高中生物选修3全部教案 28页

专题3 胚胎工程3．1体外受精和早期胚胎培养一、胚胎工程的建立1、胚胎工程的概念P59理解胚胎工程：操作对象：早期胚胎和配子技术手段：胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等理论基础：哺乳动物的受精卵和早期胚胎的发育规律二、精子的发生1、形成场所：睾丸的曲细精管2、形成时期：从初情期开始，直到生殖机能衰退3、形成过程：第一阶段——位于曲细精管管壁的精原细胞，通过有丝分裂，产生多个初级精母细胞。每个次级精母细胞产生2个含单倍体染色体的精子细胞2个次级精母细胞MⅠ1个初级精母细胞MⅡ第二阶段——精细胞的形成第三阶段——圆形的精子细胞变形细胞核→精子头的主要部分高尔基体→头部的顶体中心体→精子的尾线粒体→精子尾基部的线粒体鞘膜其他物质→原生质滴（最后脱落）4、精子的形态：外形似蝌蚪，包括头、颈、尾三部分组成。不同动物精子的形态相似，大小略有不同。动物精子的大小与动物的体型大小无关。三、卵子的发生（1）形成场所：卵子的发生是在卵巢内完成的。（2）形成时期：性别分化以后（3）形成过程：Ⅰ、胎儿期主要的变化：形成卵泡，在卵巢中储备。初级卵母细胞的存在形式：被卵泡细胞包围，形成卵泡。Ⅱ、初情期后主要的变化：初级卵母细胞减数分裂成为成熟的卵子。第28页共28页\n首先：初级卵母细胞生长场所——卵巢中结果——形成透明带、卵黄膜其次：减数第一次分裂场所——卵巢结果——产生1个次级卵母细胞和第一极体，进入输卵管，准备与精子受精。完成时间——排卵前后。举例：排卵前如：马、犬；排卵后如：绵羊、牛、猪。思考：什么是排卵？指卵子从卵泡中排出场所——输卵管时间——精子与卵子结合的过程中完成结果——产生一个成熟的卵子和第二极体思考与探讨：问题１：什么是判断卵子是否受精的标志？　　　　卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体，说明卵子已经完成受精。问题２：一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。问题３：刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到第二次减数分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。四、精子与卵子的发生比较场所开始时间细胞增殖方式子细胞数目是否变形重要区别精子睾丸初情期以后先有丝分裂，后减数分裂4个精子细胞变形哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在出生前完成的；而精子是从初情期开始的。卵子卵巢输卵管性别分化以后先有丝分裂，后减数分裂1个卵细胞3个极体不变形五、受精1、概念:指精子和卵子结合形成合子（即受精卵)的过程。2、标志:在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时。3、场所:受精是在输卵管内完成的。第28页共28页\n4、过程（１）受精前的准备阶段准备阶段1：精子获能①获能：成熟的精子在雌性动物生殖道内发生相应生理变化后，获得受精能力的过程。②卵泡夜、输卵管分泌物、血清等液体可以使精子获能。准备阶段2：卵子的准备卵子在输卵管内达到减数第二分裂中期（MⅡ中期）时，才具备受精能力。思考与探讨：进行体外受精时，将卵母细胞取出后，是否应当将它置于与输卵管中相似的环境，让它进一步成熟？是的。从卵巢上取出的卵母细胞还没有成熟，尚未完成第一次减数分裂。应在体外人工模拟输卵管环境进行培养，才能使其成熟，即达到受精前的成熟阶段。（２）受精阶段主要包括：精子穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜，原核形成和配子结合四个阶段ⅰ精子穿越放射冠和透明带①过程：精、卵相遇→发生顶体反应（顶体酶释放溶解卵丘细胞即放射冠）→穿越放射冠接触透明带→顶体酶溶解透明带→穿越透明带接触卵黄膜→产生透明带反应②基本概念放射冠：包围在卵子透明带外面的卵丘细胞顶体反应：或能的精子在雌性动物的生殖道与卵子相遇时出现精子顶体膨大，精子质膜（外膜）和顶体膜局部融合，并在融合处形成一些泡状物，随后脱落，造成精子顶体外膜出现孔洞，使顶体内储尝的酶释放。透明带反应：当精子穿越透明带接触卵黄膜时，卵子发出指令，阻止后继精子进入透明带的一种生理反应。ⅱ进入卵黄膜①过程：精子被微绒毛抱合→精子外膜与卵黄膜融合→精子进入卵→卵黄膜封闭作用②基本概念卵黄膜封闭作用：当第一个精子进入卵黄膜后，引起卵黄膜的紧缩增厚，阻止其他精子进入卵内与卵子结合受精ⅲ原核形成：形成雄原核与雌原核ⅳ配子结合：雄原核与雌原核发育、移动、接触，合并形成受精卵小结：精、卵相遇→发生顶体反应（顶体酶释放溶解卵丘细胞即放射冠）→穿越放射冠接触透明带→顶体酶溶解透明带→穿越透明带接触卵黄膜→产生透明带反应第28页共28页\n（防止多个精子进入透明带，引起多精子入卵受精的第一道屏障）→精子被微绒毛抱合→精子外膜与卵黄膜融合→精子进入卵→卵黄膜封闭作用（防止多精子入卵受精的第二道屏障）→原核形成→配子结合六、胚胎发育1、最初发育场所：输卵管2、分裂方式：有丝分裂3、过程：受精卵→卵裂期→桑椹胚→囊胚→原肠胚→胎儿形成（1）卵裂期的特点：细胞分裂方式为有丝分裂，细胞数目增加，胚胎总体积不增加，或略有缩小。