山东省高考生物 第二单元 第5讲生态系统的信息传递和.docx
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山东省高考生物第二单元第5讲生态系统的信息传递和
第5讲 生态系统的信息传递和稳定性
2015备考·最新考纲
1.生态系统中的信息传递(Ⅱ)。
2.生态系统的稳定性(Ⅱ)。
3.实验:
探究水族箱(或鱼缸)中群落的演替。
考点1 生态系统的信息传递(5年5考)
(2013四川卷,2012山东理综,2011安徽理综……)
1.信息的种类、特点、来源及实例(连一连)
2.信息传递的作用或应用
作用
作用或应用
举 例
个 体
有利于生命活动的正常进行
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
种 群
有利于生物种群的繁衍
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
作 用
生态系统
调节生物种间关系,维持生态系统的稳定
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的气味捕食或躲避;
③烟草释放化学物质调控害虫天敌
应用
提高农产品或者畜产品的产量;对有害动物进行控制
利用模拟动物信息吸引传粉动物,提高果树传粉效率和结实率;利用音响设备诱捕或驱赶有害动物
3.信息传递存在于生态系统的各种成分之间,不仅仅存在于生物成分之间,也存在于生物与无机环境之间。
生态系统信息传递的类型及功能
(海南高考卷)某种植物上栖息着一定数量的甲、乙两种昆虫和蜘蛛。
甲、乙两种昆虫均以该植物为食,蜘蛛以乙昆虫为食。
甲昆虫在白天活动,乙昆虫在夜晚活动。
甲昆虫采食该种植物的叶片后,植物会释放出挥发性的物质X,X既可吸引甲昆虫的天敌,也能驱赶乙昆虫。
请回答下面的问题。
(1)上述现象中,X分别在_________________________________________之间进行传递。
(2)影响甲昆虫活动的信息有两大来源,分别是________和________。
影响乙昆虫活动的信息种类是________。
蜘蛛在蜘蛛网上捕食乙昆虫所利用的信息种类是________。
(3)若在上述植物上施用人工合成的物质X,短期内该植物上甲昆虫天敌和乙昆虫天敌数量的变化是______________________________________________。
解析 植物释放的物质X可以在植物与甲昆虫的天敌、植物与乙昆虫之间传递。
影响甲昆虫活动的信息有两大来源——无机环境和生物;影响乙昆虫活动的信息种类是化学信息和物理信息;蜘蛛在蜘蛛网上捕食乙昆虫是通过感知蛛网的震动来实现的,属于物理信息。
物质X可吸引甲昆虫的天敌,所以甲昆虫天敌数量增加;能驱赶乙昆虫,使乙昆虫减少,所以乙昆虫天敌数量减少。
答案
(1)植物与甲昆虫的天敌、植物与乙昆虫
(2)无机环境 生物 化学信息和物理信息(其他合理答案也可) 物理信息(其他合理答案也可) (3)甲昆虫天敌数量增加,乙昆虫天敌数量减少
互动探究
上述实例表明了生态系统信息传递哪方面的功能?
