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第3节 生态系统的物质循环
第三章 生态系统及其稳定性
人教版（2019） 选择性必修二
第二课时
学习目标
2.尝试探究土壤微生物的分解作用（科学探究）
1.关注碳循环平衡失调与温室效应，关注生物富集（社会责任）
生物群落
C、H、O、N、P、S等元素
非生物环境
温故而知新
物质循环
非生物环境
生物
群落
进入
回归
四、生物富集
问题探讨
土壤中的微生物能够分解有机物，这是物质循环过程中的重要一环。生态系统中的消费者能够加快物质的循环过程。
是不是所有物质都能较快地通过食物链回归非生物环境呢
某些元素能够在体内形成比较稳定的化合物，不易被生物体排出，从而积蓄在生物体内，很难回归到非生物环境中。
铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高
煤燃烧、有色金属冶炼
铅被排放进入大气
沉降在土壤和植被表面
进入土壤
进入水体
植物根吸收叶片摄入铅
水生植物、浮游动物直接吸收铅，动物饮用含铅的水，直接摄入铅
铅进入体内形成多种比较稳定的铅的化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易被排出，积蓄在体内
含铅生物被更高营养级动物食用，沿食物链聚集
最终积累在食物链的顶端
1.铅在生物体内的积累
四、生物富集
2.生物富集的定义
生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象。称作生物富集(bio-concentration)。
①生物富集的成因
在生物体内形成稳定的不易排出的物质
②存在生物富集现象的物质
铅(Pb) 镉(Cd) 汞(Hg) DDT 六六六 一些放射性物质
DDT，即双对氯苯基三氯乙烷，是一种人工合成的有机氯杀虫剂，它不易分解，易溶于脂肪并积累在动物脂肪中。
四、生物富集
③具有全球性
有害物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地，因此，生物富集也是全球性的。
④生物放大作用（生态浓缩）
有害物质在生物体内的浓度沿食物链不断升高，营养级越高，积累剂量越大，这种现象称为生物放大作用。
环境/生物 海水 浮游植物 蛤 银鸥
DDT浓度 5.0×10-11g 4.0×10-8g 4.2×10-7g 75.5×10-6g
四、生物富集
2.生物富集的定义
海水
沉积物
浮游植物
浮游动物
无脊椎动物
鱼
海鸟
海洋哺乳动物
0.000002mg/L
0.005~0.16mg/L
8mg/kg
10mg/kg
5~11mg/kg
1~37mg/kg
110mg/kg
160mg/kg
生物放大
④生物放大作用
PCB(多氯联苯)通过食物链的放大
四、生物富集
④生物放大作用
应用
a.在湖泊里种植大量芦苇，芦苇可以吸收水中的有毒物质，而且芦苇抗毒能力非常强，然后将芦苇进行封存，防止有毒物质重新进入环境。
b.某些有益的物质(如：黄金、钽等珍贵稀有物质)也可沿食物链浓缩，这就为人类从生物体中提取某些稀有物质或元素提供一种方法。
四、生物富集
生物富集与生物放大的区别与联系
比较 项目 生物富集 生物放大
区别
联系 有害物质在生物体内形成稳定的不易排出的物质
通过食物链逐步浓缩
生物富集是生物放大的前提
四、生物富集
生物富集的危害：在生物体内形成积累性中毒。
进入人体的甲基汞在体内代谢缓慢，且不易排出，严重时会引起中毒。通过血脑屏障进入大脑的汞会侵害脑神经，导致脑萎缩。
1952年，日本5万多只猫集体跳海自尽
2017年9月24日《水俣公约》第一届缔约国会议开幕，日本患者呼吁加强管控
四、生物富集
(6)由于人工碳排放过度，破坏了生态系统的碳平衡，导致大气中二氧化碳浓度增加并引起全球气候变化。( )
(7)铅可沿食物链进入人体，在人体内的浓度可能超过环境浓度。( )
(1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。( )
(2)碳的循环在生物群落内部是以CO2的形式进行的。( )