（2）桑椹胚：细胞属于全能细胞，胚胎细胞数目32个左右。（3）囊胚：细胞开始分化。形成：内细胞团——聚集在胚胎的一端，个体较大的细胞，将来发育成各种组织。滋养层——沿透明带内壁扩展和排列的，个体较小的细胞。将来发育成胎膜、胎盘。囊胚腔——含有液体的囊腔。囊胚进一步扩大会导致孵化。（4）原肠胚：内细胞团表皮的细胞形成外胚层，下方的细胞形成内胚层，出现原肠腔。外胚层（内细胞团表皮的细胞形成）神经系统、感觉器官内胚层（内细胞团下方的细胞形成）表皮及其附属结构肝、胰等腺体消化道、呼吸道上皮中胚层（外胚层细胞在胚盘正中线处形成一条增殖区，该区的细胞增殖分裂，进入内、外胚层之间形成的）皮肤真皮脊索、肌肉、骨骼内脏器官外膜循环系统排泄系统生殖系统第28页共28页\n3．3胚胎工程的应用及前景一、胚胎移植1、概念：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，使之继续发育为新个体的技术。供体：提供胚胎的个体。受体：接受胚胎的个体。问题一：胚胎移植成功与否要具备的条件是什么？答：（1）胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行（2）进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同2、应用胚胎移植是转基因、核移植，或体外受精等技术的最后一道“工序”。3、胚胎移植的现状①近20年来，在牛的胚胎移植中，技术更为简单、实用。羊的胚胎移植效率比奶牛还要高。②自20世纪60年代以来，我国家兔、绵羊、牛、马和山羊的胚胎移植相继获得成功。③近10年来，羊、牛的在我国部分地区已进入生产应用阶段。4、胚胎移植的意义第28页共28页\n胚胎移植的优势可以充分发挥雌雄优良个体的繁殖能力。在这项技术中，供体的职能—产生优良遗传特性的胚胎，受体担任妊娠和育仔的任务。因此缩短了供体本生的繁殖周期。其次，实施超数排卵处理，可获得多枚胚胎，使得一胎多产。具体的意义可以小结如下：（1）加速育种工作和品种改良通过胚胎移植，可大幅度增加优良个体母畜和公畜后代的数量，使良种畜群迅速扩大，从而加速了育种工作和品种改良。（2）大量节省了购买种畜的费用在世界范围内，胚胎移植不受时间和地域的限制，在国际国内进行交换，从而完全代替了活畜引种，节省费用。（3）一胎多产（4）保存品种资源和濒危物种（5）可充分发挥优秀个体的繁殖潜能a、缩短供体的繁殖周期b、增加供体一生繁殖的后代数量5、胚胎移植的生理学基础（1）供体和受体生殖器官的生理变化相同，为胚胎提供相同的生理环境（2）早期胚胎没有与母体子宫建立组织联系，处于游离状态，为胚胎的收集提供了可能第28页共28页\n（3）受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，为胚胎存活提供可能（4）胚胎能与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但遗传物质不受影响6、胚胎移植的基本程序（以牛的胚胎移植为例）选择供体母牛受体母牛同期发情处理超数排卵供体公牛配种或人工受精冲卵（配种或输精后第7天，将供体母牛子宫内的胚胎冲出）质量检查（检查是否发育到桑椹胚或囊胚阶段）胚胎移植（方法：手术法；非手术法）妊娠检查分娩（受体母牛产下胚胎一致的犊牛）第28页共28页\n（1）选择——对供、受体牛进行选择供体牛：选择遗传性能和生产性能优秀的个体受体牛：选择有健康的体质和正常繁殖能力的个体（2）过程中的处理方法A、用激素进行同期发情处理使供、受体的生理条件达到同步或一致，从而使供体的胚胎移植到受体后相同或相似的生存条件——这是胚胎移植的关键B、超数排卵处理注射促性腺激素对供体母牛进行超数排卵处理，这是获得多个胚胎的保证（3）保存：-196℃的液氮保存例1、“试管婴儿”技术属于(  A )A．胚胎移植          B．组织培养C．克隆技术     D．基因工程例2、下列有关动物胚胎移植的叙述中，错误的是（A）A.受孕母畜体内的受精卵或胚胎均能移植B.受体母畜必须处于与供体母畜同步发情的状态C.超数排卵技术要使用一定的激素第28页共28页\nD.试管婴儿只是受精及早期卵裂过程在试管中进行例3、“冲卵”是指（ D）A.把受精卵从子宫冲洗出来               B.把卵细胞从子宫冲洗出来C.把卵细胞冲散，便于收集               D.把胚胎从子宫冲洗出来小结：胚胎移植成功率的高低与供、受体生理环境的一致性密切相关，只有供、受体生理环境高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育。因此，胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。