了DNA分子的遷移阻力。當(dāng)?shù)竭_(dá)一定變性劑濃度,水體微生物的DNA分子在變性凝膠中的解鏈程度恰好合適,DNA分子所受到的遷移阻力與周圍電場(chǎng)力互相平衡時(shí),DNA分子便停留在該變性濃度的聚丙烯酰胺凝膠中。DNA雙鏈分子由于堿基排列順序不一樣解鏈區(qū)域及解鏈行為也不相同,導(dǎo)致雖然處于同種變性凝膠電泳環(huán)境中,其遷移行為也不一致,因此可以在其周圍電場(chǎng)作用下得到分離。
為了提高被研究水體樣品中微生物多樣性的檢驗(yàn)精確度和檢出率,能夠更好的反映被檢測(cè)水體微生物的實(shí)際情況,徹底分離DN段,在PCR擴(kuò)增過(guò)程時(shí)將GC發(fā)夾結(jié)構(gòu)添加到正向引物的5'端,使其在PCR過(guò)程中,通過(guò)擴(kuò)增連接到目的DNA雙鏈分子片段的一端上[1],使其在含有變性劑的電泳凝膠中難以完全解鏈而形成DNA單鏈。由于單鏈DNA在DGGE凝膠中的電泳行為完全取決于DNA的分子大小,而與DNA的堿基排列順序無(wú)關(guān),因此DGGE電泳無(wú)法將其完全分離。因此,可以說(shuō)只要將檢測(cè)過(guò)程中的電泳條件設(shè)置合適且其滿足條件足夠細(xì)致,哪怕僅有一個(gè)堿基區(qū)別的DN段也可以被區(qū)分。
應(yīng)用PCR-DGGE技術(shù)在水體微生物多樣性研究中具有以下優(yōu)點(diǎn):檢測(cè)極限低;檢測(cè)速度快;檢測(cè)費(fèi)用低;結(jié)果有較強(qiáng)的客觀性;能夠針對(duì)多個(gè)樣品及多種微生物進(jìn)行同時(shí)檢測(cè);可以結(jié)合其他檢測(cè)方法提高檢測(cè)質(zhì)量。
3.2 PCR-DGGE技術(shù)分析微生物多樣性的主要實(shí)施步驟:①環(huán)境樣品微生物DNA的提取;②環(huán)境樣品微生物DNA的純化;③Touch-down PCR[2];④GC發(fā)夾;⑤染色和測(cè)序。
3.3 PCR-DGGE技術(shù)分析研究水體系微生物多樣性的局限性 如同任何檢測(cè)分析技術(shù)一樣,PCR-DGGE技術(shù)分析微生物多樣性也存在一定的局限性,其局限性主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:①存在DN段檢測(cè)的最理想長(zhǎng)度一般在200~500bp之間,所以能夠提供的生物系統(tǒng)發(fā)育信息具有局限性[3]。②在湖泊水體系微生物多樣性檢測(cè)中,由于被研究水體樣品中個(gè)別種類的微生物16S rDNA在復(fù)制時(shí)的異質(zhì)性問(wèn)題及異源核酸雙鏈分子的檢出影響,會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏離真實(shí)值略高。③DN段擴(kuò)增后的PCR產(chǎn)物由于受到具有不同序列的DNA共遷移問(wèn)題的影響,DGGE電泳圖譜中可能出現(xiàn)同一條帶中含有不同種類的微生物,這將導(dǎo)致對(duì)湖泊水體環(huán)境微生物的多樣性估計(jì)偏低。同時(shí)受到電泳條件的影響,也不能保證具有序列差異的DN段完全分離。④無(wú)法還原被研究水體中微生物在生活環(huán)境中的真實(shí)圖景,也無(wú)法提供微生物數(shù)量、群落新陳代謝活性和基因水平等研究信息,需要進(jìn)一步結(jié)合微電極測(cè)量或熒光原位雜交等其他技術(shù)方法對(duì)被研究水體系中的微生物進(jìn)行更詳盡地群落的復(fù)雜性分析。⑤DGGE凝膠電泳技術(shù)雖然可以檢測(cè)到占有超過(guò)全部研究水體系的整個(gè)群落微生物數(shù)量1%的優(yōu)勢(shì)菌群的存在,但仍無(wú)法將被研究水體樣品中環(huán)境微生物群落的復(fù)雜性完整地體現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于以上技術(shù)方法中存在的檢測(cè)缺陷,可以從改善PCR擴(kuò)增及DGGE電泳條件著手;同時(shí)將與其他傳統(tǒng)的技術(shù)檢測(cè)方法與DGGE電泳技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合、相互補(bǔ)充,這樣將被研究水體系微生物群落的代謝、數(shù)量、結(jié)構(gòu)和功能等情況的動(dòng)態(tài)變化更貼近實(shí)際地反映出來(lái),并進(jìn)一步將原位生理等環(huán)境中微生物的多樣性信息進(jìn)行表達(dá),從而不斷提高分析微生物生態(tài)學(xué)的研究水平。
4 總結(jié)
本文擬使用PCR-DGGE分子生物技術(shù)分析研究水體微生物群落多樣性,使用該方法的研究較少目前仍然沒(méi)有明確出一種具體的、行之有效的方法來(lái)對(duì)微生物群落多樣性研究進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)的后續(xù)性研究擬從傳統(tǒng)培養(yǎng)方法上對(duì)各種菌體進(jìn)行更全面的研究,進(jìn)而將分子生物技術(shù)在水體微生物群落多樣性上建立起一套快捷、可靠的分析方法,在對(duì)水體微生物處理以及富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理研究中起到相應(yīng)的作用。
參考文獻(xiàn):
[1]曾薇,楊慶,張樹軍等.采用FISH、DGGE和Cloning對(duì)短程脫氮系統(tǒng)中硝化菌群的比較分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2006,26(5).
【關(guān)鍵詞】生物多樣性保護(hù);重要意義
我們生活的自然界極其復(fù)雜且色彩繽紛,其根本在于生物的多樣性。生物多樣性不僅是自然界形成與進(jìn)化的重要基礎(chǔ),也為人類的生存與發(fā)展提供物質(zhì)與環(huán)境方面的保證。生物多樣性主要包括遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性。生物多樣性是人類寶貴的生產(chǎn)、生活資源,它一方面維持自然生態(tài)平衡,保持人類的生存環(huán)境,另一方面為人類提供了食物、藥物和工業(yè)原料等。
1.孟家崗林場(chǎng)生物多樣性現(xiàn)狀
孟家崗林場(chǎng)植被構(gòu)成是以柞樹、白樺、黑樺等先鋒樹種為主的的天然次生林和以針葉樹種為主的人工純林,植物群落和生物物種較單一,對(duì)保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定不利。近年來(lái),林場(chǎng)注意在天然林、人工林冠下更新紅松、云杉以及在采伐跡地更新水曲柳、落葉松等混交林,特別加強(qiáng)了對(duì)高保護(hù)價(jià)值森林的保護(hù)。林場(chǎng)屬于七星峰東北虎自然保護(hù)區(qū)的緩沖區(qū)的相鄰林區(qū),優(yōu)越的地理位置和氣候條件給野生動(dòng)物創(chuàng)造了良好的繁衍生息的環(huán)境,主要的林副資源有山野菜,如蕨菜、薇菜、廣東菜、刺龍芽、黃花菜年貯藏量可達(dá)15000千克;中藥材,如刺五加、五味子貯藏量可達(dá)20500千克。食用菌,如木耳、蘑菇年貯藏量可達(dá)5050千克;果品,如山葡萄、山里紅、榛子、核桃、松籽年貯藏量可達(dá)55150千克。各種野生經(jīng)濟(jì)植物有著蘊(yùn)藏量大,分布廣泛,純天然、無(wú)污染的特點(diǎn),有著巨大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。林場(chǎng)分布各種森林昆蟲200余種,林內(nèi)經(jīng)??梢?jiàn)狍子、野豬、熊、鹿、野兔、松鼠、雉雞等20多種野生動(dòng)物出沒(méi)。
2.生物多樣性保護(hù)存在的問(wèn)題
2.1森林資源逐步減少
孟家崗林場(chǎng)大部分森林資源是20世紀(jì)70年代營(yíng)造的,經(jīng)過(guò)了幾個(gè)輪伐期之后,林場(chǎng)可采資源在逐漸減少,這樣給本施業(yè)區(qū)內(nèi)生物多樣性帶來(lái)重創(chuàng),野生動(dòng)植物生存的空間越來(lái)越小,分布呈縮小狀態(tài)。
林場(chǎng)山地為完達(dá)山系西麓余脈,僅在部分山脈與平原交匯處存在小面積間歇性積水型沼澤類濕地,在施業(yè)區(qū)內(nèi)呈零星分布,濕地總面積僅有74公頃,濕地水域面積不穩(wěn)定,部分濕地在枯水季節(jié)經(jīng)常極度缺水,只有在較大溝系周圍濕地的水草比較豐茂,近年來(lái)已常見(jiàn)野鴨類水禽出沒(méi),隨著濕地保護(hù)力度的進(jìn)一步加大,林場(chǎng)的濕地將逐漸恢復(fù)和擴(kuò)大。
2.2人類活動(dòng)的加劇,使物種滅絕的速度在不斷加快
人類的衣食住行與野生動(dòng)植物密切相關(guān),但由于近些年以來(lái),亂捕濫獵、無(wú)組織的亂挖濫采的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,使轄區(qū)內(nèi)的森林資源、野生動(dòng)植物遭到破壞,進(jìn)而使生物多樣性受到普遍威脅。另外,人類對(duì)環(huán)境問(wèn)題認(rèn)知的盲目造成環(huán)境污染、氣候變化,如從殘余農(nóng)藥在食物鏈中的富集、工業(yè)廢氣、廢水、廢渣的大量排放,到人們生活垃圾的堆積等等。環(huán)境污染使得許多陸地和水體不再適應(yīng)野生生物的生存。從而使物種滅絕的速度在不斷加快。
