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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:Q938.8 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2014)19-0305-02
1 湖泊水體系微生物生態學
1.1 湖泊水體系微生物多樣性 ①藻類,常見的藻類約56個屬138個種,包括:硅藻、裸藻、金藻、甲藻、小球藻屬,柵列藻屬,以及藍細菌等。②細菌,在被研究水體中BOD符合負荷值比較低、維持好氧狀態的富營養話水體中,常見的優勢菌群有芽孢桿菌屬、假單胞菌屬、產甲烷菌屬、光和細菌屬、硫酸鹽還原菌等。③原生動物及微型后生動物,富營養化水體中常見固著型纖毛蟲、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系 位于食物鏈中的各種生物與其生存環境間通過一系列的能量和物質的轉移與循環保持著相互依存的穩定關系,即生態平衡。但當湖泊水體系中大量累積N、P等營養元素時,生態系統的平衡就被破壞,主要表現為藻類通過大量繁殖,數量明顯增多,進而導致水體透明度下降和臭閾值增加。經過反復試驗驗證,向湖泊水體系中投加復合細菌能與原有水體中微生物形成共生增殖關系,從而使藻類優勢種群無法形成,起到了強化水體生物自凈能力,恢復湖泊生態平衡的作用。
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研究方法 水體微生物多樣性的傳統研究方法是先將被檢測水體樣品中的微生物進行分離培養,經過純培養后獲得純菌株,再研究純菌株的特征及細胞性質,最后總結特性。但由于微生物形態簡單,個體較小,僅依靠外觀形態觀察無法獲得太多信息,且自然界中大多數微生物無法依靠純培養分離,也不能精確鑒定分離物,進而揭示分離物間的系統發育關系。
2.2 分子生物學技術 應用分子生物學技術研究水體微生物生態學,能夠在一定程度上避免微生物多樣性丟失及種群構成變化等問題的發生,有利于被研究水體微生物中新的菌株、新菌種的發現,進一步提高對環境微生物多樣性的認知水平。
3 應用PCR-DGGE技術進行水體微生物多樣性檢測的原理、步驟和主要優缺點
3.1 應用PCR-DGGE技術進行水體微生物多樣性檢測的原理 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,使溶液呈現線性的變性劑濃度梯度變化。在電泳過程中水體微生物的DNA雙鏈分子在變性凝膠中逐步進行解鏈,形成解鏈區域,此接連區域的形成增大了DNA分子的遷移阻力。當到達一定變性劑濃度,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力互相平衡時,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域及解鏈行為也不相同,導致雖然處于同種變性凝膠電泳環境中,其遷移行為也不一致,因此可以在其周圍電場作用下得到分離。
為了提高被研究水體樣品中微生物多樣性的檢驗精確度和檢出率,能夠更好的反映被檢測水體微生物的實際情況,徹底分離DN段,在PCR擴增過程時將GC發夾結構添加到正向引物的5'端,使其在PCR過程中,通過擴增連接到目的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的堿基排列順序無關,因此DGGE電泳無法將其完全分離。因此,可以說只要將檢測過程中的電泳條件設置合適且其滿足條件足夠細致,哪怕僅有一個堿基區別的DN段也可以被區分。
應用PCR-DGGE技術在水體微生物多樣性研究中具有以下優點:檢測極限低;檢測速度快;檢測費用低;結果有較強的客觀性;能夠針對多個樣品及多種微生物進行同時檢測;可以結合其他檢測方法提高檢測質量。
3.2 PCR-DGGE技術分析微生物多樣性的主要實施步驟:①環境樣品微生物DNA的提取;②環境樣品微生物DNA的純化;③Touch-down PCR[2];④GC發夾;⑤染色和測序。
3.3 PCR-DGGE技術分析研究水體系微生物多樣性的局限性 如同任何檢測分析技術一樣,PCR-DGGE技術分析微生物多樣性也存在一定的局限性,其局限性主要表現在如下幾個方面:①存在DN段檢測的最理想長度一般在200~500bp之間,所以能夠提供的生物系統發育信息具有局限性[3]。②在湖泊水體系微生物多樣性檢測中,由于被研究水體樣品中個別種類的微生物16S rDNA在復制時的異質性問題及異源核酸雙鏈分子的檢出影響,會導致檢測結果偏離真實值略高。③DN段擴增后的PCR產物由于受到具有不同序列的DNA共遷移問題的影響,DGGE電泳圖譜中可能出現同一條帶中含有不同種類的微生物,這將導致對湖泊水體環境微生物的多樣性估計偏低。同時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無法還原被研究水體中微生物在生活環境中的真實圖景,也無法提供微生物數量、群落新陳代謝活性和基因水平等研究信息,需要進一步結合微電極測量或熒光原位雜交等其他技術方法對被研究水體系中的微生物進行更詳盡地群落的復雜性分析。⑤DGGE凝膠電泳技術雖然可以檢測到占有超過全部研究水體系的整個群落微生物數量1%的優勢菌群的存在,但仍無法將被研究水體樣品中環境微生物群落的復雜性完整地體現出來。對于以上技術方法中存在的檢測缺陷,可以從改善PCR擴增及DGGE電泳條件著手;同時將與其他傳統的技術檢測方法與DGGE電泳技術進行有機的結合、相互補充,這樣將被研究水體系微生物群落的代謝、數量、結構和功能等情況的動態變化更貼近實際地反映出來,并進一步將原位生理等環境中微生物的多樣性信息進行表達,從而不斷提高分析微生物生態學的研究水平。
4 總結
本文擬使用PCR-DGGE分子生物技術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有明確出一種具體的、行之有效的方法來對微生物群落多樣性研究進行實驗,實驗的后續性研究擬從傳統培養方法上對各種菌體進行更全面的研究,進而將分子生物技術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,在對水體微生物處理以及富營養化水體的治理研究中起到相應的作用。
參考文獻:
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【關鍵詞】生物多樣性保護;重要意義
我們生活的自然界極其復雜且色彩繽紛,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化的重要基礎,也為人類的生存與發展提供物質與環境方面的保證。生物多樣性主要包括遺傳多樣性、物種多樣性和生態系統多樣性。生物多樣性是人類寶貴的生產、生活資源,它一方面維持自然生態平衡,保持人類的生存環境,另一方面為人類提供了食物、藥物和工業原料等。