作为胚胎工程的最终技术环节，也将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。接下来让我们了解另一胚胎工程技术—胚胎分割二、胚胎分割1、概念：采用机械方法将早期胚胎切割成2等份,4等份或8等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术。就胚胎分割技术本身而言，是将同一胚胎分割成几部分，借助胚胎移植技术产生遗传物质完全相同的后代，是一种无性繁殖的方式，属于动物克隆的一种方法。2、特点：后代具有相同的遗传物质3、选择的胚胎：发育良好的,形态正常的桑椹胚或囊胚4、使用的主要仪器：实体显微镜和显微操作仪第28页共28页\n5、具体操作：将胚胎移入盛有操作液的培养皿中，用分割针或分割刀片将其切开，吸取其中半个胚胎，注入预先准备好的空透明带中，或直接将裸半胚移植给受体。注意：对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割内细胞团将来发育为胎儿的各种组织，其他细胞为滋养细胞，只为胚胎和胎儿发育提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。问题二：为什么胚胎分割的份数越多，操作的难度会越大，移植的成功率也越低？答：早期胚胎的体积很小，只有在显微镜下才能看到；细胞数目有限的；分割的份数越多，难以做到均等分割，从而影响囊胚期胚胎内的细胞团细胞。因此，分割的份数越多，技术的难度会越大，移植后的恢复和发育的难度会越大，移植成功率自然会降低。例4、胚胎分割技术研究的理论根据是（  A ）A.细胞分化       B.细胞全能性       C.细胞增殖        D.细胞再生例5、表现型不同的母牛生育出基因型完全相同的小牛。产生这一结果最可能的原因是(C    )A.试管动物培养      B.胚胎移植C.胚胎分割移植         D.受精卵移植例6、进行胚胎分割时，应选择的胚胎发育时期是（  D  ）第28页共28页\nA.桑椹胚或原肠胚   B.桑椹胚或囊胚    C.囊胚或原肠胚    D.内细胞团过渡：胚胎分割技术已在多种动物中取得成功，但仍存在一些问题，刚出生的动物体重偏低，毛色和斑纹上存在差异，同卵多胎的可能性有限，最常见的为同卵双胎。那么，是否有一种细胞既可保存又可以进行遗传改造呢？生：胚胎干细胞三、胚胎干细胞1、概念：简称ES或EK细胞，是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞2、特点：（1）形态：体积小，细胞核大，核仁明显（2）功能：具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞（3）在体外培养的条件下，ES细胞可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造3、主要用途（1）治疗人类的某些顽症移植ES细胞修复坏死或退化部位，治愈糖尿病、肝(心)衰竭、成骨不良等病症（2）体外诱导培育出人造组织器官，用于器官移植（3）研究体外细胞分化的理想材料第28页共28页\nES细胞在牛黄酸、丁酰环腺苷酸等诱导因子作用下可向不同类型组织细胞分化例7、（多选）下列各项中，属于胚胎干细胞技术的应用的有（ A、B、D   ）A．为新药的研究和开发提供材料B．为细胞和组织移植提供无免疫原性的材料C．有目的地促进某种生物的进化D．改良并创造动物新品种例8、利用胚胎干细胞治疗肝衰竭，实现此过程的重要原因是（C）A.细胞分裂B.细胞特化C.细胞分化D.细胞增殖第28页共28页\n专题5生态工程题图解读：干裂的土地，赤红的荒山（例如江西赣中、赣南一带植被破坏后的山丘都呈现赤红色，意味着不断恶化的生态环境，幼苗的上方是蔚蓝的地球，它化作一滴甘露，滋润着大地，幼苗寓意着生态工程，虽柔弱却顽强地支撑着地球。而它们的和谐组合则象征着——希望。生态工程的定义：人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境和谐发展。（教材Ｐ１０５）学科知识：生态学和系统学技术手段：系统设计、调控和技术组装最终目的：促进人类社会和自然环境的和谐发展【例1】我国在20世纪80年代兴起的桑基鱼塘生产模式，实现了“原料－产品－原料－产品”的循环经济生产模式，该模式不属于：A．生态经济B．循环经济C．生态工程D．生态农业答案：C（考查对生态工程概念的理解，生态工程强调的是对已破坏的生态环境进行修复，重建，而上述模式不是对已破坏的环境进行重建，而是通过生态学规律建立的生态农业。）教师小结：生态工程是一门交叉学科，它是生态学、工程学、系统学和经济学等学科的交叉。科技探索——生态工程的兴起一、经济迅猛发展、技术革新带来的负面影响（教材Ｐ106）发达国家——工业化和高度集约化的农业经营所带来的种种环境污染和过量消耗不可更新　　　　资源。发展中国家——人口的快速增长、资源的过度开发、损毁和低效利用，以及由此引起的环境污染问题。