2024届苏教版高考生物一轮复习生态系统的物质循环和信息传递学案

第8课时　生态系统的物质循环和信息传递

课标要求　1.分析生态系统中的物质在生物群落与无机环境之间不断循环的规律。2.举例说明利用物质循环，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。3.阐明某些有害物质会通过食物链不断地富集的现象。4.举例说出生态系统中物理、化学和行为信息的传递对生命活动的正常进行、生物种群的繁衍和种间关系的调节起着重要作用。

考点一　生态系统的物质循环

1．物质循环

(1)概念：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙等元素，在生态系统中不断地进行着从无机环境到生物群落，再回到无机环境的循环过程。

(2)特点：具有全球性和循环性。

2．碳循环

归纳总结　(1)碳的存在形式与循环形式

①在生物群落和无机环境间：主要以二氧化碳形式循环。

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：主要以二氧化碳和碳酸盐形式存在。

(2)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。

(3)碳返回无机环境的途径：生产者、消费者的呼吸作用；分解者的分解作用(实质是呼吸作用)和化石燃料的燃烧。

延伸应用　(1)碳循环的破坏——温室效应

①形成原因：化石燃料的大量燃烧，导致大气中的二氧化碳含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。

②影响：使气温升高，加快极地和高山冰川的融化，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。

③解决途径

a．减少化石燃料的使用，开发清洁能源。

b．大力植树造林。

(2)氮元素在生物群落与无机环境间能(填“能”或“不能”)循环利用。请解释需不断向农田中施加氮肥的原因：农产品源源不断地从农田生态系统输出，其中的氮元素并不能全部归还土壤，所以需要施加氮肥。这与物质循环并不矛盾。

3．主要的物质循环

4．物质循环与能量流动的区别与联系

(1)区别

(2)联系

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，使物质在生物群落和无机环境之间得以不断地往返循环。

5．有害物质通过食物链呈现富集现象

(1)有害物质循环

①概念：是指那些对有机体有害的物质进入生态系统，通过食物链富集或被分解的过程。

②特点：具有浓缩现象。

③危害：导致生物体中毒、甚至死亡。

(2)有害物质循环的实例

①生物富集

②汞循环

考向一　碳循环的过程分析

1．(2023·江苏苏州高三模拟)如图是生态系统中碳循环示意图，其中“→”表示碳的流动方向。下列叙述错误的是(　　)

A．在碳循环过程中，同时伴随着能量流动

B．由于某种原因造成图中E生物数量大量减少，推测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发生的变化是D增多，F减少

C．该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、B

D．在A→C过程中碳主要以CO2的形式进行循环，在F→B过程中以含碳有机物的形式进行流动

答案　C

解析　分析题图可知，A、B、D、E、F均有箭头指向C，则C是大气中的CO2库。A、C之间为双向箭头，A为生产者。A、D、E、F均有箭头指向B，则B为分解者，D、E、F为消费者。图示中包含的食物链为A→D→E→F，故E减少，短时间内D增多，F减少。碳在生物群落与无机环境之间主要以CO2的形式循环，在生物群落内部是以含碳有机物的形式流动。

方法技巧　“三看法”快速确认碳循环的各环节

2．低碳生活、绿色经济已成为人类共识。国务院政府工作报告中明确提出了“碳达峰”的目标，并制定碳排放达峰的行动方案，其中包括植树造林、节能减排、利用新能源等形式。下列有关说法错误的是(　　)

A．碳在生物群落和无机环境之间主要是以含碳有机物的形式进行循环

B．人类活动大量利用煤、石油等化石燃料，打破了生物圈中碳循环的平衡

C．碳循环具有全球性，因此碳循环失衡影响的是整个地球的生态环境

D．通过光合作用或化能合成作用，大气中的CO2转化为含碳有机物

答案　A

解析　碳在生物群落和无机环境之间主要是以二氧化碳的形式进行循环，A错误。

考向二　生物富集

3．如图是一个生态系统中不同营养级同化的能量相对值示意图，其中丙是第一营养级(生产者)。若该生态系统受到含汞的废电池浸出液污染，生物体内含汞最多的营养级是(　　)

