高中生物人教版 (2019)选择性必修2第1节 群落的结构导学案

第1节　群落的结构

一、群落的物种组成及种间关系

1.群落的概念:在相同时间聚集在一定地域中各种生物种群的集合。

2.群落水平上研究的问题

3.群落的物种组成

(1)群落的物种组成是区别不同群落的重要特征,也是决定群落性质最重要的因素。

(2)物种丰富度,即一个群落中的物种数目。

(3)优势种:在群落中数量很多,对群落中其他物种的影响也很大,往往占据优势的物种。

(4)群落中的物种组成不是固定不变的。

4.种间关系

二、群落的空间结构

三、群落的季节性和生态位

1.群落的季节性

由于阳光、温度和水分等随季节而变化,群落的外貌和结构也会随之发生有规律的变化。

2.生态位

(1)概念:一个物种在群落中的地位或作用,包括所处的空间位置,占用资源的情况,以及与其他物种的关系等,称为这个物种的生态位。

(2)动物的生态位的研究内容:通常研究它的栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系等。

(3)植物的生态位的研究内容:通常研究它在研究区域内的出现频率、种群密度、植株高度等特征,以及它与其他物种的关系等。

(4)意义及成因:群落中每种生物都占据着相对稳定的生态位,这有利于不同生物充分利用环境资源,是群落中物种之间及生物与环境间协同进化的结果。

四、研究土壤中小动物类群的丰富度

1.调查方法:常用取样器取样的方法进行采集、调查,不用样方法的原因是:土壤动物有较强的活动能力,而且身体微小。

2.统计方法:一是记名计算法;二是目测估计法。

(1)一定区域内所有动物和植物构成群落。(　×　)

提示:群落包括生活在这个区域中的所有动物、植物和微生物。

(2)群落中物种数目越多,丰富度越高。(　√　)

(3)群落是比种群更高层次的系统,主要研究性别比例、种间关系以及群落的空间结构等问题。(　×　)

提示:性别比例是种群水平研究的问题。

(4)群落中植物的垂直分层是动物分层的主要原因。(　√　)

(5)一块农田中有豌豆、杂草、田鼠和土壤微生物等生物,其中属于竞争关系的是豌豆和其根中的根瘤菌。(　×　)

提示:豌豆和其根中的根瘤菌是互利共生关系。

(6)洪泽湖近岸区和湖心区不完全相同的生物分布,构成群落的水平结构。(　√　)

(7)群落的结构和外貌会随季节的不同而发生变化。(　√　)

(8)调查土壤中小动物类群的丰富度常用标记重捕法。(　×　)

提示:调查土壤中小动物类群的丰富度常用取样器取样法。

探究一　群落的物种组成和种间关系

资料:我国典型森林群落的主要类型有亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林和寒温带针叶林等。亚热带常绿阔叶林主要分布在秦岭—淮河到南岭之间的亚热带地区。该地区植物种类丰富,主要有山毛榉和樟等常绿乔木、杜鹃花和山茶花等灌木以及一些草本植物。温带落叶阔叶林主要分布在华北和东北南部,主要植物有栎、杨和桦等,这些植物秋冬落叶、春夏长叶。寒温带针叶林主要分布在大兴安岭北部和新疆境内的阿尔泰山山地,主要植物有落叶松、红松、冷杉和云杉等。

问题(1):针叶林群落中包括哪些生物?落叶松、红松、冷杉、云杉等植物成为优势物种的原因是什么?优势种是不是固定不变的?

提示:包括生活在这个区域中的所有的动物、植物和微生物。它们具有高度的生态适应性,并在与其他植物的竞争中占优势,所以成为优势物种。不是。

问题(2):亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林和寒温带针叶林的物种丰富度由大到小是怎样的?影响因素主要是什么?

提示:物种丰富度的大小为亚热带常绿阔叶林>温带落叶阔叶林>寒温带针叶林。主要影响因素是温度。

活动:如图中的①～④为四组生物的种间关系图(纵轴为个体数,横轴为时间)。请回答下列问题。

问题(3):判断图中四组生物的种间关系分别是什么?