提示 该实例表明:
生态系统中的信息传递可调节生物的种间关系,对维持生态系统稳定性具重要作用。
[对点强化]
(2013·临沂一模)下列有关生态系统信息传递的叙述中不正确的是( )。
A.信息传递是生态系统的重要功能之一
B.生态系统中的负反馈调节由生物种群间的数量变化引起,与信息传递无关
C.信息传递把生态系统各组分联系为一个整体,且有调节系统稳定性的作用
D.生物之间的捕食关系是通过信息传递实现的
解析 生态系统中的信息包括物理信息、化学信息和行为信息,信息来源于生物群落中的各种生物和非生物环境。
生态系统中的负反馈调节由生物种群间的数量变化引起,与信息传递有关。
答案 B
题后归纳
1.信息传递的模型及解读
(1)该模型为信息传递模式图,属物理模型。
(2)范围
(3)形式:
分为物理信息、化学信息、行为信息。
(4)来源:
可来自于无机环境,也可来自于生物。
(5)方向:
信息传递往往是双向的。
[特别提醒] 信息的传递必须经过信源(发出信息)、信道(传输信息)及信宿(接受信息)三个环节,阻碍其中的任一环节均不能实现信息的传递。
2.生态系统信息传递与能量流动、物质循环的比较
能量流动
物质循环
信息传递
特点
单向流动,逐级递减
循环运动,反复利用
往往是双向的
范围
生态系统中各营养级
生物圈
生物之间,生物与环境之间
联系
同时进行,相互依存,不可分割,形成一个统一整体
考点2 生态系统的稳定性(5年9考)
(2013新课标Ⅰ,2012浙江卷,2011四川卷、海南卷……)
1.生态系统稳定性概念
生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力。
2.生态系统具有稳定性的原因
生态系统具有一定的自我调节能力。
3.生态系统的自我调节能力
(1)自我调节能力的基础:
负反馈调节。
(2)生态系统的自我调节能力是有限的。
4.稳定性的两个方面
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
区别
实质
保持自身结构功能相对稳定
恢复自身结构功能相对稳定
核心
抵抗干扰、保持原状
遭到破坏、恢复原状
影响因素
一般地说,生态系统中物种丰富度越大,营养结构越复杂,抵抗力稳定性越高
一般地说,生态系统中物种丰富度越小,营养结构越简单,恢复力稳定性越高
联 系
①一般是相反关系,抵抗力稳定性强的生态系统,恢复力稳定性差,反之亦然
②二者是同时存在于同一系统中的两种截然不同的作用力,它们相互作用共同维持生态系统的稳定二者关系如右图所示:
5.提高生态系统的稳定性的措施
(1)控制对生态系统干扰的程度。
(2)实施相应的物质、能量投入,保证生态系统内部结构与功能的协调。
思维激活
判断正误
(1)抵抗力稳定性弱的生态系统,恢复力稳定性一定很强( )。
(2)农田生态系统其抵抗力稳定性较弱,但其恢复力稳定性较强( )。
(3)荒漠生态系统,其抵抗力稳定性较弱,其恢复力稳定性则较强( )。
(4)一个完善的生态系统不需要从外界获得任何的物质补给,就能长期维持其正常功能( )。
(5)在自然生态系统中正反馈是最常见的一种反馈,负反馈则很少见( )。
(6)草原生态系统的稳定性一定高于农田生态系统( )。
答案
(1)×
(2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)×
生态系统稳定性的表现
1.(福建理综卷)下列有关生态系统稳定性的叙述,不正确的是( )。
A.生态系统具有自我调节能力,这是生态系统稳定性的基础
B.生态系统内部结构与功能的协调,可以提高生态系统稳定性
C.生物多样性对维持生态系统稳定性具有重要作用,体现了其间接价值
D.生态系统中的组成成分越多,食物网越复杂,其恢复力稳定性就越高
解析 一般来说,生态系统中的组成成分越多,食物网越复杂,其自我调节能力越强,生态系统的抵抗力稳定性越高,而生态系统的恢复力稳定性越低。
答案 D
互动探究
草原生态系统与农田生态系统,谁的稳定性更高?
