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(共36张PPT)
专题九
现代生物科技专题
考点四
生态工程
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考点四
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谢谢观赏考点四　生态工程
1.理清生态经济、循环经济、生态工程之间的关系
2.理清生态工程的原理和实例
3.把握生态工程基本原理的判断方法
（1）强调物质循环、废物利用、减轻环境污染→物质循环再生原理。
（2）体现物种多、营养关系复杂→物种多样性原理。
（3）强调生物与环境的协调与平衡、涉及环境承载力→协调与平衡原理。
（4）涉及自然、经济和社会，指整个系统，如林业生态工程建设→整体性原理。
（5）涉及结构、功能，分布式、集中式、环式→系统的结构决定功能原理（系统学和工程学原理）。
（6）涉及系统组分的比例关系、总体功能大于各部分之和；指系统内部，如互利共生→系统整体性原理（系统学和工程学原理）。
注意：整体性原理和系统整体性原理的对比分析：
（1）整体性原理指社会、经济、自然三方面协调统一，保障整个系统的稳定与平衡，如林业建设中自然系统、社会系统与经济系统的关系问题，即种树的同时考虑经济收入、粮食、燃料等问题。
（2）系统整体性原理指总体功能大于各部分之和，即1＋1>2，目的是保持系统有很高的生产力，如藻类和珊瑚虫组成的高效的植物—动物营养循环使珊瑚礁能够保持很高的系统生产力，体现了系统整体性原理。
1.生态农业的指导思想是环境与经济协调发展。
2.生态农业的3个易混点：可以实现对物质和能量的多级利用；减少对能源和资源的消耗；减少环境污染。
3.记准生态工程的主要任务：对已被破坏的生态环境进行修复，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。
4.建立不同的生态工程要依据不同的原理，因地制宜，不能生搬硬套。
5.湿地生态恢复工程中，对湿地的恢复，不是简单的退耕还湿地或建立自然保护区就可以有效的。在很大程度上还取决于湿地上、中游的水土保持情况，以及如何解决迁出农民的生计问题。
6.由于矿区废弃土地养分极其贫瘠，因此恢复矿区生态环境，首先要平整压实土地，人工制造表土；然后在人造表土上植树种草。
1.你能举出两个外来物种入侵的实例吗？为什么外来物种入侵会造成严重的危害？
提示：外来物种进入新的生态系统之后，由于没有天敌，极易造成生长失控，破坏生态系统的结构。比如，外来的植物疯长，可以对本地一年生和多年生植物的结构比例造成严重影响，通过对植被的生长和结构的影响，从而造成物质循环和能量流动的改变。又如，外来的动物种类，由于它们的选择性觅食和破坏，也会造成物质循环和能量流动的改变。物质循环和能量流动的改变会对生态系统造成严重破坏，比如，有人将美洲食人鲳引入，这一入侵物种就可能会对当地生态系统造成长久性的破坏。
2.回答下列有关生态工程的问题：
（1）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传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。
（2）生态农业建设中，处理秸秆的主要方式是用作沼气发酵和培养食用菌，而不采用燃烧的方法。这样做有哪两方面的意义？
①__________________________________________
___________________________________________；
②_________________________________________。
（3）通过饲养家禽、家畜，栽培食用菌，提高农民经济收入，使保护环境和发展经济相互协调，体现了生态工程的　　　　原理。
提示：（1）遭到破坏的生态环境（或受损的生态系统）　（2）①大大提高了能量的利用效率，使生态系统中的能量持续高效地流向对人类最有益的部分　②减轻了对环境的污染　（3）整体性