A．乙  B．丙  C．甲  D．丁

答案　C

解析　图示食物链是丙→丁→乙→甲，有害物质沿着食物链流动并逐渐积累，因此生物体内积存汞最多的营养级是甲。

4．(多选)如图表示某生态系统中，甲、乙两种群在一段时间内的数量变化情况。下列有关叙述错误的是(　　)

A．甲为捕食者，乙为被捕食者

B．M时甲、乙两种群的数量相等，但出生率不一定相等

C．甲种群中的碳元素可通过一定途径进入乙种群

D．若长期受某重金属污染，甲种群体内重金属浓度大于乙种群

答案　AD

解析　图中乙的数量变化晚于甲，且甲的波峰高于乙，则乙为捕食者，A错误；若长期受某重金属污染，乙的营养级高于甲，故乙种群体内重金属浓度大于甲种群，D错误。

考点二　生态系统的信息传递

1．生态系统的信息种类(连线)

2．生态系统的信息传递作用

(1)信息流：生态系统中的信息来自植物、动物、微生物、人和非生物环境，这些信息在各成员之间或成员内部的交换、传递称为生态系统的信息流。

(2)信息传递特点：往往是双向的。

(3)信息流传递模型

信源发信器官→信道→接收器官信宿

(4)信息传递在生态系统中的作用

(5)信息传递在生产实践中的作用

①提高农作物产量。如可通过模拟传粉昆虫的信息，吸引这些昆虫前来帮助农作物传粉。

②防治害虫。如在田间释放人工合成的性外激素，干扰农作物害虫的正常交尾，以减少农药的使用量，达到既防虫又环保的目的。

③获得较高的观赏价值和经济效益。如通过短日照处理使菊花提前开放，或长日照处理使菊花延迟开放。

热图分析　据图分析生态系统的信息传递模型

(1)物理信息来源于生物和无机环境；化学信息和行为信息来源于生物。

(2)生态系统的信息传递的范围不包括(填“包括”或“不包括”)细胞之间的传递。

(3)生态系统的信息传递是种群内部个体之间、种群之间以及生物与无机环境之间的传递。信息传递的方向一般是双向的。

3．能量流动、物质循环和信息传递的关系

考向一　信息传递的类型和作用分析

5．(2023·江苏南京高三模拟)下列关于生态系统信息传递的叙述，正确的是(　　)

A．利用生长素类调节剂杀死单子叶农作物周围的双子叶杂草，属于化学信息的应用

B．利用光照、声音信号诱捕或驱赶某些动物，使其远离农田，属于生物防治

C．生态系统中信息沿食物链从低营养级向高营养级传递

D．某种鸟类通过点头或鞠躬追求配偶，这一现象说明生态系统中的信息传递可以调节生物的种间关系，维持生态系统的稳定

答案　B

解析　生长素类调节剂不属于生态系统的化学信息，A错误；生态系统中能量沿食物链从低营养级向高营养级传递，生态系统中的信息传递往往是双向的，C错误；某种鸟类通过点头或鞠躬追求配偶，这一现象说明生物种群的繁衍离不开信息的传递，D错误。

6．下列关于生命系统中信息传递的叙述，正确的是(　　)

A．生物体内细胞之间的信息传递必须依赖细胞质膜上受体的识别

B．生物体内的信息传递一般都具有双向性

C．无论生物体内还是生物体外，传递每一种信息都必须依赖具体的信号分子

D．人体产生的能促进细胞代谢的甲状腺激素不属于生态系统信息传递中的化学信息

答案　D

解析　生物体内细胞之间的信息传递不是都必须依赖细胞质膜上的受体的识别，如高等植物细胞之间通过胞间连丝进行信息交流，A错误；生物体内的信息传递往往是信号分子通过一定的途径作用于靶细胞，一般是单向的，B错误；生态系统中的信息传递不一定依赖于信号分子，如物理信息和行为信息，C错误；人体产生的能促进细胞代谢的甲状腺激素属于体内的信号分子，生态系统的化学信息在同种生物或不同生物个体间发挥作用，D正确。

