Питание гидробионтов-фильтраторов. Роль фильтраторов в

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра зоологии и эволюционной экологии животных
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по учебной работе
_____________ Л.М. Волосникова
«___» ____________ 2013 г.
ЭКОЛОГИЯ ПИТАНИЯ ЖИВОТНЫХ
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов специальности 020803.65 - Биоэкология,
очной формы обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор (ы) работы _____________________________/Попов Н.Я./
«28» августа 2013 г.
Рассмотрено на заседании кафедры зоологии и эволюционной экологии
животных «29» августа 2013 г. № протокола 1
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 13 стр.
Зав. кафедрой ______________________________/Гашев С.Н./
«29» августа 2013 г.
Рассмотрено на заседании УМК Института биологии «31» октября 2013 г.
№ протокола 2
Соответствует ГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ________________________/Мелентьева А.А./
«31» октября 2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. библиотекой биологической литературы Института биологии
_____________/Киприна Н.И./
«______»___________ 2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ_____________/Фарафонова И.Ю./
«______»___________ 2013 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра зоологии и эволюционной экологии животных
Попов Н.Я.
ЭКОЛОГИЯ ПИТАНИЯ ЖИВОТНЫХ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов специальности 020803.65 - биоэкология, очной формы
обучения
Тюменский государственный университет
2013
2
Попов Н.Я. Экология питания животных. Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов специальности 020803.65 - биоэкология,
очной
формы
обучения.
Тюмень:
Издательство
Тюменского
государственного университета, 2013, 13 стр.
Рабочая программа дисциплины
опубликована на сайте ТюмГУ:
Экология питания животных [электронный ресурс] / Режим доступа:
свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой зоологии и эволюционной экологии
животных. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского
государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой зоологии и
ихтиологии Тюменского государственного университета, д.б.н. Гашев С.Н.
© Тюменский государственный университет, 2013
©Попов Н. Я., 2013
3
1. Пояснительная записка
1.1 Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины «Экология питания животных» является получение базовых
знаний о питании животных при воздействие внешних и внутренних факторов,
выражающиеся в различных, взаимосвязанных аспектах, важнейшие из которых экологические, эволюционные и физиологические.
В процессе изучения дисциплины студенты решают следующие задачи: изучают
закономерности качественного и количественного питания животных; рассматривают
вопросы интенсивности питания и факторы ее определяющие; анализируют схемы
пищевых взаимоотношений животных.
Учебно-методический комплекс «Экология питания животных» соответствует
требованиям федерального государственного образовательного стандарта высшего
профессионального образования.
1.2 Место дисциплины в структуре специальности.
Дисциплина «Экология питания животных» логически и содержательно-методически
взаимосвязана с дисциплинами: экология, зоология, физиология человека и животных.
Для успешного освоения дисциплины необходимы базовые знания по зоологии
беспозвоночных и позвоночных.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
 Знать: механизмы питания различных групп животных; методы изучения
питания; основные компоненты пищи; способы обнаружения объектов
питания.
 Уметь: демонстрировать базовые представления по дисциплине, применять
их на практике, критически анализировать полученную информацию и
представлять результаты исследований.
 Владеть: навыками научно-исследовательской работы, преподавания данной
дисциплины и ведения дискуссии.
2. Структура и трудоемкость дисциплины
Семестр 7. Форма аттестации экзамен 9 семестр. Общая трудоемкость дисциплины
составляет 41 час, в т.ч. – 18 часов лекций, 13 часов лабораторных работ и 10 часов
самостоятельной работы.
4
3. Тематический план
Таблица 1.
Виды учебной работы и
самостоятельная работа, в
час.
2
Самостоятельн
ая работа*
1
Лабораторные
работы
Тема
Лекции*
недели семестра
№
3
4
5
7
1-2
2
3-4
2
2
4
4
5-8
Итого
часов
по
теме
Итого количество
баллов
Тематический план
8
9
2
0-5
1
5
0-15
2
1
7
0-20
2
2
2
6
0-20
9-10
4
2
2
8
0-10
6
6
4
4
14
0-30
11-12
2
2
2
6
0-15
13-14
2
3
1
6
0-15
14-18
4
2
2
8
0-20
8
8
7
5
20
0-50
18
18
13
10
41
0 – 100
Модуль 1.
