版高中生物第5章生态系统及其稳定性第3节生态系统的物质循环学案新人教版必修3.docx
《版高中生物第5章生态系统及其稳定性第3节生态系统的物质循环学案新人教版必修3.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《版高中生物第5章生态系统及其稳定性第3节生态系统的物质循环学案新人教版必修3.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
版高中生物第5章生态系统及其稳定性第3节生态系统的物质循环学案新人教版必修3
第3节 生态系统的物质循环
[目标导读] 1.结合教材P101图5－11和温室效应示意图，分析生态系统物质循环的特点，并说明碳循环失调与温室效应的关系。
2.结合教材P102～103内容，设计实验探究“土壤微生物的分解作用”。
3.尝试建立概念图，说明物质循环与能量流动的关系。
[重难点击] 1.生态系统的物质循环过程和特点。
2.物质循环与能量流动的关系。
方式一 右图为美国耗资2亿美元建立的地球生物圈2号。
它是透明的，为什么呢？
需要输入光能。
它又是封闭的，难道它不需要外界提供所需要的各种物质吗？
方式二 20世纪50年代，人们曾经在农田中广泛使用DDT杀虫剂，并取得了较好的杀虫效果，然而让人们意想不到的是，在远离施药地区的南极大陆的企鹅体内竟也发现了DDT！
DDT是如何进入南极企鹅体内的呢？
生态系统的物质是否也能流动？
具有什么特点？
学完这节“生态系统的物质循环”后，我相信同学们就能解释这些问题了。
一、碳循环
1．碳循环过程
2．碳循环的分析
（1）碳存在形式
（2）碳循环形式
项目
进入生物群落
生物群
落内部
返回无机环境
形式
CO2
含碳有机物
CO2
方式
光合作用和
化能合成作用
通过食物链
或食物网
①生产者和消费者的呼吸作用；
②分解者的分解作用；③化石燃料的燃烧
是否
双向
是
否
是
3.温室效应
（1）形成原因：
化石燃料短时间内燃烧使大气中CO2含量迅速增加，打破了碳循环的平衡。
（2）危害：
加快冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
问题探究
结合下图，探究分析碳循环的过程
（1）写出图中①②③代表的生理过程：
①呼吸作用，②光合作用，③微生物的分解作用。
（2）写出④⑤在生态系统中代表的成分：
④生产者，⑤消费者。
（3）物质循环的形式有两种即：
④⑤与大气之间主要以CO2形式进行；在④与⑤之间以有机物形式沿食物链传递。
（4）温室效应形成的原因是：
上图⑥（填序号）中，短时间内化石燃料大量燃烧。
（5）预防温室效应要采取减少化石燃料的燃烧和保护植被等措施。
1．判断正误
（1）沼渣、沼液作为肥料还田，使物质能够循环利用（ ）
（2）碳循环在生物群落内部以CO2形式进行（ ）
（3）化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因（ ）
（4）碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他成分间都是单向的（ ）
答案
（1）√
（2）× （3）√ （4）√
2．如图表示生物圈中碳循环的部分示意图。
A、B、C、D构成生物群落，箭头①～⑨表示循环过程。
下列有关说法正确的是（ ）
A．大气中的气体X是指二氧化碳和一氧化碳
B．完成①过程的能量主要是由⑧过程提供的
C．D经⑤、⑥、⑦过程获得的能量占A、B、C总能量的10%～20%
D．C处于第三营养级
答案 D
解析 生物群落与无机环境之间的碳循环是以CO2的形式进行的，故图中大气中的气体X代表CO2；图中A为生产者，B为初级消费者（第二营养级），C为次级消费者（第三营养级）；完成①过程的能量主要由太阳能转化的活跃的化学能提供；捕食食物链中相邻两营养级之间的能量传递效率约为10%～20%。
故选D。
一题多变
（1）上题中的生物A的细胞中一定含有叶绿体吗？
答案 不一定，A为生产者，可能是绿色植物、蓝藻、光合细菌或硝化细菌等可以进行光合作用或化能合成作用的生物，而只有绿色植物细胞中含有叶绿体。
