第四章 生态工程.docx

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第四章生态工程

第四章生态工程

第一节生态工程的原理和类型（第一课时）

教学目标

知识目标

简述生态工程的概念

了解农林牧渔一体化生态系统

比较生态工程与传统工程

能力目标

学会运用原有的生态学基础知识来分析农林牧渔一体化生态工程

情感目标

树立关注环保和可持续发展意识

教学重点

生态工程的概念及设计目标

教学难点

分析理解农林牧渔一体化生态系统

教具仪器

投影、课件

板书设计

第四章生态工程

第一节生态工程的原理和类型

一、生态工程的概念

（一）生态工程

1．原理

2．设计思路

3．意义

（二）生态工程与传统工程的区别

教学过程

观察与思考

归纳与结论

复习引入：

1.生态系统的结构

2.生态系统的功能

看书总结回答：

1．什么是生态工程？

2．生态工程设计和人为参与的对象是什么？

3．生态工程的根本目标是什么？

阅读课本：

积极思维——农林牧渔一体化生态系统

分析：

1．建设此生态系统的关键是什么？

尝试自己绘制此生态系统图示

2．人类能通过生态工程解决生态环境危机吗？

思考讨论：

1.生态工程在设计时要考虑有利于哪些方面？

2.对比传统工程与生态工程的区别

1．生态工程

原理：

设计思路：

意义：

2.面临的环境问题及措施

生态工程建设的目的就是遵循自然物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益同步发展。

生态工程具有少消耗、多效益、可持续的特点。

生态工程

传统工程

基本理论

调控机制

与自然环

境的关系

主要能源

生物多样性

第四章生态工程

第一节生态工程的原理和类型（第二课时）

教学目标

知识目标

概述生态工程的原理

了解生态工程涉及的科学领域

能力目标

尝试运用生态工程原理，分析生态环境问题及解决对策；在掌握生态工程所遵循的基本原理的基础上，搜集各种媒体的相关信息并加以分析

情感目标

关注生态工程。

初步形成物质循环利用、协调与平衡、多样性、局部与整体相统一的观点，树立可持续发展的观念。

教学重点

生态工程依据的生态学原理

教学难点

对生态工程依据的生态学原理进行分析和应用

教具仪器

投影、课件

板书设计

二、生态工程的原理

（一）生态工程的组成

（二）生态工程主要依据的生态学原理

1．物种共生原理

2．生态位原理

3．食物链原理

4．物种多样性原理

教学过程

观察与思考

归纳与结论

复习引入：

1．什么是种群、群落和生态系统

2．群落的结构有哪些？

各自有什么因素决定？

阅读课本，思考讨论

1．生态系统的稳定性取决于什么？

2．生态位的分化与物种多样性有何关系？

3．食物链和食物网在生态系统中有何意义?

4．生态工程的主要目的是什么？

5．生态工程的设计中，为什么还要考虑环境因子？

小结：

只有在综合运用个科学领域相关理论的基础上，生态工程才能达到开展生态修复或更新、促进资源综合利用、推动环境综合整治的目的，实现人类社会可持续发展的总目标。

二、生态工程的原理

物种共生原理：

生态位原理：

食物链原理：

物种多样性原理：

在生态工程的整体结构中，要考虑物质循环、能量流动、信息传递及自然中多种生态因子对生物的综合作用，加强对系统的调控能力，减少系统内生态因子的相互捷康，增强相互促进，使系统处于最佳运行状态。

例题分析：

请仔细读图，然后指出该生态农业的优点：

（1）生态农业设计的基本原理是①________________________________________________，②_________________________________________________________。

（2）生态农业的优越性表现在_____________________________________________________

____________________________________________________________________________。

（3）在“农作物→猪→农户”这条食物链中，若农作物通过光合作用产出300摩尔氧气，则农作物同时产出摩尔葡萄糖，农户从猪中获取的能量最多相当于_____________摩尔的葡萄糖。

