版高中生物苏教版必修3学案423生态系统中的信息传递和生态系统稳态的维持.docx

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版高中生物苏教版必修3学案423生态系统中的信息传递和生态系统稳态的维持

第3课时　生态系统中的信息传递和生态系统稳态的维持

目标导航

　1.说出生态系统中的信息传递。

2.说出信息传递在生态系统以及农业生产中的作用。

3.阐明生态系统稳态的含义及机制。

一、生态系统的信息传递（阅读P108～109）

1．生态系统中信息传递的形式

（1）物理信息：

生态系统中以物理过程为传递形式的信息称为物理信息，包括光、声、热、电、磁等。

（2）化学信息：

生态系统中以代谢产物等化学物质传递的信息称为化学信息，包括植物代谢产物和动物外激素。

（3）行为信息：

生态系统中以生物的表现或动作等行为特征传递的信息称为行为信息，包括舞蹈、运动等。

2．生态系统的三个基本功能：

能量流动、物质循环和信息传递。

3．特点：

它既有从输入到输出的信息传递，也有从输出到输入的信息反馈。

信息传递强化了生态系统的调节机制。

二、生态系统稳态的维持（阅读P110～111）

1．生态系统稳态：

指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，又称为生态系统的稳定性。

2．生态系统的稳态是生态系统的结构和功能协调发展的重要标志。

3．生态系统稳态的原因：

生态系统具有自我调节能力。

4．生态系统的自我调节能力的基础：

负反馈调节。

5．生态系统的稳态主要表现在：

（1）抵抗力稳定性：

它是指生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状而不受损害的能力。

（2）恢复力稳定性：

它是指生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。

6．生态系统的稳态具有相对性

（1）在不同的生态系统中，抵抗力稳定性和恢复力稳定性的表现不一样。

一般来说，生态系统中的物种越多，遗传基因库越丰富，食物网越复杂，自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越高。

（2）在不同的生态系统遭到破坏后，它们的恢复程度与恢复时间是不一样的。

（3）一个生态系统在受到大规模干扰或外界压力超过生态系统自我调节能力的限度时，生态系统的稳态就可能遭到严重破坏，甚至引发系统崩溃。

7．提高生态系统稳态的措施

（1）努力避免对生态系统的过度干扰。

（2）对于具有重要经济价值的人工生态系统，必须确保一定的物质与能量投入，以维持人工生态系统在结构和功能上的协调发展。

判断正误：

（1）信息传递过程中伴随着一定的物质和能量的消耗（　　）

（2）信息传递只存在于生态系统的生物成分之间（　　）

（3）细胞膜具有细胞间信息交流的功能，它属于细胞水平的信息传递（　　）

（4）生态系统的物理信息都来源于环境（　　）

（5）信息沿食物链从低营养级向高营养级传递（　　）

（6）负反馈调节并非破坏生态系统的稳态，而是使最初发生的那种变化向相反方向发展，使生态系统达到并保持相对稳定（　　）

（7）生态系统的稳态是恒定不变的（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）×　（6）√　（7）×

解析　（4）生态系统的物理信息是通过物理过程来传递的，如光、声、温度、湿度、磁力等，其既可来源于环境，也可来源于生物。

（5）信息传递是双向的，可以发生在生物与生物、生物与环境之间，并不一定沿食物链从低营养级向高营养级传递。

一、生态系统中的信息传递

1．生态系统中三类信息分类对比

类别

概念

信息种类

信息来源

举例

物理信息

生态系统中以物理过程为传递形式的信息

光、声、热、电、磁等

无机环境或生物体

萤火虫的光

化学信息

生态系统中以代谢产物等化学物质传递的信息

植物代谢产物、动物外激素

生物体的产物或分泌物

雌蚕蛾释放性外激素吸引异性前来交尾

行为信息

生态系统中以生物的表现或动作等行为特征传递的信息

舞蹈、运动等

生物体的动作行为

孔雀开屏

2.信息传递的存在范围

1．农民常在农田中捆扎“稻草人”以驱赶鸟类，这是利用了哪种信息传递作用？

答案　“稻草人”对鸟类构成了“物理信息”。

2．高等动物的神经信息的传递和遗传信息的传递与表达是否属于生态系统的信息传递？

答案　二者都不是，神经系统的信息传递是个体细胞、器官组织间的信息传递，遗传信息的传递与表达是细胞内部的信息传递。

1．萤火虫通过闪光来识别同伴；草原上的鸟在发现天敌后，雄鸟急速起飞，扇动翅膀为雌鸟发出信号；某种植物根系能分泌一种使休眠的真菌孢子发芽的化合物，如将这类物质在作物播种前施入土中，就可以使休眠孢子提前发芽，使其找不到寄主而死亡。