（2）适度松土可以促进图中的什么过程？
答案 适度松土可促进分解者的分解作用即过程⑧。
（3）若D中含有细胞核，则D中将含碳有机物转化为CO2的具体场所是什么？
答案 细胞质基质或线粒体基质。
（4）写出图中的捕食链。
答案 A→B→C。
（5）图中碳元素以有机物形式进行传递的过程有哪些呢？
答案 ②③⑤⑥⑦。
（6）如果人们不按生态规律办事，乱砍滥伐森林或将化石燃料进行大量燃烧，对大气中的气体X有何影响？
答案 二者都会打破碳循环平衡，前者使大气中CO2进入生物群落的过程受阻，大气中CO2的含量就会明显增多；后者使CO2在很短时间内释放出来，使大气中CO2的含量增高，进而导致温室效应。
方法链接 碳循环中各成分的确定方法
图中①与④之间为双箭头，故一个为生产者，另一个为大气中的CO2库；又因为其他各个成分都有箭头指向④，所以④为大气中的CO2库、①为生产者。
其他生物部分的箭头都指向③，所以③是分解者，剩余的②为消费者。
二、物质循环及其与能量流动的关系
1．物质循环
（1）概念：
组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程。
（2）特点
①全球性：
物质循环的概念中所说的“生态系统”并不是一般的生态系统，而是指地球上最大的生态系统——生物圈，因此物质循环具有全球性的特点。
②循环性：
无机环境中的物质可以被生物群落反复利用，即生物群落和无机环境之间的物质可以反复出现、循环利用，周而复始地进行循环，不会消失。
2．物质循环和能量流动的关系
项目
能量流动
物质循环
形式
光能→化学能→热能（一般形式）
化学元素形式流动
过程
沿食物链（网）单向流动
在无机环境和生物
群落间往复循环
范围
生态系统各营养级
全球性
特点
单向流动，逐级递减
反复出现，循环流动
联系
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往复循环的动力
问题探究
1．如图是某森林生态系统物质和能量流向示意图，h、i、j、k表示不同用途的有机物（j是未利用部分），方框大小表示使用量，分析回答下列问题：
（1）图中h、i、k分别指代用于细胞呼吸、流入下一营养级、流向分解者的有机物量。
（2）进入该生态系统的CO2量应该包括各h产生的CO2总量和未利用部分的总和。
（3）因为能量流动是逐级递减的，所以生产者i的量大于被初级消费者同化有机物的量。
（4）能量流动是单向的，所以流向分解者的k不能被生产者直接吸收利用。
2．既然氮元素在生物群落和无机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？
答案 物质循环是指在生物圈范围内的物质是循环的。
农田中不断有粮食产出，基本元素不断地被输出，所以要不断地施加氮肥。
3．能量在沿食物链流动时逐级递减，环境中的一些有毒物质比如农药或重金属盐是不是浓度也越来越低？
答案 伴随着物质循环过程，环境中的一些有毒物质会出现生物富集现象，即沿着食物链，营养级越高，富集物浓度越高。
3．如图为生态系统中能量流动和碳循环的关系图，据图回答下列问题：
（1）对物质循环起关键作用的生态系统的成分是[ ]和[ ]。
（2）图中的①③⑤表示的生理过程分别是：
①，③，⑤。
（3）c生物处于第营养级，若要使c增加200kg，至少需要消耗akg。
答案
（1）a 生产者 d 分解者
（2）光合作用 呼吸作用 分解作用 （3）三 5000
解析 据生态系统的能量流动和物质循环的原理可知，a为生产者，①是光合作用；b是初级消费者；c为次级消费者，②③④为呼吸作用；d为分解者，⑤为分解作用。
按照能量逐级递减的原则，若使c增加200kg至少需要a的量为200×5×5＝5000kg。
一题多变
分析上题简图，不能得到的结论是（ ）
A．物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动
B．能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返
C．能量2、3、4、5的总和便是生产者所固定的太阳能总量
