高考生物一轮复习现代生物科技专题第4讲生态工程学案苏教版

第4讲生态工程考纲要求全国卷五年考情1.简述生态工程的原理()无考题2.生态工程的实例()无考题考点一| 生态工程的基本原理(对应学生用书第261页)识记基础梳理1生态工程的概念(1)原理和方法：生态学、系统学等学科。(2)途径：通过系统设计、调控和技术组装。(3)目标：修复或重建已破坏的生态环境，改善传统的生产方式，并提高生态系统的生产力，达到经济效益、生态效益和社会效益同步发展的工程体系。(4)特点：是一类少消耗、高效益、可持续的工程体系。2生态工程的基本原理(1)物质循环再生原理核心：生态学中的物质循环原理。含义：物质不断地在各类生态系统中进行区域小循环和全球大循环，实现物质的分层、分级利用。(2)物种多样性原理核心：生态学中物种多样性与生态系统稳定性关系的原理。含义：物种多样性程度较高的生态系统抵抗力稳定性也较高。(3)协调与平衡原理核心：生态学中生物与环境相适应的原理。含义：维持生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。如果超过环境承载力，就会引起系统的失衡和破坏。(4)整体性原理核心：生态学、系统学和经济学相统一的原理。含义：生态工程是一个社会经济自然复合系统，只有统一协调各种关系，才能保障系统的平衡与稳定。(5)系统学与工程学原理核心：系统学原理的核心是系统学中系统结构决定功能的原理，工程学原理的核心是系统整体性原理。含义：进行生态工程的设计时，要充分考虑人工生态系统内部不同成分之间的结构，通过优化这种结构，达到改善系统功能的目的。运用考向对练考向对生态工程的概念和基本原理的理解(2018湖南长沙长郡中学第12次周测)在缤彩纷呈的生物世界，微生物似乎显得过于微小与沉寂。然而，它们在生态工程中有着重要的作用，如处理生活污水。请回答下列问题：(1)生活污水流经某生活污水净化处理系统中的“厌氧沉淀池”、“曝气池”和“兼氧池”后得到初步净化，在这个过程中，微生物通过_呼吸将污水中的有机物分解。(2)生态工程中所遵循的基本原理有_、_、协调与平衡原理、整体性原理、系统学与工程学原理等。(3)一般来说，生态工程的主要任务是对已破坏的_进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善并提高生态系统的生产力， 追求_、经济、社会效益的统一。(4)很多微生物只能分解某一种有机物，如果想培育出能分解生活污水中多种有机物的“超级微生物”，理论上可以采用_技术对现有微生物进行改造，该技术的核心是_。如果在个体水平上检测改造的微生物是否符合要求，可采用的检测方法是_。解析(1)厌氧沉淀池中的微生物通过无氧呼吸将污水中有机物分解，曝气池中的微生物通过有氧呼吸将污水中有机物分解，兼氧池中的微生物通过有氧呼吸和无氧呼吸将污水中有机物分解。(2)生态工程中所遵循的基本原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学与工程学原理等。(3)一般来说，生态工程的主要任务是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生产方式进行改善并提高生态系统的生产力，追求生态(或自然生态)、经济、社会效益的统一。(4)很多微生物只能分解某一种有机物，如果想培育出能分解生活污水中多种有机物的“超级微生物”，理论上可以采用基因工程技术对现有微生物进行改造，该技术的核心是基因表达载体的构建。如果在个体水平上检测改造的微生物是否符合要求，可采用的检测方法是用含不同种有机物的培养基分别培养改造后的微生物，观察其分解能力。答案(1)无氧和有氧(或细胞)(2)物质循环再生原理物种多样性原理(3)生态环境生态(或自然生态)(4)基因工程(或基因拼接、转基因)基因表达载体的构建用不同种有机物分别培养改造后的微生物，观察其分解能力规律总结 “网络法”理清生态工程概念和原理 1概念2原理考点二| 生态工程的实例(对应学生用书第262页)识记基础梳理1我国的生态工程建设(1)我国生态工程不仅要保护环境和资源，更迫切的是要以有限的资源为基础，生产出更多的产品满足人口增长与社会发展的需要。(2)我国生态工程所研究的对象，不仅是自然或人为构造的生态工程，更多是社会经济自然的复合生态系统。2我国生态工程建设的实例(1)治污生态工程内容：包括污水治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、湖泊或水源地治理生态工程等。涉及方面：固体、液体和有机废弃物的处理，生物肥料的研制、湖区污染的治理、塑料的再生利用等。实例：“人工湿地”生态工程：人为建设的利用湿地净化污水的生态工程。(2)生态恢复工程概念：对于受到不同程度干扰或破坏的生态系统的保护、修复和改善。首要步骤(第一步)：恢复植被。实例：a矿山废弃地生态恢复工程：在植被恢复的过程中，要注意选择生长快、抗逆性强的树种，优先选择固氮树种，尽量选择适应性强的乡土树种和先锋树种。b林业生态建设：.目标：维护环境与发展经济。.基础：优化土地利用。.依据：发挥水土资源和生物资源的生产潜力。c西部的生态治理：西部环境恶化的实质是水土流失。(3)生态农业工程依据：生态学理论。前提：环境与经济的协调发展。特点：多层次、多功能的农业生产。目的：促进物质在系统内的循环和重复使用，以最少的投入获取最大的经济效益和生态效益。