由于林木和濕地涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、保持水土等生態(tài)功能減弱,導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化,生態(tài)調(diào)節(jié)能力越來(lái)越小。雖然林場(chǎng)曾采取了一系列措施保護(hù)生物多樣性,但由于一部分人對(duì)森林、濕地和野生動(dòng)植物的各種功能和價(jià)值,尤其是生態(tài)價(jià)值給人們帶來(lái)的間接價(jià)值還缺乏全面了解,對(duì)保護(hù)人類生存環(huán)境的重要意義認(rèn)識(shí)不足,過(guò)度破壞利用資源來(lái)?yè)Q取暫時(shí)經(jīng)濟(jì)利益的行為仍在繼續(xù),如不采取更加有效的保護(hù)措施,該施業(yè)區(qū)內(nèi)的生物多樣性的破壞將直接威脅人們的生存。
2.3法律和制度的不合理,不嚴(yán)密,加劇了生物多樣性喪失
目前,生物多樣性保護(hù)管理依然薄弱,法律法規(guī)不健全,雖然有《森林法》、《野生動(dòng)植物保護(hù)條例》等法律法規(guī),都是對(duì)國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)植物而言,在采集、運(yùn)輸、收費(fèi)等方面沒(méi)有具體規(guī)定,法律和制度執(zhí)行不力、不嚴(yán),加劇了生物多樣性的喪失。
總之,如果生物多樣性被破壞,人類賴以生存的地球?qū)⒉辉龠m合人類生存,一旦生物多樣性水平降低到一定水平,當(dāng)其不能有效地改善環(huán)境的時(shí)候,人類將面臨很難逆轉(zhuǎn)的生存災(zāi)難。
3.生物多樣性保護(hù)措施
3.1建立保護(hù)區(qū),加強(qiáng)物種保護(hù)
孟家崗林場(chǎng)位于中溫帶濕潤(rùn)氣候區(qū),雨熱同季,屬大陸性季風(fēng)氣候,根據(jù)該地氣候條件及物種分布現(xiàn)狀,采取有效的保護(hù)措施,加大保護(hù)力度,把保護(hù)、科研、資源開(kāi)發(fā)和生態(tài)旅游相結(jié)合,達(dá)到可持續(xù)發(fā)展。主要加強(qiáng)保護(hù)區(qū)建設(shè),尤其是各種瀕危物種的保護(hù),針對(duì)林場(chǎng)施業(yè)區(qū)資源現(xiàn)狀,合理劃分生態(tài)保護(hù)類型,使森林、草地、水生態(tài)等生態(tài)系統(tǒng)基本達(dá)到良性循環(huán),從而提高生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)控能力。
3.2因地制宜,建立生態(tài)管護(hù),減少資源采伐利用
通過(guò)實(shí)施天然林保護(hù)工程,在本施業(yè)區(qū)內(nèi),加大生態(tài)管護(hù)區(qū)面積,抓住此次林業(yè)改革的有利契機(jī),進(jìn)一步保護(hù)森林資源,削減木材采伐產(chǎn)量,加大資源保護(hù)力度,調(diào)整生產(chǎn)力結(jié)構(gòu),加大林區(qū)多種經(jīng)營(yíng)生產(chǎn),通過(guò)以林養(yǎng)林、以工養(yǎng)林、以副養(yǎng)林,實(shí)現(xiàn)逐步過(guò)渡。
關(guān)鍵詞: 撫育間伐; 森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng); 森林近自然經(jīng)營(yíng); 對(duì)策建議
森林為人類提供了木材或其他產(chǎn)品, 更為人類能有一個(gè)良好的生存環(huán)境做出了不可替代的貢獻(xiàn)。但是有限的森林資源已難以滿足人類對(duì)森林產(chǎn)品和服務(wù)持續(xù)增長(zhǎng)的需求, 大力發(fā)展人工林就顯得尤為重要。由于多年來(lái)單純追求森林木質(zhì)產(chǎn)品的利用, 許多人工林質(zhì)量低劣或健康狀況不良, 從而降低了其生態(tài)服務(wù)功能。科學(xué)的撫育措施是解Q問(wèn)題的關(guān)鍵[ 1 ]。本文通過(guò)系統(tǒng)整理、分析國(guó)內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn), 就撫育間伐對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)影響方面的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié), 并探討了今后森林間伐研究的發(fā)展方向。
1 森林撫育間伐的作用及目的
對(duì)于森林撫育在森林培育中的作用, 奧地利著名森林培育學(xué)家漢斯?邁耶爾(1980) 講到: 一個(gè)符合自然規(guī)律的健康而又富有生命力的森林, 不僅可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)木材, 還可以發(fā)揮人們所期望的為社會(huì)公益服務(wù)的效能
對(duì)森林撫育間伐目的的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)
撫育間伐是科學(xué)培育和經(jīng)營(yíng)森林的重要手段。在傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)中, 撫育間伐的目的主要有4 個(gè)方面: ①改善林木品質(zhì), 提高木材利用等級(jí); ② 調(diào)整林分結(jié)構(gòu), 淘汰非目的樹種, 擴(kuò)大目的樹種的生存空間, 加速林木生長(zhǎng); ③ 獲得中小徑材, 提高木材利用量; ④改善林分的衛(wèi)生狀況, 減少病蟲害和防止森林火災(zāi),提高林分穩(wěn)定性。
新形勢(shì)下的新要求
隨著人們對(duì)林業(yè)與環(huán)境關(guān)系認(rèn)識(shí)的不斷深入,可持續(xù)林業(yè)、近自然林業(yè)等森林經(jīng)營(yíng)管理新理論在發(fā)達(dá)國(guó)家林業(yè)實(shí)踐中首先得到應(yīng)用。新形勢(shì)下, 人們對(duì)林業(yè)提出了以下新的要求。
1) 提高森林生物多樣性。近自然林業(yè)強(qiáng)調(diào)多樹種的混交, 保證森林生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。通過(guò)適宜的撫育間伐, 發(fā)展異齡復(fù)層混交林, 人工誘導(dǎo)形成穩(wěn)定、理想的群落結(jié)構(gòu), 就能給更多的動(dòng)物提供足夠的食物, 并且給許多特殊物種提供棲息地, 從而增加森林生物多樣性。
2) 保證森林生態(tài)過(guò)程的連續(xù)性和獨(dú)特性。發(fā)展的近自然林業(yè)的理論觀點(diǎn)是: 為了人類的需求, 在保持森林自然結(jié)構(gòu)的前提下允許作偏離自然的林業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng), 通過(guò)人工手段促進(jìn)天然林的恢復(fù), 使森林進(jìn)入發(fā)展演替, 在森林出現(xiàn)衰退前獲取其損失的一部分以維持森林生物的總量[ 3 ]。因此, 撫育間伐就要使林分能進(jìn)行接近生態(tài)的自發(fā)生產(chǎn), 保持森林生物群落的動(dòng)態(tài)平衡。
3) 提高人工林的景觀多樣性和異質(zhì)性。天然林組成復(fù)雜, 結(jié)構(gòu)層次多樣, 構(gòu)成的景色絢麗多彩; 而人工林組成單一, 結(jié)構(gòu)層次簡(jiǎn)單, 景觀單調(diào)平淡。因此, 撫育間伐的目標(biāo)就是形成多層次復(fù)層結(jié)構(gòu)的、生物種類較豐富的、近自然的人工群落, 從而提高森林的生態(tài)服務(wù)功能。
2 森林撫育間伐對(duì)森林的影響
間伐強(qiáng)度是撫育間伐措施的一個(gè)重要指標(biāo), 對(duì)后續(xù)林分有直接影響, 對(duì)加速森林資源培育具有重要意義是撫育間伐研究的重點(diǎn)。人們以林木胸徑、樹高、單株材積、林分總蓄積量、生產(chǎn)力和生物多樣性等為評(píng)價(jià)指標(biāo), 研究和探索不同間伐強(qiáng)度的效果, 總結(jié)相關(guān)規(guī)律, 以作為制定間伐強(qiáng)度的依據(jù)。
2. 1 對(duì)林分基本測(cè)樹因子的影響
對(duì)于商品用材林來(lái)說(shuō), 胸徑、樹高、單株材積和林分單位面積、總斷面積、蓄積量始終是評(píng)價(jià)間伐強(qiáng)度合理性的主要指標(biāo)。對(duì)于間伐對(duì)胸徑、樹高和單株材積生長(zhǎng)影響的研究有著較為一致的結(jié)論, 即不同的間伐強(qiáng)度對(duì)林分平均胸徑生長(zhǎng)的影響差異極顯著, 但對(duì)樹高影響不大, 相應(yīng)地能顯著提高林木單株材積生長(zhǎng)量。邵錦鋒和魏柏松[ 7 ]對(duì)濕地松林的研究, 雷相東、陸元昌等對(duì)落葉松云冷杉混交林的研究, 林少華[ 9 ]對(duì)馬尾松的撫育試驗(yàn)研究, 宋慶安、李午平對(duì)馬尾松天然次生林的試驗(yàn)研究, 孫志虎、王慶成等對(duì)白樺天然林的研究以及張春鋒、殷鳴放等對(duì)人工闊葉紅松林生長(zhǎng)的研究, 都得到了相同的結(jié)論。但是由于這些研究在樹種、立地條件、間伐模式、輪伐期、調(diào)查方法等方面存在差異, 不同撫育間伐強(qiáng)度對(duì)林分總蓄積量(收獲量) 的影響目前還沒(méi)有一致的結(jié)論。Knoebo l等對(duì)美國(guó)鵝掌楸不同強(qiáng)度間伐試驗(yàn)分析表明, 間伐會(huì)減少收獲量; 而吳際友等認(rèn)為撫育間伐會(huì)增加濕地松林分的收獲量; Clu t ter 等則認(rèn)為間伐對(duì)濕地松收獲量基本無(wú)影響, 這與林少華對(duì)馬尾松的間伐強(qiáng)度試驗(yàn), 蘇培正[ 16 ]對(duì)木荷純林的試驗(yàn), 李克儉、王春紅對(duì)側(cè)柏人工林的間伐試驗(yàn), 還有姚克平[ 18 ]的馬尾松人工
