Цели урока.
- Проведение исследования адониса весеннего, с использованием полученных знаний законов модификационной изменчивости.
- Приобрести навык сбора данных в полевых условиях, мониторинга с использованием различных методик.
- Воспитывать патриотические чувства, активную жизненную позицию, осуществляя природоохранную деятельность, защищая первоцветное растение.
Оборудование. Компьютер с возможностью выхода в Интернет. Рама 1м/1м. для количественного учета адониса в различных ареалах, фотоаппарат, рама со спицами на различной высоте для учета точечным методом высоты растений, блокноты, линейки.
1. Актуализация знаний. Ежегодно с Земли исчезает безвозвратно несколько видов растений. Основная причина этому печальному факту – прямая или косвенная деятельность человека. Наша область, к сожалению, не исключение, также имеет печальный список, регулярно пополняющийся редкими и исчезающими растениями, занесенными в Красную книгу Оренбургской области. В чем же причина уменьшения численности? Большинство из них обладают полезными свойствами для человека! Так, среди видов, нуждающихся в охране - есть лекарственные, сбор которых осуществляется без контроля. Другие страдают от своей красоты! Красотой и лекарственными свойствами наделен природой первоцвет Адонис весенний, произрастающий в нашем Бугурусланском районе, в Карповском лесу, возле сел Михайловка, Аксаково. Изучить современное экологическое состояние этого растения и сохранить его - главная цель урока. Используя полученные теоретические знания на предыдущих уроках, мы проведем: исследование модификационной изменчивости формы листьев адониса на выделенных площадках, исследование модификационной изменчивости высоты стеблей адониса.
Прежде чем отправиться выполнять задания в полевых условиях, предлагаю провести сбор информации о данном растении.
2. “Мозговой штурм”: Для этого необходимо в Интернете собрать информацию об адонисе весеннем (1 группа), дать общую характеристику адониса весеннего (2 группа). Рекомендуемые сайты в Интернете: http://flower.onego.ru/other/adonis_v.html, http://www.thinkquest.ru/library/40601/rast/g/goriqvet.htm http://www.vitaminov.net/rus-27600-1463927455-0-7211.html, http://prodenas.ru, http://www.magweb.ru, http://archivnarmed.npl-rez.ru, http://npl-rez.ru/litra/lecrast.htm.
Распространение адониса весеннего в Оренбургской области (3 группа).
Примерный ответ: По данным Е. В. Кучерова, Г. К Байкова: на Южном Урале встречаются две формы адониса — лесная и степная. Лесные формы имеют более высокорослые растения, чем степные. Степные формы адониса растут на степных лугах в ковыльно-злаково-разнотравных и разнотравно-бобовых ассоциациях, на южных и юго-восточных склонах холмов. Лесные формы встречаются по опушкам березовых лесов и на каменистых склонах. Наиболее крупные массивы адониса обнаружены на склонах высоких берегов рек Урала и Миасса и их притоков. Широко представлен среди растительности Челябинской области и растет под Челябинском, Магнитогорском, Златоустом, Каслями, в Кыштымском, Миасском, Уфалейском, Нязе-Петровском, Верхнеуральском, Троицком и других районах. В Оренбургской области в северо-восточной и северо-западной части от Оренбурга до Орска, в Бугурусланском районе. Биоморфологическое описание адониса весеннего (4 группа). Примерный ответ: Горицвет весенний Adonis vernalis L относится к семейству Лютиковых Ranunculaceae. Многолетнее травянистое растение с бурым многоглавым, коротким, толстым корневищем. Высота растения – 15-60 см. Разветвленные стебли с серовото – зелеными листьями, сильно рассеченными на очень узкие дольки, густо покрывающими стебель. Цветки одиночные золотисто - желтые, расположенные на верхушке стеблей, до 5, 5 см. в диаметре, состоящие из 15-20 лепестков. Лепестки – продолговатые, эллиптические. Тычинок и пестиков много. Плод из многочисленных односемянных орешков с крючковидным носиком. Цветет в мае – июне. Ценное лекарственное растение.
Составить вопросы для интервью в фотоаптеке “Адонис” (5 группа):
Какими фармакологическими свойствами обладает адонис?
Применяется ли адонис в чистом виде?
Известно, что адонис исчезающий вид из-за безжалостливого выдергивания его с корневищем.
Как правильно вести заготовку лекарственного сырья?
Почему адонис применяется в медицине, ведь он является ядовитым растением?