二、解决方案第28页共28页\n1、传统的思维方式（1）开发应用单一环境改造技术——污染物在不同地区间转移（2）限制生产、限制发展2、坚持可持续发展——从根本上解决环境污染3、解决经济发展与环境问题的根本原则——实现循环经济师：地球需要呵护，坚持可持续发展是保障的基本环节。因此，生态工程的建立是一个必然之路。接下来让我们一起学习“生态工程的基本原理”。5.1生态工程的基本原理教学目标　　知识方面：（１）简述生态工程的概念，关注生态工程的建设。　　　　　（２）简述生态工程的原理，举例说出各原理的内容。　　能力方面：尝试运用生态工程原理，分析生态环境问题及解决对策。　　情感态度与价值观方面：关注生态工程建设。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：生态工程的基本原理。教学难点：生态工程的系统学和工程学原理。课时安排：２课时教学过程：一、关注生态工程建设1、生态工程建设的目的就是遵循自然界物质循环的规律，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的同步发展。2、生态工程的特点与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。【例2】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3、进行生态工程建设理由：分析资料1，思考以下问题：（１）导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？根本原因：长江上游乱砍滥伐森林，造成土壤流失，大量泥沙淤积；第28页共28页\n中游围湖造田，造成具有蓄洪作用的湖泊面积急剧减少。直接原因：1998年罕见的降雨。但这也与全球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气候异常有关。（２）洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？传统的经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。分析资料2，思考以下问题：（１）什么是“石油农业”？“石油农业”是指大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式。由于需要大量的石油、煤、天然气等作为原料或动力而得名。优点：由于其投入高，产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用。缺点：产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题。（２）如何理解“污染物是放错地方的资源”这句话？对环境造成危害的污染物，采用一定的措施和技术，就能够进行回收和循环利用，这样不但能够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。因此说污染物是放错地方的资源。（３）“石油农业”的生产模式应当怎样改进？在不同的国家有不同的改进措施。例如，我国人多地少，应该大力发展生态农业。实施的具体措施包括：可以根据田间作物的需要，适量施用高效、低毒、低残留的农药，多施有机肥，提高作物对水、肥等资源的利用效率，对农作物秸秆和禽畜粪便进行再利用，实现物质的多级利用，等等。一方面要不断提高土地的产出水平，另一方面要减少农业活动对环境的污染，促进社会的可持续发展。４、生态经济生态经济主要是通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或另一个系统的生产资料，从而实现废弃物的资源化，而实现循环经济最重要的手段之一就是生态工程。二、生态工程所遵循的基本原理1、物质循环再生原理⑴含义：物质能够在各类生态系统中，进行区域小循环和全球地质大循环，循环反复，分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭的效果。⑵基本理论：物质循环第28页共28页\n⑶类型：水循环、气体循环、沉积循环地球表面地球表面降水大气圈蒸发①水循环②气体循环包括氮、碳、氧等元素的循环。物质的主要储存库是大气和海洋，具有明显的全球性，循环性能最为完善。③沉积循环包括P、S、K、Na、Mg、Fe、I、Cu等物质的循环，其主要储存库是岩石、沉积物、土壤等主要通过岩石的风化、沉积物的分解转变成可以被生物利用的营养物质，转化速度慢。⑷实例：无废弃物农业“无废弃物农业”是我国古代传统农业的辉煌成就之一，也是生态工程最早和最生动的一种模式。阅读课本109页内容，思考中国农民是通过什么措施来实现“无废弃物农业”的？2、物种多样性原理⑴基本理论：生态系统的抵抗力稳定性物种越丰富，生态系统的抵抗力稳定性越高。⑵生物多样性：物种多样性、遗传多样性、生态系统多样性生物多样性程度高，可以为各类生物的生存提供多种机会和条件。众多的生物通过食物链关系互相依存，就可以在有限的资源条件下，产生或容纳更多的生物量，提高系统生产力。