林撫育間伐強(qiáng)度試驗(yàn)所得出的結(jié)論相同??梢?jiàn), 間伐可使保留木生長(zhǎng)空間擴(kuò)大, 促進(jìn)林木生長(zhǎng), 但也使單位面積內(nèi)立木株數(shù)減少。因此, 間伐對(duì)林分總收獲量的影響取決于上述兩種效應(yīng)的相對(duì)大小, 這也是間伐效應(yīng)的細(xì)節(jié)上有許多不確定性而需要開(kāi)展更多、更深入系列研究的原因。
2. 2 對(duì)森林生產(chǎn)力的影響
林分間伐后, 雖然林木株數(shù)有所減少, 但是間伐調(diào)整了密度, 擴(kuò)大了保留木的營(yíng)養(yǎng)空間, 改善了林內(nèi)小氣候條件, 有利于提高林分的質(zhì)量和生產(chǎn)力。方海波[ 19 ]在研究杉木人工林間伐后生物量的變化時(shí)發(fā)現(xiàn), 間伐后喬木層生物量減少17. 90 %, 但連續(xù)幾年的生長(zhǎng)后, 林分生物量有明顯的提高。楊玉林、高俊波等[ 20 ]在研究撫育間伐對(duì)落葉松生長(zhǎng)的影響時(shí), 也得出間伐10 a后, 林分總生物量隨林分密度的增加而加大。Baldw in[ 21 ]在研究間伐對(duì)火炬松林分的影響時(shí), 認(rèn)為所有的間伐都增加了樹干、樹葉、樹枝和樹冠的生物量, 增加量隨間伐強(qiáng)度的增大而加大。傅校平等[ 22 ]在研究間伐強(qiáng)度對(duì)杉木人工林林分的影響時(shí)認(rèn)為, 間伐可以顯著提高林分平均單株生物量?,F(xiàn)階段的研究表明: 人工林經(jīng)間伐以后, 林下空間環(huán)境發(fā)生顯著改變, 光照增強(qiáng), 從而有利于林下灌草層和地被物層的生長(zhǎng), 促進(jìn)其生物量的增加。方海波[ 23 ]在研究湖南會(huì)同杉木人工林間伐后的林下植被生物量時(shí)發(fā)現(xiàn), 間伐后的灌木、草本以及林下死地被物生物量都有顯著增加; 馬履一, 李春義等[ 24 ]研究不同間伐強(qiáng)度對(duì)北京山區(qū)油松林下植物影響時(shí)發(fā)現(xiàn), 林下植物總生物量隨間伐強(qiáng)度的加大而增加; 熊有強(qiáng)[ 25 ]在對(duì)江西分宜杉木林下植被生物量的調(diào)查研究中, 李克儉、王春紅[ 17 ]在對(duì)側(cè)柏人工林的試驗(yàn)中, 楊年友、李玲等[ 26 ]對(duì)日本落葉松人工商品林以及雷相東、陸元昌[ 8 ]等對(duì)落葉松云冷杉混交林灌草生物量的試驗(yàn)中都得到類似的結(jié)論。
2. 3 對(duì)林下植被的物種多樣性的影響
對(duì)于撫育間伐對(duì)林下植被和灌木的生物多樣性的影響, 不同的學(xué)者得出的結(jié)論也不盡相同。許多研究認(rèn)為, 伐后物種的多樣性比伐前高[ 27 ]。比如于立忠等[ 28 ]在探討人為干擾(間伐) 對(duì)紅松人工林下植物多樣性的影響時(shí)得出: 人為干擾改變林下光照環(huán)境, 促進(jìn)植物生長(zhǎng), 隨著干擾(間伐) 強(qiáng)度的增加, 紅松人工林下植物種類、數(shù)量明顯增加; 不同干擾強(qiáng)度紅松人工林下植物種類的豐富度和多樣性明顯高于對(duì)照區(qū);人為經(jīng)營(yíng)干擾改變了紅松人工林下植物組成, 隨著干擾強(qiáng)度的增加, 共有物種也會(huì)增加。上述結(jié)論與Sm ith和M iller[ 29 ]在研究間伐對(duì)生物多樣性影響時(shí)得出的結(jié)論相似, 他們認(rèn)為集約間伐的林分比未間伐的林分有更高的植物豐度; 隨著收獲強(qiáng)度的增加, 地被和灌木的蓋度也會(huì)增加。另外一些研究則認(rèn)為間伐對(duì)物種多樣性無(wú)顯著影響。eader[ 30 ]認(rèn)為草本物種的數(shù)量和頻度隨上層部分間伐強(qiáng)度的增加沒(méi)有出現(xiàn)顯著的變化。Gilliam [ 31 ]在研究間伐強(qiáng)度對(duì)物種豐富度和多樣性影響時(shí)認(rèn)為, 間伐后的成熟林和皆伐后的幼林草本層的物種多樣性無(wú)顯著變化。雷相東、陸元昌[ 8 ]等在研究撫育間伐對(duì)落葉松云冷杉混交林的影響時(shí)得出, 間伐雖然改善了林內(nèi)的光照條件, 促進(jìn)了林下鄉(xiāng)土植被的生長(zhǎng)和發(fā)育, 物種多樣性略有增加, 但總的來(lái)說(shuō)間伐對(duì)物種多樣性并未造成大的影響。還有一些研究者則支持“中度干擾假說(shuō)”, 認(rèn)為中度間伐的林分由于資源水平適中(主要是光資源) , 因而有利于林下植被均勻度和多樣性的提高。
2. 4 對(duì)森林土壤的影響
土壤質(zhì)量不僅是自然屬性, 更是人為因素作用的結(jié)果[ 32 ]。唐效蓉、李午平等[ 33 ]對(duì)馬尾松天然次生林研究后發(fā)現(xiàn), 間伐后土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量以及土壤含水率、有機(jī)碳、有機(jī)質(zhì)含量都有明顯提高。張鼎華等[ 34 ]的研究也發(fā)現(xiàn), 間伐后土壤微生物數(shù)量增加, 土壤容重降低, 總孔隙度、速效養(yǎng)分、土壤肥力都得到了改善和提高。也有研究者認(rèn)為, 移走間伐木帶走了土壤養(yǎng)分, 從而使土壤肥力降低, 但適當(dāng)?shù)拈g伐對(duì)林地土壤肥力的負(fù)面影響是很微小的。
3 面臨的問(wèn)題及解決對(duì)策
3. 1 面臨的問(wèn)題
林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展依賴于森林資源的持續(xù), 森林資源的持續(xù)又依賴于森林的科學(xué)經(jīng)營(yíng), 森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)已是21 世紀(jì)森林經(jīng)營(yíng)模式的最佳選擇, 而撫育改造則是森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)的關(guān)鍵性措施[ 36 ]。總結(jié)國(guó)內(nèi)外在撫育間伐試驗(yàn)研究領(lǐng)域開(kāi)展的大量研究工作, 我們可以發(fā)現(xiàn), 面對(duì)21 世紀(jì)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求有如下亟待解決的問(wèn)題。
1) 撫育間伐的理論還不夠完善。撫育間伐雖是個(gè)經(jīng)典話題, 但基于我國(guó)森林面積廣闊、資源豐富的實(shí)際情況, 有許多樹N、森林類型的間伐試驗(yàn)還未見(jiàn)研究; 且隨著森林經(jīng)營(yíng)目的的改變, 究竟何種林分、樹種在具體的間伐起始期施以何種間伐方式、多大的間伐強(qiáng)度以及間伐次數(shù)更為合理, 目前還沒(méi)有統(tǒng)一明確的答案, 有待于進(jìn)一步研究。
2) 撫育間伐的評(píng)價(jià)指標(biāo)還不夠全面。在以往的試驗(yàn)中, 對(duì)林分基本測(cè)樹因子、總蓄積量及林下植被多樣性的研究較多, 對(duì)林地生產(chǎn)力、森林更新、景觀生態(tài)、森林動(dòng)物及病蟲害等方面的研究還較為少見(jiàn),而撫育間伐需長(zhǎng)期干擾, 短期內(nèi)很難在這些林分技術(shù)指標(biāo)上反映出來(lái), 這就需要加強(qiáng)此方面的研究。
3) 撫育間伐是森林經(jīng)營(yíng)的措施, 而不是木材生產(chǎn)的措施, 必須充分認(rèn)識(shí)撫育間伐的意義, 既不能把撫育間伐作為木材生產(chǎn)的手段, 又不能因?yàn)殚g伐導(dǎo)致生產(chǎn)虧損而忽視間伐工作的開(kāi)展。因此, 如何調(diào)整森林撫育間伐的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益, 使森林的總效益最大, 也是正待解決的問(wèn)題。
4) 撫育間伐是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作, 從具體的間伐技術(shù)要素的制定到間伐措施的實(shí)施, 需要專業(yè)人士的指導(dǎo)和參與才能提高勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)率。落后的理論指導(dǎo)和繁瑣的撫育間伐工序都會(huì)降低間伐工作的質(zhì)量。
3. 2 對(duì)策建議
為解決上述問(wèn)題, 提高我國(guó)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的能力, 在森林撫育間伐理論與實(shí)踐的試驗(yàn)與研究領(lǐng)域, 應(yīng)著重從以下幾方面做一些切實(shí)有效的工作。
1) 綜合各撫育間伐的技術(shù)要素, 在我國(guó)的森林資源中分地域、樹種、森林類型進(jìn)行科學(xué)完善的撫育間伐試驗(yàn), 通過(guò)比較不同的間伐效果來(lái)確定合理的間伐理論體系, 為以后的間伐實(shí)踐提供依據(jù)。
2) 對(duì)撫育間伐的多種生態(tài)工藝指標(biāo)、生態(tài)效益指標(biāo), 我們應(yīng)該加強(qiáng)時(shí)間尺度上的監(jiān)測(cè); 對(duì)各指標(biāo)體系進(jìn)行長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)。通過(guò)數(shù)據(jù)的大量積累, 對(duì)撫育間伐的效益進(jìn)行綜合評(píng)價(jià), 以達(dá)到森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的目的。