提示 就抵抗力稳定性而言,草原生态系统的稳定性更高,就恢复力稳定性而言,农田生态系统的稳定性更高。
题后归纳
1.生态系统稳定性表现
(1)结构的相对稳定:
生态系统中动植物的种类及数量一般不会有太大的变化,一般相关种群数量呈现周期性变化,可用如图曲线表示:
(2)功能的相对稳定:
生物群落的能量输入与输出相对平衡,物质的输入与输出保持相对平衡。
2.如图是生态系统稳定性大小变化曲线,两条虚线之间的部分表示生态系统功能的正常范围,当受到外界干扰时就偏离正常范围,偏离值为T,生态系统遭到破坏后恢复到正常范围所需的时间为S。
请据图回答:
(1)生态系统的主要功能有物质循环、能量流动、信息传递。
(2)图中T值大小可作为生态系统抵抗力稳定性的定量指标。
T值越大,该定量指标越小。
(3)图中S值大小可以作为生态系统恢复力稳定性的定量指标;森林生态系统与草原生态系统相比,S值较大的是森林生态系统。
(4)对同一个生态系统来说,T值和S值之间呈正相关(填“正相关”、“负相关”或“无关”);从图示可知,生态系统具有自我调节的能力,从而使生态系统功能维持在正常的范围内,这种调节方式属于负反馈调节。
(5)TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积,可作为衡量总稳定性的指标,这一面积越大,即T与S越大,则说明这个生态系统的总稳定性越弱。
生态系统稳定性的原理
2.(2011·四川理综)图A为小岛生态系统食物网简图。
有人向小岛引入一定数量的卷尾鬣蜥(主要以沙氏变色蜥和较大的地面节肢动物为食),跟踪调查该生态系统及其对照组的变化,发现沙氏变色蜥和网蜘蛛的数量变化较大(见图B),而其他生物数量变化相对较小。
请回答下列问题。
(1)沙氏变色蜥处于第________营养级,其与卷尾鬣蜥的种间关系是________。
(2)引入卷尾鬣蜥后,沙氏变色蜥的主要活动范围从树基部向上转移,而网蜘蛛的织网位置略有下降。
此现象表明生态因素的改变,可使生物群落的________发生改变。
(3)引入卷尾鬣蜥后,网蜘蛛的数量变化趋势是________。
结合其他生物的数量变化信息可以看出,小岛生态系统的结构和功能能够保持相对稳定,表明生态系统内部具有________能力。
解析
(1)根据图A中不同的食物链分析,沙氏变色蜥处于第三或第四营养级;根据图B分析,当有卷尾鬣蜥存在时,较无卷尾鬣蜥存在时沙氏变色蜥的数目减少,网蜘蛛的数目增多,结合题干信息可知,卷尾鬣蜥以沙氏变色蜥为食,而卷尾鬣蜥和沙氏变色蜥都以较大的地面节肢动物为食,因此沙氏变色蜥和卷尾鬣蜥的种间关系为捕食和竞争。
(2)根据题干信息分析可知,生态因素的改变可导致生物群落的垂直结构发生改变。
(3)引入卷尾鬣蜥后,网蜘蛛的数量变化趋势是先增加后减少,最终达到平衡,说明生态系统内部具有一定的自动调节能力。
答案
(1)三或第四 竞争和捕食
(2)垂直结构 (3)先增加后减少,最终达到平衡 一定的自动调节
题后归纳
1.生态系统具有稳定性的原因
生态系统具有自我调节能力。
负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础。
(1)生态系统的结构与自我调节能力的关系
生态系统的成分
食物网
自我调节能力
越多
越复杂
大
越少
越简单
小
(2)生态系统的自我调节能力不是无限的,当外界干扰因素的强度超过一定限度时,生态系统的自我调节能力迅速丧失,生态系统将难以恢复平衡。
2.反馈调节的种类
比较项目
正反馈
负反馈
调节方式
加速最初发生变化的那种成分所发生的变化
抵制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化
结果
常使生态系统远离稳态
有利于生态系统保持相对稳定
实例分析
[对点强化]
如图表示正常生态系统受到一定程度的干扰后,生态系统稳定性的变化。
下列说法错误的是( )。
A.在受到干扰之前,曲线在正常范围内波动是由于该生态系统具有自我调节能力
B.在受到干扰后,曲线偏离正常范围越晚和幅度越小,说明生态系统的抵抗力稳定性越高
C.S2所代表的面积越大,生态系统的恢复力稳定性越高
D.S3所代表的面积越小,生态系统的稳定性越高
解析 由于生态系统具有一定的自我调节能力,因此,生态系统具有一定的稳定性,A正确;生态系统的抵抗力稳定性越高,受到干扰后,曲线偏离正常范围的时间越晚,幅度越小,B正确;生态系统的恢复力稳定性越高,受到干扰后曲线回到正常范围的时间越短,曲线围成的面积S2越小,C错误;读图可知,S3所代表的面积越小,生态系统的稳定性越高,D正确。
答案 C
实验19 探究水族箱(鱼缸)中群落的演替(观察生态系统稳定性)
[要点突破]
阅读下面该实验的流程,分析相关问题。
1.由实验设计要求分析原因
设计要求
原因分析
生态缸必须是封闭的
防止外界生物或非生物因素的干扰
生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生活力,成分齐全(具有生产者、消费者和分解者)
生态缸中能够进行物质循环和能量流动,在一定时期内保持稳定
生态缸的材料必须透明
为光合作用提供光能
生态缸宜小不宜大,缸中的水量应适宜,要留出一定的空间
便于操作;留一定空间可使缸内储备一定量的空气
2.生态缸稳定性观察与分析
(1)观察稳定性,可通过观察动植物的生活情况、水质变化、基质变化等判断生态系统的稳定性。
(2)由于生态缸中的生态系统极为简单,自我调节能力极差,所以抵抗力稳定性极低,生态系统的稳定性极易被破坏。
因此,生态缸内的生物只能保持一定时间的活性。
思维激活
该生态缸是否含分解者?