Изучить лекарственные свойства адониса (6 группа). Промерный ответ: Для лечебных целей используют траву растения, собранную в период от начала цветения до полного осыпания лепестков. Наибольшей продуктивностью надземной массы, по данным Е. В. Кучерова и др., обладают степные формы. “На Южном Урале они сохраняют свою активность до августа. Желательно собирать сырье с крупных и средних кустов растения. Траву срезают ножом, секатором или серпом, но не выдергивают. Сушат ее небольшими пучками толщиной в 5 см на чердаках или в сушилках при температуре 30—40°С, часто переворачивая. Готовое сырье хранят в течение года в сухом, хорошо проветриваемом помещении”.
Лимитирующие факторы (7 группа). Быстро исчезает из-за неправильного сбора – выдергивания с основанием корневища, вместо срезки; заготовка на одних и тех же местах. Сбор необходимо проводить только со средневозрастных и старых растений.
Меры охраны, применяемые в Оренбургской области: “Охраняется в Оренбургском степном заповеднике, в ур. Шайтантау.” (З. Н. Рябинина) http://www.oopt.info/orenb/biblio.html (Сайт Оренбургского степного заповедника)
- Для проведения исследований динамики адониса методом квадратов, исследования модификационной изменчивости на примере высоты стеблей адониса, яркости окраски и сочности листовых пластинок, необходимо провести исследования в полевых условиях.
3. Знакомство учащихся с техникой безопасности.
При выполнении работы в полевых условиях учащимся необходимо разделить их на группы по интересам, для поиска ответов на различные проблемные вопросы: исследователи, знатоки флоры: Приспособился ли первоцвет условия среды в ответ? (модификационная изменчивость) Лесоводы, знатоки фауны: Чем адонис интересен для муравьев и кабанов? Питомник: Адонис из семени – это реально? Агитаторы: Чему можно поучиться у старожилов села? Художественный сектор: Когда “горит” гора? Борцы с браконьерами: Как изменится лесная тропинка, коли исчезнет одна травинка?
4. Методические рекомендации по проведению полевой практики (см Приложение)
(Использована статья Н.С. Стволинской. Прогулки в школьном дворе. Фенотипический и модификационный анализ.//Журнал Биология в школе №3 2001 г, с 42.)
“Анализ модификационной изменчивости, особенно количественный учет в виде модификационных кривых, имеет большое значение для понимания эволюционной теории. Часто учащиеся до конца не осознают, для чего строится Модификационная кривая, как она характеризует состояние популяции. Изучение размера листьев, высоты стеблей адониса весеннего поможет разобраться в этих вопросах. В норме высота адониса 30 см., но зависит от условий произрастания, может изменяться до 45 см. Определяющие факторы в развитии мощности растения — освещенность, влажность и характер почвы. Для сравнения размеров стеблей в двух популяциях адониса, произрастающих в разных условиях, но имеющих примерно одинаковый генофонд, нужно выбрать две лужайки адониса, которые удалены друг от друга не более чем на 0,5 км. На такое расстояние свободно распространяются семена, следовательно, популяции не изолированы. Лужайки должны отличаться по условиям произрастания. Например, одна находится в освещенном месте на лугу, другая рядом с тропинкой на краю леса освещенность та же, но почва плотная, утрамбованная. На 25-30 растениях учащиеся линейкой измеряют диаметр стеблей адониса с точностью до 1 см.” Естественно, растения срывать нельзя, тревожить руками как можно меньше, поможет провести исследование точечный метод: рама с отверстиями, в которые вставлены спицы, 10 шт., подсчитывали все растения адониса, касающиеся спиц по мере их опускания.
