人教版高中生物必修3第5章第3节生态系统的物质循环学案.docx
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人教版高中生物必修3第5章第3节生态系统的物质循环学案
第3节 生态系统的物质循环
[目标导读] 1.结合教材P101图5-11和温室效应示意图,分析生态系统物质循环的特点,并说明碳循环失调与温室效应的关系。
2.结合教材P102~103内容,设计实验探究“土壤微生物的分解作用”。
3.尝试建立概念图,说明物质循环与能量流动的关系。
[重难点击] 1.生态系统的物质循环过程和特点。
2.物质循环与能量流动的关系。
方式一 右图为美国耗资2亿美元建立的地球生物圈2号。
它是透明的,为什么呢?
需要输入光能。
它又是封闭的,难道它不需要外界提供所需要的各种物质吗?
方式二 20世纪50年代,人们曾经在农田中广泛使用DDT杀虫剂,并取得了较好的杀虫效果,然而让人们意想不到的是,在远离施药地区的南极大陆的企鹅体内竟也发现了DDT!
DDT是如何进入南极企鹅体内的呢?
生态系统的物质是否也能流动?
具有什么特点?
学完这节“生态系统的物质循环”后,我相信同学们就能解释这些问题了。
一、碳循环
1.碳循环过程
2.碳循环的分析
(1)碳存在形式
(2)碳循环形式
项目
进入生物群落
生物群
落内部
返回无机环境
形式
CO2
含碳有机物
CO2
方式
光合作用和
化能合成作用
通过食物链
或食物网
①生产者和消费者的呼吸作用;
②分解者的分解作用;③化石燃料的燃烧
是否
双向
是
否
是
3.温室效应
(1)形成原因:
化石燃料短时间内燃烧使大气中CO2含量迅速增加,打破了碳循环的平衡。
(2)危害:
加快冰川的融化,导致海平面上升,进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
问题探究
结合下图,探究分析碳循环的过程
(1)写出图中①②③代表的生理过程:
①呼吸作用,②光合作用,③微生物的分解作用。
(2)写出④⑤在生态系统中代表的成分:
④生产者,⑤消费者。
(3)物质循环的形式有两种即:
④⑤与大气之间主要以CO2形式进行;在④与⑤之间以有机物形式沿食物链传递。
(4)温室效应形成的原因是:
上图⑥(填序号)中,短时间内化石燃料大量燃烧。
(5)预防温室效应要采取减少化石燃料的燃烧和保护植被等措施。
1.判断正误
(1)沼渣、沼液作为肥料还田,使物质能够循环利用( )
(2)碳循环在生物群落内部以CO2形式进行( )
(3)化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因( )
(4)碳元素在无机环境与生物群落之间传递时,只有生产者与无机环境之间的传递是双向的,其他成分间都是单向的( )
答案
(1)√
(2)× (3)√ (4)√
2.如图表示生物圈中碳循环的部分示意图。
A、B、C、D构成生物群落,箭头①~⑨表示循环过程。
下列有关说法正确的是( )
A.大气中的气体X是指二氧化碳和一氧化碳
B.完成①过程的能量主要是由⑧过程提供的
C.D经⑤、⑥、⑦过程获得的能量占A、B、C总能量的10%~20%
D.C处于第三营养级
答案 D
解析 生物群落与无机环境之间的碳循环是以CO2的形式进行的,故图中大气中的气体X代表CO2;图中A为生产者,B为初级消费者(第二营养级),C为次级消费者(第三营养级);完成①过程的能量主要由太阳能转化的活跃的化学能提供;捕食食物链中相邻两营养级之间的能量传递效率约为10%~20%。
故选D。
一题多变
(1)上题中的生物A的细胞中一定含有叶绿体吗?
答案 不一定,A为生产者,可能是绿色植物、蓝藻、光合细菌或硝化细菌等可以进行光合作用或化能合成作用的生物,而只有绿色植物细胞中含有叶绿体。
(2)适度松土可以促进图中的什么过程?
