高中生物人教版 (2019)选择性必修2第3节 生态系统的物质循环导学案

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修2第3节 生态系统的物质循环导学案，共8页。

1．以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环。(生命观念、科学思维)
2．说明能量流动和物质循环的关系。(生命观念、科学思维)
3．尝试探究土壤微生物的分解作用。(科学探究)
4．关注碳循环平衡失调与温室效应，关注生物富集。(社会责任)
学霸记忆
1．物质循环的概念：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，都在不断进行着从非生物环境到生物群落，又从生物群落到非生物环境的循环过程，这就是生态系统的物质循环，又叫生物地球化学循环。
2．物质循环的特点：全球性、循环性。
3．碳循环中碳的存在形式
(1)在生物群落和非生物环境(无机环境)间：主要以CO2形式循环。
(2)在生物群落内部：以含碳有机物形式传递。
(3)在无机环境中：主要以CO2和碳酸盐形式存在。
4．碳进入生物群落的途径
生产者的光合作用和化能合成作用。
5．碳返回无机环境的途径
(1)生产者、消费者的呼吸作用。
(2)分解者的分解作用(实质是呼吸作用)。
(3)化石燃料的燃烧。
6．温室效应
产生原因：大量化石燃料的燃烧，导致大气中的CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。
7．生物富集现象是指生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象，称为生物富集。这些难以降解的元素和化合物一旦进入食物链，最终会积累在食物链的顶端。
8．物质循环与能量流动同时进行，相互依存，不可分割：
(1)能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程。
(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。
知识点一 物质循环及与能量流动的关系
教材梳理
1．物质循环的概念及特点
(1)概念：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等_元素__，都在不断进行着从_非生物环境__到_生物群落__，又从生物群落到非生物环境的循环过程。
(2)特点
①_全球性__：“生态系统的物质循环”中的“生态系统”并非一般的生态系统，而是_生物圈__，所以物质循环又称为_生物地球化学循环__。
②循环性：非生物环境中的物质可以被生物群落_反复利用__，即生物群落和非生物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．物质循环的实例——碳循环
(1)碳在非生物环境与生物群落间循环的主要形式是_CO2__，在生物群落内部传递的形式是_含碳有机物__，途径是_食物链(网)__。
(2)大气中碳元素进入生物群落的途径是光合作用和_化能合成作用__，生物群落中的碳元素回到非生物环境中的途径有分解者的分解作用、动植物的_呼吸作用__、化石燃料的燃烧等。此外，_海洋__对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。
3．能量流动和物质循环的关系
(1)二者是_同时进行__的，彼此相互依存，不可分割。
(2)物质作为能量的_载体__，使能量沿着食物链(网)流动；能量作为_动力__，使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间_循环往返__。
判断正误
1．参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。( × )
2．碳的循环在生物群落内部是以CO2的形式进行的。( × )
3．光合作用推动碳循环过程，促进了生物群落中的能量循环。( × )
4．植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。( √ )
5．碳循环的进行伴随着能量流动，但由于生物体不能在代谢中利用热能，所以能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。( √ )
6．由于人工碳排放过度，破坏了生态系统的碳平衡，导致大气中二氧化碳浓度增加并引起全球气候变化。( √ )
核心探讨
比较物质循环和能量流动，阐释二者的区别和联系
请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程。
提示：如图所示
核心归纳
碳循环过程中生态系统组成成分的判断
1．常见图示
2．判断方法：总口诀为双向箭头先找准，多进一出是环境，一出指向生产者，具体如下：
(1)在碳循环模式图中找到双向箭头，双向箭头的两侧分别是大气中的二氧化碳库和生产者(如以上图示中的A与C)。
(2)在此基础上，有多个箭头指进去的那个成分是大气中的二氧化碳库(如以上图示中的C)，双向箭头的另一侧则为生产者(如以上图示中的A)。
(3)除大气中的二氧化碳库外，有多个箭头指进去的是分解者(如以上图示中的B)。剩下的成分为消费者(如甲、丙两图中的D，乙图中的D、E)。
3．辨析物质循环的三个易错点
(1)物质循环中的“物质”指“构成生物体的元素”。
(2)物质循环中的“循环”指在生物群落和非生物环境间的循环，生物群落内部不能实现循环。
(3)生态系统的物质循环中的“生态系统”指生物圈。
典题应用
1．某同学画出如下三幅表示生态系统部分碳循环的示意图。下列分析错误的是( A )
A．碳循环中只有生产者与非生物环境之间的传递是双向的，所以三幅图中生产者都是A
B．图1中C能促进生态系统的物质循环和能量流动
C．图2中A、B、D、E构成群落，碳在其中流动的形式是有机物
D．若使图1、图2、图3完整表示碳循环，需要补充化石燃料燃烧产生二氧化碳的过程