提示:①是捕食,②是种间竞争,③是互利共生或原始合作,④是寄生。

问题(4):图①中如何区分捕食者和被捕食者?

提示:先增加者先减少的是被捕食者,后增加者后减少的是捕食者;被捕食者个体数通常多于捕食者。

问题(5):③可以代表互利共生也可以表示原始合作,二者有什么不同?

提示:原始合作的个体分开后能独立生活;互利共生的个体表现为同生共死。

1.优势物种

(1)优势物种的识别特征。

①个体数量多,通常都会占有竞争优势。

②能通过竞争来取得资源的优先占有地位。

③常在群落中长时间占有优势。

(2)关于优势物种的注意事项。

①不同群落的优势物种不同。

②优势物种不是一成不变的,其随着环境和时间变化而变化。

③有些群落的优势物种不止一种,如针阔混交林。

2.群落中五种种间关系的比较

几种生物种间关系的辨析

(1)“大鱼吃小鱼”描述的不一定是捕食关系。若发生在同种鱼之间,则属于种内竞争;若发生在不同物种的鱼之间,则属于捕食;这两种关系均有利于种群的生存和繁衍。

(2)要正确区别种间竞争和捕食的关系。种间竞争是不同种生物为了争夺资源、空间等生存条件而发生斗争,并不以直接获得食物为目的。捕食则是一种生物以另一种生物为食,目的是获得食物与能量,用以维持自身的生存。

1.下列关于物种丰富度的叙述不正确的是(　A　)

A.群落中生物个体数目的多少称为物种丰富度

B.不同群落的物种丰富度一般不同

C.从赤道到北极,群落的物种丰富度逐渐减小

D.物种丰富度越大的群落,种间关系越复杂

解析:一个群落中的物种数目,称为物种丰富度,并不是生物个体数目的多少。

2.有蚜虫的地方往往有蚂蚁。蚜虫吸吮植物汁液后,多余的糖分通过腹管从体内排出,形成的蜜露是蚂蚁的美食。瓢虫、斑虻等都会以蚜虫为食,当蚜虫发现危险时,会释放报警信息素,蚂蚁接收到信息会攻击蚜虫的天敌,直到把它们赶走,给蚜虫提供良好的生活环境。以上材料中未体现的种间关系为(　B　)

A.捕食 B.互利共生

C.种间竞争 D.原始合作

解析:瓢虫、斑虻等以蚜虫为食,存在捕食关系;蚜虫为蚂蚁提供蜜露,蚂蚁帮助蚜虫赶走天敌,蚜虫与蚂蚁分开后也依然可以生存,因此蚜虫与蚂蚁之间的种间关系不属于互利共生,属于原始合作;瓢虫、斑虻都以蚜虫为食,它们争夺共同的食物,属于种间竞争。

探究二　群落的空间结构

活动1:如图为某湖泊生态系统部分组成示意图,请分析回答下列问题。

问题(1):从苔草带到沉水植物带,地表分布不同类型生物,这属于群落的什么结构?湖泊的不同水层分布的鱼类不同,这属于群落的什么结构?

提示:水平结构。垂直结构。

活动2:如图a、b、c分别代表的是在-200～3 800 m的海拔内,山坡a、森林b、海洋c三个不同的自然区域内植物的分布状况。

问题(2):a处不同高度的山坡上分布着不同的植物类群,影响它们分布的主要生态因素是什么?这是群落的垂直结构吗?

提示:光照和温度。不是群落的垂直结构。

问题(3):b处动物在群落中也有垂直分层现象,这种分布与植物的分层有何关系?

提示:群落中植物的垂直分层为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件。

问题(4):有人说:“b处桦树高低错落有致,只存在垂直结构,而野草丛比较矮小,只存在水平结构”,你认为这种说法对吗?为什么?