以上三个实例分别体现了哪一类信息的作用（　　）

A．物理信息　化学信息　行为信息

B．物理信息　行为信息　化学信息

C．行为信息　物理信息　化学信息

D．化学信息　行为信息　物理信息

问题导析

　生态系统中三类信息的传递形式：

物理信息有明显的光、声、热、电、磁等物理载体，如题干中：

“闪光”；行为信息重在行为，如题干中：

“鸟在发现天敌后，雄鸟急速起飞，扇动翅膀”；化学信息突出化学物质，如题干中：

“植物根系分泌的是一种使休眠的真菌孢子发芽的化合物”。

答案　B

解析　题干中植物根系分泌的是一种化学物质，很明显属于化学信息；鸟发现天敌后，做出了很夸张的动作，强调的是特殊的行为，所以属于行为信息。

一题多变

下列各项属于物理信息的是________________；属于化学信息的是____________________；属于行为信息的是_________。

（1）花椒树上的刺　

（2）昆虫的性外激素　（3）孔雀开屏

（4）鸟类的鸣叫声所发出的信息　（5）猎豹和猫科动物有着高度特化的尿标志的信息　（6）蜜蜂的舞蹈行为

（7）某些植物花朵的颜色、形状等给传粉昆虫的信息　（8）生物代谢产生的物质如酶、维生素、生长素、抗生素等

（9）有些候鸟的迁徙，在夜间是靠天空中的星座来确定方位的　（10）鼬遇到危险时，由肛门排出有强烈恶臭味的气体，起到报警和防御的功能

答案　

（1）（4）（7）（9）　

（2）（5）（8）（10）　（3）（6）

解析　物理信息是指生态系统中的光、声、热、电、磁等，通过物理过程传递的信息；化学信息是指生态系统中以代谢产物等化学物质传递的信息，如性外激素、告警外激素等；行为信息是指生态系统中以生物的表现或动作传递的信息，包括舞蹈、运动等。

二、信息传递的作用

1．信息传递在农业生产上的应用

（1）调控生物的生长发育

实例：

短日照处理能使菊花提前开花，长日照处理能使菊花延迟开花。

（2）提高农产品和畜产品的产量

①养鸡业在增加营养的基础上延长光照时间可以提高产蛋率。

②用一定频率的声波处理蔬菜、谷类作物及树木等的种子，可以提高发芽率，实现增产。

③模拟动物信息吸引大量传粉动物，就可提高果树的传粉率和结实率。

（3）对有害动物进行控制

①粘虫成虫具有趋光性，对蜡味特别敏感，生产上就利用这一点，在杀虫剂中调以蜡类物质以诱杀之。

②人们还可以利用性引诱剂“迷向法”防治害虫

方法：

在田间释放过量的人工合成性引诱剂，使雄虫无法辨认雌虫的方位，或者使它的气味感受器变得不适应或疲劳，不再对雌虫有反应，从而干扰害虫的正常交尾。

2．信息传递在生态系统中的作用

（1）有利于生命活动的正常进行。

如植物种子萌发需要一定光照。

（2）有利于生物种群的繁衍。

（3）能调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。

3．生态系统三大基本功能的比较

项目

能量流动

物质循环

信息传递

区

别

来源

太阳能

生态系统

生物或无机环境

途径

食物链或食物网

多种途径

特点

单向流动，逐级递减

反复出现，循环流动

通常是双向的

范围

食物链各营养级生物之间

生物群落与无机环境之间

生物与生物之间或生物与无机环境之间

模式图

联系

信息传递存在于生态系统的各种成分之间，把生态系统的各部分联系成一个整体，与物质循环、能量流动同时进行，相互依存，不可分割

1．捕食者和被捕食者之间是否存在信息传递？

其传递方向是单向的还是双向的？

由此可看出与能量流动及物质循环相比较，信息传递的最大特点是什么？

答案　存在；其信息通过食物链、食物网的渠道进行传递，其传递方向是双向的；从传递方向看，能量流动是“单向”的，物质循环在生物群落与无机环境间是“循环往复”的，而信息传递往往是“双向”的。

