高中第3章 生态系统及其稳定性第4节 生态系统的信息传递学案及答案

第4节　生态系统的信息传递

[学习目标]

1.通过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。

2.通过学习和分析生态系统中信息的种类、信息传递的作用,培养归纳和概括、批判性思维等科学思维以及科学探究能力。

3.通过分析生态系统的信息传递在生产实践中的应用,培养参与讨论、自主合作探究的社会责任感和理论联系实际的意识。

一、生态系统中信息的种类

1.物理信息:是指通过物理过程传递的信息。

(1)举例:自然界中的光、声、温度、湿度、磁场等。

(2)来源:非生物环境、生物个体或群体。

2.化学信息:是指生物在生命活动中产生的可以传递信息的化学物质,又叫信息素。

(1)举例:植物的生物碱、有机酸等代谢产物,动物的性外激素等。

(2)来源:生物在生命活动中产生。

3.行为信息:是指动物的特殊行为,主要指能够向同种或异种生物传递某种信息的各种动作。

举例:蜜蜂跳舞、雄鸟的“求偶炫耀”等。

4.生物可以通过一种或多种信息类型进行交流。生态系统中的信息传递包括:信息产生的部位——信息源、信息传播的媒介——信道、信息接收的生物或其部位——信息受体。

二、信息传递在生态系统中的作用

1.个体:生命活动的正常进行,离不开信息的作用,如海豚的“回声定位”,莴苣、茄、烟草等种子的萌发生长。

2.种群:生物种群的繁衍,离不开信息的传递,如植物开花。

3.群落和生态系统:能够调节生物的种间关系,进而维持生态系统的平衡与稳定。

三、信息传递在农业生产中的应用

1.提高农畜产品的产量。

举例:利用模拟的动物信息吸引大量的传粉动物,提高果树的传粉效率和结实率。

2.对有害动物进行控制。

举例:利用昆虫信息素诱捕或警示有害动物,降低害虫的种群密度。

3.目前控制动物危害的技术方法大致有三种:化学防治、生物防治和机械防治。人们越来越倾向于利用对人类生存环境无污染的、有效的生物防治。

1.判断下面有关生态系统中信息的种类说法的正误。

(1)生物之间的信息传递只限于同种生物。(　×　)

(2)信息只能沿食物链从低营养级向高营养级传递。(　×　)

2.判断下面有关信息传递在生态系统中的作用及应用说法的正误。

(1)利用特殊的化学物质扰乱某些动物的雌雄交配,使有害动物种群的繁殖力下降,属于化学信息的应用。(　√　)

(2)利用信息传递作用控制动物危害属于生物防治技术。(　√　)

(3)莴苣种子必须接收某种波长的光才能萌发生长,说明生命活动的正常进行,离不开信息的传递。(　√　)

探究点一　信息的种类和特点

[情境1] 下面展示了10种信息,请分析回答下列问题。

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　⑤猎豹等猫科动物高度特化的尿标志　⑥蜜蜂的舞蹈行为　⑦某些植物花朵的颜色、形状等　⑧生物代谢产生的物质如酶、维生素、生长素、抗生素等　⑨萤火虫的闪光

⑩鼬遇到危险时由肛门附近的腺体排出的有强烈恶臭味的气体

[思考] (1)属于物理信息、化学信息和行为信息的分别有哪些?

提示:物理信息:①④⑦⑨;化学信息:②⑤⑧⑩;行为信息:③⑥。

(2)信息传递种类辨析

①生态系统中信息的种类因传播途径的不同而不同。如孔雀开屏,如果是通过行为传递给对方,则属于行为信息;如果通过羽毛的颜色等传递给对方,则属于物理信息。

②鸟类或其他动物报警,若通过声音(尖叫)则属于物理信息,若通过特殊的动作(突然飞起)则属于行为信息。

③涉及声音、颜色、植物形状、磁力、温度、湿度这些信号,通过动物的皮肤、耳朵、眼或植物的光敏色素、叶、芽等接收,则判断为物理信息。

④若涉及化学物质的挥发性这一特点则判断为化学信息。

[情境2] 如图为生态系统的信息传递模型。

[思考] (1)图中“信息”可来自何处?