1.孟家崗林場生物多樣性現狀
孟家崗林場植被構成是以柞樹、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,對保持生態系統的穩定不利。近年來,林場注意在天然林、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,特別加強了對高保護價值森林的保護。林場屬于七星峰東北虎自然保護區的緩沖區的相鄰林區,優越的地理位置和氣候條件給野生動物創造了良好的繁衍生息的環境,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15000千克;中藥材,如刺五加、五味子貯藏量可達20500千克。食用菌,如木耳、蘑菇年貯藏量可達5050千克;果品,如山葡萄、山里紅、榛子、核桃、松籽年貯藏量可達55150千克。各種野生經濟植物有著蘊藏量大,分布廣泛,純天然、無污染的特點,有著巨大的開發利用價值。林場分布各種森林昆蟲200余種,林內經常可見狍子、野豬、熊、鹿、野兔、松鼠、雉雞等20多種野生動物出沒。
2.生物多樣性保護存在的問題
2.1森林資源逐步減少
孟家崗林場大部分森林資源是20世紀70年代營造的,經過了幾個輪伐期之后,林場可采資源在逐漸減少,這樣給本施業區內生物多樣性帶來重創,野生動植物生存的空間越來越小,分布呈縮小狀態。
林場山地為完達山系西麓余脈,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,在施業區內呈零星分布,濕地總面積僅有74公頃,濕地水域面積不穩定,部分濕地在枯水季節經常極度缺水,只有在較大溝系周圍濕地的水草比較豐茂,近年來已常見野鴨類水禽出沒,隨著濕地保護力度的進一步加大,林場的濕地將逐漸恢復和擴大。
2.2人類活動的加劇,使物種滅絕的速度在不斷加快
人類的衣食住行與野生動植物密切相關,但由于近些年以來,亂捕濫獵、無組織的亂挖濫采的現象時有發生,使轄區內的森林資源、野生動植物遭到破壞,進而使生物多樣性受到普遍威脅。另外,人類對環境問題認知的盲目造成環境污染、氣候變化,如從殘余農藥在食物鏈中的富集、工業廢氣、廢水、廢渣的大量排放,到人們生活垃圾的堆積等等。環境污染使得許多陸地和水體不再適應野生生物的生存。從而使物種滅絕的速度在不斷加快。
由于林木和濕地涵養水源、調節氣候、保持水土等生態功能減弱,導致生態環境惡化,生態調節能力越來越小。雖然林場曾采取了一系列措施保護生物多樣性,但由于一部分人對森林、濕地和野生動植物的各種功能和價值,尤其是生態價值給人們帶來的間接價值還缺乏全面了解,對保護人類生存環境的重要意義認識不足,過度破壞利用資源來換取暫時經濟利益的行為仍在繼續,如不采取更加有效的保護措施,該施業區內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,不嚴密,加劇了生物多樣性喪失
目前,生物多樣性保護管理依然薄弱,法律法規不健全,雖然有《森林法》、《野生動植物保護條例》等法律法規,都是對國家重點保護野生動植物而言,在采集、運輸、收費等方面沒有具體規定,法律和制度執行不力、不嚴,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將不再適合人類生存,一旦生物多樣性水平降低到一定水平,當其不能有效地改善環境的時候,人類將面臨很難逆轉的生存災難。
3.生物多樣性保護措施
3.1建立保護區,加強物種保護
孟家崗林場位于中溫帶濕潤氣候區,雨熱同季,屬大陸性季風氣候,根據該地氣候條件及物種分布現狀,采取有效的保護措施,加大保護力度,把保護、科研、資源開發和生態旅游相結合,達到可持續發展。主要加強保護區建設,尤其是各種瀕危物種的保護,針對林場施業區資源現狀,合理劃分生態保護類型,使森林、草地、水生態等生態系統基本達到良性循環,從而提高生態系統的自我調控能力。
3.2因地制宜,建立生態管護,減少資源采伐利用
通過實施天然林保護工程,在本施業區內,加大生態管護區面積,抓住此次林業改革的有利契機,進一步保護森林資源,削減木材采伐產量,加大資源保護力度,調整生產力結構,加大林區多種經營生產,通過以林養林、以工養林、以副養林,實現逐步過渡。
關鍵詞: 撫育間伐; 森林可持續經營; 森林近自然經營; 對策建議
森林為人類提供了木材或其他產品, 更為人類能有一個良好的生存環境做出了不可替代的貢獻。但是有限的森林資源已難以滿足人類對森林產品和服務持續增長的需求, 大力發展人工林就顯得尤為重要。由于多年來單純追求森林木質產品的利用, 許多人工林質量低劣或健康狀況不良, 從而降低了其生態服務功能。科學的撫育措施是解Q問題的關鍵[ 1 ]。本文通過系統整理、分析國內相關文獻, 就撫育間伐對森林生態系統影響方面的研究現狀進行了總結, 并探討了今后森林間伐研究的發展方向。
1 森林撫育間伐的作用及目的
對于森林撫育在森林培育中的作用, 奧地利著名森林培育學家漢斯?邁耶爾(1980) 講到: 一個符合自然規律的健康而又富有生命力的森林, 不僅可以生產優質木材, 還可以發揮人們所期望的為社會公益服務的效能
對森林撫育間伐目的的傳統認識
撫育間伐是科學培育和經營森林的重要手段。在傳統認識中, 撫育間伐的目的主要有4 個方面: ①改善林木品質, 提高木材利用等級; ② 調整林分結構, 淘汰非目的樹種, 擴大目的樹種的生存空間, 加速林木生長; ③ 獲得中小徑材, 提高木材利用量; ④改善林分的衛生狀況, 減少病蟲害和防止森林火災,提高林分穩定性。
新形勢下的新要求
隨著人們對林業與環境關系認識的不斷深入,可持續林業、近自然林業等森林經營管理新理論在發達國家林業實踐中首先得到應用。新形勢下, 人們對林業提出了以下新的要求。
1) 提高森林生物多樣性。近自然林業強調多樹種的混交, 保證森林生態系統的生物多樣性。通過適宜的撫育間伐, 發展異齡復層混交林, 人工誘導形成穩定、理想的群落結構, 就能給更多的動物提供足夠的食物, 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) 保證森林生態過程的連續性和獨特性。發展的近自然林業的理論觀點是: 為了人類的需求, 在保持森林自然結構的前提下允許作偏離自然的林業經營活動, 通過人工手段促進天然林的恢復, 使森林進入發展演替, 在森林出現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行接近生態的自發生產, 保持森林生物群落的動態平衡。
3) 提高人工林的景觀多樣性和異質性。天然林組成復雜, 結構層次多樣, 構成的景色絢麗多彩; 而人工林組成單一, 結構層次簡單, 景觀單調平淡。因此, 撫育間伐的目標就是形成多層次復層結構的、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服務功能。
2 森林撫育間伐對森林的影響