1.
Введение
2.
Экология питания фильтраторов и
основные компоненты пищи
Всего
Модуль 2.
3.
4.
Скорость потребления и скорость
фильтрации
Спектр питания хищников
Всего
Модуль 3.
5.
Избирательность питания хищников
6.
Скорость питания и пресс хищников на
структуру популяций жертв
Избирательное питание позвоночных
хищников
Всего
7.
Итого (часов, баллов):
Таблица 2.
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
№ темы
Устный
опрос по
теме
Письменные работы
практическая
работа
контрольная
работа
реферат
глоссарий
Итого
количество
баллов
Модуль 1
1.
2.
Всего
0-5
0-5
0-5
0-5
0-10
0-15
0-5
0-10
0-20
Модуль 2
5
3.
0-5
4.
0-10
0-5
Всего
0-10
0-20
0-5
0-10
0-5
0-10
0-5
0-5
0-30
0-5
0-10
0-5
0-20
Модуль 3
5.
6.
0-15
0-15
7.
0-10
Всего
Итого
0-5
0-15
0-15
0-5
0-10
0-15
0-5
0-50
0-30
0-15
0-20
0-30
0-5
0-100
Таблица 3.
Планирование самостоятельной работы студентов
№
Модули и темы
Модуль 1
1.
Введение
2.
Экология питания
фильтраторов и основные
компоненты пищи
Виды СРС
обязательные
дополнительные
Изучение
отдельных тем
(для устного
опроса).
Выполнение
индивидуальных
заданий
(рефератов).
Контрольная
работа.
Неделя
семестра
Объем
часов
Кол-во
баллов
3-4
1
0-20
3-4
1
0-20
Чтение
дополнительной
литературы.
5-8
2
0-15
Чтение
дополнительной
литературы.
9-10
2
0-15
5-10
4
0-30
Конспектирование
дополнительной
литературы.
11-12
2
0-15
Чтение
дополнительной
литературы.
13-14
1
0-15
Чтение
дополнительной
литературы.
Конспектирование
дополнительной
литературы.
Всего по модулю 1:
Модуль 2
3.
Скорость потребления и
скорость фильтрации
4.
Спектр питания хищников
Выполнение
индивидуальных
заданий
(рефератов).
Изучение
отдельных тем
(для устного
опроса).
Контрольная
работа.
Контрольная
работа.
Изучение
отдельных тем
(для устного
опроса).
Всего по модулю 2:
Модуль 3
5.
Избирательность питания
хищников
6.
Скорость питания и пресс
хищников на структуру
Выполнение
индивидуальных
заданий
(рефератов).
Подготовка
контрольной
работе.
Изучение
отдельных тем
(для
устного
6
7.
популяций жертв
опроса).
Избирательное питание
позвоночных хищников
Изучение
отдельных тем
(для устного
опроса). Практич
еская работа.
Подготовка
глоссария.
Конспектирование
дополнительной
литературы.
Всего по модулю 3:
Итого:
14-18
2
0-20
11-18
5
0-50
18
10
0-100
4. Содержание дисциплины
Модуль 1
1. Введение
Объект, предмет и основные задачи. Теоретическое и практическое значение
исследований питания животных. Основные направления. Экологические аспекты
изучения питания. Технические средства и оборудование для изучения питания водных
животных.
2.Экология питания фильтраторов и основные компоненты пищи
Питание гидробионтов-фильтраторов. Роль фильтраторов в трансформации
вещества и энергии. Антропогенная эвтрофикация и значение фильтраторов в
самоочищении и формировании качества природных вод. Минерализация органического
вещества, биоседиментация и осветление воды. Скорость фильтрации, скорость питания.
Экотехнология -. актуальное направление трофологии.
Методы изучения питания. Анализ пищеварительных вакуолей и пищеварительных
органов простейших, коловраток и рачков. Использование механических меток.
Микрокапсулы. Использование метода флюоресценции. Радиоактивные изотопы.
Счетный метод.