指导思想：保持系统内生态平衡。实例：留民营村生态农业。理解深化探究农业生态系统的设计原则1应当能够体现生态学原理与现代农业技术相结合的原则。2应当能够构成一个合理的生产结构。3应当体现充分利用自然界的物质和能量资源的原则。4应当体现减少环境污染的原则。5应当充分考虑经济、社会和生态的综合效益。6所设计的农业生态系统，从理论上看应当能够实现良性循环。运用考向对练考向生态工程实例分析1(2018湖南四市模拟)某研究性学习小组参观长沙市郊建立的以沼气为中心、以保护生态环境为目标的“四位一体”生态农业(人居种植养殖沼气)时绘出了如下模式图，请分析回答：(1)构建以沼气为中心的“四位一体”生态农业时所依据的主要生态学原理是_，该生态农业最大的优点是_。(2)该生态系统的生产者是_，蘑菇在该生态系统的成分中属于_。在农业生产上，将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提高蔬菜产量，其原因是_。(3)利用植物秸秆生产乙醇时，植物秸秆经预处理后，被微生物A所产生的_酶水解，转化成葡萄糖。在控制_的情况下，能促进微生物B的发酵过程。写出微生物B发酵过程的相关反应：_。(4)秸秆在沼气池中处理成沼渣后有利于植物的吸收利用，原因是_。(5)为进一步提高经济效益，养猪场引进了一头肉质优良的花猪，运用_(填“DNA重组”“核移植”或“胚胎分割”)技术可实现利用当地品种生产花猪的设想。解析(1)图中的生态农业为无废弃物农业，通过农业废弃物资源化，实现物质的多级循环利用，减少污染，在资源有限的情况下，充分发挥资源潜力，建立良性物质循环体系，促进农业持续稳定地发展。(2)该生态系统的生产者为水稻、大豆和蔬菜，蘑菇为腐生真菌，是分解者。蘑菇通过细胞呼吸产生的CO2能供给蔬菜进行光合作用。(3)植物秸秆的主要成分是纤维素，能在纤维素酶的催化下水解，转化成葡萄糖。微生物发酵产生乙醇需在无氧条件下，进行的是无氧呼吸。(4)秸秆中的有机物被分解为无机物，成为植物易于吸收的营养物质。(5)利用肉质优良的花猪的体细胞核与当地品种的卵母细胞的细胞质进行重组，获得的重组细胞再经过早期胚胎培养和胚胎移植即可实现利用当地品种生产花猪的设想。核移植技术也叫克隆技术。答案(1)物质循环再生提高物质和能量利用率，减轻环境污染(或实现物质和能量的多级利用，减少环境污染)(2)水稻、大豆和蔬菜分解者蘑菇细胞呼吸放出二氧化碳，为蔬菜的光合作用提供原料(3)纤维素通气C6H12O62C2H5OH2CO2少量能量(4)微生物将秸秆中的有机物分解为无机物(5)核移植2(2018海淀区模拟)如图是我国南方比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。请分析回答下列问题：(1)在不考虑人工投入的情况下，流经该生态系统的总能量(总初级生产量)是_。人们将蚕沙(蚕的粪便)投入鱼塘，被鱼等水生生物食用，蚕沙中所含的能量主要属于第_营养级。(2)鱼等水生生物的排泄物及未被利用的有机物和底泥，其中一部分经过_作用后可作为肥料，返回桑基，培育桑树。(3)建立该人工生态系统的目的是实现对能量的_，提高能量的利用率。与种植单一作物的农田相比。该生态系统的自我调节能力_。(4)建立该生态系统遵循的原理主要是_、_。解析(1)粪便中的能量是未被同化的能量，故某一营养级生物粪便中的能量是上一营养级同化的能量。即蚕沙中的能量是生产者同化的能量。(2)有机物经微生物的分解作用可转化为无机物，被植物利用。(3)人工生态系统可以实现对能量的多级利用，从而提高能量的利用率。自我调节能力的强弱取决于生态系统物种的丰富度，该生态系统的生物种类较作物单一的农田生态系统复杂，故该生态系统自我调节能力较强。答案(1)生产者(或桑树)通过光合作用固定的太阳能总量一(2)分解者(或微生物)的分解(3)多级(或充分)利用较强(4)物质循环再生原理物种多样性原理技法总结 建设生态工程时应注意两点 1在进行生态工程建设时，应积极利用自然生态系统的强大自我恢复力，节省投资。2生态恢复力有限，不能认为有了生态工程，就可以先污染、破坏，然后再治理。真题验收| 感悟高考淬炼考能(对应学生用书第263页)1(2014重庆高考节选)为治理某废弃采石场的生态环境，对其进行了公园化建设。(1)对其进行整理和覆土，并选择适生植物进行人工造林，不同恢复时期的植物物种数如图所示。t0t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的_转化为无机物，使土壤条件得到改善；同时由于人工林土壤中存在_，导致群落中植物物种数增加；t1t3，人工林抵抗力稳定性的变化是_；群落中植物物种数逐渐增加，物种之间_加剧。(2)通过人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，这主要体现了生态工程的_原理。解析(1)t0t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的分解者分解成无机物，使土壤条件得到改善。改造的废弃采石场中的土壤中存在一些种子或其他繁殖体，所以在群落演替过程中植物物种数会增加。t1t3，由于人工林中的植物物种数增加，所以人工林的自我调节能力逐渐增强，导致人工林的抵抗力稳定性也逐渐增加。