(3)光合作用推动碳循环过程，促进了生物群落中的能量循环。( )
(4)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。( )
(5)碳循环的进行伴随着能量流动，但由于生物体不能在代谢中利用热能，所以能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。( )
×
×
×
√
√
√
√
易错辨析
秋天刚收获的花生
第二年春天从土中刨出的花生
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______。
(2)分解者的作用是将环境中的______分解为______，其分解速度与环境中的_____、水分等生态因子相关。
分解者
有机物
无机物
温度
五、探究：土攘微生物的分解作用
参考案例1
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
实验变量分析
五、探究：土攘微生物的分解作用
提出问题
实验假设
实验设计 自变量
实验组
对照组
实验现象
结论分析
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
落叶在土壤微生物的作用下可以腐烂
土壤中是否含微生物
对土壤高温处理（灭菌）
对土壤不做任何处理（自然状态）
相同时间内对照组落叶腐烂，实验组不腐烂
土壤微生物对落叶有分解作用
1.选材
以带有落叶的土壤为实验材料。
带有落叶的土壤中含有土壤微生物较多，好氧微生物主要生活于土壤表层。
土壤微生物通过分泌胞外酶，将底物分解为简单的分子，然后通过细胞膜吸收营养物质。
参考案例1
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？
五、探究：土攘微生物的分解作用
2.实验步骤
第1步：分组编号
取两个玻璃容器，一个贴上“甲组”标签，另一个贴上“乙组”标签。
第2步：设置自变量
将准备好的土壤分别放入两个玻璃容器中，将乙组放入恒温箱60℃灭菌1h，作为实验组。甲组不做处理(自然状态)，作为对照组。
五、探究：土攘微生物的分解作用
第3步：统一处理
取大小、形态相同的落叶，清洗干净后均分成2份，分别用纱布包好，埋入2个容器中，深度约5cm。
第4步：因变量检测
将2个容器放于实验室相同的环境中，一段时间后，取纱布包，观察比较对照组与实验组落叶的腐烂程度。
2.实验步骤
五、探究：土攘微生物的分解作用
3.实验结果及结论
结果：对照组(土壤不灭菌)的叶片比实验组(土壤灭菌)的叶片腐烂程度严重。
结论：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的。
提示：检测因变量的另一种方法
实验前称叶片干重的重量，实验后称叶片干重的重量，比较实验前后叶片干重的变化量。
五、探究：土攘微生物的分解作用
为探究落叶是否在土壤微生物的作用下腐烂，下列各项构成了一个实验设计，其中不符合实验目的和步骤的是(　　)
A.可选择带有落叶的土壤为实验材料，筛出落叶和土壤
B.将落叶平均分成两份，把土壤也平均分成两份
C.将土壤分为两组，对照组土壤进行接种微生物处理，实验组土壤不做处理
D.将落叶分别埋入两组土壤中，观察腐烂情况
C
拓展练习
参考案例2
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
实验变量分析
五、探究：土攘微生物的分解作用
提出问题 实验假设 实验设计 自变量 实验组 对照组 实验现象 加入 碘液 A1
B1
加入斐林试剂 A2
B2
结论分析 土壤微生物能分解淀粉吗？
土壤微生物能分解淀粉
土壤中是否含有分解淀粉的微生物
A杯中加入适量淀粉糊+30mL土壤浸出液
B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸馏水
不变蓝
变蓝
产生砖红色沉淀
不产生砖红色沉淀
土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
纱布
烧杯
土壤
水
玻璃棒
水
取出
碘液
斐林试剂