提示:生物或无机环境。

(2)从图中可以看出,生态系统的信息传递是否只发生于生物与生物之间?

提示:不是,在生物与生物之间以及生物与无机环境之间都能发生信息传递。

(3)从信息传递的方向来看,生态系统的信息传递具有什么特点?

提示:往往具有双向传递的特点。

[深度思考] 动物可以利用化学信息进行种间、种内个体间的识别,还可以通过化学信息刺激性成熟。请分别举例说明。

提示:例如猎豹等猫科动物有着高度特化的尿标志的信息,它们总是仔细观察前兽留下的痕迹,并由此传达时间信息,避免与栖居在此的对手相遇;动物还可以利用化学信息来标记领域,群居动物能够通过化学信息来警告种内其他个体;许多动物分泌的性信息素,在种内两性之间起信息交流的作用,如雄鼠的气味可使幼鼠的性成熟大大提前。

[归纳总结] 生态系统中信息的种类

[应用] 信息传递是生态系统的功能之一,具有重要的作用。下列属于物理信息的是(　A　)

A.“唯有牡丹真国色,开花时节动京城”

B.雄鸟的“求偶炫耀”

C.昆虫的性外激素

D.玫瑰散发的香味

解析:雄鸟“求偶炫耀”属于行为信息;昆虫的性外激素和玫瑰散发的香味属于化学信息。

探究点二　信息传递的作用

[情境1] 有些植物,像莴苣、茄、烟草的种子必须接受某种波长的光信息,才能萌发生长。

[思考] 由情境1可以看出,生命活动的正常进行离不开信息的传递。

[情境2] 自然界中,植物开花需要光信息刺激,当日照时间达到一定长度时,植物才能够开花。许多动物都能在特定时期释放用于吸引异性的信息素。

[思考] 由情境2可以得出,生物种群的繁衍离不开信息的传递。

[情境3] 当烟草叶片受到甲种蛾幼虫的采食刺激后,会释放出挥发性的化学物质。这种化学物质白天会吸引甲种蛾幼虫的天敌,夜间会驱赶乙种蛾,使其不能在烟草叶片上产卵(乙种蛾幼虫也采食烟草叶片),如图所示。试回答下列问题。

[思考] (1)甲种蛾的天敌主要在白天活动,乙种蛾主要在夜间活动,这主要受哪种信息的影响?

提示:受物理信息光的影响。

(2)上述现象体现了生态系统信息传递的哪种作用?

提示:调节生物的种间关系,以维持生态系统的平衡与稳定。

(3)利用烟草的这种特性,我们可以人工合成类似的物质应用于农业生产中,对有害动物进行防治,这种方法和农药防治相比最大的优点是什么?

提示:不污染环境。

[归纳总结] 信息传递与能量流动、物质循环的比较

[应用] 下列哪项不属于信息传递在生态系统中的直接作用(　D　)

A.维持生态系统的稳定性

B.与生物种群的繁衍有关

C.调节生物的种间关系

D.增加生态系统中基因的多样性

解析:信息传递能够调节生物的种间关系,维持生态系统的平衡与稳定;信息传递与生物种群的繁衍有关;基因的多样性与个体和种群数量相关,与信息传递无直接关系。

课堂小结

随堂反馈

1.判断下列关于信息传递的说法是否正确。

(1)在生物与非生物环境、生物与生物之间信息传递都是双向的。(　×　)

(2)金龟子遇敌害从植株上滚落装死属于行为信息。(　√　)

(3)猎豹和斑马之间的信息传递有利于调节种间关系。(　√　)

(4)用性引诱剂干扰害虫雌雄交尾,可有效控制害虫数量。(　√　)