在一个群落中，植物之间因光照、土壤中的水分和无机盐等因素而具有竞争关系。(2)生态工程的整体性原理是指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。答案(1)分解者种子或繁殖体增强竞争 (2)整体性(系统论)2(2013广东高考)污水处理厂的污泥富含有机质和无机成分，可用作肥料，但其多环芳烃(PAHs)等有机污染物含量通常较高，施入土壤会带来二次污染。生物质炭是由作物废弃秸秆等炭化而成。将污泥、含7%生物质炭的污泥均堆放一段时间后用于盆栽实验，研究它们对黑麦草生长及PAHs迁移的影响，结果见下表。测定项目红壤红壤污泥红壤含7%生物质炭的污泥土壤PAHs含量(g/kg)5271 079765黑麦草叶绿素含量(mg/g)2.02.12.3黑麦草每盆干重(g)1.72.32.7黑麦草PAHs含量(g/kg)401651428(1)生物质炭孔隙结构发达，能改善土壤的通气状况，使根系细胞_加强，_合成增加，从而促进根系对土壤养分的吸收。(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥_，从而促进黑麦草生长；污泥的施用使土壤和黑麦草的PAHs含量_，但生物质炭的输入_，从而降低PAHs污染的风险。由此可见，生物质炭有望用作污泥改良剂，促进污泥的推广应用。污泥的应用符合生态工程的_原理。解析(1)生物质炭能改善土壤的通气状况，增加土壤中的氧气量，使根系细胞的有氧呼吸加强，ATP的产生量增加，为根系主动运输吸收养分提供能量。(2)由表可知，施用含生物质炭的污泥时，黑麦草叶绿素含量增加，从而促进黑麦草的生长。与只施用污泥相比，施用含生物质炭的污泥能降低土壤和黑麦草中PAHs的含量，说明生物质炭的输入能降低污泥中PAHs的含量，从而降低PAHs污染的风险。污泥中含有大量的有机质和无机成分，施用污泥的目的是使其中的养分直接或间接地被植物吸收利用，因此利用了物质循环再生的生态工程原理。答案(1)有氧呼吸ATP(2)能增加黑麦草叶绿素含量升高能降低污泥中PAHs的含量物质循环再生3(2011全国卷)现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池曝气池兼氧池植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。回答问题：(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。在这个过程中，微生物通过_呼吸将有机物分解。(2)植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了_(填“生态系统”“群落”或“种群”)。在植物池的食物网中，植物位于第_营养级。植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于_所固定的_能。(3)生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、_和_等原理。(4)一般来说，生态工程的主要任务是对_进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。解析(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池的过程中，厌氧沉淀池中厌氧微生物通过无氧呼吸将有机物分解，曝气池中需氧型微生物通过有氧呼吸将有机物分解，兼氧池中微生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。(2)该植物池中的生产者、消费者和分解者共同组成了群落；植物为生产者，属于第一营养级；生态系统中消费者和分解者的能量都是最终来源于生产者固定的太阳能。(3)生态工程需遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。(4)通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修复和改善，可提高生态系统的生产力。答案(1)无氧和有氧(或细胞)(2)群落一生产者太阳(3)物质循环再生物种多样性 (4)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)1生态工程是通过系统设计、调控和技术组装，修复或重建已破坏的生态环境，改善传统的生产方式，并提高生态系统的生产力，达到生态效益、经济效益和社会效益同步发展的工程体系。2生态工程的基本特点是少消耗、多效益、可持续的工程体系。3生态工程的基本原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统和工程学原理。4物质循环再生原理的基础是物质循环；物种多样性原理的基础是生态系统的稳定性；协调与平衡原理的基础是生物与环境的协调和平衡；整体性原理的基础是社会、经济和自然构成复合系统；系统学和工程学原理的基础是系统的结构决定功能。5治污生态工程包括污水治理生态工程、城市垃圾处理生态工程、湖泊或水源地治理生态工程等。6生态恢复是生态退化的逆转过程，其首要步骤是恢复植被。7生态农业是以生态学理论为依据，以环境与经济的协调发展为前提，在一定区域内，因地制宜地规划、组织和开展多层次、多功能的农业生产。