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第3节
生态系统的物质循环
（第2课时）
第三章 生态系统及其稳定性
教学目标
目标
01
02
03
构建生态系统物质循环的模式图，培养运用科学思维分析问题、解决问题的能力。(科学思维)
通过比较物质循环与能量流动的关系，建立普遍联系的观点及生命系统的物质和能量观。(生命观念)
关注碳循环平衡失调与温室效应，关注生物富集(社会责任)
资料1：铅对人体血液、血管、肾脏、生殖腺和神经系统等均有毒害作用。在儿童中，铅中毒症状尤为明显。 自2013年起，联合国环境规划署和世界卫生组织联合号召：每年十月底在全球开展“预防铅中毒国际行动周”活动。
（1）实例——铅的富集:
二、生物富集
资料2：铅在植物组织中可致光合作用及脂肪代谢的强度减弱，吸水量减少，耗氧量增大，阻碍植物生长，甚至导致死亡。
资料3：铅对微生物也具有毒害作用。
（1）实例——铅的富集:①铅循环的主要过程
煤燃烧、有色金属冶炼
大气
沉降
土壤表面
植被表面
水体
根从土壤中吸收铅
叶片摄入吸附的铅
水中植物、浮游动物会直接吸收水中的铅
颗粒
排放
动物饮用含有铅的水，也会直接摄入铅
二、生物富集
水
水底沉积物
中国血蛤
资料1：不同采样点中水、水底沉积物和中国血蛤体内铅浓度
结果：铅在中国血蛤体内的浓度超过环境浓度。
生物富集
中国血蛤
（Hiatula chinensis）
铅浓度(ppm)
采样点1 采样点2 采样点3 采样点4
（1）实例——铅的富集:②分析铅浓度在生物体中的特点
二、生物富集
煤燃烧、有色金属冶炼
大气
沉降
土壤表面
植被表面
水体
颗粒
排放
人体
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
含铅的生物被更高营养级的动物食用，铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端
二、生物富集
（1）实例——铅的富集:③分析铅浓度在生物体中的特点
①营养级 1 2 3 4
②合成1 kg干重所需能量 假设均为100 ③捕食上一营养级一个生物能获得的能量 设为100 10 1 0.1
④需要捕食上一营养级生物个体数 — 10 100 1 000
⑤个体内铅含量为第1营养级个体内铅含量的倍数 1 10 1 000 1 000 000
⑥个体内铅浓度（1 kg干重中铅的含量） 1 10 1 000 1 000 000
成因：1.能量流经各营养级时，逐级递减；
2.铅在生物体内形成难以降解的化合物，不易排出。
（1）实例——铅的富集:④分析铅浓度在生物群落内会放大的原因
二、生物富集
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。
(2)概念：
(3)常见存在生物富集现象的污染物
①重金属：如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等
②人工合成的有机化合物：如DDT、六六六等
(4)发生生物富集的物质的特点
①富集物质在环境和生物体中存在形式是比较稳定的；
②富集物质必须是生物体能够吸收的且不易排出的；
③富集物质在生物代谢过程中是不易被分解的；
(5)生物富集的主要途径：
食物链、食物网
二、生物富集
6.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
问题：若某地发生铅污染，谁会是群落中铅含量最高的群体？这种现象只会发生在污染地区吗？从中归纳总结出生物富集的特点？
二、生物富集
(7)生物富集现象的特点
①具有全球性
原因：
导致生物富集的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
②有害物质在生物体内的浓度会沿食物链不断升高
鱼鹰（2.5×10-5）
大鱼（2×10-6）
小鱼（5×10-7）
植物（4×10-8）
水（3×10-12）
有害物质在生物体内的浓度
如右图测定结果显示DDT浓度沿食物链放大了一千万倍
二、生物富集
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
生物富集的实例——PCB(多氯联苯)
（2）有害物质会沿食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端(即随营养级升高，浓度逐级递增，呈现生物放大现象)
二、生物富集
(7)生物富集现象的特点
8.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。
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
二、生物富集
1952年，日本5万多只猫集体跳海自尽
三、能量流动和物质循环的关系
项目 能量流动 物质循环
形式
特点
范围
联系 主要以有机物为载体
无机物、有机物
生态系统的各营养级之间
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循环往返的动力
单向流动，逐级递减
循环往复
生物圈(全球性)
例.下列关于生态系统中物质循环和能量流动叙述，错误的
随堂练习
A
A.使用粪便作为肥料，其能量可以流向植物，实现了对能量的循环利用
B.碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
C.非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用
D.能量流动和物质循环是同时进行的，彼此相互依存，不可分割
四、探究土壤微生物的分解作用
(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______ 。
秋天刚收获的花生
第二年春天从土中刨出的花生
(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
实验原理
提出问题
作出假设
1
2
3
设计实验方案
进行实验
4