方法技巧　生态系统中信息类型的辨析方法

(1)涉及声音、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、眼或植物光敏色素、叶、芽等感觉到的信息，则判断为物理信息。

(2)若涉及化学物质挥发性(如性外激素等)这一特点，则判断为化学信息。

(3)凡涉及“肢体语言”的，则判断为行为信息。

(4)若在影响视线的环境中(如深山密林)，生物间多依靠“声音”这种物理形式传递信息。

(5)若在噪音嘈杂的环境(如洪水、瀑布旁)，生物间多以“肢体语言”这种“行为”进行信息交流。

考向二　生态系统三大功能的综合

7．物质循环、能量流动和信息传递是生态系统的基本功能，下列相关叙述错误的是(　　)

A．物质循环和能量流动的途径是食物链和食物网

B．物质循环与能量流动相伴随，且两者离不开信息传递

C．信息传递发生在生物之间及生物与无机环境之间

D．生态系统达到稳态时，系统内部不再有信息传递

答案　D

解析　食物链和食物网是能量流动和物质循环的渠道，A正确；能量流动、物质循环和信息传递将生态系统各组分联系成一个整体，并调节生态系统的稳定性，B正确；生态系统中信息传递发生在生物之间、生物与无机环境之间，且这种传递往往是双向的，C正确；生态系统达到稳态时，系统内部仍然存在信息传递，D错误。

8．(多选)如图为生态系统信息传递模式图，下列相关叙述正确的是(　　)

A．信息传递是双向的，能量流动和物质循环也是双向的

B．生态系统的功能主要是能量流动和物质循环，还有信息传递

C．物质循环是生态系统的基础，能量流动是生态系统的动力，信息传递则决定着能量流动和物质循环的方向

D．生态系统各成分间都有各种形式的信息传递

答案　BCD

1．(2021·北京，11)野生草本植物多具有根系发达、生长较快、抗逆性强的特点，除用于生态治理外，其中一些可替代木材栽培食用菌，收获后剩余的菌渣可作肥料或饲料。下列相关叙述错误的是(　　)

A．种植此类草本植物可以减少水土流失

B．菌渣作为农作物的肥料可实现能量的循环利用

C．用作培养基的草本植物给食用菌提供碳源和氮源

D．菌渣作饲料实现了物质在植物、真菌和动物间的转移

答案　B

解析　此类草本植物根系发达可以固定更多的土壤，故种植此类草本植物可以减少水土流失，A正确；能量可多级利用，但不能循环利用，B错误；草本植物含有蛋白质和纤维素，可给食用菌提供碳源和氮源，C正确；草本植物可栽培食用菌，而菌渣可作肥料或饲料，故实现了物质在植物、真菌和动物间的转移，D正确。

2．(2020·全国Ⅲ，6)生态系统的物质循环包括碳循环和氮循环等过程。下列有关碳循环的叙述，错误的是(　　)

A．消费者没有参与碳循环的过程

B．生产者的光合作用是碳循环的重要环节

C．土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节

D．碳在无机环境与生物群落之间主要以CO2形式循环

答案　A

3．(2021·河北，22)为探究全球气候变暖对生态系统的影响，研究者将20个人工淡水池塘均分成两组，对照组保持环境温度，实验组始终比对照组高4 ℃(利用温控装置)，并从附近淡水栖息地搜集水生生物投入池塘。连续多年观测发现，池塘逐渐形成主要由浮游植物和浮游动物组成的群落。第15年时，池塘中浮游植物和浮游动物生物量(单位体积水体中生物体的质量)的检测结果如图。

回答下列问题：

(1)池塘生物群落区别于湖泊生物群落的重要特征为________________，池塘生物群落从简单到复杂的过程中发生了__________演替。

(2)某种水生生物被投入池塘后，其种群数量将呈______型增长，若该生物种群密度在较长时期保持相对稳定，表明其种群数量已达到了__________。

(3)从能量流动角度分析，升温导致该生态系统总生物量降低的原因可能是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)碳在池塘生物群落中主要以______________的形式传递，碳循环具有全球性的主要原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)群落的物种组成　次生　(2)“S”　环境容纳量　(3)生物自身呼吸消耗增加，分解者分解作用加快　(4)含碳有机物　碳在生物群落和无机环境之间的循环主要以CO2的形式进行 ，大气中的CO2能够随着大气环流在全球范围内流动

