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