2.下列哪项属于生态系统中有利于种群繁衍的信息传递的功能(　C　)

A.性激素促进生殖器官的发育及生殖细胞的生成

B.猎捕食物时,工蚁之间通过触角接触交流信息

C.雄性园丁鸟在自己的“庭院”里不停唱歌跳舞,吸引雌鸟的到来

D.跳羚擅长使用“小牛跳跃”的特殊方式吓跑追赶它们的敌人

解析:性激素促进生殖器官的发育及生殖细胞的生成属于生物体内的信息传递,不属于生态系统的信息传递; 猎捕食物时,工蚁之间通过触角接触交流信息有利于生命活动的正常进行,不属于繁殖行为; 跳羚擅长使用“小牛跳跃”的特殊方式吓跑追赶它们的敌人属于行为信息,但不属于繁殖行为。

3.下列信息传递的实例中,属于调节生物种间关系的是(　C　)

A.莴苣的种子在某种波长光信息下才能萌发生长

B.昆虫散发性外激素传递信息

C.草原返青时,“绿色”为食草动物提供信息

D.雄鸟求偶时进行复杂的“求偶炫耀”

解析:A、B、D选项说明生命活动的正常进行,生物种群的繁衍,离不开信息的传递;草原的植物与食草动物之间的信息传递属于调节种间关系。

4.(不定项选择)农业生产上,可采取某种措施,诱杀某种性别或具有某种特性的昆虫,降低害虫的种群密度,从而减少害虫对农作物的危害。对下列实例的分析,正确的是(　BCD　)

A.利用音响设备吸引鸟类捕杀害虫属于机械防治

B.黑光灯诱杀金龟子利用的是其具有趋光性

C.利用性引诱剂诱杀菜粉蝶,通过破坏性别比例降低种群密度

D.田间释放性引诱剂干扰昆虫交配,可降低出生率

解析:利用音响设备吸引鸟类捕杀害虫属于生物防治。

5.招潮蟹是生活在海边的一种甲壳动物,每到繁殖季节,雄蟹就会挥动红色的大螯吸引雌蟹,不同的招潮蟹挥螯的方式不同,如下图甲、乙两种招潮蟹。请据图回答下列问题。

(1)上述招潮蟹的挥螯行为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。 

(3)上述实例表明,生物种群的　　　　离不开信息的传递。 

(4)在草原上,当草原返青时,“绿色”为食草动物提供了可以采食的信息;森林中,狼能够依据兔留下的气味去猎捕兔,兔同样也能够依据狼的气味或行为特征躲避猎捕。上述描述中涉及的信息种类有　　　　　　　　　　　　　　,同时可以知道,信息传递能够调节生物的　　　　关系,以维持生态系统的　　　　　　　　。 

解析:招潮蟹的挥螯行为是一种求偶的行为信息,利于生物种群的繁衍。“绿色”属于物理信息,气味属于化学信息,行为特征属于行为信息,这些信息可在不同生物之间调节种间关系,维持生态系统的平衡与稳定。

答案:(1)行为　(2)性激素　(3)繁衍

(4)物理信息、化学信息、行为信息　种间　平衡与稳定

课时作业

一、单项选择题

1.在生态系统中,信息传递发生在(　D　)

A.种群与种群 

B.种群内部各个体

C.生物与环境 

D.以上三项都可发生

解析:信息传递发生在生态系统的各个组成成分之间。

2.某种龟的舌尖处有两条红色突起,它在捕食时,先张开口并让舌头来回摆动,很像小虫在蠕动,这种信息传递的意义是引诱猎物,以利于捕食。海龟的这种活动包含下列哪种信息的传递(　D　)

A.物理和化学信息 B.行为和化学信息

C.物理和营养信息 D.物理和行为信息

解析:龟捕食时,先张开口并让舌头来回摆动,这是一种行为,属于行为信息,其中红色突起需要通过光传递信息,属于物理信息。

3.如图为生态系统信息传递模式图,下列叙述不正确的是(　A　)