3) 加大撫育間伐經(jīng)濟(jì)效益的調(diào)查研究工作, 以保證森林生態(tài)服務(wù)功能不受破壞為前提、近自然森林經(jīng)營(yíng)為原則, 在節(jié)省經(jīng)營(yíng)成本的同時(shí)增加林分的木材生產(chǎn), 使森林撫育間伐的綜合效益達(dá)到最大值。
4) 加強(qiáng)間伐施工人員的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)力度, 把新的試驗(yàn)理論及時(shí)補(bǔ)充并反映到間伐技術(shù)規(guī)程中,增加其可操作性以便于掌握。在實(shí)施技術(shù)方面, 應(yīng)及時(shí)更新間伐設(shè)備, 從而減少對(duì)林地的破壞。
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1影響松林生態(tài)健康和活力的因子
1.1人為活動(dòng)
包括侵占林地,道路,采礦,水壩,環(huán)境污染,放牧,濫砍濫伐,種質(zhì)低劣,經(jīng)營(yíng)管理不當(dāng)?shù)龋@些因素造成定位空間或地段內(nèi)生物物種多樣化減少,土壤侵蝕程度加重,加重了森林的碎裂程度,加速了生物多樣性銳減,導(dǎo)致形成三大效能低下的干擾型或經(jīng)營(yíng)型低效松林。
1.2立地條件
在自然狀態(tài)下因立地條件較差或生長(zhǎng)環(huán)境惡劣,導(dǎo)致自然形成三大效能低下的原生型低效林。
1.3自然災(zāi)害
自然災(zāi)害包括火災(zāi),松毛蟲、松材線蟲病等病蟲害,干旱,洪澇,霜凍等,致使多數(shù)珍惜的、受威脅的、瀕危的或森林物種(主要是動(dòng)植物)數(shù)量、分布等消失或銳減。導(dǎo)致形成三大效能低下的干擾型低效松林。
2松林生態(tài)健康和活力的維護(hù)方法
2.1增強(qiáng)生物多樣性
按照長(zhǎng)防林和退耕還林工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)規(guī)劃,同時(shí)施工、同時(shí)驗(yàn)收,全面進(jìn)行“封、改、補(bǔ)、造、撫”的規(guī)劃和穩(wěn)步實(shí)施。加速森林“效應(yīng)島”的形成,同時(shí),采用林隙、林緣適當(dāng)補(bǔ)植蟲媒花植物(花粉和花蜜資源)和拒避植物,以豐富生物多樣性。為了豐富馬尾松毛蟲蟲源地的生物多樣性,增強(qiáng)松林對(duì)生物災(zāi)害自我調(diào)控功能,贛州曾充分運(yùn)用“封、改、補(bǔ)、造、撫”等措施,穩(wěn)步實(shí)施了蟲源地治理,達(dá)到了豐富生物多樣性效果。共實(shí)施蟲源地封山育林72.366萬(wàn)畝,占蟲源地面積的100%;成功改造蟲源地4789個(gè),占蟲源地總數(shù)的73.3%;改造蟲源地面積50.2319萬(wàn)畝,占蟲源地總面積的69.4%。通過(guò)治理的蟲源地,平均灌木多樣性指數(shù)從1995年的0.42上升到2003年的0.78,平均針闊混交比例由9:1上升到7:3,平均植被蓋度由32%上升到81%,為實(shí)現(xiàn)馬尾松毛蟲的可持續(xù)控制奠定了良好基礎(chǔ)。
2.2從嚴(yán)管理“三害”
在林政管理上,應(yīng)健全基層護(hù)林組織,全面封山育林,制止亂砍濫伐和亂獵濫捕的行為;在森林火災(zāi)管理上,各級(jí)政府要簽訂防火責(zé)任狀,嚴(yán)格控制火災(zāi)的發(fā)生;在危險(xiǎn)性病蟲防范上,重點(diǎn)加強(qiáng)外來(lái)林業(yè)危險(xiǎn)性有害生物的管理和控制。對(duì)危險(xiǎn)性森林病蟲等應(yīng)列入各級(jí)政府目標(biāo)責(zé)任制,同時(shí)加強(qiáng)復(fù)檢,控制疫情傳播,限期拔除疫點(diǎn),以防松林抗逆性下降。
2.3清理不健康林木
對(duì)近期內(nèi)由于干旱、病蟲害和森林火災(zāi)而出現(xiàn)大量死樹的松林,要及時(shí)采用對(duì)死樹進(jìn)行全面清理,選擇鄉(xiāng)土闊葉樹當(dāng)年更新造林;對(duì)將要出現(xiàn)大量死樹的林分,結(jié)合生態(tài)疏伐或景觀疏伐,對(duì)可疑木進(jìn)行全面清理,選擇鄉(xiāng)土闊葉樹當(dāng)年更新造林,以恢復(fù)到可持續(xù)生長(zhǎng)的條件。
2.4強(qiáng)化生態(tài)閾值管理
全面封山育林,對(duì)少量或零星的經(jīng)森防機(jī)構(gòu)確認(rèn)的非危險(xiǎn)性有害生物致死木,可依據(jù)森林健康有關(guān)原理方法,鼓勵(lì)林業(yè)主管部門采取禁止采伐的措施,以實(shí)現(xiàn)豐富生物多樣性和制止亂砍濫伐行為雙重目標(biāo)。在疏伐過(guò)程中適當(dāng)保留少數(shù)倒木和枯立木,以保持林間野生動(dòng)物和鳥類食物鏈的持續(xù)2;對(duì)近期內(nèi)林業(yè)生產(chǎn)或生態(tài)保護(hù)效益不構(gòu)成大的危害的病蟲,其測(cè)報(bào)和防治不作硬性要求,便于利用“天然防治”調(diào)節(jié)病蟲種群,以豐富松林生態(tài)系統(tǒng)的生物鏈。
2.5依法保護(hù)林地
侵占林地,道路,采礦,水壩,環(huán)境污染等,致使松林的碎裂程度和林地土壤侵蝕程度加劇。關(guān)鍵要依據(jù)《森林法》等有關(guān)法規(guī)和生態(tài)學(xué)原理,進(jìn)行總體規(guī)劃和科學(xué)管理。
2.6適時(shí)評(píng)估效果
依照“近天然林”模式經(jīng)營(yíng)松林,影響松林生態(tài)健康和活力的主導(dǎo)因子發(fā)生明顯變化時(shí),適時(shí)評(píng)估經(jīng)營(yíng)效果。主要內(nèi)容是對(duì)這些主導(dǎo)因子作危險(xiǎn)性分析,如對(duì)現(xiàn)有或可能發(fā)生的林業(yè)有害生物每3—5年定期調(diào)查1—2次,參照國(guó)際上有害生物危險(xiǎn)性分析(PestRiskAnalysis)方法,對(duì)有害生物進(jìn)行危險(xiǎn)性分析和制定防范策略。對(duì)生態(tài)系統(tǒng)多樣性變化情況如蚯蚓、甲蟲、螞蟻、蜂類、寄生植物等森林健康關(guān)鍵種的多樣性指數(shù)和威脅的、瀕危的或森林物種(主要是動(dòng)植物)數(shù)量、分布等應(yīng)進(jìn)行總結(jié)評(píng)估,作出決策,制定方案,付諸實(shí)施。
2.7開(kāi)展科學(xué)研究
開(kāi)展科技攻關(guān),開(kāi)發(fā)應(yīng)用有效的、經(jīng)濟(jì)的和環(huán)境可接受的森林保護(hù)核心技術(shù)。主要包括自然界不同時(shí)空尺度生物多樣性的類型與格局,決定生物多樣性進(jìn)化的生態(tài)學(xué)因子以及進(jìn)化與生態(tài)學(xué)過(guò)程;景觀破碎對(duì)種群散布、持久性及種群滅絕的影響及其恢復(fù);制約群落和生態(tài)系統(tǒng)聚集的因子,以及群落和生態(tài)系統(tǒng)脅迫反應(yīng)的途徑;將遺傳、物種、生境和生態(tài)系統(tǒng)多樣性編目,確定生物多樣性變化的速度及其對(duì)群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程的影響,以及決定各層次生物多樣性的因子;有害生物及病原生物的入侵、擴(kuò)散和爆發(fā)基本規(guī)律的研究。
3結(jié)語(yǔ)
一個(gè)理想的健康森林應(yīng)該是在這樣的森林中,生物因素和非生物因素(如病蟲害、空氣污染、營(yíng)林措施、木材采伐等)共存對(duì)森林的影響不會(huì)威脅到現(xiàn)在或?qū)?lái)森林經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)[2]。為此,松林生態(tài)系統(tǒng)的健康,除經(jīng)營(yíng)管理要素外,森林病蟲害的可持續(xù)控制、火災(zāi)的控制等應(yīng)當(dāng)是維護(hù)松林健康和活力的重要措施。
參考文獻(xiàn)
一、知識(shí)目標(biāo)
1.說(shuō)明氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),以及氨基酸形成蛋白質(zhì)的過(guò)程。
2.概述蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性。
3.概述蛋白質(zhì)的功能。
二、能力目標(biāo)
通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)資料的分析、比較和討論,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)資料的加工和處理能力,并使學(xué)生學(xué)會(huì)歸納,進(jìn)行總結(jié)得出結(jié)論。
三、情感態(tài)度與價(jià)值觀
認(rèn)同蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者。
【教學(xué)重點(diǎn)】
1.氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),以及氨基酸形成蛋白質(zhì)的過(guò)程。
2.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。
【教學(xué)難點(diǎn)】
1.氨基酸形成蛋白質(zhì)的過(guò)程。
2.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因。
【教學(xué)過(guò)程】
教師:多媒體演示烤肉、雞蛋、牛奶、魚、大豆制品等圖片。提出問(wèn)題:這些食物都是日常生活中我們經(jīng)常吃的東西,它們都富含什么呢?