2．黑光灯诱杀昆虫和施用信息素干扰昆虫正常交尾而控制害虫数量的原理相同吗？

答案　黑光灯诱杀害虫的成虫，直接降低害虫种群密度，减少危害，而施放信息素是干扰害虫正常交尾，以降低害虫出生率，进而降低害虫种群密度，减少害虫危害。

3．为什么说信息传递也是生态系统的一个基本功能？

答案　信息传递存在于生态系统的各种成分之间，把生态系统的各个组成部分联系成一个整体，决定能量流动和物质循环的方向和状态，具有调节生态系统稳定性的作用。

2．繁殖季节雄性扬子鳄发出“轰”“轰”的声音，雌性扬子鳄则根据声音大小选择巢穴的位置。

当声音大时，雌鳄选择将巢穴筑于山凹浓荫潮湿温度较低处，则产生较多的雌鳄。

以上事实说明生态系统中信息传递具有（　　）

A．能够调节生物种间关系，以维持生态系统的稳定

B．影响生物种群的繁衍，维持种群数量的稳定

C．维持生物体正常生命活动，调节生物内环境的稳态

D．对生物进行自然选择，促进生物进化

问题导析

　由题目信息：

繁殖季节雄性扬子鳄发出“轰”“轰”的声音，雌性扬子鳄则根据声音大小选择巢穴的位置，说明生态系统中信息传递能影响生物种群的繁衍。

答案　B

解析　题中描述的特殊声音与扬子鳄的繁殖有关，说明生态系统中信息传递能影响生物种群的繁衍，维持种群数量的稳定。

一题多变

（1）上述雄性扬子鳄发出的声音属于生态系统信息传递中的________信息。

（2）这种求偶行为的产生与体内分泌的________有直接关系。

答案　

（1）物理　

（2）性激素

三、生态系统稳态的维持

1．对生态系统稳态的理解

（1）生态系统的稳态是系统发展的结果，生态系统的稳态不是绝对稳定，而是指生态系统的结构与功能保持动态平衡状态。

①结构相对稳定：

动植物的种类和数量相对稳定。

②功能相对稳定：

物质与能量输入和输出相对平衡。

③可打破重建：

在遵循生态系统规律的前提下依据人类的需要，打破原有平衡，建立更加高效的平衡。

（2）生态系统的稳态具有相对性，当一个生态系统受到大规模的干扰或外界压力超过生态系统的自我调节的能力时，便可能导致生态系统稳态的破坏。

2．生态系统具有稳定性的原因——生态系统具有自我调节能力

（1）生态系统的自我调节能力的大小，取决于其物种组成、营养结构、生物与生物及生物与环境之间的关系等。

（2）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

（3）自我调节能力的相对性：

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。

3．稳态维持的调节机制——负反馈调节

（1）生态系统的反馈调节

当生态系统某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这种变化又会反过来影响最初发生变化的那种成分的现象，称为反馈调节，其中包括正反馈调节和负反馈调节。

负反馈调节在生态系统中普遍存在。

（2）正反馈调节和负反馈调节的比较

比较内容

负反馈调节

正反馈调节

作用

是生态系统自我调节能力的基础，能使生态系统达到和保持平衡

使生态系统远离平衡状态

结果

抑制或减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化

加速最初发生变化的那种成分所发生的变化

实例

森林中的食虫鸟与害虫的数量变化

已经污染的湖泊中污染状况加剧

图示

4.抵抗力稳定性与恢复力稳定性的比较

比较内容

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

联系

①一般呈相反关系，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生态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