第四章生态工程习题课

第一节生态工程的原理和类型（第三课时）

1．下列不属于生态工程建设目的的是

A．对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善B．防止环境污染

C．单纯追求粮食产量D．促进人类社会和自然环境的和谐发展

2．我国在20世纪80年代兴起桑基鱼塘生产模式，实现了“原料——产品——原料一一产品”的循环生产模式，它不属于

A．生态经济B．循环经济C．生态工程D．生态农业

3．某些地区出现“前面造林，后面砍林”的现象，是因为发展中哪一原理失调造成的

A．协调与平衡原理B．整体性原理

C．系统结构决定功能原理D．系统整体性原理

4．“1+1>2”是生态工程基本原理中的哪一个

A．物种多样性原理B．整体性原理

C．协调与平衡原理D．系统学与工程学原理

5．下列结构示意图能体现系统学和工程学原理的是

6．下列有关物种多样性的叙述错误的是

A．物种繁多使复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性

B．生物多样性程度高，各类生物的生存机会越多

C．生物种类越繁多，引起病虫害的几率越大

D．生物种类繁多，可以在有限的资源条件下，提高系统的生产力

7．下列哪项叙述完全符合生态经济

①建立“原料一产品一原料一产品”的无废料生产体系

②在资源不增加甚至减少的条件下实现经济增长

③在经济产出不变甚至增加的条件下，向环境排放的废弃物大大减少

④先生产后治理，提高经济效益

A．①②B．①②③C．②③D．②③④

8．我国西北土地沙化和盐渍化非常严重，原因有多种，其中一个主要原因是超载放牧导致草地退化。

试分析上述事实主要违背了生态工程的什么原理

A．系统整体性原理B．协调与平衡原理

C．物种多样性原理D．整体性原理

9．如图说明我国现有的生产模式严重违反了什么生态工程原理

A．整体性原理

B．协调与平衡原理

C．系统的结构决定功能原理

D．物质循环再生的原理

10．下图是我国华北平原某一较为原始的田园生态系统的示意图，请据图回答下列问题：

（1）图中______________为田园生态系统的生产者，之所以说它们是整个生态系统的生存基础，主要是因为____________________________________________________________________；之所说它们对维持生物圈的稳定也有重要作用，是因为__________________________________

______________________________________________________。

（2）图中的鼠属于__________________，其数量之所以能稳定在一定水平，主要是因为_____________________________________________________。

（3）近十年来，图中的鹰、猫头鹰和蛇的数量呈直线下降，其主要原因是__________________

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________。

（4）随着化工工业的发展，机动车辆的猛增，图中的C时常是_________性，严重时会对动植物造成危害，C落入水和土壤中后，其中的_______________会被植物吸收利用，这是自然界中__________________元素循环的重要环节。

（5）在右图所示的坐标系中表示出

图中猫头鹰和田鼠在较长时期内的数量

变化及关系（提示：

按自然条件考虑）。

11．阅读以下资料，回答下列问题：

自2000年10月开展“南京莫愁湖物理生态示范实验研究”开始，相继引种了浮水植物、沉水植物共计10余种，在围隔区内已经形成了以沉水植物为优势的水生植物群落。

试验区内营养盐的浓度得到有效控制，如试验区内氨氮和总氮仅分别为试验区外的1/13和1/5，有效地改善了水质。

（1）此项生态工程依据的生态学原理有______________________、______________________、_______________________、________________________和_____________________________。

（2）生态工程的调控机制是_________________________，主要利用的能源是____________。

（3）一些发达国家的生态工程建设主要依据生态系统的_______________________，达到了以________________为主，________________为辅的程度。

而在我国的生态工程建设中，______________仍起着较大作用，强调按预期目标，因地制宜地调整复合生态系统的结构和功能。

（4）生态工程的主要目的在于__________________________________________________。

第二课时答案

解析本题考查农村综合发展型生态工程建设遵循的原理和优势，以及应用能力、理解分析能力等。

生态农业是运用生态学原理，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业体系。

生态系统中能量多级利用和物质循环再生是生态学的基本理论，食物链是能量流动和物质循环的主渠道。

这样，各种农产品的生产互相协调，互惠互利，实现了能量和物质的多级利用；人们可以利用生物种群之间的关系，对生物种群进行人为调节；用天敌减轻生物危害，用生产农产品的废弃物做饲料和肥料，减轻农药和化肥对环境的污染。