學(xué)生:觀看圖片,根據(jù)生活常識(shí),回答:都富含蛋白質(zhì)。
教師:肯定學(xué)生的回答,引入課題:我們每天都要補(bǔ)充適量的蛋白質(zhì),以滿足身體的需要,那么蛋白質(zhì)在人體內(nèi)到底有什么作用?
教師:多媒體演示羽毛、肌肉、頭發(fā)、蜘蛛絲的圖片。提出問(wèn)題:這些物質(zhì)中的蛋白質(zhì)有什么作用?
學(xué)生:觀察圖片,聯(lián)系已有的生活經(jīng)驗(yàn),思考回答:組成生物體的結(jié)構(gòu)物質(zhì)
教師:出示資料:細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)都離不開(kāi)酶的催化,而絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)。提出問(wèn)題:由此可見(jiàn),蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)還發(fā)揮什么作用?
學(xué)生:對(duì)資料進(jìn)行分析,回答:催化作用。
教師:出示資料:生物體內(nèi)的激素能夠傳遞相關(guān)的信息,從而對(duì)生命活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié),如胰島素能夠降低血糖。而其中的一些激素是蛋白質(zhì)。這樣的蛋白質(zhì)有什么作用?
學(xué)生:分析資料,聯(lián)系生活常識(shí),思考回答:調(diào)節(jié)作用。
教師:多媒體演示抗原、抗體的圖片。提出問(wèn)題:當(dāng)人體被某些病原體感染時(shí),機(jī)體會(huì)產(chǎn)生抗體將其消滅,而抗體都是蛋白質(zhì)。因此蛋白質(zhì)在體內(nèi)還承擔(dān)什么作用呢?
學(xué)生:思考回答:免疫作用。
教師:對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和更正,總結(jié)蛋白質(zhì)的功能具有多樣性的特點(diǎn),幾乎生物體的各項(xiàng)生命活動(dòng)都有蛋白質(zhì)的參與,所以我們說(shuō)蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者。補(bǔ)充完善本節(jié)課題,生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者――蛋白質(zhì)。
教師:結(jié)構(gòu)決定功能,那么蛋白質(zhì)具有怎樣的結(jié)構(gòu)而使它具有如此重要的功能?出示幾種蛋白質(zhì)的分子式,提出問(wèn)題:組成蛋白質(zhì)的元素有哪些?蛋白質(zhì)的分子量如何?
學(xué)生:觀察蛋白質(zhì)的分子式,計(jì)算分子量。回答問(wèn)題:蛋白質(zhì)的組成元素主要有C、H、O、N;分子量很大,是生物大分子。
教師:在某些食品中往往要添加氨基酸,以提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,而氨基酸和蛋白質(zhì)之間又是什么關(guān)系?
學(xué)生:根據(jù)生活常識(shí),思考回答:氨基酸是蛋白質(zhì)的基本單位。
教師:講述氨基酸的種類和分類。出示幾種氨基的結(jié)構(gòu)式,提出問(wèn)題:這些氨基酸分子在結(jié)構(gòu)上有什么共同點(diǎn)?不同點(diǎn)?讓學(xué)生寫出這些氨基酸在結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生寫出氨基酸的結(jié)構(gòu)通式。
學(xué)生:找出不同氨基酸分子在結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)。寫出氨基酸的分子結(jié)構(gòu)通式。
教師:對(duì)學(xué)生的書寫情況進(jìn)行巡查、糾正。強(qiáng)調(diào)氨基和羧基的寫法,并變換各個(gè)基團(tuán)的位置,告訴學(xué)生各個(gè)基團(tuán)的位置可以互換。給出幾種有機(jī)物的結(jié)構(gòu)式,其中有的是氨基酸,有的不是。提出問(wèn)題:哪些是氨基酸?以一個(gè)氨基酸分子為例,改變氨基、羧基與中心碳原子的連接方式,繼續(xù)提出問(wèn)題:是否還為氨基酸?
學(xué)生:配合老師的問(wèn)題,積極主動(dòng)地構(gòu)建知識(shí)。
教師:引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)問(wèn)題,總結(jié)氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
學(xué)生:總結(jié)氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
教師:?jiǎn)栴}過(guò)渡:氨基酸是怎樣形成蛋白質(zhì)分子的呢?20種氨基酸又能形成多少種蛋白質(zhì)呢?出示以下資料:(1)如果一個(gè)蛋白質(zhì)分子僅是由氨基酸構(gòu)成的,那么該蛋白質(zhì)的分子量總是小于構(gòu)成該蛋白質(zhì)的所有氨基酸的分子量之和;(2)如果該蛋白質(zhì)分子中沒(méi)有其他的共價(jià)鍵生成,那么該蛋白質(zhì)分子減少的質(zhì)量始終是18的整數(shù)倍;(3)在蛋白質(zhì)分子中完整的氨基和羧基的數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)
的少于構(gòu)成該蛋白質(zhì)的氨基酸的數(shù)目。
學(xué)生:分析資料,小組討論、交流,總結(jié)氨基酸之間的結(jié)合方式――脫水縮合。
教師:結(jié)合動(dòng)畫演示,闡明脫水縮合的過(guò)程。
學(xué)生:觀看動(dòng)畫,明確脫水縮合的過(guò)程。
教師:引導(dǎo)學(xué)生觀察由氨基酸形成蛋白質(zhì)的示意圖,閱讀課文,討論交流:(1)氨基酸是怎樣形性蛋白質(zhì)的?(2)如果用20種不同的字母分別代表20種氨基酸,寫出由10個(gè)氨基酸組成的長(zhǎng)鏈,可以寫出多少條互不相同的長(zhǎng)鏈?(3)根據(jù)問(wèn)題2,嘗試說(shuō)出蛋白質(zhì)種類眾多的原因?
學(xué)生:看圖思考,回答問(wèn)題,形成對(duì)蛋白質(zhì)多樣性的認(rèn)識(shí)。
教師:引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)蛋白質(zhì)功能多樣性的原因:蛋白質(zhì)功能的多樣性。
學(xué)生:理解結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。
教師:討論:(1)2個(gè)氨基酸相互結(jié)合時(shí),脫掉幾分子的水?形成幾個(gè)肽鍵3個(gè)氨基酸呢?(2)如果是n個(gè)氨基酸脫水縮合,形成一條肽鏈,脫掉幾分子的水?(3)如果n個(gè)氨基酸形成m條肽鏈呢?
學(xué)生:回顧氨基酸脫水縮合的過(guò)程,思考、嘗試作出回答
教師:請(qǐng)出兩名學(xué)生,其中每個(gè)人都代表一個(gè)氨基酸。那么氨基酸的氨基、羧基、H、R基可以分別用身體的哪些部分來(lái)表示?
學(xué)生:頭代表R基,雙腿代表H,左右手分別代表氨基和羧基。
教師:怎樣來(lái)表示氨基酸之間的脫水縮合?
學(xué)生:兩名學(xué)生思考后,手拉手。
教師:大家請(qǐng)看,2個(gè)氨基酸之間形成了幾個(gè)肽鍵?脫掉了幾個(gè)水呢?