間伐強度是撫育間伐措施的一個重要指標, 對后續林分有直接影響, 對加速森林資源培育具有重要意義是撫育間伐研究的重點。人們以林木胸徑、樹高、單株材積、林分總蓄積量、生產力和生物多樣性等為評價指標, 研究和探索不同間伐強度的效果, 總結相關規律, 以作為制定間伐強度的依據。
2. 1 對林分基本測樹因子的影響
對于商品用材林來說, 胸徑、樹高、單株材積和林分單位面積、總斷面積、蓄積量始終是評價間伐強度合理性的主要指標。對于間伐對胸徑、樹高和單株材積生長影響的研究有著較為一致的結論, 即不同的間伐強度對林分平均胸徑生長的影響差異極顯著, 但對樹高影響不大, 相應地能顯著提高林木單株材積生長量。邵錦鋒和魏柏松[ 7 ]對濕地松林的研究, 雷相東、陸元昌等對落葉松云冷杉混交林的研究, 林少華[ 9 ]對馬尾松的撫育試驗研究, 宋慶安、李午平對馬尾松天然次生林的試驗研究, 孫志虎、王慶成等對白樺天然林的研究以及張春鋒、殷鳴放等對人工闊葉紅松林生長的研究, 都得到了相同的結論。但是由于這些研究在樹種、立地條件、間伐模式、輪伐期、調查方法等方面存在差異, 不同撫育間伐強度對林分總蓄積量(收獲量) 的影響目前還沒有一致的結論。Knoebo l等對美國鵝掌楸不同強度間伐試驗分析表明, 間伐會減少收獲量; 而吳際友等認為撫育間伐會增加濕地松林分的收獲量; Clu t ter 等則認為間伐對濕地松收獲量基本無影響, 這與林少華對馬尾松的間伐強度試驗, 蘇培正[ 16 ]對木荷純林的試驗, 李克儉、王春紅對側柏人工林的間伐試驗, 還有姚克平[ 18 ]的馬尾松人工
林撫育間伐強度試驗所得出的結論相同。可見, 間伐可使保留木生長空間擴大, 促進林木生長, 但也使單位面積內立木株數減少。因此, 間伐對林分總收獲量的影響取決于上述兩種效應的相對大小, 這也是間伐效應的細節上有許多不確定性而需要開展更多、更深入系列研究的原因。
2. 2 對森林生產力的影響
林分間伐后, 雖然林木株數有所減少, 但是間伐調整了密度, 擴大了保留木的營養空間, 改善了林內小氣候條件, 有利于提高林分的質量和生產力。方海波[ 19 ]在研究杉木人工林間伐后生物量的變化時發現, 間伐后喬木層生物量減少17. 90 %, 但連續幾年的生長后, 林分生物量有明顯的提高。楊玉林、高俊波等[ 20 ]在研究撫育間伐對落葉松生長的影響時, 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 ]在研究間伐對火炬松林分的影響時, 認為所有的間伐都增加了樹干、樹葉、樹枝和樹冠的生物量, 增加量隨間伐強度的增大而加大。傅校平等[ 22 ]在研究間伐強度對杉木人工林林分的影響時認為, 間伐可以顯著提高林分平均單株生物量。現階段的研究表明: 人工林經間伐以后, 林下空間環境發生顯著改變, 光照增強, 從而有利于林下灌草層和地被物層的生長, 促進其生物量的增加。方海波[ 23 ]在研究湖南會同杉木人工林間伐后的林下植被生物量時發現, 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 ]研究不同間伐強度對北京山區油松林下植物影響時發現, 林下植物總生物量隨間伐強度的加大而增加; 熊有強[ 25 ]在對江西分宜杉木林下植被生物量的調查研究中, 李克儉、王春紅[ 17 ]在對側柏人工林的試驗中, 楊年友、李玲等[ 26 ]對日本落葉松人工商品林以及雷相東、陸元昌[ 8 ]等對落葉松云冷杉混交林灌草生物量的試驗中都得到類似的結論。
2. 3 對林下植被的物種多樣性的影響
對于撫育間伐對林下植被和灌木的生物多樣性的影響, 不同的學者得出的結論也不盡相同。許多研究認為, 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) 對紅松人工林下植物多樣性的影響時得出: 人為干擾改變林下光照環境, 促進植物生長, 隨著干擾(間伐) 強度的增加, 紅松人工林下植物種類、數量明顯增加; 不同干擾強度紅松人工林下植物種類的豐富度和多樣性明顯高于對照區;人為經營干擾改變了紅松人工林下植物組成, 隨著干擾強度的增加, 共有物種也會增加。上述結論與Sm ith和M iller[ 29 ]在研究間伐對生物多樣性影響時得出的結論相似, 他們認為集約間伐的林分比未間伐的林分有更高的植物豐度; 隨著收獲強度的增加, 地被和灌木的蓋度也會增加。另外一些研究則認為間伐對物種多樣性無顯著影響。eader[ 30 ]認為草本物種的數量和頻度隨上層部分間伐強度的增加沒有出現顯著的變化。Gilliam [ 31 ]在研究間伐強度對物種豐富度和多樣性影響時認為, 間伐后的成熟林和皆伐后的幼林草本層的物種多樣性無顯著變化。雷相東、陸元昌[ 8 ]等在研究撫育間伐對落葉松云冷杉混交林的影響時得出, 間伐雖然改善了林內的光照條件, 促進了林下鄉土植被的生長和發育, 物種多樣性略有增加, 但總的來說間伐對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”, 認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 對森林土壤的影響
土壤質量不僅是自然屬性, 更是人為因素作用的結果[ 32 ]。唐效蓉、李午平等[ 33 ]對馬尾松天然次生林研究后發現, 間伐后土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量以及土壤含水率、有機碳、有機質含量都有明顯提高。張鼎華等[ 34 ]的研究也發現, 間伐后土壤微生物數量增加, 土壤容重降低, 總孔隙度、速效養分、土壤肥力都得到了改善和提高。也有研究者認為, 移走間伐木帶走了土壤養分, 從而使土壤肥力降低, 但適當的間伐對林地土壤肥力的負面影響是很微小的。
3 面臨的問題及解決對策
3. 1 面臨的問題
林業的可持續發展依賴于森林資源的持續, 森林資源的持續又依賴于森林的科學經營, 森林生態系統經營已是21 世紀森林經營模式的最佳選擇, 而撫育改造則是森林生態系統經營的關鍵性措施[ 36 ]。總結國內外在撫育間伐試驗研究領域開展的大量研究工作, 我們可以發現, 面對21 世紀林業可持續發展的要求有如下亟待解決的問題。
1) 撫育間伐的理論還不夠完善。撫育間伐雖是個經典話題, 但基于我國森林面積廣闊、資源豐富的實際情況, 有許多樹N、森林類型的間伐試驗還未見研究; 且隨著森林經營目的的改變, 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、多大的間伐強度以及間伐次數更為合理, 目前還沒有統一明確的答案, 有待于進一步研究。
2) 撫育間伐的評價指標還不夠全面。在以往的試驗中, 對林分基本測樹因子、總蓄積量及林下植被多樣性的研究較多, 對林地生產力、森林更新、景觀生態、森林動物及病蟲害等方面的研究還較為少見,而撫育間伐需長期干擾, 短期內很難在這些林分技術指標上反映出來, 這就需要加強此方面的研究。
3) 撫育間伐是森林經營的措施, 而不是木材生產的措施, 必須充分認識撫育間伐的意義, 既不能把撫育間伐作為木材生產的手段, 又不能因為間伐導致生產虧損而忽視間伐工作的開展。因此, 如何調整森林撫育間伐的生態效益和經濟效益, 使森林的總效益最大, 也是正待解決的問題。