A.信息传递是双向的,能量流动和物质循环也是双向的

B.生态系统的功能是能量流动、物质循环以及信息传递

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和状态

D.生态系统各成分间都有各种形式的信息传递

解析:能量流动是单向的,物质循环是往复的;生态系统的功能包括能量流动、物质循环和信息传递;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和状态;据图可知,生态系统各成分间都有各种形式的信息传递,如物理信息、化学信息、行为信息等。

4.物质循环、能量流动和信息传递是生态系统的基本功能,下列说法与之不相符合的是(　A　)

A.在食物链中,各营养级获得能量的方式及能量的用途基本相同

B.物质循环的关键环节之一是分解者的分解作用

C.在生态系统中,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中循环往返

D.生物之间的捕食关系是通过信息传递实现的

解析:在食物链中,生产者能量来源于光合作用,其他各营养级获得能量的方式是来源于上一营养级;能量的用途:呼吸作用消耗,分解者分解,未被利用,流向下一营养级,而最高营养级没有最后一个用途。

5.某同学将一面镜子竖立在一棵树旁,该树上的一只小鸟飞到镜前,对着镜子中的“小鸟”愤怒地啄击扑打。下列关于该事件中信息传递的叙述,错误的是(　D　)

A.小鸟啄击扑打的动作本身是一种行为信息

B.小鸟的眼睛能够接收镜子发出的物理信息

C.小鸟把镜子传递的信息当作来自入侵者的信息

D.激怒小鸟的信息是直接来自非生物的化学信息

解析:小鸟对着镜子中的“小鸟”愤怒地啄击扑打是动物的特殊行为,能够对同种或异种生物传递某种信息,属于行为信息,激怒小鸟的信息是直接来自镜子中的“小鸟”的物理和行为信息。

6.如图表示生态系统各组成成分之间的能量流动、物质循环及信息传递过程,则甲、乙、丙三图可依次表示(　C　)

A.能量流动、物质循环、信息传递

B.能量流动、信息传递、物质循环

C.物质循环、能量流动、信息传递

D.信息传递、能量流动、物质循环

解析:物质是循环的,可用甲图表示;能量流动是单向的,可用乙图表示;信息传递往往是双向的,可用丙图表示。

7.生态系统中含有各种各样的信息,这些信息的传递对生物有非常重要的意义。下列关于生态系统中的信息的说法,错误的是(　B　)

A.蝙蝠的“回声定位”这一物理信息使得蝙蝠能够捕食猎物,躲避敌害

B.菊花接收的日照长短这一化学信息使得菊花能够适时开放

C.信息传递在生态系统中可以调节生物的种间关系,进而维持生态系统的稳定

D.植物间也存在信息的传递

解析:蝙蝠的“回声定位”和日照长短都是物理信息;信息传递的作用之一就是在生态系统中可以调节生物的种间关系,进而维持生态系统的稳定;生态系统中的植物个体之间也存在信息传递,如植物激素乙烯,不仅会影响自身果实的成熟,还会影响周围植株上果实的成熟。

8.以下关于生态系统中信息传递的说法,错误的是(　A　)

A.对动物生长有调节作用的生长激素属于信息传递中的化学信息

B.利用信息传递可以提高农产品或畜产品的产量,也可以对有害动物进行控制

C.在生态系统中,某些植物在长日照条件下才开花,说明信息传递有利于种群的繁衍

D.利用黑光灯诱捕法来调查昆虫的种群密度属于生态系统中信息传递的应用

解析:信息传递可以发生在同一物种或者不同物种的个体之间,还可以存在于生物与非生物环境之间,而生长激素对动物生长的调节为体内调节,不属于生态系统中的信息传递。

二、非选择题

9.请阅读以下短文并回答相关问题。

不必说碧绿的菜畦,光滑的石井栏,高大的皂荚树,紫红的桑椹;也不必说鸣蝉在树叶里长吟,肥胖的黄蜂伏在菜花上,轻捷的叫天子(云雀)忽然从草间直窜向云霄里去了……油蛉在这里低唱,蟋蟀们在这里弹琴。(选自鲁迅先生《从百草园到三味书屋》)