Механизм питания. Пассивный и активный способы добывания пищи. "Тонкие" и
"грубые" фильтраторы. Хемо- и механорецепция.
Водоросли. Потребляемые, не- и малопотребляемые водоросли. Ограничения
потребления синё-зеленых водорослей и их последствия. Приспособления водорослей к
уменьшению пресса потребителей. Связь экологической эффективности утилизации
водорослей с трофностью водоемов.
Бактерии. Значение бактериопланктона в питании водных животных. Влияние
концентрации бактерий на их потребление. Взвешенные частицы как фактор улучшения
потребления бактерий. Связь продуктивности с ролью бактерий в питании
беспозвоночных.
Детрит. Роль детрита в пресноводных водоемах. Пищевая ценность детрита.
Влияние происхождения детрита на его потребление. Возраст детрита. Пастбищные и
детритные пищевые цепи.
7
Копрофагия, РОВ, животная пища. Пищевая ценность пеллет. Связь скорости
погружения пеллет с интенсивностью их потребления. Копрофагия как способ утилизации
бактерий и органической взвеси. Непосредственное и опосредованное потребление РОВ.
Роль экзоферментов в утилизации органических веществ. Простейшие -основные
представители животной пищи в системе "хищник-жертва" у фильтраторов.
Модуль 2.
3. Скорость потребления и скорость фильтрации
Скорость фильтрации. Влияние трофности водоема на скорость фильтрации. Связь
скорости фильтрации с массой животных. Зависимость скорость фильтрации от
концентрации пищи. Возрастные особенности скорости фильтрации.
Скорость питания. Рацион животных и степень трофии водоема. Зависимость
рациона от массы тела и концентрации пищи. Влияние концентрации пищи на
физиологическое состояние животных. Точка "трофического насыщения".
Суточный ритм питания. Способы определения суточного ритма питания.
Вертикальные миграции и суточный ритм питания. Влияние температуры и освещенности
на суточный ритм питания фильтраторов.
Питание мирного зоопланктона и продуктивность водоемов. Факторы,
ограничивающие прирост фитопланктона. Связь пищевой цепи "фитопланктонфильтраторы-хищникй" с явлением "чистой воды". Пороговая концентрация
фильтраторов и ее регуляция беспозвоночными хищниками. Влияние фильтраторов на
величину
первичной
продукции
и
гидрохимические
показатели
воды.
Биоманипулирование - основная задача сохранения гидросферы.
4. Спектр питания хищников
Видовое разнообразие беспозвоночных хищников. Простейшие и их спектр
питания. Хищные коловратки - полифаги. Облигатные хищники и их роль в элиминации
церкарий трематод. Зоофагия - основной тип питания копепод. Каляниды и их роль в
элиминации зоопланктона. Пищевой спектр зоофагов-хватателей и зоофаговфильтраторов. Кладоцеры-хищники и их кормовые объекты. Возрастные изменения в
питании хаоборид.
Элементы взаимодействия в системе "хищник-жертва". Компонентный анализ.
Эффективность атаки, контакта, поимки жертвы, поедания и итоговая эффективность.
Рецепторы и радиус реакции хищника. Механо- и хеморецепция -основа процесса
обнаружения пищевых объектов у простейших. Магнитные пищевые модели (МПМ) и
химические пищевые модели (ХПМ). Дистантное обнаружение жертвы. Пороговый
размер жертв у хищных коловраток. Дистанция реакции. Хеморецепторы копеподхватателей - органы "вкуса". Роль зрения при охоте кладоцер-хищников. Скорости
передвижения хищников - крейсерская, максимальная, бросковая. Морфологическая
защищенность жертв и эффективность охоты хищников.
8
Модуль 3.
5. Избирательность питания хищников
Активная и пассивная избирательность. Индекс элективности - мера интегральной
избирательности питания. Индексы избирательности и некоторые ограничения их
применения.
Видовая избирательность. Размерная селективность простейших, коловраток.
Защитные структуры беспозвоночных и элективность. Роль видовых особенностей и
размеров тела коловраток в их избирательности хищниками. Факторы, влияющие на
видовую избирательность хаоборусов (температура, концентраций жертв, пищевая
удовлетворенность).
Размерная
избирательность.