⑶实例：三北防护林建设中问题；珊瑚礁生态系统得多样性问题探讨：⑴为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？而珊瑚礁区却能　够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性？纯樟子松林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫的天敌，而成片单一的；林木有为其提供了丰富的食物来源，因而会导致树林的毁坏。珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据了不同的时间位、空间位和资源位，因而充分利用了珊瑚礁生态系统的环境。⑵从上面正面和反面的实例，你能得出怎样的结论？你认为生物多样性的破坏有人为因素吗？只有保持生态系统较高的生物多样性，才能保证生态系统的稳定和平衡。生物多样性的破坏有人为因素，而且往往作用巨大。【例3】根据以下材料完成问题：据国家林业局发布的一项调查表明，我国已经成为受荒漠化危害最为严重的国家之一。目前，全国四分之一以上的田地荒漠化，每年因荒漠化造成的直接经济损失达540第28页共28页\n亿元，因此在实施西部大开发的过程中，要切实搞好生态环境的保护和建设，大力开展植树种草、治理水土流失、防治沙漠化等活动。（1）从生态因素分析，改善西部地区生态环境必须首先解决的非生物因素是水。（2）“退耕还林（还草）”所依据的主要生态工程原理是物种多样性原理；其目的是提高生态系统的自动调节能力（抵抗力稳定性）。（3）保护环境、保持生态系统稳定性的关键是保护森林。近年来，首都北京等地频繁出现了“沙尘暴”，源头主要来自黄土高原和内蒙古地区，这说明森林等植被在防风固沙方面起着重要作用。3、协调与平衡原理　⑴基本理论：生物与环境的协调与平衡处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。环境承载力（环境容纳量）：某种环境所能养活的生物种群的数量。　⑵实例：太湖的富营养化问题；西北一些地区的防护林问题问题探讨：P111答案：沙棘（保持水土）、山杏（抗寒、耐旱、加工饮料）、刺槐（适应性强、耐盐碱、蜜源植物）等。畜牧养殖应注意：牲畜数量不能超过草地的承载量。4、整体性原理　⑴基本理论：社会-经济-自然复合系统经济系统　（生产成本　　　　　消费效益）自然系统生产者　　　消费者分解者非生物的物质与能量社会系统政策　　　管理　　　科学、文化⑵基本概念：　　自然系统：通过生物与环境、生物与生物之间的协同进化而形成的一个不可分割的有机　　　整体。　　整体性原理的概念：进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更重要的是，还要考虑到经济和社会等系统的影响力。　⑶第28页共28页\n实例：林业建设中的自然系统与经济、社会系统的关系、问题（一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴及收入等）。整体理论是解决生态环境问题的必要基础，只有应用整体性原理，才能统一协调当前与长远、局部与整体、开发与环境建设之间的关系，保障生态系统的平衡和稳定。5、系统学和工程学原理（1）系统的结构决定功能原理：生态工程需要考虑系统内部不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。实例：桑基鱼塘（2）系统整体性原理：系统的各组分之间要有适当的比例关系，只有这样才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并且实现总体功能大于各部分之和的效果。实例：珊瑚礁（珊瑚虫和藻类共生）、豆科植物和固氮菌的共生，两者的共生使豆科植物能够在缺乏氮素的土地上生长，当把它们分开时，两者的生长都要受到损害。小结：生态工程的基本原理比较：项目理念基础意义实例物质循环再生原理物质循环可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响无废弃物农业物种多样性原理生态系统的抵抗力稳定性物种多样性程度高，可提高系统的抵抗力稳定性，提高系统的生产力珊瑚礁区的生物多样性很高协调与平衡原理生物与环境的协调与平衡生物数量不超过环境承载力的限度，可避免引起系统的失衡和破坏太湖富营养问题整体性原理社会-经济-自然复合系统统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定把生态与经济结合起来，避免出现“前面造林，后面砍林”的现象系统学和工程学原理系统的结构决定功能原理改善和优化系统的结构，以改善系统的功能桑基鱼塘系统整体性原理实现总体功能大于各部分之和的效果珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系【例4】协调与平衡原理主要指：　　A．生物要适应环境及环境对生物的承载力　　B．系统各组分之间要有适当比例关系第28页共28页\n　　C．