4) 撫育間伐是一項技術性很強的工作, 從具體的間伐技術要素的制定到間伐措施的實施, 需要專業人士的指導和參與才能提高勞動強度和生產率。落后的理論指導和繁瑣的撫育間伐工序都會降低間伐工作的質量。
3. 2 對策建議
為解決上述問題, 提高我國森林可持續經營的能力, 在森林撫育間伐理論與實踐的試驗與研究領域, 應著重從以下幾方面做一些切實有效的工作。
1) 綜合各撫育間伐的技術要素, 在我國的森林資源中分地域、樹種、森林類型進行科學完善的撫育間伐試驗, 通過比較不同的間伐效果來確定合理的間伐理論體系, 為以后的間伐實踐提供依據。
2) 對撫育間伐的多種生態工藝指標、生態效益指標, 我們應該加強時間尺度上的監測; 對各指標體系進行長期定位監測。通過數據的大量積累, 對撫育間伐的效益進行綜合評價, 以達到森林可持續經營的目的。
3) 加大撫育間伐經濟效益的調查研究工作, 以保證森林生態服務功能不受破壞為前提、近自然森林經營為原則, 在節省經營成本的同時增加林分的木材生產, 使森林撫育間伐的綜合效益達到最大值。
4) 加強間伐施工人員的專業技術培訓力度, 把新的試驗理論及時補充并反映到間伐技術規程中,增加其可操作性以便于掌握。在實施技術方面, 應及時更新間伐設備, 從而減少對林地的破壞。
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1影響松林生態健康和活力的因子
1.1人為活動
包括侵占林地,道路,采礦,水壩,環境污染,放牧,濫砍濫伐,種質低劣,經營管理不當等,這些因素造成定位空間或地段內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,導致形成三大效能低下的干擾型或經營型低效松林。
1.2立地條件
在自然狀態下因立地條件較差或生長環境惡劣,導致自然形成三大效能低下的原生型低效林。
1.3自然災害
自然災害包括火災,松毛蟲、松材線蟲病等病蟲害,干旱,洪澇,霜凍等,致使多數珍惜的、受威脅的、瀕危的或森林物種(主要是動植物)數量、分布等消失或銳減。導致形成三大效能低下的干擾型低效松林。
2松林生態健康和活力的維護方法
2.1增強生物多樣性
按照長防林和退耕還林工程建設標準,同時規劃,同時施工、同時驗收,全面進行“封、改、補、造、撫”的規劃和穩步實施。加速森林“效應島”的形成,同時,采用林隙、林緣適當補植蟲媒花植物(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,增強松林對生物災害自我調控功能,贛州曾充分運用“封、改、補、造、撫”等措施,穩步實施了蟲源地治理,達到了豐富生物多樣性效果。共實施蟲源地封山育林72.366萬畝,占蟲源地面積的100%;成功改造蟲源地4789個,占蟲源地總數的73.3%;改造蟲源地面積50.2319萬畝,占蟲源地總面積的69.4%。通過治理的蟲源地,平均灌木多樣性指數從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%,為實現馬尾松毛蟲的可持續控制奠定了良好基礎。
2.2從嚴管理“三害”
在林政管理上,應健全基層護林組織,全面封山育林,制止亂砍濫伐和亂獵濫捕的行為;在森林火災管理上,各級政府要簽訂防火責任狀,嚴格控制火災的發生;在危險性病蟲防范上,重點加強外來林業危險性有害生物的管理和控制。對危險性森林病蟲等應列入各級政府目標責任制,同時加強復檢,控制疫情傳播,限期拔除疫點,以防松林抗逆性下降。
2.3清理不健康林木
對近期內由于干旱、病蟲害和森林火災而出現大量死樹的松林,要及時采用對死樹進行全面清理,選擇鄉土闊葉樹當年更新造林;對將要出現大量死樹的林分,結合生態疏伐或景觀疏伐,對可疑木進行全面清理,選擇鄉土闊葉樹當年更新造林,以恢復到可持續生長的條件。
2.4強化生態閾值管理
全面封山育林,對少量或零星的經森防機構確認的非危險性有害生物致死木,可依據森林健康有關原理方法,鼓勵林業主管部門采取禁止采伐的措施,以實現豐富生物多樣性和制止亂砍濫伐行為雙重目標。在疏伐過程中適當保留少數倒木和枯立木,以保持林間野生動物和鳥類食物鏈的持續2;對近期內林業生產或生態保護效益不構成大的危害的病蟲,其測報和防治不作硬性要求,便于利用“天然防治”調節病蟲種群,以豐富松林生態系統的生物鏈。
2.5依法保護林地
侵占林地,道路,采礦,水壩,環境污染等,致使松林的碎裂程度和林地土壤侵蝕程度加劇。關鍵要依據《森林法》等有關法規和生態學原理,進行總體規劃和科學管理。
2.6適時評估效果
依照“近天然林”模式經營松林,影響松林生態健康和活力的主導因子發生明顯變化時,適時評估經營效果。主要內容是對這些主導因子作危險性分析,如對現有或可能發生的林業有害生物每3—5年定期調查1—2次,參照國際上有害生物危險性分析(PestRiskAnalysis)方法,對有害生物進行危險性分析和制定防范策略。對生態系統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鍵種的多樣性指數和威脅的、瀕危的或森林物種(主要是動植物)數量、分布等應進行總結評估,作出決策,制定方案,付諸實施。
2.7開展科學研究
開展科技攻關,開發應用有效的、經濟的和環境可接受的森林保護核心技術。主要包括自然界不同時空尺度生物多樣性的類型與格局,決定生物多樣性進化的生態學因子以及進化與生態學過程;景觀破碎對種群散布、持久性及種群滅絕的影響及其恢復;制約群落和生態系統聚集的因子,以及群落和生態系統脅迫反應的途徑;將遺傳、物種、生境和生態系統多樣性編目,確定生物多樣性變化的速度及其對群落結構和生態系統過程的影響,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、擴散和爆發基本規律的研究。
3結語
一個理想的健康森林應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、營林措施、木材采伐等)共存對森林的影響不會威脅到現在或將來森林經營的目標[2]。為此,松林生態系統的健康,除經營管理要素外,森林病蟲害的可持續控制、火災的控制等應當是維護松林健康和活力的重要措施。
參考文獻
一、知識目標
1.說明氨基酸的結構特點,以及氨基酸形成蛋白質的過程。
2.概述蛋白質結構的多樣性。
3.概述蛋白質的功能。
二、能力目標
通過引導學生對相關資料的分析、比較和討論,培養學生對資料的加工和處理能力,并使學生學會歸納,進行總結得出結論。
三、情感態度與價值觀
認同蛋白質是生命活動的主要承擔者。
【教學重點】
1.氨基酸的結構特點,以及氨基酸形成蛋白質的過程。
2.蛋白質的結構和功能。
【教學難點】
1.氨基酸形成蛋白質的過程。
2.蛋白質結構多樣性的原因。
【教學過程】
教師:多媒體演示烤肉、雞蛋、牛奶、魚、大豆制品等圖片。提出問題:這些食物都是日常生活中我們經常吃的東西,它們都富含什么呢?
