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第42讲　生态系统的物质循环和信息传递
SHENG WU XUE
(1)分析生态系统中的物质在生物群落与非生物环境之间不断循环的规律。
(2)举例说明利用物质循环，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。
(3)阐明某些有害物质会通过食物链不断地富集的现象。
(4)举例说出生态系统中物理、化学和行为信息的传递对生命活动的正常进行、生物种群的繁衍和种间关系的调节起着重要作用。
考点要求 考题统计 考情分析
生态系统的功能 （能量流动、物质循环、信息传递） 2023，辽宁、江苏、北京、山东、湖南、湖北、广东、全国， 2023，北京、浙江，填空, 2022，天津、辽宁、北京、山东、湖南、浙江、广东 2022，天津、江苏、北京、湖北，填空 本专题知识难度较高，要求基础要扎实。考查学生对相关生态系统的整体性的认识,或结合一些情景信息或表格信息设置题目，考查学生的应变能力、获取信息和综合分析能力。
生态系统的物质循环的定义？有什么特点？
碳循环的过程是怎样的？碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？碳是如何进出生产者、消费者、分解者的（以什么形式、通过哪种生命活动、形成了哪些产物）？
温室效应形成的原因？如何减缓温室效应实现碳中和？
什么是生物富集？生物富集的成因和危害有哪些？
物质循环和能量流动的关系？
如何探究土壤微生物的分解作用？
生态系统中的信息有哪些？信息传递的作用有哪些？信息传递在农业生产中有哪些应用？
是。因为生物圈是指地球上所有生物与其非生物环境的总和，通过物质循环构成一个物质上自给自足的系统。
生物圈是不是一个在物质上自给自足的系统？为什么？ P67
1.物质循环的概念
组成生物体的　　　　　　　　　　等基本元素，在不断进行着
从　 　　　 到　　　 　，又从　 　　　 的循环过程。
非生物环境
C、H、O、N、P、S
范围：
物质：
循环过程：
特点：
生物圈，又叫生物地球化学循环
C、H、O、N、P、S等
非生物环境 生物群落
循环往复运动，全球性
生物群落
生物群落到非生物环境
应用实例：
种养结合-如稻田中养鱼养鸭
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？P67
①农田土壤中含氮量不足以使作物高产；②农产品不断从农田生态系统输出，其中的氮元素并不能都归还土壤。
判断：任何一个生态系统，物质可被生物群落反复利用而不依赖于系统外的供应。
×
2.碳循环
(1)碳的存在形式与循环形式
①在生物群落和非生物环境间：主要以　　　　　形式循环。
②在生物群落内部：以　　　　　　形式传递。
③在非生物环境中：主要以　　　　　　　　　形式存在。
(2)碳进入生物群落的途径：生产者的　　　　和化能合成作用。
(3)碳返回非生物环境的途径：　　　　　　　　　　　　；分解者的分解作用(实质是呼吸作用)和　　　　　　　　。
二氧化碳
含碳有机物
二氧化碳和碳酸盐
光合作用
生产者、消费者的呼吸作用
化石燃料的燃烧
思考：与碳循环关系最密切的两种细胞器？
线粒体、叶绿体
2.碳循环
大气中的CO2库（无机环境）
呼吸
作用
动物
（消费者）
动物
摄食
呼吸
作用
动植物的遗体和排泄物
微生物
（分解者）
厂房
汽车
燃烧
作用
绿色植物
（生产者）
光合
作用
生物群落
泥炭、煤
石油
分解
作用
2.碳循环
大气中
的CO2库
生产者
消费者
分解者
1）如图是生态系统中碳循环的模式图
2）如图为生态系统各组成成分的关系示意图
非生物的物质和能量
如何辨图？
1.“双向箭头”
只有生产者与大气中的CO2库之间是双向的
2.“万箭归一”
箭头指向最多的是大气中的CO2库，3种生物成分都指向CO2库
3.指向分解者的箭头次之
生产者
初级消费者
分解者
大气中CO2库
生产者
消费者
分解者
生产者
初级消费者
次级消费者
大气中CO2库
分解者
次级消费者
三级消费者
①写出上面各图中字母代表的含义：
②碳元素在生物群落和无机环境之间以
形式循环往返，在生物群落内以　　 　形式传递。
③大气中的CO2首先通过［　］　 　　 　过程
进入生物群落，然后通过［ ］ 关系沿着　　　　　　 　进行传递，细菌和真菌等
微生物则从　　　　　　 中获得碳元素。
④生物群落中碳元素通过［ ］　　过程［ 　 ］ ［ ］　　___过程回到非生物
环境当中。
⑤与碳循环关系最为密切的两种细胞器是______。
遗体残骸　