學(xué)生:思考回答。
教師:增加學(xué)生的個(gè)數(shù),即增加氨基酸的個(gè)數(shù),讓學(xué)生自己得出n個(gè)氨基酸形成一條肽鏈時(shí)脫掉水的個(gè)數(shù)和形成的肽鍵數(shù)。讓學(xué)生拉手形成2排、3排,得出n個(gè)氨基酸形成m條肽鏈時(shí)脫掉水的個(gè)數(shù)。
學(xué)生:配合老師的要求,完成相關(guān)活動(dòng),同時(shí)思考問(wèn)題,總結(jié)結(jié)論。
教師:設(shè)計(jì)練習(xí)題,讓學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。
學(xué)生:根據(jù)已學(xué)知識(shí),完成練習(xí)。
小結(jié):
本節(jié)要求學(xué)生掌握的內(nèi)容有氨基酸的種類、結(jié)構(gòu)通式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)合方式,蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)及其多樣性的原因,蛋白質(zhì)的功能及其能夠成為生命活動(dòng)主要承擔(dān)者的原因,并能夠利用所學(xué)的知識(shí)解決相關(guān)的問(wèn)題。
1 活動(dòng)目的
活動(dòng)目的為利用模擬實(shí)驗(yàn)的方式,使學(xué)生感悟和理解物種滅^的現(xiàn)象和過(guò)程。本模擬實(shí)驗(yàn)以黑、白兩色棋子類比生物的雌性與雄性,以隨機(jī)抓取棋子的過(guò)程類比生物的隨機(jī)過(guò)程,以骰子的投擲點(diǎn)數(shù)類比生物隨機(jī)產(chǎn)生的子代性別。通過(guò)參與模擬物種滅絕的教學(xué)活動(dòng),使學(xué)生達(dá)成以下學(xué)習(xí)目標(biāo):① 樹立或進(jìn)一步加深生態(tài)保護(hù)意識(shí);② 了解一定的保護(hù)生物多樣性的途徑與手段;③ 了解并認(rèn)同模型模擬實(shí)驗(yàn)的方法以及數(shù)學(xué)概率在生物學(xué)中的重要研究作用。
2 材料及準(zhǔn)備
黑、白棋子(可選用其他適宜材料),骰子4個(gè),不透明布袋。
3 活動(dòng)實(shí)施
3.1 活動(dòng)引入
教師可展示多種已經(jīng)滅絕或?yàn)l臨滅絕的生物圖片,引起學(xué)生的情感共鳴,繼而介紹具有天然抗癌物質(zhì)紫杉醇的瀕危珍稀植物紅豆杉、具有重要藥用價(jià)值的瀕危植物肉蓯蓉等,使學(xué)生意識(shí)到保護(hù)生物多樣性的重要性,進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考:即使環(huán)境條件改善,許多瀕危物種仍需人類實(shí)施易地保護(hù)的原因。
3.2 活動(dòng)說(shuō)明
教師應(yīng)向?qū)W生說(shuō)明利用模擬實(shí)驗(yàn)也是生物學(xué)研究的一種重要手段。活動(dòng)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 模擬環(huán)節(jié)
(1) 假設(shè)某一個(gè)物種雄性和雌性個(gè)體各有4個(gè),分別用黑色棋子白色棋子代表,請(qǐng)一位學(xué)生分別取出4個(gè)白色棋子(雌性)和4個(gè)黑色棋子(雄性),并放入不透明布袋中。布袋中的棋子的顏色組成及數(shù)目就代表某物種的初始種群情況。
(2) 再請(qǐng)一位學(xué)生從不透明布袋中,每次取出一對(duì)棋子配對(duì),將每次所取出棋子放在桌上,直至取完, 得到4種組合。
(3) 當(dāng)取出的兩個(gè)棋子為一黑一白(一雌一雄),假設(shè)它們會(huì)產(chǎn)生4個(gè)子代,同時(shí)投擲4個(gè)骰子,子代的性別用擲骰子方式?jīng)Q定。投出的數(shù)目是1~3則代表是雌性,4~6則為雄性,將與產(chǎn)生子代性別對(duì)應(yīng)的棋子也裝入布袋中。
(4) 記錄下下一代的個(gè)體數(shù)目。
(5) 重復(fù)進(jìn)行步驟2~4直到第十代。
(6) 重復(fù)1~5步,共進(jìn)行10次操作,每一次操作即為一個(gè)家系,制作表格統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
(7) 統(tǒng)計(jì)活動(dòng)結(jié)果,家系1、4、6、9的后代分別在第二代、第四代、第九代和第七代為0(表1),當(dāng)后代數(shù)目為0時(shí),即認(rèn)為此家系已絕種。計(jì)算物種的滅絕率,第二代的滅絕率10%(1/10),第六代的滅絕率為20(2/10),第七代的滅絕率為30%(3/10),到第十代時(shí)物種滅絕的概率為40%(4/10)??梢钥吹剑?dāng)世代增加時(shí),物種滅絕的概率也增加。
3.4 活動(dòng)總結(jié)
教師注意引導(dǎo)學(xué)生思考:如果初始種群中的個(gè)體數(shù)目增加(多于4個(gè)),滅絕的概率又會(huì)怎樣變化?易地保護(hù)使瀕危生物的數(shù)目得到增加后,是否應(yīng)該將其回放到原有的生態(tài)環(huán)境中?組織學(xué)生討論有哪些保護(hù)生物多樣性的措施等。此外,教師應(yīng)注意告知學(xué)生模擬實(shí)驗(yàn)中的替代模型與科學(xué)事實(shí)原型之間是存在差異的,所有模擬實(shí)驗(yàn)的模型均不能與其原型保持絕對(duì)一致。例如,前面所介紹的模擬實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是假定所有個(gè)體均能正常繁衍,且排除了環(huán)境因素等諸多條件對(duì)其影響的情況。
4 活動(dòng)評(píng)析
關(guān)于物種滅絕的機(jī)制,學(xué)生缺乏相關(guān)的感性認(rèn)知作為支撐,這是教學(xué)中的難點(diǎn)。該活動(dòng)設(shè)計(jì)具有成本低、簡(jiǎn)便易行、材料易得、可重復(fù)操作等優(yōu)點(diǎn)且能使學(xué)生全員參與其中,使學(xué)生得到更加直觀的體驗(yàn),不僅可以使學(xué)生體驗(yàn)并學(xué)習(xí)模型模擬、運(yùn)用數(shù)學(xué)概率等科學(xué)研究方法,也能加深其對(duì)保護(hù)生物多樣性的情感認(rèn)同,培養(yǎng)學(xué)生的類比推理能力。
關(guān)鍵詞: 高中生物教學(xué) 互動(dòng)探究課堂 教學(xué)設(shè)計(jì)
新課程的教學(xué)目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)展,使每一位學(xué)生不斷地獲得新的知識(shí)和能力,提高邏輯思維能力和動(dòng)手操作意識(shí)。在實(shí)施新課改的今天,在有限課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi),要想使學(xué)生獲得最大的進(jìn)步與發(fā)展,必須提高教學(xué)效率,克服課堂教學(xué)的“形式化”。
1.教學(xué)內(nèi)容要精簡(jiǎn),抓住重點(diǎn),善于總結(jié)。
在高中生物教學(xué)中,教學(xué)內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的首要條件,新課標(biāo)要求教師“根據(jù)學(xué)生的具體情況,對(duì)教材再加工,創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程”,要求教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中為學(xué)生提供全面的、有利于學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性、深入探索的教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)生通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí),各方面有所發(fā)展。
新教材是課改理念的文本體現(xiàn)和載體,需要每一位教師認(rèn)真研讀、感悟、領(lǐng)會(huì),了解教材的基本精神和編寫意圖,把握教材所提供的教學(xué)活動(dòng)的基本線索,分析教材所滲透的生物學(xué)思想、方法,體會(huì)新教材中蘊(yùn)含的教學(xué)理念,實(shí)現(xiàn)有效課堂教學(xué)。
教材內(nèi)容并不等于教學(xué)內(nèi)容,教材是教學(xué)的重要課程資源,但不是唯一的資源。新的教材觀強(qiáng)調(diào)要按照學(xué)生的情況進(jìn)行教學(xué),而不是完全拘泥于教材,對(duì)教材要用好、用活、用實(shí)。用好,就是能根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況,結(jié)合學(xué)生的知識(shí)背景,或根據(jù)教學(xué)的需要,或針對(duì)教材中的一些不足之處,化難為易,使之更好地為教學(xué)、為學(xué)生服務(wù);用活,就是根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的自身情況,按照學(xué)生的接受能力進(jìn)行靈活教學(xué),趣味教學(xué);用實(shí),就是根據(jù)客觀事實(shí)及日常生活,理論聯(lián)系實(shí)際,要求學(xué)生把課本上的知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合,積極應(yīng)用,獲得更大的成就感和滿足感。
在學(xué)習(xí)組織培養(yǎng)時(shí),可以充分利用學(xué)校的組織培養(yǎng)室,讓學(xué)生親手去做,體會(huì)整個(gè)植物組織培養(yǎng)的過(guò)程。這樣學(xué)生對(duì)這些內(nèi)容就能深入理解,而不需要死記硬背,同時(shí)也增加了知識(shí)與生產(chǎn)、生活實(shí)際的聯(lián)系,使原有的教材知識(shí)真正內(nèi)化為自己的知識(shí)。
2.教學(xué)方式設(shè)計(jì)的靈活性、多樣性和有效性。
教學(xué)方式是指實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)所采取的一切手段、技術(shù)、途徑。有效的教學(xué)方式是課堂教學(xué)效率得以提高的有力保障。
在傳統(tǒng)教學(xué)中,以教師講授為主的教學(xué)方式,造成學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、合作能力比較弱,學(xué)生的才華和智慧得不到應(yīng)有的展示。因此,課改專家特別強(qiáng)調(diào)和呼吁在轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)方式的同時(shí)要轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)方式,要有利于每一位學(xué)生的發(fā)展,要以學(xué)法的改革帶動(dòng)教法的改革,保證課堂教學(xué)的科學(xué)性、靈活性、創(chuàng)造性,為課堂教學(xué)注入新的活力。對(duì)教學(xué)方法的優(yōu)化選擇,要求教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、學(xué)生認(rèn)知和能力發(fā)展水平,結(jié)合教師自身的特長(zhǎng)和風(fēng)格,靈活運(yùn)用各種教學(xué)方式,實(shí)現(xiàn)各種方式的優(yōu)化組合。