答案 适度松土可促进分解者的分解作用即过程⑧。
(3)若D中含有细胞核,则D中将含碳有机物转化为CO2的具体场所是什么?
答案 细胞质基质或线粒体基质。
(4)写出图中的捕食链。
答案 A→B→C。
(5)图中碳元素以有机物形式进行传递的过程有哪些呢?
答案 ②③⑤⑥⑦。
(6)如果人们不按生态规律办事,乱砍滥伐森林或将化石燃料进行大量燃烧,对大气中的气体X有何影响?
答案 二者都会打破碳循环平衡,前者使大气中CO2进入生物群落的过程受阻,大气中CO2的含量就会明显增多;后者使CO2在很短时间内释放出来,使大气中CO2的含量增高,进而导致温室效应。
方法链接
碳循环中各成分的确定方法
图中①与④之间为双箭头,故一个为生产者,另一个为大气中的CO2库;又因为其他各个成分都有箭头指向④,所以④为大气中的CO2库、①为生产者。
其他生物部分的箭头都指向③,所以③是分解者,剩余的②为消费者。
二、物质循环及其与能量流动的关系
1.物质循环
(1)概念:
组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素,都不断进行着从无机环境到生物群落,又从生物群落到无机环境的循环过程。
(2)特点
①全球性:
物质循环的概念中所说的“生态系统”并不是一般的生态系统,而是指地球上最大的生态系统——生物圈,因此物质循环具有全球性的特点。
②循环性:
无机环境中的物质可以被生物群落反复利用,即生物群落和无机环境之间的物质可以反复出现、循环利用,周而复始地进行循环,不会消失。
2.物质循环和能量流动的关系
项目
能量流动
物质循环
形式
光能→化学能→热能(一般形式)
化学元素形式流动
过程
沿食物链(网)单向流动
在无机环境和生物
群落间往复循环
范围
生态系统各营养级
全球性
特点
单向流动,逐级递减
反复出现,循环流动
联系
同时进行、相互依存,不可分割:
①能量的固定、储存、转移和释放,离不开物质的合成和分解;
②物质是能量沿食物链(网)流动的载体;
③能量是物质在生态系统中往复循环的动力
问题探究
1.如图是某森林生态系统物质和能量流向示意图,h、i、j、k表示不同用途的有机物(j是未利用部分),方框大小表示使用量,分析回答下列问题:
(1)图中h、i、k分别指代用于细胞呼吸、流入下一营养级、流向分解者的有机物量。
(2)进入该生态系统的CO2量应该包括各h产生的CO2总量和未利用部分的总和。
(3)因为能量流动是逐级递减的,所以生产者i的量大于被初级消费者同化有机物的量。
(4)能量流动是单向的,所以流向分解者的k不能被生产者直接吸收利用。
2.既然氮元素在生物群落和无机环境之间也是不断循环的,为什么还要往农田中不断地施加氮肥?
答案 物质循环是指在生物圈范围内的物质是循环的。
农田中不断有粮食产出,基本元素不断地被输出,所以要不断地施加氮肥。
3.能量在沿食物链流动时逐级递减,环境中的一些有毒物质比如农药或重金属盐是不是浓度也越来越低?