提示:不对。垂直结构和水平结构都是指群落中不同种生物的分层或分布关系。同种生物如桦树的高矮不同属于种群层次,不能构成群落垂直结构。而矮小的野草丛含有多种生物,有垂直和水平结构的存在。

1.群落结构的3个易错点

(1)不要把“竹林中的竹子整齐一致”误以为是群落的结构特征,这里的竹子属于种群范畴。

(2)垂直分布≠垂直结构

①高山植被的垂直分布是由于随海拔高度升高,温度下降明显,从而导致不同海拔高度植被(群落)分布不同。例如阔叶林—针叶林—高原草甸—苔原就是四个不同的群落的垂直分布。

②群落的垂直结构的分层现象是指同一个群落内不同物种的配置情况,包括植物的分层现象(决定因素:光照和温度)和动物的分层现象(决定因素:食物条件和栖息空间)等。

(3)垂直结构、水平结构是每一个群落都具备的群落特征。例如草原群落,在垂直方向上存在分层现象属于垂直结构,不同地段生长的植物不同,属于水平结构。

2.海洋中的垂直分层现象

原因:决定水生植物分层的主要因素是光的波长,不同波长的光在水中透射能力不同,波长越短,透射能力越强。

3.说明生物群落在垂直方向上具有分层现象的是(　C　)

A.一片竹林中的竹子高矮不一

B.森林中的树木的间隙有较多的灌木和草本植物

C.森林中有乔木层、灌木层、草本层和地被物层

D.鹿群中有的鹿高,有的鹿矮

解析:一片竹林中的竹子属于同一种群,高矮不一不是生物群落在垂直方向上的分层现象;森林中树木的间隙有较多的灌木和草本植物没有体现生物在垂直方向上具有分层现象;鹿群中有的鹿高,有的鹿矮属于同一种群的不同性状,不是生物群落在垂直方向上的分层现象。

4.根据图中显示的信息,结合所学知识,判断下列说法中正确的是(　D　)

A.该图中所有的植物构成生物群落

B.决定植物分层的主要环境因素除光照外,还有地形、湿度、盐碱度等

C.森林生态系统中的植物有分层现象,但动物没有分层现象

D.从山麓到山顶的群落分布属于水平结构,是由地形起伏造成的

解析:题图中的所有植物并不能构成生物群落,还缺少了动物和微生物;群落的结构分为垂直结构和水平结构,决定植物分层的主要环境因素是光照,地形、湿度和盐碱度是影响群落水平结构的主要环境因素;森林生态系统中植物和动物都有分层现象。

探究三　群落的生态位

资料:某生态学家将一种叫双小核草履虫和一种叫大草履虫的生物,分别放在两个相同浓度的培养基中培养,几天后,这两种生物的种群数量都呈“S”形曲线增长。然后,他又把它们放入同一环境中培养,并控制一定的食物。16天后,双小核草履虫仍自由地活着,而大草履虫却已消失得无影无踪。经过观察,并未发现两种生物互相攻击的现象,两种生物也未分泌杀死对方的物质。只是双小核草履虫在与大草履虫竞争同一食物时增长比较快,最后大草履虫全部消失。在这个实验中,大草履虫被双小核草履虫完全排除,这就是生态学上的竞争排除原理。接着,该生态学家又做了相反的一种实验:他把大草履虫与另一种袋状草履虫放在同一环境中进行培养,结果两者都能存活下来,并且达到一个稳定的平衡水平。这两种生物虽然竞争同一食物,但袋状草履虫占用的是不被大草履虫所需要的那一部分食物。

请思考以下问题。

问题(1):大草履虫和双小核草履虫及袋状草履虫之间的种间关系是什么?它们在什么情况下会出现竞争排除现象。

提示:竞争。两个物种利用了完全相同的资源时,竞争优势较大的物种就会把另一物种完全排除掉。

问题(2):大草履虫与袋状草履虫共存,这一现象说明了什么?

提示:当两个物种的生态位发生部分重叠时,每个物种都会有一部分无竞争的生态位空间,因此可以实现共存。

问题(3):同一群落中有没有生态位完全相同的两个物种?若有,这两个物种的关系会怎样变化?

