2019-2020年高中生物 （人教大纲版）第二册 第八章　生物与环境 3生态系统(二、备课资料).doc

2019-2020年高中生物 （人教大纲版）第二册 第八章生物与环境 3生态系统(二、备课资料)一、生态系统的结构1.形态结构生态系统的形态结构是指生物成分在空间、时间上的配置与变化，即在第三章讲过的垂直、水平和时间格局。无论在森林还是水域中，都可见到这种格局的存在。生态系统中的垂直结构（成层现象）主要是由生产者和消费者间的关系所决定的，生产者需利用太阳光能进行光合作用，而光能最强的是上层，所以森森中光合能力最大的乔木就位于最上层，即乔木层，光合能力小的其他植物则位于下层，组成了灌木层、草本层和地被层。水体中上层的光最充足，因而浮游植物多集中在上层。动物为异养生物，必须依靠植物为食或栖息，因此，它们在生态系统中也是成层分布的。同样在土壤中也有成层现象，除植物的根系外，更有成千上万的微生物和腐食生物。而一些洞穴动物，如鼠类虽栖身于土中，取食却多是在地面。由于环境条件的不均匀性，植物在地面上的分布并非是均匀的，它们随着地形、土壤、地下水、盐分等的变化而或多或少地群聚在一起，有的地段种类多些，有的地段种类少些，有的地段则很稀疏。植物分布的变化必然引起动物的变化，在植物种类多，植被覆盖度大的地段动物种类也相应多，反之就少，这就是生态系统中的水平结构。在水域中也有这种现象，浮游植物多的地方，鱼类相对多，渔民可根据这种规律捕到更多的鱼。生态系统的形态结构在时间上也会发生变化，这种特点是温带的生态系统中最明显。上述生态系统中垂直结构、水平格局及时间格局的形成和变化，实际上是组成生物群落的各个种群在生态位上分化的结果，不同种群的生态位不同，它们在群落中的时、空位置不同，因而形成了各种结构。2.营养结构食物链和食物网生态系统中的各种成分之间最重要的联系是通过营养来实现的，即通过食物链而把生物与非生物、生产者与消费者连成一个整体。食物链（food chain）是指由于营养关系在生物之间形成的一种链索关系，即能量和物质从植物开始，并一级又一级地转移到消费者动物。食物链上的每一个环节称为营养级（trophic levels）。例如，浮游植物浮游动物小鱼大鱼，树叶蚜虫瓢虫鸟类猛禽等食物链。中国有一句古语“螳螂捕蝉，黄雀在后”，其本意虽然指的是不能只看眼前利益而不顾以后的灾难，但实际上也是一条食物链，即叶汁蝉螳螂黄雀。按照一般的理解，食物链可以很长，例如，草蚜虫瓢虫蜘蛛小鸟蛇老鹰，共7个营养级；浮游植物浮游动物虾小鱼大鱼鱼鹰，有6个营养级。实际上自然界很少见到这种情况，食物链的加长不是无限的。因为当物质和能量通过食物链由低向高流动时，高一级的生物不能全部利用低一级的能量和有机物，总有一部分不能利用，这样每经过一个营养级，能量和物质都要减少。如鹿仅吃树叶、草叶和嫩枝，而留下树干、根系不能被利用，老虎吃鹿时只吃肉而剩下骨头、心脏、皮毛等，即使像大鱼吃小鱼那样全部吞食，也还有粪便排出。一般认为，后一营养级只能把前一营养级5%20%的转变成为自己的原生质。所以一般食物链只有34个营养级，5个营养级是罕见的。在生态系统中，食物链主要有三种不同的类型：牧食食物链（grazing food chain），从绿色植物开始，然后是草食动物，一级肉食动物，二级肉食动物，前面所举的例子都是这种类型；腐食食物链（detritus food chain），也称碎屑食物链，从死亡的有机体开始，例如，木材白蚁食蚁兽，植物残体蚯蚓线虫节肢动物等。寄生食物链（parasite food chain），或是从植物开始，或者从动物开始，接着是寄生物和其他动物，例如。大豆菟丝子，牛蚊子蜘蛛，鼠跳蚤，等等。上述三种类型的食物链中，、是从活的有机体开始，是从死亡有机体开始，但它们的最初起点都是植物。三种食物链中，、两种类型是最重要的。需指出的是，在生态系统中的，一种生物不可能固定在某一种食物链上，例如，牛、羊、兔、鼠等可摄食羊草，羊草就可能与4条食物链相连，再如，黄鼠狼可捕食鼠、鸟类、蛙等，它本身也可能为狐狸和狼所捕食，这样它就处在不同的营养级上。实际上，生态系统中的食物链很少是孤立出现的（除非食性都是专一的）。这样生态系统中的食物链必然是交叉链索，形成了一种很复杂的网络，即食物网（food webs）。生态系统中食物链不是固定不变的，动物在个体发育的不同阶段，食性发生改变就会引起食物链的改变；例如，动物食性的季节变化，以及杂食动物都可引起食物链的变化。食物缺乏、环境改变也能引起动物食性的变化，如狼捕食牛、马、羊、狐狸偷鸡等。在种类繁多、结构复杂的生态系统中，食物链的变化不会出现大的问题，但在有些情况下，食物链的某一环节发生变化，可能破坏整个食物链，甚至影响到生态系统的结构和功能。因此食物链的概念是非常重要的，通过食物链生物和非生物环境才能有机地联成一个整体。而生态系统中的能量流动和物质循环正是沿着食物链这条渠道实现的。