　（2018·北京卷）因含N、P元素的污染物大量流入，我国某大型水库曾连续暴发“水华”。为防治“水华”，在控制上游污染源的同时，研究人员依据生态学原理尝试在水库中投放以藻类和浮游动物为食的鲢鱼和鳙鱼，对该水库生态系统进行修复，取得了明显效果。
（1）在该水库生态系统组成中，引起“水华”的藻类属于　　　　。水库中各种生物共同构成　　　　。
（2）为确定鲢、鳙的投放量，应根据食物网中的营养级，调查投放区鲢、鳙的　　　　　　的生物积累量（在本题中指单位面积中生物的总量，以t·hm－2表示），为保证鲢、鳙的成活率，应捕杀鲢、鳙的　　　　。
（3）藻类吸收利用水体中的N、P元素，浮游动物以藻类为食，银鱼主要以浮游动物为食。由下图可知，将鲢、鳙鱼苗以一定比例投放到该水库后，造成银鱼生物积累量　　　　，引起该变化的原因是____________
__________________________________________。
（4）投放鲢、鳙这一方法是通过人为干预，调整了该生态系统食物网中相关物种生物积累量的　　　　，从而达到改善水质的目的。
（5）鲢鱼和鳙鱼是人们日常食用的鱼类。为继续将投放鲢、鳙的方法综合应用，在保持良好水质的同时增加渔业产量，以实现生态效益和经济效益的双赢，请提出两条具体措施________________________________________________________________________。
解析：（1）引起水库生态系统中“水华”的藻类，可利用太阳能合成有机物，属于生产者。生物群落是指同一时间内聚集在一定区域中的各种生物种群的集合。（2）欲确定鲢、鳙的投放量，需考虑投放区鲢、鳙的捕食对象（即上一营养级）的生物积累量，然后根据能量传递效率计算出鲢、鳙的投放量。为保证鲢、鳙的成活率，应捕杀水库中鲢、鳙的捕食者（天敌）。（3）分析柱状图，将鲢、鳙鱼苗以一定比例投放后，银鱼的生物积累量明显下降，可能原因是鲢、鳙和银鱼都以浮游动物为食，三者之间存在竞争关系。（4）通过在水库中人为投放鲢、鳙这一方法，调整水库中相关物种（如浮游动物、藻类）生物积累量的比例，从而达到改善水质的目的。（5）为了实现生态效益和经济效益的双赢，要注意控制鲢、鳙的数量，如定期适度捕捞鲢、鳙，定期合理投放鲢、鳙，控制性捕杀鲢、鳙的捕食者等，还要注意控制人类活动（工业、农业、旅游等）对该水库生态环境的负面影响。
答案：（1）生产者　（生物）群落　（2）捕食对象/食物　捕食者/天敌　（3）明显下降　鲢、鳙与银鱼在食物上存在竞争关系　（4）比例　（5）定期适度捕捞鲢、鳙；定期合理投放鲢、鳙；控制性捕杀鲢、鳙的捕食者；控制人类活动（工业、农业、旅游等）对该水库生态环境的负面影响
热点　生态工程的原理及应用
1.阅读材料，回答下列问题。
北京的奥林匹克森林公园占地680公顷，是北京最大的公共公园，也是2008年北京奥运会的配套工程之一。奥森公园设计理念是“通往自然的中轴线”，是一个以自然山水、植被为主的，可持续发展的生态地带，目的是使之成为北京市中心地区与外围边缘之间的绿色屏障，对进一步改善城市的环境和气候具有举足轻重的生态战略意义。
奥森公园中有4.7公顷人造湿地，南园主要景观有三处：叠水花台、沉水廊道、湿地潜流。其中“沉水廊道”尤为特别，一座廊桥的桥面沉入水面下一米多深，廊道两边有玻璃幕墙隔着湖水，为游人近距离观察水生动植物提供了便利。水面上有“表演轻功”的水黾，在水里有游荡的小鱼儿、小蝌蚪等。有挺水植物如芦苇、香蒲、水葱、黄菖蒲、莲等；浮水植物如荇菜、睡莲、水鳖等；还有沉水植物如狸藻、金鱼藻等。
“湿地潜流”等采用了新型的复合垂直流人工湿地（如构造示意图）生态污水处理技术。富含N、P的污水经过进水口进入下行池，在基质（大小不等的砾石）中，由上向下垂直下渗，再自下而上经上行池的基质渗出后，由出水口注入氧化塘继续处理。
湿地植物与奥森其他植物一样，尽量选用本地物种，植物根系常形成一个网络样结构与基质的表面吸附诸多微生物，其中硝化细菌和反硝化细菌就是脱氮的能手，作用机理如下图所示。经人工湿地处理的生活污水、收集的雨水等可作为非饮用水用于很多生产过程，不仅减少了污染还节约了水资源。
有机氮NH、NH3NO、
NON2、N2O