5
分析结果、得出结论
表达和交流
6
实验流程
四、探究土壤微生物的分解作用
采集土壤微生物的方法
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
采集带有落叶的土壤
土壤垂直剖面模式图
枯枝落叶层
有机碎屑层
腐殖质层
淀积层
枯枝落叶层
有机碎屑层
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。
四、探究土壤微生物的分解作用
如何证明土壤微生物具有分解作用？
有机物的分解
现象
本质
分解过程中，物质发生怎样的变化？
落叶等的腐烂
影响
因素
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
四、探究土壤微生物的分解作用
问题1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
可能的实验现象（以一片落叶为例）
一个月后的落叶
新采集的落叶
四、探究土壤微生物的分解作用
问题2：土壤微生物能分解淀粉
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
可能观察到的实验现象
加碘液：
加斐林试剂：
四、探究土壤微生物的分解作用
参考案例1：
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
增加重复次数（每组落叶等量若干，组内设置多组等）
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
四、探究土壤微生物的分解作用
土壤进行处理，排除土壤微生物的作用
土壤不进行处理，自然状态
注意：同时要尽可能避免土壤理化性质的改变（例如，将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中处理一小时。
落叶未腐烂
落叶腐烂
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
参考案例1：
四、探究土壤微生物的分解作用
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
进行实验观察和结果记录
培养时间 第1周 第2周 第3周 第4周
对照组落叶 平均干重
实验组落叶 平均干重
（实验组-对照组）平均干重
参考案例1：
四、探究土壤微生物的分解作用
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
参考案例1：
分析可能的结果和得出对应的结论
相同时间内（实验组-对照组）平均干重
结论
正值 落叶是在该土壤中微生物的作用下腐烂
0或者负值 落叶在该土壤中微生物的作用下不腐烂
四、探究土壤微生物的分解作用
参考案例2：
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
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
四、探究土壤微生物的分解作用
一、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
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
二、实验步骤
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
四、探究土壤微生物的分解作用
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
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
四、探究土壤微生物的分解作用
参考案例2：
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
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
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
四、探究土壤微生物的分解作用
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
实验过程中要控制变量，让实验组和对照组除自变量以外的条件保持一致。本实验可能等几天甚至几周以上的时间才能出结果，因此要有计划地观察和记录
四、探究土壤微生物的分解作用
背景资料
提出问题
做出假设
设计实验方案
进行实验
分析结果、得出结论
表达交流
1.落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的
2.土壤微生物能分解淀粉
四、探究土壤微生物的分解作用
课堂小结
1.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
C.纤维素分解菌促进了生态系统中的物质循环
D.能量流动方向是竹子→大熊猫→纤维素分解菌
C
D
随堂练习
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
1.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。
二、拓展应用
2.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。
随堂练习
4.（2020·新课标Ⅲ）生态系统的物质循环包括碳循环和氮循环等过程。下列有关碳循环的叙述，错误的是（ ）
A. 消费者没有参与碳循环的过程
B. 生产者的光合作用是碳循环的重要环节
C. 土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节
D. 碳在无机环境与生物群落之间主要以CO2形式循环
A
随堂练习
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