任何一種教學(xué)方式都不是萬(wàn)能的,教學(xué)方法選擇的最優(yōu)化實(shí)質(zhì)上包含了教學(xué)方式多樣化的含義。就一堂課而言,教學(xué)方式的多樣化表現(xiàn)為課堂教學(xué)縱向上是多樣化的,即在一堂課上,可能會(huì)使用幾種不同的教學(xué)方式,例如講授、探究、討論、操作等。就不同的課而言,教學(xué)方式的多樣化又表現(xiàn)為不同課堂所采用的主要教學(xué)方式是多樣化的。多樣化的教學(xué)方法可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,不同的教學(xué)方式可以為學(xué)生提供更多的機(jī)會(huì)。
在選擇教學(xué)方法過(guò)程中,盡可能采用自主探究的教學(xué)方式。當(dāng)然自主探究的教學(xué)方式并不是唯一的教學(xué)方式,在實(shí)際教學(xué)中我們應(yīng)該根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容選擇適合的教學(xué)方法。我們?cè)趯?shí)施探究式教學(xué)的同時(shí),仍然要大力提倡教學(xué)方法的多樣化。比如,在教學(xué)蛋白質(zhì)的多樣性時(shí),明顯覺(jué)得學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容很生疏,于是就想到了將該內(nèi)容轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)知識(shí),讓學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作體驗(yàn)。用三角形、圓形、正方形分別代表三種氨基酸,讓學(xué)生來(lái)排排看組成三肽有多少種可能。其實(shí)這就是讓學(xué)生利用排列組合的方法來(lái)體驗(yàn)氨基酸排列方式的多樣性,從而領(lǐng)會(huì)蛋白質(zhì)多樣性的一個(gè)方面。
3.互動(dòng)探究課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。
學(xué)生在初中已學(xué)過(guò)生物呼吸的相關(guān)知識(shí),但由于初中到高二時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng),存留在學(xué)生記憶中的僅僅是對(duì)人體呼吸的粗淺認(rèn)識(shí)。我們可以運(yùn)用建構(gòu)主義理論,在學(xué)生原有的知識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行升華,運(yùn)用整體建構(gòu)教學(xué)理論,先讓學(xué)生感知本節(jié)課在生物教材中的地位,通過(guò)由整體到部分再到整體的課堂學(xué)習(xí)思路,運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)教給學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的方法,注重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和學(xué)習(xí)方法,在教學(xué)重點(diǎn)環(huán)節(jié)注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。
4.教學(xué)設(shè)計(jì)容易陷入的誤區(qū)。
4.1用“備知識(shí)”“備題目”取代“備教學(xué)”
準(zhǔn)備教學(xué)階段,只重視知識(shí)的羅列和體系的完善,而忽視了關(guān)于“能力”和“情感態(tài)度與價(jià)值觀”目標(biāo)的設(shè)計(jì)。有的老師針對(duì)課后題目設(shè)計(jì)教學(xué)細(xì)節(jié),課內(nèi)有意識(shí)講解,避免了學(xué)生出錯(cuò),當(dāng)然也剝奪了學(xué)生深化理解的機(jī)會(huì)。
4.2用“問(wèn)題次數(shù)”取代“問(wèn)題意識(shí)”
關(guān)鍵詞:水體環(huán)境生物多樣性岷江
中圖分類號(hào):G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
1岷江水環(huán)境現(xiàn)狀
岷江全長(zhǎng)735公里,流域面積14萬(wàn)平方公里;全河落差3560米,水力資源1300多萬(wàn)千瓦。岷江河口多年平均流量2850m3/s,年徑流量900億m3,徑流主要來(lái)自降雨和部份高山融雪。5~10月為豐水期,水量約占全年80%左右,11月~翌年4月為枯水期。由于流域內(nèi)復(fù)雜的自然地理和氣候環(huán)境,各河段徑流特征也不一致。據(jù)高揚(yáng)站資料統(tǒng)計(jì),多年平均含沙量0.58kg/m3,多年平均懸移質(zhì)輸沙量5210萬(wàn)t,其中大渡河3297萬(wàn)t,占63.2%;青衣江近900萬(wàn)t,占17.3%。岷江推移質(zhì)主要產(chǎn)于上游,數(shù)量較大,且具有粒徑大,年內(nèi)集中,年際變化大的特點(diǎn)。2002年,岷江已降至三年來(lái)最低水位,流量?jī)H為46立方米/秒。從1996年開(kāi)始,每年冬季和春旱季節(jié)都出現(xiàn)了斷流現(xiàn)象
1.2造成岷江水體現(xiàn)狀的主要原因
原因有多方面的。全球性的氣候變暖、上游保持的樹木被亂砍濫伐,環(huán)保工作力度不夠……但最主要的因素還是因?yàn)樯嫌螢E建水電站,尤其是小水電站,以致水流量大量減少,以及中下游沿江城市的生活污水和工業(yè)廢水的大量排放。據(jù)了解,樂(lè)山市所在的岷江中游每年要向岷江排放污水6億多噸,其中三分之二是生活污水,三分之一是工業(yè)廢水。
2.2生物多樣性
生物多樣性是地球生命經(jīng)過(guò)幾十億年發(fā)展進(jìn)化的結(jié)果,是人類賴以生存和持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物多樣性可從3個(gè)層次上去描述,即遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)與景觀多樣性。
2.2 岷江流域生物多樣性現(xiàn)狀
目前,岷江流域的生物多樣性情況可以用堪憂兩字來(lái)形容。
岷江的源頭,現(xiàn)已形成泥石流高發(fā)區(qū),成千上萬(wàn)方的松散泥土隨時(shí)可能沖進(jìn)岷江,不僅威脅周邊居民的生命財(cái)產(chǎn),還危及紫坪鋪庫(kù)區(qū)的安全及整個(gè)岷江的水質(zhì)。物種滅絕:野生魚類減少24種。
在上游區(qū)域,森林覆蓋率已從50%下降到18%,干旱河谷面積上升,海拔1200—3000米范圍呈現(xiàn)半干旱生態(tài)景觀并向荒漠化過(guò)渡,水土流失面積達(dá)1.1萬(wàn)平方公里,占整個(gè)上游幅員面積的45%。由此,岷江流域水源涵養(yǎng)能力大為降低。近幾十年里,岷江枯水期流量逐漸減少,而汛期流量逐漸增大,洪水歷時(shí)縮短,洪峰流量和泥沙含量在增大。其年均輸沙量達(dá)到1000萬(wàn)噸,為長(zhǎng)江上游各大支流水系之最。
岷江上游都江堰地區(qū)的生物多樣性。都江堰地區(qū)是我們收集的資料比較全的地區(qū),所以也詳細(xì)說(shuō)一下。都江堰地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)可分為5個(gè)類型:城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、高寒生態(tài)系統(tǒng)和河流生態(tài)系統(tǒng);擁有6個(gè)植被型,24個(gè)群系;當(dāng)?shù)刂脖淮怪睅沼蓙啛釒С>G闊葉林——高山流石灘稀疏植被等7個(gè)植被垂直帶構(gòu)成;并有河谷、沼澤湖及冰斗湖、苔蘚元等特殊(隱域)生境和一些特有植被群落類型。擁有高等植物3284種,占我國(guó)高等植物種類的11.3%;特、少、單型屬占我國(guó)相應(yīng)屬的16.5% ,13.6%,10.2% ,國(guó)家與四川省級(jí)珍稀瀕危保護(hù)植物種類繁多。境內(nèi)脊椎動(dòng)物種類434種,占我國(guó)脊椎動(dòng)物種類的8.2%,珍稀瀕危動(dòng)物種類及其豐富。
從都江堰流域的資料,我們可以看到其生物資源的豐富,而這只是岷江流域的一個(gè)小小部分。盡管資源是豐富的,但如果不保護(hù)的,也是會(huì)耗盡的。滅絕了的物種不可再生。
岷江中游近幾年來(lái)每年3、4月份枯水季節(jié)都有死魚現(xiàn)象,大的死魚重達(dá)幾公斤,更多的只是魚花花。一些水段已是一凼“墨水”,連魚蝦都難以生存。中巖、平羌三峽一帶原先盛產(chǎn)的江團(tuán)等珍稀魚類已瀕臨滅絕。每當(dāng)春汛一來(lái),河中常常漂浮著寸多長(zhǎng)的死魚苗。野生河魚一進(jìn)入該河段就大量窒息而死亡。
3.岷江水環(huán)境對(duì)生物多樣性的影響。
3.1對(duì)生態(tài)系統(tǒng)與景觀多樣性的影響:
岷江上游沿岸大部分區(qū)域,屬干熱河谷地帶:降雨量少,蒸發(fā)量大;山高坡陡,土地瘠薄;植被稀疏,水土流失嚴(yán)重,滑坡泥石流等山地災(zāi)害時(shí)有發(fā)生,自然生態(tài)形勢(shì)本來(lái)就嚴(yán)峻。一旦岷江上游水電站全部建成并發(fā)電,將形成連續(xù)不斷的減水段甚至枯水期的斷流段。岷江上游水電站大壩截流工程過(guò)多,水資源開(kāi)發(fā)利用嚴(yán)重透支,是造成岷江“斷流”的主要原因。原來(lái)豐沛的地表水流在水電開(kāi)發(fā)地段成為“暗河”。岷江的多處河段趨于干涸,除了給河流動(dòng)植物系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的危害外,還使岷江干旱河谷更加干旱。
在上游區(qū)域河谷地區(qū),由于干旱缺水,形成以灌木草叢為主的灌木草叢和稀疏灌木,景觀;干季植被呈休眠狀態(tài),發(fā)育受抑制,生物產(chǎn)量低;土壤腐植層發(fā)育較差 ,保水能力弱。森林覆蓋率已從50%下降到18%,干旱河谷面積上升,海拔1200—3000米范圍呈現(xiàn)半干旱生態(tài)景觀并向荒漠化過(guò)渡,水土流失面積達(dá)1.1萬(wàn)平方公里,占整個(gè)上游幅員面積的45%。由此,岷江流域水源涵養(yǎng)能力大為降低。
3.2對(duì)物種多樣性的影響。
水環(huán)境對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響,必然會(huì)導(dǎo)致對(duì)該生態(tài)系統(tǒng)中的物種的影響,從而影響到物種多樣性。
梯級(jí)電站群的建立,改變了岷江上游徑流的天然屬性,尤其是在枯水季節(jié),徑流分配上的人工影響突出。由于整個(gè)岷江上游被多達(dá)10多個(gè)電站截?cái)?,同時(shí)又缺乏大型水庫(kù)的緩沖,給岷江水生動(dòng)植物造成嚴(yán)重的影響,原生水生環(huán)境遭到破壞。
3.3對(duì)遺傳多樣性的影響
物種的減少,尤其是特有物種的減少,甚至滅絕嚴(yán)重的影響了遺傳多樣性。遺傳多樣性對(duì)于任何物種維持和繁衍其生命、適應(yīng)環(huán)境、抵抗不良環(huán)境與災(zāi)害都是十分必要的。
4.改善岷江水體環(huán)境,保護(hù)岷江流域生物多樣性的建議措施