奥森公园已经成为北京市的“绿肺”和生态屏障，展现“人与自然和谐相处”的中华文明。由于集多种功能于一身，同时承担着诸多社会活动，奥森无法通过独立的自我调节维持整个生态系统的稳定，仍需不断通过补充物质和能量，移除废物等人工措施加以维持，因此奥森并不是典型的生态工程。
（1）奥森公园设计和改造过程中依据的生态工程原理有　　　　　　　　　　　（至少写出两个）。
（2）流经奥森公园的总能量为_________________
__________________________________________。
（3）“沉水廊道”观察到的生态系统空间结构为　　　　，水鳖、金鱼藻等属于生态系统营养结构中的　　　　。
（4）“湿地潜流”等复合垂直流人工湿地在净化污水中起到重要作用。
①微生物在湿地植物的根系和基质上形成大量的“生物膜”，这些微生物在生态系统成分中属于　　　　，作用是______________________________
___________________________________________。
②硝化细菌和反硝化细菌分别生活在　　　　　　中（填“上行池”或“下行池”），判断依据为______
__________________________________________。
③湿地植物尽量选用本地物种的目的是__________
_____________________________________________
___________________________________________。
④为研究复合垂直流人工湿地生态污水处理能力，请设计一个简便可行的实验方案，包括实验操作和检测指标，字数不超过30个。__________________________
___________________________________________。
（5）奥森既然不是典型的生态工程，推测典型的生态工程的特点是________________________________
___________________________________________。
解析：（1）阅读题中信息可知，奥森公园设计和改造过程中依据的生态工程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。（2）奥森仍需不断通过补充物质和能量，移除废物等人工措施加以维持，所以流经奥森公园的总能量为生产者固定的太阳能总量和人工物质和能量的输入。（3）“沉水廊道”中不同生物生活在不同的水层，为生态系统空间结构中的垂直结构；水鳖、金鱼藻等能利用太阳能合成有机物，故属于生产者，在食物链中占据第一营养级。（4）①根据题意可知，形成“生物膜”的微生物，不能合成有机物，属于分解者；分解者在生态系统中的作用是将动植物的遗体和动物的排遗物，分解成可被生产者（植物）重新利用的二氧化碳和各种无机物，释放能量。②硝化细菌生活在下行池，反硝化细菌生活在上行池；
据“有机氮NH、NH3NO、
NON2、N2O”可知，硝化细菌和反硝化细菌的异化作用类型分别是需氧型和厌氧型，下行池中含氧丰富，上行池中含氧较少。③非本地物种属于外来物种，有可能对本地生态系统生物生存造成威胁；且外地物种不一定能适应北京的环境。④污水中主要含N、P，故可从进水口和出水口取水样检测，比较N、P含量的差值，若差值较大，说明复合垂直流人工湿地生态污水处理能力较强。（5）典型的生态工程的特点是，能够通过独立的自我调节维持整个生态系统的稳定，即不需要通过补充物质、能量和移除废物等人工措施加以维持的生态系统。
答案：（1）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　（2）生产者固定的太阳能总量和人工物质和能量的输入　（3）垂直结构　第一营养级　（4）①分解者　将动植物的遗体和动物的排遗物，分解成可被生产者（植物）重新利用的二氧化碳和各种无机物，释放能量　②下行池和上行池　