學生:觀看圖片,根據生活常識,回答:都富含蛋白質。
教師:肯定學生的回答,引入課題:我們每天都要補充適量的蛋白質,以滿足身體的需要,那么蛋白質在人體內到底有什么作用?
教師:多媒體演示羽毛、肌肉、頭發、蜘蛛絲的圖片。提出問題:這些物質中的蛋白質有什么作用?
學生:觀察圖片,聯系已有的生活經驗,思考回答:組成生物體的結構物質
教師:出示資料:細胞內的化學反應都離不開酶的催化,而絕大多數酶都是蛋白質。提出問題:由此可見,蛋白質在生物體內還發揮什么作用?
學生:對資料進行分析,回答:催化作用。
教師:出示資料:生物體內的激素能夠傳遞相關的信息,從而對生命活動進行調節,如胰島素能夠降低血糖。而其中的一些激素是蛋白質。這樣的蛋白質有什么作用?
學生:分析資料,聯系生活常識,思考回答:調節作用。
教師:多媒體演示抗原、抗體的圖片。提出問題:當人體被某些病原體感染時,機體會產生抗體將其消滅,而抗體都是蛋白質。因此蛋白質在體內還承擔什么作用呢?
學生:思考回答:免疫作用。
教師:對學生的回答進行點評和更正,總結蛋白質的功能具有多樣性的特點,幾乎生物體的各項生命活動都有蛋白質的參與,所以我們說蛋白質是生命活動的主要承擔者。補充完善本節課題,生命活動的主要承擔者――蛋白質。
教師:結構決定功能,那么蛋白質具有怎樣的結構而使它具有如此重要的功能?出示幾種蛋白質的分子式,提出問題:組成蛋白質的元素有哪些?蛋白質的分子量如何?
學生:觀察蛋白質的分子式,計算分子量。回答問題:蛋白質的組成元素主要有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,以提高其營養價值,而氨基酸和蛋白質之間又是什么關系?
學生:根據生活常識,思考回答:氨基酸是蛋白質的基本單位。
教師:講述氨基酸的種類和分類。出示幾種氨基的結構式,提出問題:這些氨基酸分子在結構上有什么共同點?不同點?讓學生寫出這些氨基酸在結構上的共同點,引導學生寫出氨基酸的結構通式。
學生:找出不同氨基酸分子在結構上的共同點和不同點。寫出氨基酸的分子結構通式。
教師:對學生的書寫情況進行巡查、糾正。強調氨基和羧基的寫法,并變換各個基團的位置,告訴學生各個基團的位置可以互換。給出幾種有機物的結構式,其中有的是氨基酸,有的不是。提出問題:哪些是氨基酸?以一個氨基酸分子為例,改變氨基、羧基與中心碳原子的連接方式,繼續提出問題:是否還為氨基酸?
學生:配合老師的問題,積極主動地構建知識。
教師:引導學生通過問題,總結氨基酸的結構特點。
學生:總結氨基酸的結構特點。
教師:問題過渡:氨基酸是怎樣形成蛋白質分子的呢?20種氨基酸又能形成多少種蛋白質呢?出示以下資料:(1)如果一個蛋白質分子僅是由氨基酸構成的,那么該蛋白質的分子量總是小于構成該蛋白質的所有氨基酸的分子量之和;(2)如果該蛋白質分子中沒有其他的共價鍵生成,那么該蛋白質分子減少的質量始終是18的整數倍;(3)在蛋白質分子中完整的氨基和羧基的數目要遠遠
的少于構成該蛋白質的氨基酸的數目。
學生:分析資料,小組討論、交流,總結氨基酸之間的結合方式――脫水縮合。
教師:結合動畫演示,闡明脫水縮合的過程。
學生:觀看動畫,明確脫水縮合的過程。
教師:引導學生觀察由氨基酸形成蛋白質的示意圖,閱讀課文,討論交流:(1)氨基酸是怎樣形性蛋白質的?(2)如果用20種不同的字母分別代表20種氨基酸,寫出由10個氨基酸組成的長鏈,可以寫出多少條互不相同的長鏈?(3)根據問題2,嘗試說出蛋白質種類眾多的原因?
學生:看圖思考,回答問題,形成對蛋白質多樣性的認識。
教師:引導學生總結蛋白質功能多樣性的原因:蛋白質功能的多樣性。
學生:理解結構與功能的關系。
教師:討論:(1)2個氨基酸相互結合時,脫掉幾分子的水?形成幾個肽鍵3個氨基酸呢?(2)如果是n個氨基酸脫水縮合,形成一條肽鏈,脫掉幾分子的水?(3)如果n個氨基酸形成m條肽鏈呢?
學生:回顧氨基酸脫水縮合的過程,思考、嘗試作出回答
教師:請出兩名學生,其中每個人都代表一個氨基酸。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表示?
學生:頭代表R基,雙腿代表H,左右手分別代表氨基和羧基。
教師:怎樣來表示氨基酸之間的脫水縮合?
學生:兩名學生思考后,手拉手。
教師:大家請看,2個氨基酸之間形成了幾個肽鍵?脫掉了幾個水呢?