Гипотезы
"размерной
эффективности"
и
"сбалансированного хищничества". Оптимальный размер жертв. Относительный и
абсолютный показатели размеров жертв. Влияние относительной и абсолютной величины
жертв на избирательность питания. Теория "оптимального добывания пищи". Три типа
зависимости избирания от плотности жертв. Прогнозирование избирательности питания
хищников. Доступность, морфологические и поведенческие характеристики — основа
прогнозирования элективности.
6. Скорость питания и пресс хищников на структуру популяций жертв
Поведение животных в реоградиентных условиях. Два типа реакции на
реоградиентные потоки.
Управление поведением животных при гидростроительстве. Ритмы суточной
миграции. Причины и механизм попадания животных в водозаборы. Экологический и
поведенческие способы защиты от гибели в водозаборных сооружениях.
Способы достижения гидростатического равновесия. Вертикальные перемещения.
Гидростатические реакции. Адаптация к смене давления. Механизм восприятия
изменения давления.
Связь скорости питания с плотностью жертв. Понятие о "функциональном
отклике". Типы ФО и их характеристики. Зависимость ФО от массы тела хищников.
Рацион и масса тела хищников. Функциональная зависимость между скоростью
питания и массой тела. Формула степенной зависимости и ограничения ее применения.
Рацион и температура воды. Влияние температуры воды и физиологического
состояния хищника на скорость питания. Опосредованность действия температуры как
фактора, изменяющего скорость питания. Влияние возраста, диапаузы, степени
насыщения и т.п. на рацион хищников.
Влияние хищников на формирование размерно-возрастной структуры
зоопланктона. Хищники как фактор регуляции численности популяций беспозвоночных.
Влияние хищников на распределение потоков вещества и энергии в сообществе.
Экспериментальные и расчетные методы оценки пресса хищников. Понятие о микромезо-макрокосмах.. "Балансовый" метод оценки пресса и его ограничения.
Беспозвоночные хищники и реальная продукция кормовой базы.
9
7. Избирательное питание позвоночных хищников
Элективность, предпочитаемость и доступность. Избирательность и степень
сытости хищников. Элективность и наличие убежища. Конституционная защищенность
жертв и ее основные группы. Зависимость элективности от характера распределения
пищи. Избирательность и отбор. Возрастной состав популяций рыб и использование
кормовых ресурсов. Межвидовая конкуренция и кормовая база. Влияние избирательного
питания рыб на кормовую базу.
5. Планы практических занятий
Устный опрос (по теме №1).
Обсуждаемые темы:
1. История и пути развития «Экологии питания животных» как науки.
2. Экологические аспекты изучения питания.
Устный опрос (по теме №3).
Обсуждаемые темы:
1. Антропогенная эвтрофикация и значение фильтраторов в самоочищении
природных вод.
2. Связь экологической эффективности утилизации водорослей с трофностью
водоемов
Практическое занятие: «Составление списка потребляемых и непотребляемых
водорослей.
Устный опрос (по теме №4)
Обсуждаемые темы:
1.Компонентный анализ.
2. Рецепторы и радиус реакции хищников.
Практическое занятие: «Составить таблицу о влиянии морфологической защищенности
жертв на эффективность охоты хищников (по теме №5).
Устный опрос (по теме №6).
Обсуждаемые темы:
1. Понятие о «функциональном отклике».
2.Связь скорости питания с плотностью жертв.
Устный опрос (по теме №7).
Обсуждаемые темы:
1. Избирательность и отбор.
2. Межвидовая конкуренция и отбор.
10
6. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля)
Модуль 1.
Тема 2
Контрольная работа.
Вариант №1.
1. Приспособления водорослей к снижению пресса потребителей.
2. Бактерии
Вариант №2
1. Хемо- и механорецепция.
2. Детрит.
Темы рефератов:
1. Методы изучения питания.
2.Роль экзоферментов в утилизации органических веществ.
3.Копрофагия как способ утилизации бактерий и органической взвеси.
4. Влияние происхождения детрита на его потребление.
Модуль 2.
Тема 3.
Темы рефератов:
1. Зависимость скорости фильтрации от концентрации пищи.