能否构成一个完整的生态系统?
倘若将该瓶置于黑暗处会怎样?
提示 该生态缸所加入的沙土中应含有分解者,具备了生态系统的四类成分——非生物的物质和能量、生产者、消费者及分解者,故可构成一个完整的生态系统;倘若将生态缸置于暗处,则会因丧失能量持续供应而使生态系统崩溃,其内生物将很快死亡。
[典例透析]
【典例】
(2013·天津模拟改编)生态系统的成分包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者四部分,其中非生物的物质和能量、生产者和分解者对一个生态系统稳定性的维持具有非常重要的意义,为了验证其重要性和不可缺少性,设计如下实验进行验证。
实验过程如图所示。
在同样形状同样体积的锥形瓶中加等量的水(1、2号加清水,3、4号加少许河泥)、同样的金鱼、等量的金鱼藻(2~4号),用橡胶塞塞紧。
1~3号放在阳光下,4号放入黑暗的纸箱中。
(均放于室温20℃条件下)
(1)1号瓶中的金鱼与4号瓶中的金鱼相比________生活时间长。
因为_________________________________________________________________。
(2)上述1~4号瓶中________瓶中金鱼生存时间最长。
因为________________________________________________________________。
(3)1、2、3号锥形瓶比较,相同的非生物因素有________,3、4号锥形瓶相比较,生态系统的成分中不同的是______________________________________。
(4)4号锥形瓶中的鱼存活时间最短,说明________是生态系统根本的能量来源;3号锥形瓶的鱼最后也死亡,其主要原因是_________________________。
(5)2号与3号对照,能否说明分解者是生态系统的必备成分?
若不能,如何设置实验才能证明?
_________________________________________________。
(6)本实验所得结论是______________________________________________。
解析 非生物的物质和能量是生态系统存在的基础,生产者是生态系统中唯一把非生物的物质和能量转变成生物群落的成分,是生态系统的主要成分;分解者是生态系统必不可少的成分,没有它,动植物的尸体就会堆积如山,生态系统就会崩溃。
答案
(1)1号瓶 4号瓶中有金鱼藻,但置于黑暗处,金鱼藻不能进行光合作用,且金鱼藻的细胞呼吸消耗水中溶解的O2,故生存时间更短。
(2)3号 3号瓶置于日光下,有稳定的能量来源,金鱼藻和金鱼的细胞呼吸共同消耗水中的溶解氧,产生CO2,金鱼藻的光合作用向水中提供溶解氧,清水、河泥又为植物提供水和无机盐,河泥中的分解者将金鱼粪便分解为无机物供金鱼藻利用,这种状况能维持较长一段时间,故金鱼生存的时间较长 (3)水温和光照 有无光照 (4)光能 瓶内生物种类少,结构简单,无法长期保持稳定 (5)不能。
应再设置一组5号瓶与3号瓶对照,除加入已经烘烤过的杀死其中微生物的河泥外,其他成分和条件与3号相同,观察并记录结果 (6)非生物的物质和能量(水、空气、矿物质和阳光等)、生产者(金鱼藻)、消费者(金鱼)和分解者(腐生微生物)四者共同构成一个生态系统,缺一不可
技能提升
(1)实验设计注意事项
①由于生态缸中的生态系统极为简单,自动调节能力极小,所以抵抗力稳定性极小,生态系统的稳定性极易被破坏。
因此,生态缸只能保持一定时间的活性。