學生:思考回答。
教師:增加學生的個數,即增加氨基酸的個數,讓學生自己得出n個氨基酸形成一條肽鏈時脫掉水的個數和形成的肽鍵數。讓學生拉手形成2排、3排,得出n個氨基酸形成m條肽鏈時脫掉水的個數。
學生:配合老師的要求,完成相關活動,同時思考問題,總結結論。
教師:設計練習題,讓學生在規定的時間內完成。
學生:根據已學知識,完成練習。
小結:
本節要求學生掌握的內容有氨基酸的種類、結構通式、結構特點、結合方式,蛋白質分子的結構及其多樣性的原因,蛋白質的功能及其能夠成為生命活動主要承擔者的原因,并能夠利用所學的知識解決相關的問題。
1 活動目的
活動目的為利用模擬實驗的方式,使學生感悟和理解物種滅^的現象和過程。本模擬實驗以黑、白兩色棋子類比生物的雌性與雄性,以隨機抓取棋子的過程類比生物的隨機過程,以骰子的投擲點數類比生物隨機產生的子代性別。通過參與模擬物種滅絕的教學活動,使學生達成以下學習目標:① 樹立或進一步加深生態保護意識;② 了解一定的保護生物多樣性的途徑與手段;③ 了解并認同模型模擬實驗的方法以及數學概率在生物學中的重要研究作用。
2 材料及準備
黑、白棋子(可選用其他適宜材料),骰子4個,不透明布袋。
3 活動實施
3.1 活動引入
教師可展示多種已經滅絕或瀕臨滅絕的生物圖片,引起學生的情感共鳴,繼而介紹具有天然抗癌物質紫杉醇的瀕危珍稀植物紅豆杉、具有重要藥用價值的瀕危植物肉蓯蓉等,使學生意識到保護生物多樣性的重要性,進一步引導學生思考:即使環境條件改善,許多瀕危物種仍需人類實施易地保護的原因。
3.2 活動說明
教師應向學生說明利用模擬實驗也是生物學研究的一種重要手段。活動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 模擬環節
(1) 假設某一個物種雄性和雌性個體各有4個,分別用黑色棋子白色棋子代表,請一位學生分別取出4個白色棋子(雌性)和4個黑色棋子(雄性),并放入不透明布袋中。布袋中的棋子的顏色組成及數目就代表某物種的初始種群情況。
(2) 再請一位學生從不透明布袋中,每次取出一對棋子配對,將每次所取出棋子放在桌上,直至取完, 得到4種組合。
(3) 當取出的兩個棋子為一黑一白(一雌一雄),假設它們會產生4個子代,同時投擲4個骰子,子代的性別用擲骰子方式決定。投出的數目是1~3則代表是雌性,4~6則為雄性,將與產生子代性別對應的棋子也裝入布袋中。
(4) 記錄下下一代的個體數目。
(5) 重復進行步驟2~4直到第十代。
(6) 重復1~5步,共進行10次操作,每一次操作即為一個家系,制作表格統計數據。
(7) 統計活動結果,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),當后代數目為0時,即認為此家系已絕種。計算物種的滅絕率,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),到第十代時物種滅絕的概率為40%(4/10)。可以看到,當世代增加時,物種滅絕的概率也增加。
3.4 活動總結
教師注意引導學生思考:如果初始種群中的個體數目增加(多于4個),滅絕的概率又會怎樣變化?易地保護使瀕危生物的數目得到增加后,是否應該將其回放到原有的生態環境中?組織學生討論有哪些保護生物多樣性的措施等。此外,教師應注意告知學生模擬實驗中的替代模型與科學事實原型之間是存在差異的,所有模擬實驗的模型均不能與其原型保持絕對一致。例如,前面所介紹的模擬實驗活動是假定所有個體均能正常繁衍,且排除了環境因素等諸多條件對其影響的情況。
4 活動評析
關于物種滅絕的機制,學生缺乏相關的感性認知作為支撐,這是教學中的難點。該活動設計具有成本低、簡便易行、材料易得、可重復操作等優點且能使學生全員參與其中,使學生得到更加直觀的體驗,不僅可以使學生體驗并學習模型模擬、運用數學概率等科學研究方法,也能加深其對保護生物多樣性的情感認同,培養學生的類比推理能力。
關鍵詞: 高中生物教學 互動探究課堂 教學設計
新課程的教學目標是促進學生的學習與發展,使每一位學生不斷地獲得新的知識和能力,提高邏輯思維能力和動手操作意識。在實施新課改的今天,在有限課堂教學時間內,要想使學生獲得最大的進步與發展,必須提高教學效率,克服課堂教學的“形式化”。
1.教學內容要精簡,抓住重點,善于總結。
在高中生物教學中,教學內容是實現教學目標的首要條件,新課標要求教師“根據學生的具體情況,對教材再加工,創造性地設計教學過程”,要求教師在教學設計中為學生提供全面的、有利于學生發揮主觀能動性、深入探索的教學內容,使學生通過對教學內容的學習,各方面有所發展。
新教材是課改理念的文本體現和載體,需要每一位教師認真研讀、感悟、領會,了解教材的基本精神和編寫意圖,把握教材所提供的教學活動的基本線索,分析教材所滲透的生物學思想、方法,體會新教材中蘊含的教學理念,實現有效課堂教學。
教材內容并不等于教學內容,教材是教學的重要課程資源,但不是唯一的資源。新的教材觀強調要按照學生的情況進行教學,而不是完全拘泥于教材,對教材要用好、用活、用實。用好,就是能根據學生的實際情況,結合學生的知識背景,或根據教學的需要,或針對教材中的一些不足之處,化難為易,使之更好地為教學、為學生服務;用活,就是根據具體教學內容和學生的自身情況,按照學生的接受能力進行靈活教學,趣味教學;用實,就是根據客觀事實及日常生活,理論聯系實際,要求學生把課本上的知識和實踐相結合,積極應用,獲得更大的成就感和滿足感。
在學習組織培養時,可以充分利用學校的組織培養室,讓學生親手去做,體會整個植物組織培養的過程。這樣學生對這些內容就能深入理解,而不需要死記硬背,同時也增加了知識與生產、生活實際的聯系,使原有的教材知識真正內化為自己的知識。
2.教學方式設計的靈活性、多樣性和有效性。
教學方式是指實現教學目標所采取的一切手段、技術、途徑。有效的教學方式是課堂教學效率得以提高的有力保障。
在傳統教學中,以教師講授為主的教學方式,造成學生的創新能力、實踐能力、合作能力比較弱,學生的才華和智慧得不到應有的展示。因此,課改專家特別強調和呼吁在轉變學生學習方式的同時要轉變教師的教學方式,要有利于每一位學生的發展,要以學法的改革帶動教法的改革,保證課堂教學的科學性、靈活性、創造性,為課堂教學注入新的活力。對教學方法的優化選擇,要求教師根據教學目標、內容、學生認知和能力發展水平,結合教師自身的特長和風格,靈活運用各種教學方式,實現各種方式的優化組合。