提示:没有。若有两种生物生态位完全相同,对资源争夺激烈,竞争力强的占优势,另一种则灭绝。

关于生态位的几点说明

1.生态位分化:在长期的相互竞争作用中,两个生态上接近的物种若要共存,必须在空间、食物、活动时间、生理或习性上有分化,即生态位分化。

2.生态位重叠:当两个或更多的物种共同利用某些资源时,即出现了生态位重叠,如果资源供应不足,就会产生种间竞争,如果竞争激烈,种群对资源的利用就会发生改变,可能出现(a)生态位移动或(b)物种灭绝,如图所示:

3.生态位越宽,物种的适应性越强,可利用的资源越多,物种的竞争力越强。

5.生态位是指一个物种在群落中的地位或作用,包括所处的空间位置,占用资源的情况,以及与其他物种的关系等。下列说法错误的是(　C　)

A.不同物种的生态位可能会出现重叠现象

B.同一环境中的两个生态位重叠的物种,常常会由于食物或生活资源而发生竞争

C.两种鸟的觅食生境相同,则它们的生态位就完全相同

D.如果环境发生重大变化,某种生物的生态位可能会随之改变

解析:动物的生态位包括栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系等,两种鸟觅食生境相同,它们的生态位不一定相同。

6.如图表示共同生活在一起的两个种群,一个种群主要以a为食,另一个种群主要以b为食,它们所吃的食物有些是共同的,以c表示。乙图表示甲图经过自然选择形成的结果,下列关于种群的描述错误的是(　C　)

A.两种群的生态位有一部分重叠

B.自然选择使以c为食的个体数量减少

C.自然选择使两种群中的一种灭绝,b种群将被淘汰

D.两种群在竞争中最终适应环境

解析:两种群有共同的食物,也有特有的食物,所以两者的生态位有一部分重叠;但共同的食物所占各自食物的比例都不大,所以两者间的竞争并不很强,竞争的结果会使两个种群中具有共同食物的个体减少。

探究四　研究土壤中小动物类群的丰富度

1.实验原理

(1)许多土壤动物身体微小且有较强的活动能力,可用取样器取样的方法进行采集、调查。

(2)丰富度的统计方法通常有两种:记名计算法和目测估计法。

问题(1):调查土壤小动物类群丰富度,为什么不适合使用样方法和标记重捕法?

提示:①样方法和标记重捕法主要用于研究种群密度,而丰富度是从群落水平上研究动物的物种数目。②许多土壤小动物有较强的活动能力,而且身体微小。

问题(2):此实验中是利用土壤小动物的什么特点收集小动物的?

提示:趋湿、趋暗、避光、避高温。

2.实验流程

问题(3):土壤和花盆壁之间为什么要留一定的空隙?

提示:为了使空气流通。

问题(4):70%酒精起什么作用?

提示:杀死和保存小动物。

7.土壤动物是土壤生态系统中的重要组成部分。对某一地区人工绿地、植物园、农用地3种不同类型土地的地下土壤动物群落进行了调查,结果见下表。由表中数据分析可知(　B　)

注:第1层距地表0～5 cm;第2层距地表5～10 cm;第3层距地表10～15 cm。

A.可用标记重捕法调查各样地土壤中动物类群数

B.各样地土壤中动物类群丰富度没有明显的差异

C.人类活动对土壤动物的数量和分布没有影响

D.各土层中土壤动物种群数量增长曲线均为“J”形

解析:土壤小动物身体微小,活动能力强,不适于用标记重捕法调查;由题表可以看出,农用地第1层土壤动物个体数明显少于其他样地,说明人类活动可以影响土壤动物的数量;表中数据无法得出各土层中土壤动物种群数量变化。

8.为了对土壤动物的丰富度进行统计,下图A、B、C、D 4种土壤微型节肢动物分离收集装置中最合理的是(　A　)

解析:土壤动物有趋暗、趋湿、避高温的特性,因此要让土壤动物从漏斗的土样中转移到下面的收集瓶中,漏斗中的环境应有光、干燥、高温。A选项中热光源能同时满足有光和高温两个条件。

 [真实情境]

某种植物病毒V是通过稻飞虱吸食水稻汁液在水稻间传播的。稻田中青蛙数量的增加可减少该病毒在水稻间的传播。

探究:(1)青蛙与稻飞虱、水稻与病毒、水稻与稻飞虱分别为何种种间关系?