D．碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
答案 C
方法链接 能量流动和物质循环关系分析
（1）能量流动和物质循环相伴而行，但能量在传递过程中由光能→化学能→热能，而物质在循环中，由无机物（CO2）→有机物→无机物（CO2）。
（2）能量流动的终点是热能散失到无机环境中，不能循环利用。
而物质循环产生的CO2又被重新利用，所以没有终点。
三、土壤微生物的分解作用
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为分解者。
（2）分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物，其分解速度与环境中的温度、水分等生态因子相关。
2．案例设计
项目
案例1
案例2
实验假设
土壤微生物能分解落叶使之腐烂
土壤微生物能分解淀粉
实
验
设
计
实验组
对土壤高温处理
A烧杯中加入30mL土壤浸出液＋淀粉糊
对照组
对土壤不做任何处理（自然状态）
B烧杯中加入30mL蒸馏水＋与A等量的淀粉糊
自变量
土壤中是否含有微生物
是否加土壤浸出液
实验现象
在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组
A
A1
不变蓝
A2
产生砖红色沉淀
B
B1
变蓝
B2
不产生砖红色沉淀
结论分析
微生物对落叶有分解作用
土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
注：
在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂并加热。
问题探究
1．碘液与斐林试剂的检测作用是不是一样？
答案 前者检测淀粉的分解是否彻底完成，后者检测淀粉的分解是否发生。
2．探究实验中实验组、对照组如何确定？
答案 根据题意首先弄清实验研究的自变量是什么，然后找到接受自变量处理的实验结果是未知的，为实验组；未接受自变量处理的实验结果是已知的，为对照组。
4．土壤中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌，这些微生物的数量是极其繁多的。
某同学要探究土壤微生物对淀粉是否有分解作用，设计了以下实验。
请你帮助完成有关问题。
（1）作出假设：
土壤微生物对淀粉有分解作用。
（2）实验用具及药品：
烧杯、纱布、玻璃棒、试管、酒精灯、水、蒸馏水、碘液、斐林试剂，淀粉糊等。
（3）实验步骤：
①将取自农田、林地或花盆等处的土壤放入里面垫有厚纱布的烧杯中，加水搅拌，然后将纱布连同土壤一起取出。
将留在烧杯中的土壤浸出液静置一段时间备用。
②另取两只烧杯，编号A和B，
。
③在室温（20℃左右）下放置7d，分别取A、B烧杯中的溶液20mL，各放入两支试管中，分别编号为A1、A2、B1、B2。
④在A1、B1试管中加入；在A2、B2试管中加入，并进行水浴加热。
⑤观察试管中溶液的颜色变化，记录实验结果。
（4）实验现象：
①如果支持所作的假设，则实验现象是。
②如果不支持所作的假设，则实验现象是。
答案 （3）②放入等量淀粉糊，在A烧杯中加入30mL土壤浸出液，B烧杯中加入30mL蒸馏水 ④碘液 斐林试剂 （4）①与B1、B2相比，A1无蓝色出现，A2出现砖红色沉淀 ②A1、A2的颜色分别与B1、B2相同，A1出现蓝色，A2无砖红色沉淀
解析 题目未要求确定某种微生物，而是将土壤微生物作为整体予以研究。
总体思路：
本题为探究性实验，要先作出“是”或“否”的假设；据所给药品可知，碘液是检验淀粉的，斐林试剂是检验还原糖的（即淀粉水解产物）；据实验步骤（3）②，可知实验分为A、B对照；所以综合起来讲，围绕假设通过A、B的显色情况作出结论。
一题多变
另一位同学要探究土壤微生物能否分解农药，并尽快得出实验结论，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个容器中，a组高压灭菌，b组不灭菌。
下列有关事项的叙述中正确的是（ ）
A．向a、b中喷入等量的“敌草隆”，再置
升级会员 