答案 伴随着物质循环过程,环境中的一些有毒物质会出现生物富集现象,即沿着食物链,营养级越高,富集物浓度越高。
3.如图为生态系统中能量流动和碳循环的关系图,据图回答下列问题:
(1)对物质循环起关键作用的生态系统的成分是[ ]和[ ]。
(2)图中的①③⑤表示的生理过程分别是:
①,③,⑤。
(3)c生物处于第营养级,若要使c增加200kg,至少需要消耗akg。
答案
(1)a 生产者 d 分解者
(2)光合作用 呼吸作用 分解作用 (3)三 5000
解析 据生态系统的能量流动和物质循环的原理可知,a为生产者,①是光合作用;b是初级消费者;c为次级消费者,②③④为呼吸作用;d为分解者,⑤为分解作用。
按照能量逐级递减的原则,若使c增加200kg至少需要a的量为200×5×5=5000kg。
一题多变
分析上题简图,不能得到的结论是( )
A.物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动
B.能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返
C.能量2、3、4、5的总和便是生产者所固定的太阳能总量
D.碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
答案 C
方法链接
能量流动和物质循环关系分析
(1)能量流动和物质循环相伴而行,但能量在传递过程中由光能→化学能→热能,而物质在循环中,由无机物(CO2)→有机物→无机物(CO2)。
(2)能量流动的终点是热能散失到无机环境中,不能循环利用。
而物质循环产生的CO2又被重新利用,所以没有终点。
三、土壤微生物的分解作用
1.实验原理
(1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物,它们在生态系统中的成分为分解者。
(2)分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物,其分解速度与环境中的温度、水分等生态因子相关。
2.案例设计
项目
案例1
案例2
实验假设
土壤微生物能分解落叶使之腐烂
土壤微生物能分解淀粉
实
验
设
计
实验组
对土壤高温处理
A烧杯中加入30mL土壤浸出液+淀粉糊
对照组
对土壤不做任何处理(自然状态)
B烧杯中加入30mL蒸馏水+与A等量的淀粉糊
自变量
土壤中是否含有微生物
是否加土壤浸出液
实验现象
在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组
A
A1
不变蓝
A2
产生砖红色沉淀
B
B1
变蓝
B2
不产生砖红色沉淀
结论分析
微生物对落叶有分解作用
土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
注:
在A1、B1中加入碘液,在A2、B2中加入斐林试剂并加热。
问题探究
1.碘液与斐林试剂的检测作用是不是一样?
答案 前者检测淀粉的分解是否彻底完成,后者检测淀粉的分解是否发生。
2.探究实验中实验组、对照组如何确定?
答案 根据题意首先弄清实验研究的自变量是什么,然后找到接受自变量处理的实验结果是未知的,为实验组;未接受自变量处理的实验结果是已知的,为对照组。
4.土壤中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌,这些微生物的数量是极其繁多的。
某同学要探究土壤微生物对淀粉是否有分解作用,设计了以下实验。
请你帮助完成有关问题。
(1)作出假设:
土壤微生物对淀粉有分解作用。
(2)实验用具及药品:
烧杯、纱布、玻璃棒、试管、酒精灯、水、蒸馏水、碘液、斐林试剂,淀粉糊等。
(3)实验步骤:
①将取自农田、林地或花盆等处的土壤放入里面垫有厚纱布的烧杯中,加水搅拌,然后将纱布连同土壤一起取出。
将留在烧杯中的土壤浸出液静置一段时间备用。
②另取两只烧杯,编号A和B,
。
③在室温(20℃左右)下放置7d,分别取A、B烧杯中的溶液20mL,各放入两支试管中,分别编号为A1、A2、B1、B2。
④在A1、B1试管中加入;在A2、B2试管中加入,并进行水浴加热。
⑤观察试管中溶液的颜色变化,记录实验结果。
(4)实验现象:
①如果支持所作的假设,则实验现象是。
②如果不支持所作的假设,则实验现象是。