②一些非生物因素极易影响生态缸中的生物。
因此要注意生态缸中水温不能过高,以免藻类死亡,影响能量流动和物质循环,导致实验失败。
③观察指标:
观察稳定性可以通过观察植物、动物的生活情况、水质变化、基质变化等判断。
(2)实验设计的基本步骤“四步曲”
易错点1 信息传递相关易错点辨析
点拨
(1)生态系统中信息的种类因传播途径的不同而不同。
如孔雀开屏,如果是通过行为传递给对方,则属于行为信息;如果通过羽毛的颜色等传递给对方,则属于物理信息。
(2)鸟类或其他动物报警,若通过声音(尖叫)则属于物理信息,若通过特殊的动作(突然飞起)则属于行为信息。
(3)涉及到声音、颜色、植物形状、磁力、温度、湿度这些信号,通过动物感觉器官皮肤、耳朵、眼、心或植物光敏色素、叶、芽对光、重力等感觉,上述信息则判断为物理信息。
(4)若涉及到化学物质——挥发性这一特点则判断为化学信息。
(5)范围——同种生物个体之间(性外激素、蜜蜂舞蹈及孔雀开屏等);异种生物之间(物理、化学、行为中警示作用)和生物与无机环境之间(主要有物理信息中光、磁等)。
(6)方向——一般为双向,与物质循环和能量流动不同。
易错点2 抵抗力稳定性与恢复力稳定性并不都呈负相关
点拨 在某些特殊生态系统,抵抗力稳定性和恢复力稳定性都很低,如北极苔原生态系统和荒漠生态系统。
易错点3 抵抗力稳定性和恢复力稳定性的判断
点拨 某一生态系统在彻底破坏之前,受到外界干扰,遭到一定程度的破坏而恢复的过程,应视为抵抗力稳定性,如河流轻度污染的净化;若遭到彻底破坏,则其恢复过程应为恢复力稳定性,如火灾后草原的恢复等。
纠错演练
1.农场中种植着粮食作物、果树、饲养着家禽、家畜等。
运用生态系统信息传递的原理,可以有效提高农畜产品的产量。
下列措施不属于此项原理的是( )。
A.圈养家畜,散养家禽
B.施放过量的性引诱剂,干扰害虫的正常交尾
C.延长家禽的光照时间,提高产蛋率
D.人工控制作物光周期,达到早熟、高产的目的
解析 性引诱剂属于化学信息,光照属于物理信息。
圈养家畜,散养家禽是根据家畜、家禽的生活习性进行的,不属于信息传递。
答案 A
2.某池塘中,早期藻类大量繁殖,食藻浮游动物水蚤大量繁殖,藻类减少,接着又引起水蚤减少。
后期排入污水,引起部分水蚤死亡,加重了污染,导致更多水蚤死亡。
关于上述过程的叙述,正确的是( )。
A.早期不属于负反馈,后期属于负反馈
B.早期属于负反馈,后期不属于负反馈
C.早期、后期均属于负反馈
D.早期、后期均不属于负反馈
解析 一个过程的结果反过来作用于这个过程,称反馈调节;如果是使这个过程加强,就叫正反馈调节,如果是使这个过程减弱,就叫负反馈调节。
池塘早期,藻类的增多(过程),导致水蚤增多(结果),结果藻类减少(减弱),故属于负反馈调节;池塘后期,水体污染(过程),导致大量水蚤死亡(结果),从而使水体进一步污染(加强),故属于正反馈调节。
答案 B
1.(2012·浙江理综,5改编)如图是某相对稳定的生态系统中旅鼠的天敌、植物、旅鼠之间数量变化关系的示意图(图中不同阴影的面积表示不同比例尺下的个体数量)。
下列有关叙述错误的是( )。
A.图中所含的食物链为捕食食物链
B.这些生物的种群数量在各自的K值上下波动
C.旅鼠的种群数量主要是由食物天敌等因素引起的
D.旅鼠的天敌、植物、旅鼠之间的数量变化是一种正反馈调节
解析 由植物、旅鼠及其天敌形成的食物链为植物―→旅鼠―→旅鼠的天敌,此食物链为捕食食物链,A正确;三种生物都生存在资源有限的环境中,都存在环境容纳量(K值),并且种群数量都在各自的K值上下波动,B正确;旅鼠的种群数量变化主要是由食物和天敌的变化引起的,C正确;在这三种生物所形成的食物链中,捕食者数量的增多,必然会引起被捕食者种群数量的减少,这属于负反馈调节,D错误。