(1)“百草园”这个生态系统的结构包括　　　　　   　　　　、

　　　　　　　　。该生态系统的功能包括　　　　、　　　　　　、

　　　　　　。 

(2)请找出“百草园”中体现生态系统信息传递的一个例子:

　　　　　　　　　　。 

解析:(1)生态系统的结构包括生态系统的组成成分、食物链和食物网。生态系统的功能包括物质循环、能量流动、信息传递。(2)生态系统的信息种类包括物理信息、化学信息、行为信息等,在“百草园”中涉及的信息传递有鸣蝉长吟、蟋蟀弹琴、紫红的桑椹等。

答案:(1)生态系统的组成成分　食物链和食物网

物质循环　能量流动　信息传递

(2)鸣蝉长吟、蟋蟀弹琴等(答案合理即可)

10.研究人员在研究某生态系统中植物与植食性昆虫之间的关系时发现,当烟草叶片受到甲种蛾幼虫的采食刺激后,会释放出挥发性的化学物质。这些化学物质白天会吸引甲种蛾幼虫的天敌,夜间会驱赶夜间活动的乙种蛾,使其不能在烟草叶片上产卵(乙种蛾幼虫也采食烟草叶片)。

(1)材料中甲种蛾幼虫与烟草的种间关系是　　　　　,甲种蛾幼虫与乙种蛾幼虫的种间关系是　　　　　　。  

(2)生态系统的信息传递需要三个要素,材料中释放化学物质的烟草叶片是　　　　,其信道是　　         　　,而其信息受体则包括　　　　　　　　　　　　　。  

(3)烟草叶片释放的挥发性化学物质属于　　　　　信息,该实例说明信息传递具有　               的功能。

解析:(1)由题可知,甲种蛾幼虫采食烟草叶片,两者为捕食关系;乙种蛾幼虫也采食烟草叶片,因此甲、乙两种蛾幼虫存在种间竞争关系。(2)信息产生的部位即信息源,故释放化学物质的烟草叶片为信息源;该化学物质具有挥发性,以空气作为信息传播的媒介(信道);该化学物质既可吸引甲种蛾幼虫的天敌,又可驱赶乙种蛾,则这种化学物质的信息受体包括甲种蛾幼虫的天敌和乙种蛾。(3)挥发性化学物质属于化学信息,题述实例说明信息传递可以调节生物的种间关系,进而维持生态系统的平衡与稳定。

答案:(1)捕食　种间竞争　(2)信息源　空气

甲种蛾幼虫的天敌、乙种蛾　(3)化学　调节生物的种间关系,维持生态系统的平衡与稳定

三、不定项选择题

11.某农家乐农场中种植着粮食作物、果树,饲养着家禽、家畜等。下列措施中属于运用生态系统信息传递原理来对有害动物进行控制的是(　BC　)

A.通过人工遮光或补光,控制作物光周期,以达到早熟、高产的目的

B.通过播放音乐和捆扎稻草人驱赶稻田里的鸟类

C.通过在田间施放人工合成的性引诱剂,干扰害虫的正常交尾

D.通过人工除草、灭虫、灭鼠,减少食物链的营养级,使能量流向有经济效益的部分

解析:生态系统信息传递可用于提高农畜产品的产量,如人工控制作物光周期,达到早熟、高产的目的;利用信息传递可以对有害动物进行控制,如通过播放音乐和捆扎稻草人驱赶稻田里的鸟类;性引诱剂属于化学信息,施放人工合成的性引诱剂,可干扰害虫的正常交尾,这是运用生态系统信息传递原理来对有害动物进行控制;通过人工除草、灭虫、灭鼠,减少食物链的营养级,使能量流向有经济效益的部分,并未利用生态系统的信息传递原理。