二、生态系统成分的划分、作用及相互关系在生态系统中，生产者、消费者和分解者的划分是依据各自的代谢类型和在生态系统中的功能特征来决定的。即：根据某种生物在该生态系统中的功能特性分为三大类群：生产者属于自养型，是生态系统的主要成分。绝大多数进行光合作用，少数进行化能合成作用（如：硝化细菌、铁细菌、硫细菌）。消费者属于异养型，虽然存在着不同的级别，但是生态系统的非必要成分。主要指各种动物。不过有些寄生细菌，它们从活的生物体内吸取有机物，在生态系统中也扮演着“小型消费者”的角色，故寄生细菌属于消费者。分解者属于异养型，是生态系统的必备成分。然而像一些腐食性动物（如：蚯蚓、蝇、蜣螂等）也能分解残枝败叶、尸体、粪便等有机物，故腐食性动物属于分解者。总之，生态系统中的四种组成成分的相互关系是：非生物的物质和能量的作用是为各种生物提供物质和能量；生产者的作用是转化物质和能量；消费者的作用是推动物质和能量在群落中的流动；分解者的作用是把物质和能量归还到无机自然界。三、生态系统中的特殊成分自然界的生物千姿百态，形形色色，无奇不有。那么，在分析生态系统的成分时，当对某些特殊的生物作出特殊的界定，现对这些特殊的生物在生态系统中的地位作一参考性说明：绿色植物中的消费者。如食虫植物在长期的进化过程中，通过自然选择形成了特殊的捕虫器，一般生长在缺乏氮素的环境中，根系也不发达甚至退化。捕虫器内有高度分化的分泌细胞，可以分泌出消化液，消化吸收捕到昆虫的营养，以适应不良的生活环境。当然，这些植物都具有叶绿体，能进行光合作用，属于生产者（第一营养级），若当这些植物捕虫消化吸收过程发生时，就应该归为消费者（最低是第三营养级）。如：猪笼草、狸藻、瓶子草等。另外寄生在其他植物上的绿色植物菟丝子等不含叶绿体，叶子退化，仅有发达的生殖器，它们可以从寄主那里获取营养物质，属于异养型，是地道的消费者。但不是全部的寄生植物都是消费者，如：桑寄生、槲寄生等，这些植物只是寄主那里吸收水分和无机盐（同根的作用），且能通过光合作用合成自身物质，其代谢类型为自养型，属半寄生，依然属于生产者。动物中的生产者。一些单细胞的动物，如原生动物中的鞭毛虫类，其中的一部分无细胞壁，有叶绿体，能进行光合作用，符合生产者的特征。然而，当其生活环境中有现成的有机物时，可直接从环境中摄取有机物，故它们既是生产者又是消费者。又如绿眼虫既是自养生物（生产者）又是异养生物。当然也有完全营自养生活的衣滴虫。病毒应属于消费者。病毒是非细胞结构的生物，主要由核酸（DNA或RNA）和蛋白质构成，其生存的环境仅限于活细胞内。病毒繁殖时是由自身的遗传物质利用寄主细胞里的有机物为原料来合成自身物质的，并没有把寄主细胞里的有机物分解成无机物回归到无机环境中，可见，病毒不能作为分解者，应属于消费者。四、食物链的类型与营养级的大小食物链主要有三种类型，即捕食链、寄生链和腐生链。捕食链（牧食食物链）：指生物界普遍存在的由捕食关系形成的食物链。寄生链：指生物体内以寄生方式形成的食物链。如：马蛔虫寄生在马体内、某些原生动物又寄生在马蛔虫的体内。腐生链：指以动植物遗体为食物而形成的食物链。一般来说，一条食物链的营养级不超过5个，这是因为能量在沿着食物链这一主渠道流动时，大部分被消耗掉了（传递效率仅为10%20%）这样流动34个营养级后，能量就少到不足以再维持一个营养级的生命活动了。当然自然界中也有更长的食物链（67个营养级），如：棉花棉蚜食蚜蝇瓢虫麻雀鹰食鹰动物。五、典型例题分析例1生态系统中属于生产者的是A.仅限于绿色植物B.仅限于自养生物C.全部植物及细菌和真菌D.全部自养生物及部分异养生物分析：本题旨在考查生态系统的成分。生产者是指能直接将无机物合成有机物的生物成分，其同化类型应为自养型，而自养型生物除光合自养型的植物及光合细菌外，还应包括各种化能合成作用的自养型生物，如硝化细菌、铁细菌、硫细菌等。题中A选项仅指绿色植物，C选项中的细菌、真菌均为异养生物不应归为生产者，D选项也含部分异养生物，因而都不符合“生产者”概念。答案：B例2构成生态系统食物网的生物因素是A.生产者和消费者B.各级消费者C.生产者和分解者D.生产者、消费者和分解者分析：本题旨在考查生态系统营养结构及组成成分，以食物网为背景把食物链和生态因素联系在一起。大家知道，构成食物链的生物既有生产者，也有消费者，但不可能全是消费者，故排除B。分解者不参与营养级，只算生态系统的成分，故排除C、D。答案：A例3右图为一食物网，若把蛇全部捕光，请回答：（1）此食物网中，何种生物数量大量减少？_。（2）何种生物数量有增加的趋势？_。分析：此题旨在考查生态系统食物网中某种生物数量变动对其他物种的影响。从上述食物网中可以看出，蛇既是山猫的天敌，又是鹰的食物，而鹰又是兔的天敌。因而当蛇全部损光后，山猫将失去天敌的捕食，数量剧烈增加。鹰则将更多地以兔为食，保持数量基本不变，同时，山猫也是兔的天敌，山猫的增加，也将引起兔的减少，因而蛇减少的结果必然引起山猫数量的上升和兔数量的下降。答案：（1）兔（2）山猫