自然系统、经济系统、社会系统协调统一　　D．物质循环和能量流动协调统一【例5】某些地区出现了“前面造林，后面砍林”的现象，这是因为发展中没有遵循哪一原　　理造成的　　A．协调与平衡原理　　　　　　　　　　　　　B．整体性原理　　C．系统的结构决定功能原理　　　　　　　　　D．系统整体性原理【例6】能达到“1+1＞2”效果的是生态工程的哪一项基本原理：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【例7】如图是“无废弃物农业”物质和能量流动图，该图所体现的主要生态工程原理是：A．物种多样性原理B．整体性原理C．物质循环再生原理D．协调与平衡原理【例8】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【例9】下列结构示意图能体现系统学和工程学原理的是（D）【例10】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”的无废料生产体系第28页共28页\n②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【例11】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【例12】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【例1３】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和物种多样性原理（2）生态工程的调控机制是　人为辅助下的自我调节　，主要利用的能源是　太阳能　。（3）一些发达国家的生态工程建设主要依据生态系统的　自我调节理论　，达到了以　回　归自然　为主，　人为调控　为辅的程度。而在我国的生态工程建设中，　人为调控　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。第28页共28页\n5.2生态工程的实例和发展前景教学目标1.举例说出生态工程的实例，说出这些实例所运用的主要生态工程原理2.评述生态工程发展前景，说出生态工程的局限性，举例说出我国生态工程的特点3.尝试设计简单的生态工程教学重点生态工程的实例教学难点应用生态工程的原理，设计简单的生态工程课时安排2课时教学过程20世纪70年代以来，我国生态工程的理论和实践都取得长足进展。在某些研究领域已处于国际领先地位，在实践上已应用于农业生产、环境保护、城镇建设等许多方面，取得了举世瞩目的成就。一、生态工程的实例1、农村综合发展型生态工程问题：实现物质、能量的多级利用问题对策：建立农村综合发展型生态工程案例：北京窦店村以沼气为中心的生态工程以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程（教材P116图5-6）涉及的基本概念：①青贮：指玉米等作物没有完全成熟时，将果穗和秸秆一起收获切碎，通过厌氧发酵成为牛羊优质的青饲料②氨化：指利用氨水或氮素化肥处理稻麦秸秆，使之软化适口，提高其作为饲料的营养价值③蓝绿萍：一种具有固氮作用的藻类<思考与讨论>Ⅰ、在这一案例中，主要运用了哪些生态工程的基本原理？第28页共28页\n物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理等。Ⅱ、这一生态系统的结构和功能有哪些特点？有哪些值得借鉴的做法？这个案例以沼气工程为核心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展；同时又降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。2、小流域综合治理生态工程小流域：指河流各级支流的集水区域（面积一般在3—50km2）问题：小流域水土流失严重危害：①给下游带来水患②导致土壤中氮、磷、钾等植物所需养分的流失对策：进行综合治理应用生态工程的整体原理、协调与平衡原理，以及工程学等原理，通过产业结构调整、土地优化利用、加强农林牧结合等措施进行综合治理目标：建立稳定、持久、高效的复合系统，获得最大的生态和经济效益（图5-7）案例：甘肃陇南县”九子登科”模式山顶戴帽子：山头实行封禁管理、营造水土保持林，保护和恢复植被山腰系带子：半山陡坡退耕还林还草，发挥林草拦蓄作用，减少径流坡地修台子：坡耕地以坡改梯田为突破口，建设基本农田，为调整农业产业结构提供条件地埂锁边子：充分利用地埂种植经济作物，既获得经济效益，又保护地埂；荒地荒沟栽苗子：在荒山、荒沟、荒坡地建设薪炭林山脚种果子：山脚发展经济林果园，促进商品经济发展沟底穿靴子：在干、支、毛沟沟底修建谷坊、拦挡坝，建设沟坝地，拦蓄泥沙，防止沟壑被水冲蚀而导致其不断扩张见缝插针钉扣子：利用田间地头、房前屋后栽植林果，发挥零星作用，提高治理程度秋田盖罩子：在缓坡耕地改顺坡种植为横坡等高种植、实行地膜覆盖等保土耕作措施。<思考与讨论>Ⅰ、小流域的综合治理，“综合”表现在哪些方面？