2. Связь пищевой цепи с явлением «чистой воды».
3. Влияние фильтраторов на величину первичной продукции и гидрохимию водоемов.
Тема 4.
Контрольная работа
Вариант №1
1. Обратная связь в системе «хищник-жертва».
2. Зоофагия – основной тип питания копепод.
Вариант №2
1. Видовое разнообразие беспозвоночных хищников.
2. Дистантное обнаружение жертвы.
Модуль 3.
Тема 5.
Темы рефератов:
1.Индексы избирательности.
2.Влияние относительной и абсолютной величины жертв на избирательность.
3. Активная и пассивная избирательность.
4. Факторы влияющие на избирательность.
Тема 7.
Составление глоссария.
Дать развернутое толкование понятий:
Функциональный отклик.
Конституционная защищенность.
Элективность.
Предпочитаемость.
11
Доступность.
Экотехнология.
Размерная эффективность.
Сбалансированное хищничество.
7. Контрольные вопросы к экзамену
1. Предмет, задачи и проблемы современной трофологии.
2. Компонентный анализ.
3. Рецепторы и радиус действия реакции хищника.
4. Водоросли, как компонент питания фильтраторов.
5. Питание фильтраторов и продуктивность водоемов.
6. Скорость потребления пищи и скорость фильтрации.
7. Элементы взаимодействия системы "хищник-жертва".
8. Беспозвоночные хищники и реальная продукция.
9. Механизм питания фильтраторов.
10. Пресс беспозвоночных хищников на зоопланктон.
11. Связь скорости питания с численностью жертв.
12. Бактерии и их роль в питании фильтраторов.
13. Методы изучения питания животных.
14. Конституционная защищенность жертв и избирательность.
15. Избирательное питание хищных животных.
16. Детрит, копрофагия и их роль в питании животных.
17. Хищные беспозвоночные и спектр их питания.
18. Сине-зеленые водоросли.
19. Хищники - фактор регуляции численности жертв.
20. Избирательность и отбор.
8. Образовательные технологии
Мультимедийные средства обучения (презентации по всем темам тематического
плана), исследовательские методы, мультимедийные продукты.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля)
Литература
Основная:
1. Зоология позвоночных: учеб. для студ. пед. вузов, обуч. по спец. "Биология"/ В. М.
Константинов, С. П. Шаталова, С. П. Наумов. - Москва: Академия, 2007. - 464 с.: Гриф
МО РФ
2. Экология: учеб. для студентов биол. и мед. спец. вузов/ И. А. Шилов. - Москва: Юрайт,
2011. - 512 с.; Гриф МО РФ
Дополнительная:
1. Зоология с основами экологии животных: учеб. пособие для студентов/ И. В. Потапов. Москва: Академия, 2001. - 296 с.; Гриф УМО
12
2. Млекопитающие Тюменской области: справ.-определитель / С. Н. Гашев; Тюм. гос. унт. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2008. - 336 с.
3. Экология животных: атлас распределения тяжелых металлов и радионуклидов в
организме теплокровных/ Г. Н. Вяйзенен [и др.]. - Великий Новгород, 2000. - 148 с.;
4. Экология питания лесных животных. - Москва: Наука, 1978. - 111 с.
5. Фауна эндобионтных инфузорий лося (Alces alces L., 1758) северных районов Омской
области: Автореф. дис. ... канд. биол. наук: 03.00.16/ Т. А. Корчагина; Челяб. гос. пед. унт, Тюм. гос. ун-т. - Тюмень, 2006. - 24 с.
9.1 Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
http://www.ethology.ru/library/?div=1,
http//www.cultinfo.ru/ fulltext/1/008/127/368.htm,
http://www.krugosvet.ru/articles/03/1000311/1000311a1htm и др.
10. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины
(модуля)
Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, видеофильмами. Занятия
по дисциплине специализации «Экология поведения животных» проводятся в
специализированной лаборатории кафедры зоологии и эволюционной экологии
животных, оборудованной компьютерной системой и переносным видеооборудованием.
Для проведения занятий имеется мультимедийная аудитория. В качестве учебного
материала используются плакаты, специальные таблицы, гидробиологическое и
рыбоводное оборудование и др.
13