如图所示：

1．生态系统自我调节能力的大小与什么因素有关？

答案　生态系统中的物种越多，遗传基因库越丰富，食物网越复杂，自我调节能力就越强。

2．负反馈调节是破坏生态系统的稳态吗？

答案　负反馈调节并非破坏生态系统的稳态，而是使最初发生的那种变化向相反方向发展，使生态系统达到并保持相对稳定。

3．落叶阔叶林、针阔混交林和针叶林遭到严重破坏时，往往不易在短时间内恢复到原来的状态，其原因是什么？

答案　原因是它们的恢复力稳定性较低。

落叶阔叶林、针阔混交林和针叶林营养结构较复杂，其抵抗力稳定性较大，而恢复力稳定性较小。

4．下图为生态系统抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系图，其中曲线与正常作用范围之间所夹的面积作为总稳定性的定量指标（TS）。

那么，两条虚线之间的部分以及x、y表示的含义分别是什么？

答案　两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围；y表示外来干扰使之偏离正常范围的大小；x表示恢复到原状态所需的时间。

3．如图所示，图A为草原生态系统中的反馈调节示意图，请据图回答下列问题：

（1）作为一个完整的生态系统，除了图A中所示的成分外，还应该包括__________和__________________。

（2）甲、乙、丙3者之间的食物联系是________________；该生态系统的_________________是沿着这种渠道进行的。

（3）图B为某湖泊的生态系统中发生的某种调节活动，这种调节导致的最终结果是______________________________________________________________。

此结果产生的原因是________________________。

（4）图A和图B这两种反馈调节是否相同？

为什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

问题导析

（1）生态系统的成分包括乙生产者、甲和丙消费者，以及分解者、非生物成分。

（2）该食物链为乙→甲→丙，物质循环和能量流动是沿着该食物链进行的。

（3）该湖泊受到污染，水质恶化加剧了物种减少，形成恶性循环，这属于正反馈调节。

最终导致该生态系统生物种类减少，自我调节能力降低。

答案　

（1）分解者　非生物成分

（2）乙→甲→丙　物质循环和能量流动

（3）加速破坏该生态系统原有的稳态　生物种类减少，自我调节能力降低

（4）不同。

图A是负反馈调节，图B是正反馈调节

解析　物质循环和能量流动是沿着食物网和食物链进行的，湖泊受到污染，物种减少，导致该生态系统自我调节能力降低，加速了生态系统的破坏。

从图A可以看出，乙增多后甲增多，而甲增多又导致乙减少，属于负反馈调节。

一题多变

生物个体的稳态和生态系统的稳态都是通过反馈调节来实现的，据此回答下列问题：

（1）生态系统普遍存在着反馈现象，其稳定性的维持主要是通过________（填“正”或“负”）反馈来实现的。

（2）请以文字、箭头分别构建一个个体稳态和生态系统稳态反馈调节的概念模型。

①个体稳态反馈调节的概念模型（以血糖调节为例）：

________________________________________________________________________。

②生态系统稳态反馈调节的概念模型（生态系统以水稻田生态系统为例，水稻田中的主要生物有水稻、食虫鸟与害虫）：

________________________________________________________________________。

答案　

（1）负

（2）①如图

②如图

解析　生态系统普遍存在的反馈现象是负反馈。

水稻田中水稻、害虫、食虫鸟组成食物链，害虫增多使得食虫鸟增多，食虫鸟增多抑制了害虫的增多。

某大型湖泊藻类植物大量繁殖，水质迅速恶化，水质恶化加剧了藻类的死亡，形成恶性循环，这属于正反馈调节。

四、维持生态系统相对稳定的条件

1．探究目的：

设计和制作生态瓶，学会观察和分析人工生态系统。

2．制作材料：

透明的塑料瓶等，小鱼、螺蛳、水草若干，细砂，河水，胶带。

3．制作过程

（1）在洗净的塑料瓶中注入约

容积的河水，加入沙子少许（沉积在底部约1cm厚），然后放入2只小螺蛳，3～5尾小鱼，水草数根，加塞子塞紧。

（2）将瓶倒置，搁在架子上，放在有阳光照射的地方，定时观察生态瓶的变化。

4．小生态缸的设计要求及分析

设计要求