解析：在碳循环过程中，生产者与大气中二氧化碳库之间的传递是双向的，而其他生物只能通过呼吸作用向大气中释放二氧化碳，由此可知，图1～图3中属于生产者的分别是A、A、E，A项错误；图1中C为消费者，能促进生态系统的物质循环和能量流动，B项正确；图2中A为生产者，B和D为消费者，E是分解者，它们共同构成生物群落，在生物群落内部碳以有机物的形式流动，C项正确；题干所示三幅图中均没有涉及化石燃料的燃烧过程，要表示完整的碳循环，应增加化石燃料的燃烧过程，D项正确。
2．下列有关生态系统的物质循环的叙述，错误的是( D )
A．具有全球性
B．物质是指组成生物体的基本元素
C．在生物群落和非生物环境之间循环往复
D．在生态系统的各营养级之间循环往复
解析：生态系统的物质循环具有全球性，A项正确。物质是指组成生物体的基本元素，B项正确。碳循环在生物群落与无机环境之间以二氧化碳形式传递，并且循环往复，C项正确。循环是在生物群落与无机环境之间而不是在生态系统的各营养级之间，D项错误。
知识点二 生物富集及探究土壤微生物的分解作用
教材梳理
1．生物富集
(1)概念：生物体从周围环境吸收、积蓄某种_元素__或_难以降解__的化合物，使其在机体内浓度_超过环境浓度__的现象，称为生物富集。
(2)实例：_铅__、镉、汞等重金属，DDT、六六六等_有机化合物__以及一些放射性物质。
(3)特点：a.有害物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地，因此生物富集具有_全球性__；b.这些有害物质在生物体内的浓度沿食物链不断_升高__。
2．探究土壤微生物的分解作用
(1)实验原理
①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等微生物，它们在生态系统中主要充当分解者。在不同的气候与环境条件下，落叶在土壤中被分解的时间也不同。
②淀粉还原糖eq \(――→,\s\up7(斐林试剂),\s\d5(加热))砖红色沉淀。
(2)案例设计
判断正误
1．生物富集的物质会沿着食物链、食物网在生物体内聚集。( √ )
2．营养级越高的生物，其体内富集的有害物质的浓度越高。( √ )
3．对照组中落叶的分解速度明显高于实验组。( √ )
4．实验组和对照组可以分别选择不同种类的落叶进行实验。( × )
核心探讨
分析生物富集现象及其成因
1．如图为不同采样点中水、水底沉积物和中国血蛤体内铅浓度。
据图分析，写出分析结果：_铅在中国血蛤体内的浓度超过环境浓度__。
2．对比碳循环，分析铅在生物体内富集的原因。
成因：_铅在生物体内形成难以降解的化合物，且不易排出__。
3．如图为水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图。
据图分析，写出分析结果：_铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高__。
4．还有哪些有害物质也有与铅类似的现象？
提示：镉、汞等重金属，DDT、六六六等人工合成的有机化合物及一些放射性物质。
5．如何有效地减少生物富集现象？
提示：合理利用资源，减少排放，实施垃圾分类，种植能吸收有害重金属元素的植物等。
核心归纳
1．能量流动、物质循环与生物富集的关系
2．能量流动、物质循环与生物富集的关系图解
典题应用
3．(2023·湖北卷)胁迫是指一种显著偏离于生物适宜生活需求的环境条件。水杨酸可以减轻胁迫对植物的不利影响。在镉的胁迫下，添加适宜浓度的水杨酸可激活苦草体内抗氧化酶系统，降低丙二醛和H2O2含量，有效缓解镉对苦草的氧化胁迫。下列叙述错误的是( D )
A．水杨酸能缓解H2O2对苦草的氧化作用
B．在胁迫环境下，苦草种群的环境容纳量下降
C．通过生物富集作用，镉能沿食物链传递到更高营养级
D．在镉的胁迫下，苦草能通过自身的调节作用维持稳态
解析：水杨酸可激活苦草体内抗氧化酶系统，故能缓解H2O2对苦草的氧化作用，A正确；环境容纳量的大小取决于生物所生存的环境，在胁迫环境下，苦草种群的环境容纳量下降，B正确；镉属于重金属，能够通过生物富集作用，沿食物链传递到更高营养级，C正确；胁迫是一种显著偏离于生物适宜生活需求的环境条件，因此在镉的胁迫下，苦草已经不能通过自身的调节作用维持稳态，D错误。
4．某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5 cm左右)为实验材料，研究土壤微生物在适宜温度下的分解作用，对土壤处理情况如下表所示。下列有关叙述错误的是( B )
A．该实验能探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用
B．该实验的自变量为土壤是否灭菌，因变量是土壤的湿度
C．为了控制实验中的无关变量，作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理
D．预期结论是1、3组的落叶不被分解，2、4组中的落叶被不同程度分解
解析：该实验的自变量有两个——是否灭菌和土壤湿度，B项错误。
案例名称
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
实验设计分析
自变量
土壤中是否_含有微生物__
是否加入_土壤浸出液__
因变量
落叶的腐烂程度
淀粉的分解程度
观测指标
落叶的剩余量等
a．加入碘液后的变蓝程度；
b．加入斐林试剂，水浴加热后是否有砖红色沉淀产生
实验结论
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
项目
能量流动
物质循环
生物富集
区别
形式
光能→化学能→热能
不易分解的重金属(元素)化合物或有机化合物等
范围
生态系统的各营养级
生物圈
生态系统的各营养级
过程
沿食物链(网)单向流动
在生物群落与非生物环境间往复循环
沿食物链(网)单向流动
特点
单向流动、逐级递减
全球性、循环性
单向流动、逐级积累、全球性
联系
①在生物群落中它们流动的渠道都是食物链和食物网，且相互联系，同时进行，不可分割；②能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解；③某些物质在沿食物链和食物网流动时会发生生物富集；④物质是能量沿食物链(网)流动的载体，能量是物质循环和生物富集的动力
组别
1组
2组
3组
4组
土壤处理
灭菌
不灭菌
灭菌
不灭菌
土壤湿度
湿润
湿润
较干燥
较干燥