“综合”表现在它一改以前的单纯造林和蓄水、减沙等工程模式，同时考虑到了生态效益和经济效益：不但注重通过还林、还草、筑坝等措施达到蓄水、降低土壤侵蚀的生态效果；还考虑如何提高人们的生活水平。例如，不但种植农作物，还同时种植经济作物来提高人们的收入（种植薪柴林解决人们的燃料来源问题）。各种措施的结果是建立一个稳定、持久、高效的生态系统。第28页共28页\nⅡ、为什么要针对不同的地形采取不同的措施？这体现了生态工程的什么原理？山顶土壤条件、气候条件恶劣，不宜蓄水，交通不便，改造成本高，适宜封山，依靠自然恢复力来恢复植被；山腰、荒地等土壤，虽然水分条件较好，但是仍不适宜种植农作物，对于这样的地方可以自然恢复，也可以人为种植适宜的林木、草或果树等，加快植被恢复速度，这样既能降低土壤侵蚀，又能创造一定的经济效益；对沟底而言，应建设堤坝系统，它可以蓄水和淤积土地，还能够减少山体的崩塌和滑坡，保证人民的生命财产安全；对坡地和山脚农田来说，土壤、水分条件良好，交通也较方便，土地生产力高，适宜种植农作物来解决人们的粮食和收入等问题，但是在坡地上要水平梯田种植，以减少水土流失。根据不同的地形采取不同的措施，既要考虑到生态效益，又要考虑到人们的生活和收入问题，这体现了生态工程协调与平衡、因地制宜的原理和思想。Ⅲ、从这一案例看，当地是怎么做到经济效益与生态效益相统一的？这一模式在其他小流域能够照搬吗？上题分析中已解答了经济效益与生态效益的统一问题。这种模式在其他小流域不能照搬，还是要因地制宜地进行生态工程建设，不同气候带、不同自然条件和不同经济发展水平的地区，其生态工程的模式应各具特色。3、大区域生态系统恢复工程问题：我国土地荒漠化问题分布：西北地区原因：过度樵采（32％），过度放牧（30％），盲目开垦（27％），不合理利用水资源（9.6％），其他（1.4％）对策：植树造林、退耕还林、还草案例：退耕还草和三北防护林建设<思考与讨论>Ⅰ、国家为什么投入巨大的人力和物力兴建三北防护林工程？这一工程为什么需要如此漫长的时间？生态环境的质量关系到这一地区人民的生产和生活问题，对维护社会稳定具有重要意义；更重要的是，这一地区的生态环境关系到下游地区人民的生产、生活和经济发展，如黄河上游的水土流失容易导致下游地区的洪水泛滥，而危害巨大的沙尘暴的发生也与这一地区的土地沙漠化关系密切；同时这里自然矿产资源丰富，对我国的经济发展和国家安全具有重要战略意义。第28页共28页\n这一地区区域广阔，气候、自然条件复杂，总体经济发展水平较低等情况也决定了这个工程需要较长的时间，非一朝一夕之功。Ⅱ、这一工程横跨多个省区，根据协调与平衡原理和生物多样性原理，不同地区在造林设计上应当注意什么问题？三北防护林跨越中国13个省、直辖市、自治区；根据协调与平衡原理和生物多样性原理，首先应考虑树种的生态适应性问题，种植适宜品种，宜林则林，宜灌则灌，宜草则草；其次要考虑树种的多样性，保证防护林体系的稳定性；不同地区应根据当地情况采取不同的策略，如条件恶劣的地区应该结合自然恢复力，而农区的防护林中农田防护林网可能占较大比重。4、湿地生态恢复工程简介：①状况：我国目前有湿地6.594×107hm2，仅次于加拿大和俄罗斯的世界第三个湿地大国②湿地的功能：蓄洪防旱，调节区域气候，控制土壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和多种动、植物提供栖息地，为人们提供休闲娱乐的环境等问题：湿地的缩小和破坏问题危害：局部气候变劣、地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等对策：控制污染、退田还湖地位：我国生态工程中的一项重要任务案例：江西鄱阳湖湿地生态恢复工程<思考与讨论>Ⅰ、当初人们为什么要围湖造田？主要原因：我国历来人多地少，在“以粮为纲”的年代，围湖造田，种植农作物，以生产更多的粮食；片面强调经济发展，没有认识到湖泊的巨大生态调节功能也是重要原因。Ⅱ、为什么说“退耕还湖”是一项巨大的系统工程？实施这一工程面临的主要困难是什么？退耕还湖不仅包括退耕地为湖区，还包括退耕后湖区上游以及湖区周围的生态环境保护工作；更重要的是原耕地上居民的迁移，要解决迁出居民的生活和就业等问题，这是退耕还湖工程的主要困难。Ⅲ、地处湖区上游的人们对湿地恢复生态工程负有什么责任？保护环境，减少水土流失和水污染。例如,减少工厂、生活污水往水体中的排放，农田中减少化肥和农药的施用量等。5、矿区废弃地的生态工程问题：矿区生态环境的破坏问题对策：恢复植被、修复土地等第28页共28页\n案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程矿区生态恢复工程流程图图5-16<思考与讨论>Ⅰ、在这一案例中，恢复植被的措施是植树和种草，为什么不是种植农作物？矿区土壤条件恶劣，不适宜农作物的生长，因此代之以适应性强，耐旱的灌木、草和树。Ⅱ、怎样合理地筹划养殖肉牛的数量？首先要考虑到牧草的产量，以草定畜；从外地调运饲料要考虑饲养成本；更重要的是要考虑到土地对粪肥的承载力,以及对粪肥的加工或利用情况，要保持在承载力范围以内，以免养殖规模过大，粪肥数量巨大而造成新的污染。