加热
1.配制土壤浸出液
1. 实验原理
淀粉
碘液
变蓝
淀粉
葡萄糖
产生砖红色沉淀
分解
斐林试剂
加热
2. 实验步骤
参考案例2
五、探究：土攘微生物的分解作用
2.另取两只烧杯，编号A、B
淀粉糊
加入土壤浸出液
加入碘液
A
B
加入蒸馏水
A1
A2
B1
B2
加入碘液
加入斐林试剂
加入斐林试剂
实验结果
不变蓝
出现砖红色沉淀
变蓝
不出现砖红色沉淀
室温（20℃）环境放置7d后
参考案例2
五、探究：土攘微生物的分解作用
3.实验结果及结论
②结论：土壤微生物对淀粉有分解作用
①结果
B烧杯
等量蒸馏水＋淀粉
A烧杯
土壤浸出液＋淀粉
A1试管
A2试管
B1试管
B2试管
加碘液
加斐林试剂
加热
观察颜色变化
加碘液
加斐林试剂
加热
不变蓝
出现砖红色
变蓝
不出现砖红色
五、探究：土攘微生物的分解作用
为了解土壤微生物能否分解农药，并尽快得出实验结论，有人用“敌草隆”(一种除草剂)进行实验：取等量砂土分装于相同的两容器中，a组高压灭菌，b组不灭菌。下列有关叙述正确的是(　　)
①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
②检测“敌草隆”的消失情况，预计a中的“敌草隆”含量不变，b中的全部消失
③只用砂土，实验效果不如用几种典型土壤混合后的好
④各再增加c组作为对照，不喷入“敌草隆”，其他处理与a、b组相同
A.①　　　 B.②③　　 C.①③　　 D.①③④
C
拓展练习
1.能量流动和物质循环是生态系统的主要功能。判断下列相关表述是否正确。
(1)物质循环发生在生物群落与非生物环境之间。 （ ）
(2)能量流动和物质循环是两个相对独立的过程。 （ ）
√
×
课堂练习
2.竹子中纤维素含量很高。大熊猫每天要吃大量竹子，但一般只能利用其中一小部分纤维素。研究表明，大熊猫的基因组缺少编码纤维素酶的基因，但是肠道中有多种纤维素分解菌。
(1)大熊猫与它肠道内某种纤维素分解菌的种间关系为（ ）
A.捕食 B.寄生 C.互利共生 D.原始合作
(2)下列叙述不合理的是（ ）
A.大熊猫是初级消费者，属于第二营养级
B.大熊猫未消化的纤维素会被分解者利用循环
C.纤维素分解菌促进了生态系统中的物质
D.能量流动方向是竹子→大熊猫一纤维素分解菌
C
D
课堂练习
4.生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统 为什么
是。生物圈是指地球上所有生物与其非生物环境的总和，它们通过物质循环构成一个物质上自给自足的系统。
3.在生态系统中，使二氧化碳进入生物群落的生物主要是（ ）
A.细菌 B.真菌 C.动物 D.绿色植物
D
课堂练习
5.同碳元素一样，氮在生物群落和非生物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呢
农田是人工生态系统，是以提高农作物的产量，使能量更多地流向人类，满足人类需要为目的的。农田土壤中氮的含量往往不足以使作物高产，加之农产品源源不断地自农田生态系统输出，其中的氮元素并不能都归还土壤，所以需要施加氮肥。这与物质循环并不矛盾。
课堂练习
3.下表为生活在某库区水域中层的几种鱼体内重金属的含量(单位： ng.g-1)。请据表推测这几种鱼中，草食性的鱼是______，杂食性的鱼是_______，肉食性的鱼是_______为什么
鱼的种类 A B C D E
Hg 17.8 61.9 70.4 117.0 112.0
Pb 27.3 34.9 52.5 84.3 75.8
Cd 8.8 14.1 10.3 21.9 41.6
D和E
A
B和C
这三种重金属(Hg、Pb、Cd)会富集在鱼体内，并沿食物链逐渐在鱼体内聚集，营养级越高，它们的相对含量越高。A鱼体内三种重金属的含量都是最低的，因此A为草食性，鱼B和C鱼体内，三种重金属的含量都高于A，但低于D和E，因此B和C可能是杂食性鱼；D和E鱼体内，三种重金属的含量都远高于A、B和C，因此D和E可能是肉食性鱼。
课堂练习
归纳小结
化石燃料
谢 谢

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