能量和物质在食物链中传递按10％～20％逐级递减。

答案

（1）①生态系统中能量多级利用和物质循环再生②环境与经济协调发展

（2）各种农产品的生产互相协调，互惠互利，实现了能量和物质的多级利用（3）502

第三课时答案

1C2C3B4D5D6C7B8B9D

11..⑴A和B它们能通过光合作用，使光能流入生物界，供生物的生命活动所利用它们能通过光合作用，呼吸作用，分解转化作用，促进了自然界中物质循环⑵初级消费者猫头鹰和蛇对它的种群密度有调节作用⑶农民大量施用农药杀灭农业害虫时，农药通过食物链向鹰、猫头鹰和蛇体内富集，使它们中毒死亡，或者鹰、猫头鹰和蛇捕捉了误食鼠药的鼠而中毒死亡⑷

酸S、N化学⑸略

12.

（1）物质循环再生原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理、物种多样性原理

（2）人为辅助下的自我调节，太阳能（3）自我调节理论，回归自然，人为调控，人为调控（4）建造和调控人工生态系统，使生物与环境之间变得高效和谐。

教学目标

知识目标

1．胚胎干细胞研究的意义。

2．胚胎干细胞的概念和分离途径。

能力目标

培养阅读教材和通过报刊、杂志、互联网等媒体搜集资料的能力

情感目标

关注胚胎干细胞的研究进展和应用价值。

教学重点

胚胎干细胞研究的意义。

教学难点

胚胎干细胞的概念和分离途径。

教具仪器

投影、课件

板书设计

第二节胚胎干细胞的研究和及其应用

一、胚胎干细胞及其研究进展

二、胚胎干细胞的应用

教学过程

观察与思考

归纳与结论

复习引入：

1、试管动物技术的概念及意义是什么？

2、“试管牛”工厂化生产流程图怎样？

阅读课本，思考讨论：

1、胚胎干细胞的来源。

2、胚胎干细胞的功能和主要特点是什么？

3、胚胎干细胞的主要用途如何？

4．细胞生物学的研究历程

课后活动：

查阅资料，了解其他有关胚胎干细胞的研究历史是怎样的？

干细胞是具有强大的多方向分化潜能和自我更新能力的一类未分化细胞。

干细胞按分化潜能可分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞三种类型。

全能干细胞（totipotent）是可以发育成一个完整个体的未分化细胞，如受精卵。

多能干细胞（pluripotent）是指能分化成除胎盘之外所有其他组织细胞的未分化细胞，如ES细胞，它的分化能力仅次于受精卵。

专能干细胞（unipotent）是指与特定器官和特定功能相关的一类干细胞，如神经干细胞、造血干细胞等。

干细胞按来源不同又可分为胚胎干细胞和成体干细胞两大类。

胚胎干细胞是来自胚胎，如上述的ES细胞和PGCS细胞；成体干细胞是来自于已出生的人的体内，如人体各种组织中干细胞。

胚胎干细胞（ES细胞）来源于早期胚胎，是从早期胚胎细胞中分离出来的。

它具有胚胎细胞的特性，体积较小，细胞核大，核仁明显；在功能上，具有发育的全能性，可分化为成年动物任何一种组织细胞。

另一方面，在体外培养条件下，ES细胞可不断增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可以进行某些遗传改造。

ES细胞可用于研究哺乳动物个体发生和发育的规律，也是在体外条件下研究细胞分化的理想材料。

ES细胞通过诱导分化可产生新的组织细胞，用于治疗人类的组织损伤和某些顽症。

还可通过ES细胞的体外诱导分化，定向培育人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和移植后免疫排斥的问题。