答案 (3)②放入等量淀粉糊,在A烧杯中加入30mL土壤浸出液,B烧杯中加入30mL蒸馏水 ④碘液 斐林试剂 (4)①与B1、B2相比,A1无蓝色出现,A2出现砖红色沉淀 ②A1、A2的颜色分别与B1、B2相同,A1出现蓝色,A2无砖红色沉淀
解析 题目未要求确定某种微生物,而是将土壤微生物作为整体予以研究。
总体思路:
本题为探究性实验,要先作出“是”或“否”的假设;据所给药品可知,碘液是检验淀粉的,斐林试剂是检验还原糖的(即淀粉水解产物);据实验步骤(3)②,可知实验分为A、B对照;所以综合起来讲,围绕假设通过A、B的显色情况作出结论。
一题多变
另一位同学要探究土壤微生物能否分解农药,并尽快得出实验结论,用“敌草隆”(一种除草剂)进行实验:
取等量砂土分装于相同的两个容器中,a组高压灭菌,b组不灭菌。
下列有关事项的叙述中正确的是( )
A.向a、b中喷入等量的“敌草隆”,再置于同一恒温箱中培养相同时间
B.检测“敌草隆”的消失情况,预计a的“敌草隆”全部消失,b的基本不变
C.只用砂土实验效果比用几种典型土壤混合后的好
D.再增加c组作为对照,不喷入“敌草隆”,其他处理与a、b组相同
答案 A
1.从物质循环的角度看,人体内的碳元素究其根源来自( )
A.燃料中的碳B.所食动物体内的碳
C.食物中的碳D.大气中的二氧化碳
答案 D
解析 人类直接或间接以生产者为食,都是来自生产者,生产者固定的CO2来自大气。
2.关于生态系统的物质循环的叙述,不正确的是( )
A.所说的物质是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素
B.所说的生态系统是指地球上最大的生态系统——生物圈
C.所说的循环是指物质在生物群落与无机环境之间反复出现、循环流动
D.物质在循环过程中不断递减
答案 D
解析 物质循环的实质为元素在生物圈这个最大的生态系统中往复出现、循环利用,在这个过程中物质是守恒的。
3.某生物兴趣小组的同学为证明某细菌对树叶的分解作用,分别提出三种实验方案。
其共同之处是:
将同一种树的落叶分成甲、乙两等份,实验过程保持树叶湿润,其他实验条件和步骤如下表所示。
哪种实验方案能达到目的( )
序号
实验处理
甲
乙
方案一
无菌条件
自然条件
方案二
先灭菌,再放于适宜条件下
自然条件
方案三
先灭菌,再放于适宜条件下
先灭菌,然后接种某种细菌,最后置于适宜条件下
A.方案一B.方案二
C.方案三D.三个方案都不能达到
答案 C
解析 欲证明树叶的分解是由“某种细菌”所引起的,应先将树叶灭菌,排除其他微生物对实验结果的干扰,同时应将灭菌后的树叶分成两组,一组接种该细菌,另一组不接种,两组均置于适宜条件下培养,以便对比分析得出结论。
4.在自然生态系统中,物质是能量流动的载体。
下列叙述正确的是( )
A.能量可驱动物质循环
B.物质和能量可循环利用
C.能量只能在食物链中流动
D.能量和生物数量金字塔均可倒置
答案 A
解析 生态系统的主要功能是能量流动和物质循环,二者是同时进行的,彼此相互依存,不可分割。
物质作为能量流动的载体,使能量沿着食物链(网)流动;能量作为物质循环的动力,使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。
能量金字塔不可倒置,生物数量金字塔可倒置。
5.如图是生态系统的碳循环图解。
图中A~D代表生态系统的4种成分,①~⑦代表碳元素在生态系统中循环的途径。
请分析并回答下列问题:
(1)图中A代表,碳在C中以形式存在。
(2)图中代表光合作用的是,代表分解作用的是。
(3)图中B代表,它在生态系统中的作用是
。
(4)碳元素在⑤和⑦中是以形式流动,在①和⑥中是以的形式流动。
答案
(1)生产者 含碳有机物
(2)③ ⑦ (3)分解者 将动植物的遗体、排出物和残落物等中的复杂的有机物分解为简单的无机物 (4)CO2 含碳有机物
解析 图中A和D进行双向的物质传递,而且A指向B、C、D,而A、B、C指向D,可知A是生产者,C是消费者,B为分解者,D为大气中的CO2库。
图中的箭头表现了生物群落中的不同生物与无机环境的相互作用。
③是光合作用,将大气中的CO2转化为有机物中的碳。
动植物的遗体、排出物和残落物等中的复杂的有机物通过B分解者分解为简单的无机物。
②⑤为生物群落中的各种生物将有机物通过细胞呼吸分解为CO2返回大气中的过程,即细胞呼吸。
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