4.1改善水體環(huán)境的建議
1、整治上游的水電站。一條江河流域極限水資源開(kāi)發(fā)利用率為40%,而岷江上游流域水資源開(kāi)發(fā)利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了水資源開(kāi)發(fā)利用的極限,河流基流持續(xù)減少。應(yīng)該按照國(guó)家的有關(guān)規(guī)定,不超過(guò)河流開(kāi)發(fā)利用的極限。按照國(guó)家能源部書店發(fā)展規(guī)劃,在都江堰以上區(qū)域,岷江流域總共將建設(shè)27個(gè)電站,其中15萬(wàn)千瓦以上的電站9個(gè),15萬(wàn)千瓦以下到5萬(wàn)千瓦的9個(gè),而5萬(wàn)千瓦以下的還有9個(gè)。
2、在建水電站以前,首先進(jìn)行環(huán)境評(píng)估工作,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展。水電開(kāi)發(fā)前必須做好流域規(guī)劃。在進(jìn)行水電開(kāi)發(fā)時(shí)必須明確,河流規(guī)劃是水電開(kāi)發(fā)建設(shè)的主要基礎(chǔ)和前提,水電開(kāi)發(fā)未制定流域規(guī)劃,或規(guī)劃未獲批準(zhǔn)的,一律不得進(jìn)行水電開(kāi)發(fā)建設(shè)。 在進(jìn)行流域規(guī)劃時(shí),應(yīng)讓規(guī)劃環(huán)評(píng)提早介入。并且,環(huán)境評(píng)價(jià)必須從流域開(kāi)發(fā)總體規(guī)劃的層面上進(jìn)行,并且必須早期介入,將管理點(diǎn)前移,在項(xiàng)目決策前的規(guī)劃階段,就將生態(tài)環(huán)境保護(hù)納入流域開(kāi)發(fā)目標(biāo)體系中。
3、盡制定和實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。國(guó)家應(yīng)盡快制定和實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制,在電站發(fā)電或是其他對(duì)環(huán)境有污染的企業(yè)的效益中提留一部分資金,用于長(zhǎng)期生態(tài)補(bǔ)償和保護(hù)。
4、重視環(huán)境保護(hù)工作,在污染嚴(yán)重區(qū)域加建污水處理廠、固體廢棄物處理廠以減少污水及固體廢棄物對(duì)環(huán)境的危害
5、沿河流域都應(yīng)該重視根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦巍夂蛱攸c(diǎn)植樹造林,退耕還林。
5.總結(jié)
岷江流經(jīng)多個(gè)自然保護(hù)區(qū),其中包括世界聞名的臥龍自然保護(hù)區(qū),是一條具有重大生態(tài)價(jià)值的大江。岷江的水環(huán)境影響著岷江的生物多樣性;同時(shí),岷江的生物多樣性同時(shí)影響著岷江。岷江流域的生物多樣性的保護(hù)對(duì)保護(hù)岷江的“源遠(yuǎn)流長(zhǎng)”有重大的作用。
參考文獻(xiàn):
“生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者――蛋白質(zhì)”是人教版高中生物學(xué)教材“分子與細(xì)胞”第2章“組成細(xì)胞的分子”第2節(jié)內(nèi)容。其中的教學(xué)難點(diǎn)較多,如,氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、脫水縮合反應(yīng)的過(guò)程、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因等。本節(jié)內(nèi)容比較抽象,高一學(xué)生沒(méi)有有機(jī)化學(xué)的知識(shí)基礎(chǔ),對(duì)于氨基酸的結(jié)構(gòu)通式以及氨基酸如何脫水縮合等理解起來(lái)有一定困難。根據(jù)心理學(xué)的首因效應(yīng),新授課的教學(xué)效果會(huì)直接影響到學(xué)生對(duì)上述疑難問(wèn)題理解的深度。因此,我將新知識(shí)進(jìn)行分層引導(dǎo),以簡(jiǎn)單知識(shí)作為理解疑難問(wèn)題的臺(tái)階,讓學(xué)生能夠順利地掌握難度較大的知識(shí)。
二、教學(xué)目標(biāo)
1.知識(shí)目標(biāo)
闡明氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),以及氨基酸形成蛋白質(zhì)的過(guò)程;概述蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。
2.能力目標(biāo)
嘗試建立氨基酸結(jié)構(gòu)通式的球棍模型,以及使用球棍模型演示脫水縮合過(guò)程;能夠利用多媒體搜集相關(guān)信息,學(xué)會(huì)鑒別、選擇、運(yùn)用和分享信息。
3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)
認(rèn)同蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的承擔(dān)者,體驗(yàn)合作學(xué)習(xí)的快樂(lè);初步形成生物體的結(jié)構(gòu)與功能、局部與整體、多樣性與共同性相統(tǒng)一的觀點(diǎn)。樹立辯證唯物主義自然觀,逐步形成科學(xué)的世界觀。
三、教學(xué)過(guò)程
1.創(chuàng)設(shè)情境,引入新課
多媒體展示2004年安徽阜陽(yáng)出現(xiàn)的“大頭嬰兒”照片和2008年三鹿奶粉添加三聚氰胺事件照片,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,還有哪些食品富含蛋白質(zhì)?展示不同食品,學(xué)生思考回答。為何食物中蛋白質(zhì)如此重要?蛋白質(zhì)在我們生命活動(dòng)中有哪些作用?學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)蛋白質(zhì)的主要功能。蛋白質(zhì)能夠承擔(dān)多種多樣的功能,這與它的結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系呢?展示“瑞年氨基酸片”的圖片、說(shuō)明書,啟發(fā)學(xué)生思考:瑞年氨基酸片為什么能夠促進(jìn)生長(zhǎng)并提高免疫力?我們需要服用嗎?從而引出氨基酸的結(jié)構(gòu)。
設(shè)計(jì)意圖:從學(xué)生熟悉的事件入手,引導(dǎo)學(xué)生思考?xì)w納蛋白質(zhì)的功能,從保健品“瑞年氨基酸片”引導(dǎo)學(xué)生思考蛋白質(zhì)和氨基酸之間的關(guān)系,從而理解氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位。
2.以甲烷模型為例,構(gòu)建氨基酸結(jié)構(gòu)模型
展示甲烷結(jié)構(gòu)模型,以學(xué)生熟悉的乙酸(CH3COOH)引入化學(xué)基團(tuán)羧基(―COOH)的概念,以學(xué)生熟悉的氨氣(NH3)引入化學(xué)基團(tuán)氨基(―NH2)的概念。接著要求學(xué)生利用所給的球棍(紅、黑、綠、藍(lán)色球分別代表氫原子、碳原子、氧原子、氮原子,小鐵棍代表化學(xué)鍵,彈簧棍代表碳氧雙鍵)模仿甲烷的結(jié)構(gòu)模型組裝出甘氨酸。組裝完后請(qǐng)學(xué)生從不同角度識(shí)別氨基、羧基,并比較氨基酸空間結(jié)構(gòu)與平面結(jié)構(gòu)的區(qū)別。展示四種不同的氨基酸圖片,請(qǐng)學(xué)生比較歸納出氨基酸的結(jié)構(gòu)通式及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
設(shè)計(jì)意圖:在學(xué)生沒(méi)有相關(guān)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的情況下,通過(guò)學(xué)生熟知的甲烷、乙酸、氨氣等知識(shí)引入羧基、氨基新概念,通過(guò)動(dòng)手操作構(gòu)建氨基酸模型,多角度比較使學(xué)生掌握氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),從而突破該教學(xué)難點(diǎn)。
3.學(xué)生活動(dòng),模擬氨基酸脫水縮合反應(yīng)
展示氨基酸脫水縮合的Flas,利用前面組裝的氨基酸
球棍模型構(gòu)建兩個(gè)氨基酸的脫水縮合反應(yīng)模型。由學(xué)生活動(dòng)模擬多個(gè)氨基酸的脫水縮合反應(yīng)。具體做法:(課前用A4紙分別打印好羧基、氨基、肽鍵、水,其中肽鍵用彩色紙打印最好)若干名學(xué)生(身軀代表碳原子,頭代表R基,腿代表H)每人一手拿羧基,另一只手拿氨基,互相之間找同學(xué)(代表氨基酸)發(fā)生脫水縮合反應(yīng),一名同學(xué)專門負(fù)責(zé)取下消耗的氨基和羧基并換上肽鍵。教師引導(dǎo)學(xué)生觀察并思考學(xué)生模擬脫水縮合反應(yīng)過(guò)程中肽鍵與水分子、氨基酸數(shù)目及肽鏈數(shù)目的關(guān)系。
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)學(xué)生模擬脫水縮合反應(yīng),變抽象為直觀,降低學(xué)生理解的難度,使學(xué)生在活動(dòng)中體驗(yàn)合作學(xué)習(xí)的快樂(lè)。
4.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性決定其功能的多樣性
展示因氨基酸種類、數(shù)目、排列順序、肽鏈折疊空間結(jié)構(gòu)不同而形成的蛋白質(zhì),讓學(xué)生歸納出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性與其功能的多樣性有怎樣的關(guān)系?引導(dǎo)學(xué)生得出生物界的普遍規(guī)律:結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一。
設(shè)計(jì)意圖:學(xué)生通過(guò)觀察,自主歸納出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因,進(jìn)而理解生物體的結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點(diǎn),使學(xué)生樹立辯證唯物主義自然觀,逐步形成科學(xué)的世界觀。
四、教學(xué)反思
本節(jié)內(nèi)容因?qū)W生缺少相關(guān)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),學(xué)生不容易理解和掌握。筆者通過(guò)對(duì)新知識(shí)進(jìn)行分層引導(dǎo),化抽象為直觀,學(xué)生活動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn),既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的多種感官,突出知識(shí)的主要矛盾,促進(jìn)學(xué)生理解蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:CSCD期刊
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