解析　(3)从生态系统的能量流动角度分析，升高温度可能会导致每一营养级生物自身呼吸消耗增加，分解者分解作用加快，从而导致生态系统总生物量降低。(4)碳在无机环境中主要以CO2和碳酸盐形式存在，在生物群落的各类生物体中以含碳有机物的形式存在，并通过食物链在生物群落中传递。

4．(2021·广东，17)为积极应对全球气候变化，我国政府在2020年的联合国大会上宣布，中国于2030年前确保碳达峰(CO2排放量达到峰值)，力争在2060年前实现碳中和(CO2排放量与减少量相等)。这是中国向全世界的郑重承诺，彰显了大国责任。回答下列问题：

(1)在自然生态系统中，植物等从大气中摄取碳的速率与生物的呼吸作用和分解作用释放碳的速率大致相等，可以自我维持________。自西方工业革命以来，大气中CO2的浓度持续增加，引起全球气候变暖，导致的生态后果主要是__________________________________

________________________________________________________________________。

(2)生态系统中的生产者、消费者和分解者获取碳元素的方式分别是______________，消费者通过食物网(链)取食利用，_________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)全球变暖是当今国际社会共同面临的重大问题，从全球碳循环的主要途径来看，减少________________和增加__________是实现碳达峰和碳中和的重要举措。

答案　(1)碳平衡　极地冰雪和高山冰川融化、海平面上升等　(2)光合作用和化能合成作用、捕食、分解作用　从而将碳元素以含碳有机物的形式进行传递　(3)碳释放　碳存储

解析　(1)在自然生态系统中，植物光合作用摄取碳的速率与生物的呼吸作用和分解作用释放碳的速率大致相等。随着现代工业的迅速发展，人类大量燃烧煤、石油等化石燃料，使地层中经过千百万年而积存的碳元素，在短时间内释放出来，打破了生物圈中碳平衡，使大气中的CO2浓度迅速增加，引起全球气候变暖，导致极地冰雪和高山冰川融化、海平面上升等严重的生态后果。(2)生产者主要通过光合作用和化能合成作用获取碳元素，从而碳元素将通过生产者进入生态系统，消费者通过摄食生产者和低营养级的消费者来获取碳元素，分解者通过分解生产者的遗体残骸和消费者的粪便、遗体残骸来获取碳元素。

一、易错辨析

1．生态系统的物质循环指的是各种化合物在生物群落与无机环境之间往复循环(　×　)

2．碳在生物群落和无机环境之间主要以有机物形式循环(　×　)

3．与碳循环有关的生理活动有光合作用、化能合成作用和呼吸作用等(　√　)

4．生态系统的物质循环和能量流动的渠道都是食物链和食物网，所以物质和能量是循环往返的(　×　)

5．变色龙变化体色，主要是向同类传递行为信息(　×　)

6．当食草动物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信息传递功能(　√　)

二、填空默写

1．(选择性必修2 P85)物质循环：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙等元素，在生态系统中不断地进行着从无机环境到生物群落，再回到无机环境的循环过程。

2．(选择性必修2 P85)在无机环境中，碳主要以二氧化碳和碳酸盐的形式存在；在生物群落中，碳主要以有机物的形式存在。

3．(选择性必修2 P87)生物圈的物质循环还包括水循环、氮循环、磷循环和硫循环等。

4．(选择性必修2 P87)有害物质循环是指那些对有机体有害的物质进入生态系统，通过食物链富集或被分解的过程。

5．(选择性必修2 P87)生物富集：难以分解的化合物或重金属在生物体内的浓度远远超过环境中浓度的现象。

6．(选择性必修2 P93)生态系统中的物理信息、化学信息、行为信息和营养信息等，把生态系统的各部分联系起来并协调为统一的整体。

7．(选择性必修2 P95)生物种群的繁衍和种间关系的调节都离不开信息传递。