任何一種教學方式都不是萬能的,教學方法選擇的最優化實質上包含了教學方式多樣化的含義。就一堂課而言,教學方式的多樣化表現為課堂教學縱向上是多樣化的,即在一堂課上,可能會使用幾種不同的教學方式,例如講授、探究、討論、操作等。就不同的課而言,教學方式的多樣化又表現為不同課堂所采用的主要教學方式是多樣化的。多樣化的教學方法可以激發學生的學習積極性,不同的教學方式可以為學生提供更多的機會。
在選擇教學方法過程中,盡可能采用自主探究的教學方式。當然自主探究的教學方式并不是唯一的教學方式,在實際教學中我們應該根據不同的教學內容選擇適合的教學方法。我們在實施探究式教學的同時,仍然要大力提倡教學方法的多樣化。比如,在教學蛋白質的多樣性時,明顯覺得學生對這部分內容很生疏,于是就想到了將該內容轉換為數學知識,讓學生實際動手操作體驗。用三角形、圓形、正方形分別代表三種氨基酸,讓學生來排排看組成三肽有多少種可能。其實這就是讓學生利用排列組合的方法來體驗氨基酸排列方式的多樣性,從而領會蛋白質多樣性的一個方面。
3.互動探究課堂教學設計中應注意的問題。
學生在初中已學過生物呼吸的相關知識,但由于初中到高二時間間隔過長,存留在學生記憶中的僅僅是對人體呼吸的粗淺認識。我們可以運用建構主義理論,在學生原有的知識基礎上進行升華,運用整體建構教學理論,先讓學生感知本節課在生物教材中的地位,通過由整體到部分再到整體的課堂學習思路,運用演示實驗教給學生探究式學習的方法,注重培養學生的思維能力和學習方法,在教學重點環節注重培養學生的自主學習能力。
4.教學設計容易陷入的誤區。
4.1用“備知識”“備題目”取代“備教學”
準備教學階段,只重視知識的羅列和體系的完善,而忽視了關于“能力”和“情感態度與價值觀”目標的設計。有的老師針對課后題目設計教學細節,課內有意識講解,避免了學生出錯,當然也剝奪了學生深化理解的機會。
4.2用“問題次數”取代“問題意識”
關鍵詞:水體環境生物多樣性岷江
中圖分類號:G633.91 文獻標識碼:A 文章編號:
1岷江水環境現狀
岷江全長735公里,流域面積14萬平方公里;全河落差3560米,水力資源1300多萬千瓦。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。由于流域內復雜的自然地理和氣候環境,各河段徑流特征也不一致。據高揚站資料統計,多年平均含沙量0.58kg/m3,多年平均懸移質輸沙量5210萬t,其中大渡河3297萬t,占63.2%;青衣江近900萬t,占17.3%。岷江推移質主要產于上游,數量較大,且具有粒徑大,年內集中,年際變化大的特點。2002年,岷江已降至三年來最低水位,流量僅為46立方米/秒。從1996年開始,每年冬季和春旱季節都出現了斷流現象
1.2造成岷江水體現狀的主要原因
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,環保工作力度不夠……但最主要的因素還是因為上游濫建水電站,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廢水的大量排放。據了解,樂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,三分之一是工業廢水。
2.2生物多樣性
生物多樣性是地球生命經過幾十億年發展進化的結果,是人類賴以生存和持續發展的物質基礎。生物多樣性可從3個層次上去描述,即遺傳多樣性、物種多樣性、生態系統與景觀多樣性。
2.2 岷江流域生物多樣性現狀
目前,岷江流域的生物多樣性情況可以用堪憂兩字來形容。
岷江的源頭,現已形成泥石流高發區,成千上萬方的松散泥土隨時可能沖進岷江,不僅威脅周邊居民的生命財產,還危及紫坪鋪庫區的安全及整個岷江的水質。物種滅絕:野生魚類減少24種。
在上游區域,森林覆蓋率已從50%下降到18%,干旱河谷面積上升,海拔1200—3000米范圍呈現半干旱生態景觀并向荒漠化過渡,水土流失面積達1.1萬平方公里,占整個上游幅員面積的45%。由此,岷江流域水源涵養能力大為降低。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,洪水歷時縮短,洪峰流量和泥沙含量在增大。其年均輸沙量達到1000萬噸,為長江上游各大支流水系之最。
岷江上游都江堰地區的生物多樣性。都江堰地區是我們收集的資料比較全的地區,所以也詳細說一下。都江堰地區的生態系統可分為5個類型:城鎮生態系統、農業生態系統、森林生態系統、高寒生態系統和河流生態系統;擁有6個植被型,24個群系;當地植被垂直帶普由亞熱帶常綠闊葉林——高山流石灘稀疏植被等7個植被垂直帶構成;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,占我國高等植物種類的11.3%;特、少、單型屬占我國相應屬的16.5% ,13.6%,10.2% ,國家與四川省級珍稀瀕危保護植物種類繁多。境內脊椎動物種類434種,占我國脊椎動物種類的8.2%,珍稀瀕危動物種類及其豐富。
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小小部分。盡管資源是豐富的,但如果不保護的,也是會耗盡的。滅絕了的物種不可再生。
岷江中游近幾年來每年3、4月份枯水季節都有死魚現象,大的死魚重達幾公斤,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的江團等珍稀魚類已瀕臨滅絕。每當春汛一來,河中常常漂浮著寸多長的死魚苗。野生河魚一進入該河段就大量窒息而死亡。
3.岷江水環境對生物多樣性的影響。
3.1對生態系統與景觀多樣性的影響:
岷江上游沿岸大部分區域,屬干熱河谷地帶:降雨量少,蒸發量大;山高坡陡,土地瘠薄;植被稀疏,水土流失嚴重,滑坡泥石流等山地災害時有發生,自然生態形勢本來就嚴峻。一旦岷江上游水電站全部建成并發電,將形成連續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多,水資源開發利用嚴重透支,是造成岷江“斷流”的主要原因。原來豐沛的地表水流在水電開發地段成為“暗河”。岷江的多處河段趨于干涸,除了給河流動植物系統造成不可逆轉的危害外,還使岷江干旱河谷更加干旱。
在上游區域河谷地區,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,發育受抑制,生物產量低;土壤腐植層發育較差 ,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米范圍呈現半干旱生態景觀并向荒漠化過渡,水土流失面積達1.1萬平方公里,占整個上游幅員面積的45%。由此,岷江流域水源涵養能力大為降低。