答案 D
2.(2011·海南卷,22)某地区常年栖息着30万只鸟类,其中灰椋鸟占了最大优势,数量达10万只之多,灰椋鸟是农林害虫的天敌,喜好群体活动,常集结成庞大的鸟群在天空盘旋,形成壮观的风景。
该地区为打造灰椋鸟品牌,计划在林区大规模清除其他树种,并改种灰椋鸟喜居的树种,欲招引20万只以上灰椋鸟,该计划的实施将使该地区( )。
A.灰椋鸟种内斗争必然减弱
B.鸟的种类必然增加
C.农林害虫数量必然大幅度上升
D.生态系统的结构必然发生变化
解析 由题意知,该项措施会使树种减少,灰椋鸟种群数量增加,种内斗争加剧,且大量捕食害虫将导致农林害虫大量减少,从而使该地区的物种数量减少,食物链和食物网简单化,生态系统的自我调节能力下降。
答案 D
3.(广东高考)下列关于生态系统信息传递特征的描述,正确的是( )。
A.生态系统的物理信息都来源于环境
B.植物都通过化学物质传递信息
C.信息沿食物链从低营养级向高营养级传递
D.信息可以调节生物的种间关系
解析 物理信息既可来自环境也可来自生物群落;植物信息传递方式既有化学信息也有物理信息,生态系统信息传递是双向的。
答案 D
4.(天津理综卷,5)如图表示气候变化对甲、乙生态系统中种群类型数量的影响。
据图分析,下列叙述正确的是( )。
①甲生态系统的抵抗力稳定性一定较乙生态系统强
②甲生态系统中生物群落的营养关系一定较乙复杂
③乙生态系统在S点后一定有新的物种产生
④乙生态系统在S点后一定经历次生演替过程
A.①③B.①④C.②③D.②④
解析 据图可知,在S点气候发生了很大变化,但对甲生态系统影响不大,说明甲生态系统的抵抗外界干扰能力较强,而乙生态系统变化较大,说明对外界干扰的抵抗能力较弱。
乙生态系统在S点时,种群类型数量几乎接近于零,而后又逐渐恢复到原来状态,所以可确定乙在S点后经历了次生演替过程。
答案 B
5.(2012·山东卷,26)如图中,曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示某野生动物种群数量超过环境容纳量后,其未来种群数量变化三种可能的情况。
(1)图中曲线________说明该种群对其栖息地的破坏程度较轻。
当曲线Ⅲ趋近零时,对该动物种群已不宜采取________保护的措施。
图中阴影部分可能引起该种群的________发生改变,进而导致物种进化。
(2)若图中物种处于最高营养级,当其数量下降,且其他条件不变时,流向该营养级其他物种的能量会________。
处于该营养级物种的种间关系是________。
(3)若图中物种为食草动物,当看到青草明显减少时,部分个体会另觅取食地,这体现了生态系统的________功能。
(4)人类对野生动物栖息地的过度利用也会导致出现图中的三种情况。
16世纪以来,世界人口表现为“J”型增长,因此需控制“J”型增长数学方程式中________参数,以实现人口和野生动物资源的协调发展。
解析
(1)据图分析,当种群数量超过环境容纳量后,出现曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所表示的3种情况,曲线Ⅰ在原始的环境容纳量附近波动,说明该种群对其栖息地环境的破坏程度较轻;Ⅱ的环境容纳量低于原始环境容纳量,说明环境有一定程度的破坏;Ⅲ中生物逐渐灭绝,说明栖息地的环境被完全破坏,该生物已经无法生存,无法实施就地保护措施,只能进行易地保护。
图中阴影部分表示被