Для каждой лужайки получаем свой ряд измерений. Чтобы построить кривую, нужно по крайней мере, пять точек. Для этого разобьем наш ряд цифр на пять классов. В каждом классе объединяются близкие по значению величины. Самое маленькое значение в ряду равно 18, самое большое — 40. Это пределы модификационной изменчивости диаметра на данной лужайке. Размах изменчивости, или норма реакции, — 22 см (40-18). Норма реакции - это то, что наследуется стеблей адониса данной популяции. Размер стеблей адониса изменяется не бесконечно, а в строго определенных пределах — от 18 до 40 см. Величину 22 см разобьем на пять интервалов, т.е. определим цену каждого из пяти классов: 22:5=4,5 (см). Округляем в большую сторону до целого числа - цена каждого класса составит 5 см. Разобьем интервал 22 см на пять классов, начиная с самого маленького числа - 18 см. Размах каждого класса 5 см. Первый класс составят величины 18, 19, 20, 21, 22 (см). Во второй класс по такому же принципу войдут величины от 23 до 27 см. Третий класс начинается с 28, он объединяет значения от 28 до 32, четвертый класс — с 33 и заканчивается 37, пятый — с 38, в него войдут диаметры цветков 38, 39, 40 (см). Больших значений в последнем ряду нет, следовательно, этот класс неполный. Для построения модификационной кривой заполним таблицу. Среднее значение каждого класса находим как среднее арифметическое. Например, для первого класса (18 + 22):2 = 20 (см). Количество растений в соответствующем классе подсчитываем, пользуясь тем рядом измерений, для которого строим модификационную кривую. Так, в первый класс входят стебли, диаметр которых изменяется от 18 до 22 см. В ряду это значения 18, 20, 22, 21, 20. Количество растений с такими стеблями равно 5. Так же подсчитываем количество растений в других классах. Построим модификационную кривую. По горизонтальной оси отложим средние значения классов, по вертикальной — количество растений в соответствующем классе. Точки кривой соединим плавной линией. Рассмотрим полученную кривую. Максимальное значение кривой примерно должно соответствовать средней высоте стеблей в изучаемой популяции — 30 см. Определив среднее арифметическое для всех измерений, получим 27,9 см, что близко к 30 см. Таким образом, средняя высота стеблей адониса на солнечной лужайке составляет около 30 см. Форма модификационной кривой может быть узкая, с хорошо выраженной вершиной, может быть широкая и пологая или смещенная в одну сторону, показывает состояние изучаемого объекта в природной популяции. Если кривая узкая и высокая, значит, большое количество растений имеет стебли, размер которых близок к среднему. Значительно меньшее количество растений будут иметь стебли намного меньшего или большего диаметра. Таким образом, на солнечной лужайке по высоте стеблей популяция адониса достаточно однородна. Такая форма кривой характерна для популяций, хорошо приспособившихся к месту обитания. Стоит только измениться условиям обитания, изменится и форма модификационной кривой. Если построить модификационную кривую для высоты стеблей адонисов, выросших на вытоптанной площадке с хорошим освещением, то кривая будет более пологая и широкая, а среднее значение сместится к меньшим величинам. Форма пологой кривой показывает, что значительная часть растений имеет высоту стеблей больше или меньше среднего, т.е. популяция по высоте стеблей неоднородна — гетерогенна. Изменение условий выживания приводит к разнообразию в проявлении фенотипических признаков, прежде всего благодаря модификационной изменчивости. Каждая особь может варьировать признаком в строго определенных пределах. Если измененные условия сохраняются на протяжении значительной череды поколений, то естественный отбор как вектор, помогающий выжить наиболее приспособленным, изменит генетическую структуру данной популяции. Широкая и пологая кривая со временем может преобразоваться, например, в более узкую с другим средним значением высоты стебля. Анализ простого параметра высота стеблей адониса, помогает учащимся усвоить такие сложные понятия, как модификационная изменчивость, естественный отбор и влияние экологических факторов на проявление фенотипических признаков.
5. Камеральная обработка содранного материала, построение вариационных рядов.
(см. презентацию в приложении к уроку)
6. Интервью с местными жителями.
7. Составление проекта программы действий по сохранению адониса в нашем крае.
8. Выводы. (Результаты исследований динамики адониса методом квадратов, исследования модификационной изменчивости на примере высоты стеблей адониса, яркости окраски и сочности листовых пластинок адониса)
9. Домашнее задание (Индивидуально, по желанию учащиеся могут выбрать одно из предлагаемых заданий, или объединиться в группы):
- Повторить материал о наследственности и изменчивости (выполняют все учащиеся).
Задания на выбор:
- Выпустить буклет, подготовить публикацию о лекарственных свойствах адониса; об опасности и вреде пожаров в лесной и лесостепной зонах;
- создать веб–сайт об адонисе весеннем.
- Предложить программу действий, посильных для школьников, в защите и увеличении численности адониса в нашем крае.
- Предложить правила агротехники выращивания адониса, используя знания о наследственности и модификационной изменчивости.
- Подготовить вопросы для школьного форума об организации охраны адониса весеннего. - Подготовить вопросы для конференции с представителями лесного хозяйства и природоохранных организаций.