3.2對物種多樣性的影響。
水環境對生態系統的影響,必然會導致對該生態系統中的物種的影響,從而影響到物種多樣性。
梯級電站群的建立,改變了岷江上游徑流的天然屬性,尤其是在枯水季節,徑流分配上的人工影響突出。由于整個岷江上游被多達10多個電站截斷,同時又缺乏大型水庫的緩沖,給岷江水生動植物造成嚴重的影響,原生水生環境遭到破壞。
3.3對遺傳多樣性的影響
物種的減少,尤其是特有物種的減少,甚至滅絕嚴重的影響了遺傳多樣性。遺傳多樣性對于任何物種維持和繁衍其生命、適應環境、抵抗不良環境與災害都是十分必要的。
4.改善岷江水體環境,保護岷江流域生物多樣性的建議措施
4.1改善水體環境的建議
1、整治上游的水電站。一條江河流域極限水資源開發利用率為40%,而岷江上游流域水資源開發利用率遠遠超過了水資源開發利用的極限,河流基流持續減少。應該按照國家的有關規定,不超過河流開發利用的極限。按照國家能源部書店發展規劃,在都江堰以上區域,岷江流域總共將建設27個電站,其中15萬千瓦以上的電站9個,15萬千瓦以下到5萬千瓦的9個,而5萬千瓦以下的還有9個。
2、在建水電站以前,首先進行環境評估工作,實現經濟和生態的協調發展。水電開發前必須做好流域規劃。在進行水電開發時必須明確,河流規劃是水電開發建設的主要基礎和前提,水電開發未制定流域規劃,或規劃未獲批準的,一律不得進行水電開發建設。 在進行流域規劃時,應讓規劃環評提早介入。并且,環境評價必須從流域開發總體規劃的層面上進行,并且必須早期介入,將管理點前移,在項目決策前的規劃階段,就將生態環境保護納入流域開發目標體系中。
3、盡制定和實施生態補償機制。國家應盡快制定和實施生態補償機制,在電站發電或是其他對環境有污染的企業的效益中提留一部分資金,用于長期生態補償和保護。
4、重視環境保護工作,在污染嚴重區域加建污水處理廠、固體廢棄物處理廠以減少污水及固體廢棄物對環境的危害
5、沿河流域都應該重視根據當地地形、氣候特點植樹造林,退耕還林。
5.總結
岷江流經多個自然保護區,其中包括世界聞名的臥龍自然保護區,是一條具有重大生態價值的大江。岷江的水環境影響著岷江的生物多樣性;同時,岷江的生物多樣性同時影響著岷江。岷江流域的生物多樣性的保護對保護岷江的“源遠流長”有重大的作用。
參考文獻:
“生命活動的主要承擔者――蛋白質”是人教版高中生物學教材“分子與細胞”第2章“組成細胞的分子”第2節內容。其中的教學難點較多,如,氨基酸的結構特點、脫水縮合反應的過程、蛋白質結構多樣性的原因等。本節內容比較抽象,高一學生沒有有機化學的知識基礎,對于氨基酸的結構通式以及氨基酸如何脫水縮合等理解起來有一定困難。根據心理學的首因效應,新授課的教學效果會直接影響到學生對上述疑難問題理解的深度。因此,我將新知識進行分層引導,以簡單知識作為理解疑難問題的臺階,讓學生能夠順利地掌握難度較大的知識。
二、教學目標
1.知識目標
闡明氨基酸的結構特點,以及氨基酸形成蛋白質的過程;概述蛋白質的結構和功能。
2.能力目標
嘗試建立氨基酸結構通式的球棍模型,以及使用球棍模型演示脫水縮合過程;能夠利用多媒體搜集相關信息,學會鑒別、選擇、運用和分享信息。
3.情感、態度與價值觀目標
認同蛋白質是生命活動的承擔者,體驗合作學習的快樂;初步形成生物體的結構與功能、局部與整體、多樣性與共同性相統一的觀點。樹立辯證唯物主義自然觀,逐步形成科學的世界觀。
三、教學過程
1.創設情境,引入新課
多媒體展示2004年安徽阜陽出現的“大頭嬰兒”照片和2008年三鹿奶粉添加三聚氰胺事件照片,激發學生的學習興趣,還有哪些食品富含蛋白質?展示不同食品,學生思考回答。為何食物中蛋白質如此重要?蛋白質在我們生命活動中有哪些作用?學生結合生活經驗,引導學生總結蛋白質的主要功能。蛋白質能夠承擔多種多樣的功能,這與它的結構有什么關系呢?展示“瑞年氨基酸片”的圖片、說明書,啟發學生思考:瑞年氨基酸片為什么能夠促進生長并提高免疫力?我們需要服用嗎?從而引出氨基酸的結構。
設計意圖:從學生熟悉的事件入手,引導學生思考歸納蛋白質的功能,從保健品“瑞年氨基酸片”引導學生思考蛋白質和氨基酸之間的關系,從而理解氨基酸是組成蛋白質的基本單位。
2.以甲烷模型為例,構建氨基酸結構模型
展示甲烷結構模型,以學生熟悉的乙酸(CH3COOH)引入化學基團羧基(―COOH)的概念,以學生熟悉的氨氣(NH3)引入化學基團氨基(―NH2)的概念。接著要求學生利用所給的球棍(紅、黑、綠、藍色球分別代表氫原子、碳原子、氧原子、氮原子,小鐵棍代表化學鍵,彈簧棍代表碳氧雙鍵)模仿甲烷的結構模型組裝出甘氨酸。組裝完后請學生從不同角度識別氨基、羧基,并比較氨基酸空間結構與平面結構的區別。展示四種不同的氨基酸圖片,請學生比較歸納出氨基酸的結構通式及其結構特點。
設計意圖:在學生沒有相關有機化學知識的情況下,通過學生熟知的甲烷、乙酸、氨氣等知識引入羧基、氨基新概念,通過動手操作構建氨基酸模型,多角度比較使學生掌握氨基酸的結構特點,從而突破該教學難點。
3.學生活動,模擬氨基酸脫水縮合反應
展示氨基酸脫水縮合的Flas,利用前面組裝的氨基酸
球棍模型構建兩個氨基酸的脫水縮合反應模型。由學生活動模擬多個氨基酸的脫水縮合反應。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(代表氨基酸)發生脫水縮合反應,一名同學專門負責取下消耗的氨基和羧基并換上肽鍵。教師引導學生觀察并思考學生模擬脫水縮合反應過程中肽鍵與水分子、氨基酸數目及肽鏈數目的關系。
設計意圖:通過學生模擬脫水縮合反應,變抽象為直觀,降低學生理解的難度,使學生在活動中體驗合作學習的快樂。
4.蛋白質結構的多樣性決定其功能的多樣性
展示因氨基酸種類、數目、排列順序、肽鏈折疊空間結構不同而形成的蛋白質,讓學生歸納出蛋白質結構多樣性的原因。蛋白質結構的多樣性與其功能的多樣性有怎樣的關系?引導學生得出生物界的普遍規律:結構與功能相統一。
設計意圖:學生通過觀察,自主歸納出蛋白質結構多樣性的原因,進而理解生物體的結構與功能相統一的觀點,使學生樹立辯證唯物主義自然觀,逐步形成科學的世界觀。
四、教學反思
本節內容因學生缺少相關化學基礎知識,學生不容易理解和掌握。筆者通過對新知識進行分層引導,化抽象為直觀,學生活動模擬實驗,既激發了學生的學習興趣,調動了學生的多種感官,突出知識的主要矛盾,促進學生理解蛋白質是生命活動的主要承擔