Ⅲ、除煤矿外，你知道还有哪些矿区吗？这些矿区的恢复工程与煤矿是否有不同之处？除煤矿外，还有金矿、铁矿等。这些生态恢复工程最重要的是改良表土，恢复植被，但要因地制宜。6、城市环境生态工程问题：城市生态系统面临的垃圾、大气、噪音等污染问题对策与案例：城市绿化污水净化和废弃物处理等综合治理<思考与讨论>Ⅰ、汽车尾气是城市大气污染的主要来源之一，汽车噪声又是城市噪声污染的主要来源。你认为应当限制城市居民购买汽车吗？为什么？如果不限制，应当采取什么措施来减少由汽车造成的污染？减少污染的措施：制定法律法规，禁止市区内鸣笛，禁止使用含铅汽油，鼓励使用电力、天然气等无污染能源的新型汽车，以及对其的研究和应用等。Ⅱ、城市的水污染问题应当采取哪些措施来解决？每一个城市居民应当在这方面承担什么责任和义务？减少或禁止工厂的污水排放；进行污水净化回收利用；实行雨水和污水分流。每一个城市居民都应该树立节水意识、宣传节水的意义，家庭生活中应该使用无磷洗衣粉和洗涤剂，制止或减少生活中的水污染行为。二、生态工程的发展的前景1、“生物圈2号”的实验及启示目的：制造一个人工模拟的生命支持系统，以验证人类在离开地球的情况下，利用人工生态工程，仅仅依靠太阳能，能否维持生命设计：一座微型人工生态循环系统第28页共28页\n实验及结果：19种脊椎动物死亡；除蟑螂、蟋蟀、蚂蚁外，其余昆虫也全部死亡；靠昆虫传粉延续后代的植物也灭绝，以失败告终。失败原因：①温度失调②“大气和海洋”比例与地球相差甚远③土壤呼吸释放的CO2超过了植物和海洋的固定能力，导致空气中CO2的含量猛增④O2量减少，不足以维持人及动物的生存给人类的启示：与自然和谐共处的重要性2、我国生态工程发展前景的分析与展望西方国家生态工程的特点：除了治理环境污染的目标之外，主要是通过介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中于对破坏的生态系统，特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行生态恢复，应用范围比我国小，也不那么强调经济效益。我国生态工程的特点：不但重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。我国的农业生态工程遵循“整体、协调、再生、循环”的基本原理。但我国目前的生态工程仍有不足之处如：缺乏定量化模型的指导；缺乏理论性指导等<思考题>发达国家与我国的生态工程建设强调的重点有所不同，为什么？发达国家经济发展水平较高，人均土地、水等资源占有量较多，所以这些国家的生态工程往往注重生态恢复，而较少注重经济效益。而我国人口较多，人均土地、水资源和能源占有量少，所以在进行生态工程时，一定要注重生态效益、社会效益和经济效益的统一。我国生态工程存在的问题及发展前景：我国的生态工程符合我国的国情，政府十分重视，因此，在实践中得到广泛的应用。随我国社会、经济的发展，以及可持续发展战略的实施，我国生态工程一定会展现出广阔的发展前景思考与探究Ⅰ、分析朝鲜三八线的资料，说明它所蕴涵的意义。第28页共28页\n生态工程的恢复作用是有限的，不能认为只要有了生态工程，就可以先污染，后治理。人类迄今尚没有能力完全模拟出自然的生态系统。自然生态系统发展到今天已经过几十亿年的进化，每平方公里每年的无形服务价值高达6.4万美元，而为了达到同样的效果，用人工制造和模拟的办法，人类至少要花费10亿美元还不尽如人意。另一方面，自然生态系统具有相当的自我恢复能力，我们在生态工程建设中应该积极利用自然生态系统的这种能力，以节省投资。Ⅱ、在我国北方地区，由于冬天气温很低，会导致农作物不能生长，家畜生长缓慢，甚至停止，沼气池不能正常产气；而农民要解决蔬菜的不间断生产问题。很显然，大量使用造价昂贵、并用燃料加热的玻璃温室是不符合我国国情的。你能用所学知识，设计一种生态工程，来较好地解决上述问题吗？请在画出其物质和能量结构图的基础上，说明你所依据的生态工程原理。“四位一体”的图所示为近年来出现在我国北方农区的一种生态工程类型，它较好地解决了习题中所述问题。“四位”指沼气池、猪禽舍、厕所及日光温室四部分，是庭院经济与生态农业相结合的一种生产模式。它的运行原理为：日光温室的增温效应可使蔬菜等作物在冬天也能正常生长；同时也使猪禽免受严寒而快速生长；温室内的植物为动物提供氧气，同时吸收二氧化碳；人、猪、禽的粪尿及蔬菜废弃物和秸秆等物质投入沼气池产气，同时温室的高温也提高了沼气在冬天的产气稳定性；沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料，有助于减少蔬菜的病虫害，提高蔬菜的产量和质量。“四位一体”充分应用了物质循环和生物多样性等原理，提高了单位土地面积的产出，同时减少了环境污染，大大提高了农业的综合效益。板书设计5.2生态工程的实例和发展前景生态工程的实例农村综合发展型生态工程大区域生态系统恢复工程小流域综合治理生态工程城市环境生态工程矿区废弃地的生态工程湿地生态恢复工程生态工程的发展的前景“生物圈2号”的实验及启示我国生态工程发展前景的分析与展望第28页共28页\n第28页共28页