ES细胞的研究是从1958年史蒂文斯（Stevens）发现小鼠畸胎瘤细胞（embryoniccarcinomacell，EC）开始的。

EC细胞因具有可以分化为生殖细胞和其他细胞的特性而引起人们的注意。

研究人员开始寻求从正常小鼠胚胎中分离培养类似EC细胞的可能性。

1987年，伊文思（Evans）和考夫曼（Kaufman）历时8年，从延迟着床的小鼠胚胎中分离得到了ES细胞，当时用两人名字的第一个字母命名为EK细胞。

从此以后，小鼠ES细胞的分离技术逐渐成熟，成为研究小鼠胚胎发育不可缺少的技术环节。

1988年，德奇曼（Doetschman）等建立了仓鼠的ES细胞系。

第四章生态工程

第一节生态工程的原理和类型（第一课时）

教学目标

知识目标

区别治疗性克隆与生殖克隆

能力目标

提高正确判断以及分析问题的能力

情感目标

树立“科学、科技与社会”的观念

教学重点

1．治疗性克隆与生殖性克隆

2．世界各国对克隆的总体观点

教学难点

1．治疗性克隆与生殖性克隆

2．克隆面临的伦理道德问题

教具仪器

投影、课件

板书设计

第二节胚胎干细胞的研究和及其应用

三、胚胎干细胞研究面临的难题与挑战

1．安全性问题

2．其他有待解决的问题

教学过程

观察与思考

归纳与结论

复习引入：

1．什么是干细胞和胚胎干细胞？

2．胚胎干细胞有哪些应用

阅读课本，思考讨论：

1．治疗性克隆与生殖克隆有什么不同？

2．各国对于干细胞克隆持什么态度？

3．为什么世界上多数国家严禁“克隆人”？

4．除了胚胎干细胞的伦理、安全性问题外，还存在哪些问题？

治疗性克隆是指，“利用克隆技术产生特定细胞和组织（皮肤、神经或肌肉等）用于治疗性移植”（国际人类基因组伦理委员会，1999年3月）。

生殖性克隆是指，将克隆技术用于生育目的，即用于产生人类个体。

治疗性克隆跟干细胞研究密切相关

干细胞可以通过以下四个途径获得：

①从体外培养的胚胎中获得；②从早期流产的胎儿中获得；③从克隆的胚胎中获得；④从成体中获得。

干细胞应用前景非常广阔，比如可用于细胞治疗、基因治疗、药物筛检和毒性的检测、生物体发育机制研究等。

其中最吸引人的应用是，将干细胞分化成某一特定的细胞、组织，甚至器官，通过移植，使之再建起受损的组织，甚至器官。

人们预言，干细胞有可能用于治疗人类几乎所有的组织坏死性或退行性疾病。

它将是人类医疗史上的一次革命。

但是，用干细胞治疗时，要有一定数量分化的细胞，并要解决免疫排斥难题。

为此，科学家就想将病人健康的体细胞核取出来，移植到去核卵细胞中，构建克隆人胚胎，然后再从胚胎中分离ES细胞，供研究和应用。

这样就有可能解决上述两个难题。

因此在现阶段克隆人胚胎应该看成是干细胞研究和应用中的一个步骤。

现在所谈的治疗性克隆主要就是指这些内容。

1．ES细胞维持自我更新和定向分化的分子机理

只有对ES细胞分子机理有深入的了解，才能建立高效的培养体系，并为细胞治疗提供理论基础。

随着细胞、分子生物学理论和技术的发展，ES细胞的自我更新、定向分化中胞内信号和胞外调控因子的鉴别，将是热门的研究内容，有望近期取得突破。

2．如何做到ES细胞既能维持体外培养条件下的增殖，又不发生分化？

目前，在防止ES细胞体外培养分化方面取得了一些研究进展，但效果仍不令人满意，尚需对培养条件做进一步优化的研究工作。

3．对ES细胞诱导分化后，分化细胞的增殖仍是难以解决的问题。

如何得到组织工程所需种子细胞的数量，以及如何纯化分化后的细胞，也需做很多研究工作。

4．如何诱导干细胞定向分化？

理论上讲，ES细胞可以分化成各种组织细胞，可形成各种器官。

但是，目前从ES细胞向不同组织“细胞定向”的特定条件还不十分清楚，这限制了当前ES细胞的临床应用。

习题课：

巩固练习

1．一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下一只羊羔。