硝化细菌和反硝化细菌的异化作用类型分别是需氧型和厌氧型，下行池中含氧丰富，上行池中含氧较少　③避免外来物种入侵，避免对本地生态系统生物生存造成威胁，保证本地生态系统的安全性，其次还有适应性问题，由于温度、湿度、光照等原因，外地物种不一定适合在北京种植（回答出其中任何一个方面即可得分）　④从进水口和出水口取水样检测，比较N、P含量的差值　（5）依靠系统“自组织”来长期维持稳定（能够通过独立的自我调节维持整个生态系统的稳定，即不需要通过补充物质、能量和移除废物等人工措施加以维持的生态系统）
2.某基因研究院培育出了转基因克隆绵羊，该绵羊能合成深海鱼体内富含的不饱和脂肪酸omega—3。
（1）在培育转基因克隆绵羊过程中，运用　　　　　　方法除去的卵母细胞的细胞核，通过化学试剂　　　　使该细胞与供体细胞融合，进而构建重组胚胎。
（2）为保证胚胎移植顺利进行，需要在合适的季节对供、受体母羊进行　　　　处理，培育过程中，科研人员同时将omega—3合成酶的基因片段转移到了该羊基因组中，使目的基因进入受体细胞并维持稳定和表达的过程，称为　　　　。利用PCR技术进行扩增目的基因的前提是　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）目前，人们主要通过食用深海鱼肉摄取omega—3，人们过度捕杀深海鱼而严重破坏了海洋生态系统，使生态系统的　　　　稳定性下降。
（4）建造海底人工鱼礁，其目的是改善海洋环境，是实现海洋渔业可持续发展的举措之一，这体现了生态工程所遵循的　　　　　　原理。十九大提出“绿水青山就是金山银山”，要实现这一目标不仅需要对破坏的生态环境进行恢复，还要考虑当地人的经济发展和生活需要，这主要遵循了生态工程的　　　　原理。
解析：（1）核移植技术的受体细胞为处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞，通过显微操作去除其核，使该细胞与供体细胞融合有物理或化学方法，化学方法一般用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂使两细胞融合，进而构建重组胚胎。（2）为保证胚胎移植顺利进行，需要在合适的季节对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理，以实现胚胎在相同的生理环境下空间位置的转移；使目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化；利用PCR技术进行扩增目的基因的前提，是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。（3）人们过度捕杀深海鱼，导致生物多样性降低，生态系统的自我调节能力下降，抵抗力稳定性降低。（4）建造海底人工鱼礁，目的是改善海洋环境，增大环境承载力，实现海洋渔业可持续发展，所以体现了生态工程建设要遵循的协调与平衡原理；十九大提出“绿水青山就是金山银山”，要实现这一目标不仅需要对破坏的生态环境进行恢复，更重要的是还要考虑当地人的经济发展和生活需要，这主要遵循了生态工程的整体性原理。
答案：（1）显微操作去核法　聚乙二醇　（2）同期发情　转化　要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便合成引物　（3）抵抗力　（4）协调与平衡　整体性
生态工程设计的常用方法
（1）生态工程设计的常用方法之一是食物链（网）的“相接”。例如，在稻田养鱼的农业生态工程中，鱼与稻田属于不同生态系统的食物链（网），但在人为调控下，将一些草食性鱼、滤食性鱼和杂食性鱼（如草鱼、鲢鱼和罗非鱼等）的鱼苗放养在稻田中，使稻田生态系统的结构有所改变，物质循环和能量流动更为合理。这表现在鱼类摄食杂草，减少了杂草在阳光、养分方面与水稻的竞争；鱼粪中含有丰富的氮、磷，增加了水稻的肥源；滤食性和杂食性鱼能摄食稻田中的浮游生物、底栖动物等。
（2）生态工程设计的常用方法之二是食物链（网）的“加环”。“加环”可为未被利用的部分找到出路。例如，用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇等，其残余物用来培养食用菌，栽培食用菌后的残余物再用来养殖蛆蛹，蛆蛹粪再作为优良有机肥还田等。

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