CO2
含碳有机物
光合作用、化能合成作用
4 捕食　　　　
动植物遗体残骸
1 燃烧　　　　
呼吸作用
3,5
分解作用
6
线粒体、叶绿体
食物链和食物网
3）分析常见碳循环模式图
2.碳循环
现代工业出现之前，大气圈CO2长期处于相对稳定状态，主要原因？
研究发现，自养小球藻细胞转化为异养生长后，细胞内脂溶性化合物含量增加，高温下产生大量烃类化合物。请从能源利用和环保的角度预测小球藻的应用前景。
生产者通过光合作用从大气中吸收CO2的速率与通过生产者、消费者呼吸作用以及分解者分解作用释放CO2的速率大体相等
1）原因
化石燃料的大量燃烧（主要原因）
森林、草原等植被的破坏
2）危害
3）缓解措施
减少二氧化碳排放: 开发新能源，减少化石燃料燃烧;
增加二氧化碳的吸收和固定量:大力植树种草，提高森林覆盖率;
提高秸秆还田率，提高土壤储碳量。
极地和高山冰川加速融化
海平面上升
气温升高
威胁人类和其他生物的生存
3.温室效应
取代石油、煤炭等化石燃料成为可再生能源的生产者，解决能源危机；减少化石燃料开采和燃烧引起的环境污染，减少二氧化碳的排放，维持生态系统的稳定。
（1）概念: 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。
人工合成的有机物: 如DDT、六六六等。
重金属: 如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等。
比较稳定，生物体能够吸收且不易分解和排出
（2）物质
（3）生物富集的主要途径:
（4）生物富集的危害：
（5）生物富集现象的特点：
4．生物富集
在生物体内形成积累性中毒。
具有全球性，有害物质浓度随营养级增加而升高
食物链、食物网
一些放射性物质
（6）生物富集具有全球性的原因？
P64末段
5.物质循环和能量流动的关系P65
太阳能
光合作用
生产者
能量
次级消费者
分解者
呼吸
能量
初级消费者
能量
遗
体
遗
体
残枝败叶
能量
呼吸
呼吸
呼吸作用
③能量是物质循环的动力
①同时进行、相互依存、不可分割
②物质是能量流动的载体
含C有机物
含C有机物
大气中的CO2
大气中的CO2
大
气
中
CO2
5.物质循环和能量流动的关系P65
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主要为_______。
②分解者的分解速度与环境中的___________等生态因子相关。
③土壤微生物能分泌淀粉酶将淀粉分解成还原糖(麦芽糖)，淀粉遇碘变蓝色。还原糖遇斐林试剂， 在水浴加热条件下，产生________沉淀。
分解者
温度、水分
砖红色
注意：有关分解者作用的研究最好在实验室进行，原因？
可以更好的控制实验变量
2.实验流程
排除土壤微生物的作用，尽可能避免土壤理化性质的改变。
相同时间内对照组落叶腐烂，实验组不腐烂
2.实验流程
不变蓝
变蓝
产生砖红色沉淀
不产生砖红色沉淀
2.(2023·河南九师联盟)如图是某生态系统的碳循环示意图，箭头表示碳流动的方向。下列叙述错误的是(　　)
1.(2023·黑龙江大庆模拟)低碳生活、绿色经济已成为人类共识。2021年国务院政府工作报告中明确提出了“碳达峰”的目标，并制定碳排放达峰的行动方案，其中包括植树造林、节能减排、利用新能源等形式。下列有关说法错误的是 (　　)P288-289
A.碳在生物群落和非生物环境之间主要是以含碳有机物的形式进行循环
B.人类活动大量利用煤、石油等化石燃料，打破了生物圈中碳循环的平衡
C.碳循环具有全球性，因此碳循环失衡影响的是整个地球的生态环境
D.通过光合作用或化能合成作用，大气中的CO2转化为含碳有机物
A
B
A.碳在生物群落内主要以含碳有机物的形式流动
B.甲固定的能量除呼吸消耗外，其余都流入
下一营养级
C.丙和乙的种间关系为捕食和种间竞争
D.若缺少甲和丁，该生态系统将会崩溃
(2023·福建泉州调研)某生态系统中，镉在沿着食物链传递的过程中产生生物富集现象。该生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，各营养级所积累的镉的相对浓度如图所示。下列相关叙述正确的是 (　　)
C
A.图示四个营养级中的所有生物构成生物群落
B.该生态系统的食物链可表示为丙→甲→乙→丁
C.镉沿食物链不断聚集并最终积累在最高营养级，
随生物的遗体残骸等能回归非生物环境
D.四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁<甲＋乙＋丙
1.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