这种克隆技术具有多种用途，但是不能（）

A．有选择地繁殖某一性别的家畜　　　　B．繁殖家畜中的优秀个体

C．用于保存物种　　　　D．改变动物的基因型

2．细胞分化达到最大限度的时期是（）

A．受精卵时期B．胚胎时期C．有丝分裂时期D．细胞的增殖时期

3．用甲母羊的乳腺细胞的细胞核，与乙母羊的卵细胞的细胞质组成一个细胞，成功培育了多利羊，下列说法错误的是（）

A．高度分化的细胞具有全能性B．这个乳腺细胞核内含有该物种所需要的全套遗传物质

C．多利羊的特征与乙母羊几乎相同D．多利羊的特征与甲母羊几乎相同

4．胚胎移植技术目前主要用于（）

A．解决某些不孕症的生育问题B．治疗某些遗传病

C．提高良种家畜的繁殖力D．提高动物的抗病力

5．干细胞是一种尚未充分分化的未成熟的细胞，它具有再生各种细胞、器官的潜能，医学家们正尝试利用干细胞治疗一些顽疾，用骨髓移植法有效治疗白血病便是成功的例证。

下列说法中不正确的是（）

A．利用干细胞治疗某些顽疾，是因为干细胞具有再生各种组织、器官的潜能

B．骨髓分为红骨髓和黄骨髓，其中，只有红骨髓具有造血功能

C．用骨髓移植法治疗白血病的优点之一是不发生排斥（异）反应

D．异体骨髓移植成功后，康复者的血型有可能发生改变

6．将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内。

以下说法不正确的是（）

A．这里说的同“种”是指同一“物种”

B．加拿大荷斯坦奶牛胚胎移植给我国黄牛，生出荷斯坦奶牛，可以移植成功

C．同种动物之间的生理特征相近，进行胚胎移植易于成功

D．不管是否妊娠，同种动物生殖器的生理变化都是一样的

7．在胚胎移植的整个过程中，与之有关的激素包括（）

①促性腺激素②雌激素③孕激素④雄激素

A．①②B．①②③C．①③④D．②③

8．关于胚胎干细胞的特点的描述正确的是（）

A．体积小，细胞核大，核仁明显

B．体积大，细胞核大，核仁明显

C．体积小，细胞核小，核仁小

D．体积大，细胞核小，核仁明显

9．以下对于胚胎分割的描述，正确的是（）

A．只能对囊胚期细胞进行分割

B．囊胚阶段的胚胎分割份数越多，产生相同基因型的后代个数越多

C．胚胎分割产生的后代个体表现型完全相同

D．内细胞团一般到囊胚才出现，胚胎分割时最好将其均等分割，移植成功率才高

10．世界上第一只克隆绵羊“多利”的培育程序如下图所示。

请仔细看图后回答下列问题：

（1）写出图中a、b所指的细胞工程名称：

a.__________；b.____________。

（2）实施细胞工程a时，所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是___________。

（3）“多利”面部的毛色是________，请根据遗传学原理说明判断根据：

_________。

（4）请举一例，说明克隆绵羊培育成功的实际意义：

__________________。

答案：

睾丸初情期生殖机能衰退三初级精母有丝初级精母次级精母减数

减半精子细胞核高尔基体中心体线粒体原生质滴蝌蚪头颈尾

卵巢卵原细胞有丝分裂初级卵母细胞卵泡细胞减数雌性动物排卵前后一个次级卵母细胞和第一极体精子和卵子结合1个成熟的卵子和第二极体

卵黄膜和透明带两个极体输卵管受精前准备受精精子获能雌性动物生殖道输卵管中期卵黄膜原核配子

有丝不断增加并不增加略有缩小桑椹期全能分化内细胞团滋养层细胞囊胚透明带破裂表层下方原肠

答案：

1－5DCBDB6－11CCAABC

12．答案：

（1）遗传物质

（2）变小灵活（3）尾部线粒体（4）有氧呼吸ATP

【参考答案】

1－9、DBCACBAD

10：

（1）细胞核移植胚胎移植

（2）卵细胞体积大、易操作、通过发育可直接表现出状性来（3）白色“多利”的全部细胞核基因来自白母绵羊（4）保存濒危物种，繁殖优良品种，医学上克隆器官……