提示:捕食、寄生、寄生。

(2)稻飞虱和植物病毒V是不是寄生关系?请说明理由。

提示:不是,稻飞虱是植物病毒V的传播媒介;植物病毒V对稻飞虱没有危害。

课堂小结

随堂检测

1.(2020·山东卷)为研究甲、乙两种藻的竞争关系,在相同条件下对二者进行混合培养和单独培养,结果如下图所示。下列说法错误的是(　B　)

A.单独培养条件下,甲藻数量约为1.0×106个时种群增长最快

B.混合培养时,种间竞争是导致甲藻种群数量在10～12天增长缓慢的主要原因

C.单独培养时乙藻种群数量呈“S”形增长

D.混合培养对乙藻的影响较大

解析:10～12天乙藻种群数量接近0,所以竞争强度低,此时甲藻数量增长缓慢的原因是培养液和空间有限导致种内斗争加剧。

2.下列生产实践中没有利用生态位原理的是(　C　)

A.稻田养鱼 B.“四大家鱼”混合放养

C.适时捕捞 D.不同农作物间作

解析:生态位的分化是群落垂直结构和水平结构的基础,提高了生物利用环境资源的能力。稻田养鱼充分利用环境资源;“四大家鱼”分别位于不同的水层,混合放养充分利用空间资源;适时捕捞则应用的是种群数量变化的规律;不同农作物间作,充分利用了光和空间。

3.(教材改编)长白山北坡从山麓到山顶依次出现针阔叶混交林、针叶林、岳桦林和高山冻原。针阔叶混交林中的乔木层有红松、红皮云杉、白桦等多种植物,在林冠层生活着小杜鹃、大杜鹃、黑枕黄鹂等鸟类。下列表述不正确的是(　B　)

A.长白山北坡的生物群落的物种组成有季节性差异

B.小杜鹃与黑枕黄鹂都生活在林冠层,说明它们的生态位相同

C.针阔叶混交林中的红松和红皮云杉存在种间竞争关系

D.群落的垂直结构提高了群落利用阳光等环境资源的能力

解析:生态位不仅包括所处的空间位置,还包括占用资源情况,以及与其他物种的关系等。

4.跳虫、甲螨和线虫是土壤中的主要动物类群,对植物遗体的分解起重要作用。请回答下列问题。

(1)由于跳虫和甲螨活动能力　　　　,身体　　　　,不适合用手直接捕捉,常采用吸虫器等进行采集。 

(2)现要采集大量的跳虫用于实验室培养,最好选择图中的吸虫器　 ,理由是　　　　　　　            　　　             　　　　。若要采集大量的甲螨作为标本保存,最好选择吸虫器　　    　　,理由是　 　                             。

(3)现在一培养罐内同时培养跳虫、甲螨和线虫三个种群,若它们均仅以罐内已有的酵母菌为食,则跳虫与甲螨之间的关系是　　　   　,线虫与酵母菌之间的关系是　　　    　。 

解析:(1)土壤中跳虫和甲螨活动能力较强、身体微小,用手难以直接捕捉,所以常采用吸虫器等进行采集。(2)采集的跳虫若要用于实验室培养,采集时必须保持跳虫的活性;跳虫多栖息于潮湿、阴暗的环境,属于好氧型生物,因此,可选择吸虫器B对其进行采集,因吸虫器B中湿棉花模拟了土壤湿润环境,利于跳虫存活。采集的甲螨要作为标本保存,采集时无须保持其活性,只需保持其形态不变即可,所以可选择吸虫器D对其进行采集,因吸虫器D中的酒精可将甲螨及时固定,防止腐烂。

(3)跳虫与甲螨都以酵母菌为食,所以两者之间为种间竞争关系;线虫以酵母菌为食,它们之间的关系为捕食。

答案:(1)较强　微小

(2)B　该吸虫器中的湿棉花模拟了土壤湿润环境,利于跳虫存活　D　该吸虫器中的酒精可将收集的甲螨及时固定,防止腐烂

(3)种间竞争　捕食