A.该实验遵循了单一变量原则
B.为了控制实验中的无关变量，作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理
C.该小组探究的问题包括不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解
　作用
D.预期结果是1、3组的落叶被不同程度的分解，2、4组中的落叶不被分解
2.某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5 cm左右)为实验材料，研究土壤微生物在适宜温度下的分解作用，单独处理土壤的情况见下表，处理后的土壤再与落叶混合进行实验。以下有关的叙述错误的是
分组 1组 2组 3组 4组
土壤处理 灭菌 不灭菌 灭菌 不灭菌
湿润 湿润 较干燥 较干燥
D
1.什么是信息？什么是信息传递（信息流）？P68第一段
信息三要素是什么？ P69末段
信息传递的过程:
信息源
（信息产生）
信道
（信息传输媒介）
信息受体
（信息接收）
→
→
2.回顾个体内的信息传递
（1）细胞内的信息传递
（2）细胞间的信息传递
DNA→mRNA→蛋白质
3.生态系统中信息的种类？ ★ ★ ★ （概念、举例）P69
性质 来源
物理信息
行为信息
光、声、温度、湿度、磁力等
植物:有机酸,生物碱
动物:性外激素等信息素
生物体的行为特征
无机环境或生物体
生物体的代谢产物或分泌物
生物体的动作行为
化学信息
归类：①萤火虫发出的荧光 ②蛇通过热感受器发现鼠 ③蜘蛛网的振动
④宠物狗之间通过嗅闻肛门腺辨识身份和健康状况 ⑤“燕燕于飞，差池其羽” ⑥孔雀开屏 ⑦雌蛾分泌性外激素吸引雄蛾
物理信息 ；化学信息 ；行为信息 。
① ② ③
④
⑤ ⑥
⑦
思考：（1）生态系统中信息传递的方向？
（2）生态系统中信息可来源于何处？
（3）生态系统中信息传递的范围？
作 用 举例
①蝙蝠依靠“回声定位”实现对周围环境的识别、取食与飞行
②莴苣的种子必须接受某种波长的光信息才能萌发生长
①植物开花需光信息刺激
②昆虫分泌性外激素，引诱异性个体
①草原上，草返青时，“绿色”为食草动物提供了可采食的信息
②森林中狼与兔相互依据对方气味捕食或逃跑
有利于生命活动的正常进行
有利于生物种群的繁衍
调节生物的种间关系，维持生态系统的平衡与稳定
4.信息传递在生态系统中的作用P71
1.信息传递在农业生产中的应用P71
(1)提高农产品或畜产品的产量
(2)对有害动物进行控制
2.控制动物危害的技术方法P72
信息素或声信号诱捕（干扰）害虫
引入天敌防治
扰乱动物的交配，降低繁殖率
措施
2）生物防治优点：
无污染、效果好、持续时间长、防止抗性累积
1）防治方法
——机械防治、化学防治、生物防治
外来物种入侵：打破原有生态系统的平衡。
注意：不是所有的生物防治都是应用了信息传递。
控制动物危害的技术→包含生物防治→包含利用信息传递进行生物防治
P69 想一想，生态系统中信息传递与物质循环和能量流动存在哪些差异？
（1）物质循环和能量流动借助于食物链进行；信息传递不依赖于食物链，可在同一个物种内传递，也可在不同物种间传递，还可以在非生物环境与生物体之间传递。
（2）能量流动是单向流动，物质是可循环利用的，但信息传递往往是双向的，且不能循环利用。
1.生态系统三大功能比较
D
1.(2023·辽宁大连联考)杜甫作为中国古代诗歌的集大成者，他的《江畔独步寻花七绝句》其六中“黄四娘家花满蹊，千朵万朵压枝低。留连戏蝶时时舞，自在娇莺恰恰啼”，描绘了百姓人家与大自然和谐相处的场景。下列相关叙述错误的是(　　)
A.日照时间的长短决定植物的开花期，这体现了生物种群的繁衍离不开信息传递
B.彩蝶在花丛中留连忘返，不时在花间翩翩起舞，这属于行为信息
C.黄莺的鸣叫属于物理信息，物理信息还可来自非生物环境
D.人与自然和谐相处的美景激发了诗人的创作热情，这体现了生物多样性的间接价值
B
2.(2023·重庆巴蜀中学质检)草地贪夜蛾俗称秋黏虫，外号“行军虫”，成虫借助风力可以在一夜之间飞行100公里，是世界十大植物害虫之一。草地贪夜蛾取食范围广，但明显嗜好禾本科，其低龄幼虫对农药的抵抗力最弱。下列有关说法正确的是(　　)
A.用性引诱剂对草地贪夜蛾进行诱杀属于化学防治
B.利用黑光灯对草地贪夜蛾进行常规监测利用了物理信息
C.杀灭草地贪夜蛾的最佳时期是其成虫期
D.在卵孵化初期选择喷施苏云金杆菌进行防治，利用的种间关系是捕食

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