Файл: Самостоятельная работа по дисциплине Биотический круговорот.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 63
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
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
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
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.