12.长尾巧织雀雄鸟只有麻雀大小,雌鸟尾羽只有7 cm,但雄鸟尾羽却长达 50 cm。鸟类学家为研究长尾巧织雀的繁殖行为,取36只雄鸟随机分为4组,分别编号为甲、乙、丙、丁,实验处理前各组雄鸟的交配成功率无显著差异。对四组雄鸟分别进行如表所述的处理后,得到如图所示的实验结果。下列有关该实验的叙述正确的是(　ABD　)

A.可推测,长尾巧织雀的雌雄个体能通过信息传递,保证种群的繁衍

B.可推测,雌性的长尾巧织雀倾向于选择尾羽更长的雄鸟交配

C.可推测,雄鸟的交配成功率只与雄鸟尾羽的长度有关

D.丁组雄鸟加长的尾羽最好选用同类雄鸟的尾羽

解析:长尾巧织雀的雌雄个体能通过信息传递,保证交配成功率,使得种群繁衍;处理后的丁组将尾羽加长到75 cm长,繁殖的成功率较高,说明雌性的长尾巧织雀倾向于选择尾羽更长的雄鸟交配;由题可推测,雄鸟的交配成功率与雄鸟尾羽的长度有关,但可能还受其他因素的干扰;丁组雄鸟加长的尾羽最好选用同类雄鸟的尾羽,排除其他因素的干扰。

四、综合探究题

13.语言是人类交流的方式,昆虫之间也存在着可用于交流的“信息”,使昆虫表现出复杂的行为。昆虫的交尾求偶就是通过某种信息长距离传递实现的,如灯蛾的雌虫能吸引11 km外的雄虫,天蚕蛾的雌虫腹部或停息过新羽化的雌虫的物体,都能吸引雄虫。为了探索昆虫交尾求偶的秘密,进行如下实验:

实验1:将某昆虫未交尾的雌虫放在诱捕器中,将诱捕器悬挂于田间,一夜后,发现捕捉到许多同种雄虫。

实验2:将未交尾的雌虫先放到封闭的玻璃管中,再一块放在诱捕器中,将诱捕器悬挂于田间,一夜后,未发现捕捉到雄虫。

实验3:将未交尾的雌虫腹部用小刀割下,再将雌虫放在诱捕器中,将诱捕器悬挂于田间,一夜后,未发现捕捉到雄虫。

实验4:将未交尾的雌虫放在诱捕器中,在诱捕器的周围浇一桶汽油,将诱捕器悬挂于田间,一夜后,发现捕捉到许多同种雄虫。

根据上述实验,回答下列问题。

(1)实验1中,放在诱捕器中的雌虫能够吸引雄虫,这是由于昆虫具

有　　　　性。 

(2)实验1与实验2比较说明  　　　　　　　　　　　　。 

(3)实验1与实验3比较说明 　　　　　　　　　　　　。 

(4)实验4汽油的作用是                ,但仍能捕捉到雄性昆虫,这说明 　　　　　　　　。 

(5)这个实验使人们受到启发,能通过这种方法,来控制和诱杀害虫,请指出一种可能的做法: 　。 

解析:(1)雌雄昆虫之间通过性外激素(一种信息素)传递交尾信息,这是由于昆虫具有特定的趋(化)性。

(2)将未交尾的雌虫先放到封闭的玻璃管中,性外激素不能向外挥发,通过实验1与实验2比较可知,昆虫间进行交流的信息是一种挥发性的(化学)物质。

(3)比较实验1和实验3的变量和结果可知,雌性昆虫的腹部是分泌信息交流物质的部位。

(4)汽油具有挥发性,但仍能“捕捉到许多同种雄虫”,这说明这种起信息传递作用的化学物质具有较强的专一性。

答案:(1)趋(化)

(2)昆虫间进行交流的信息是一种挥发性的(化学)物质

(3)雌性昆虫的腹部是分泌信息交流物质的部位

(4)干扰雌雄虫之间的信息素的交流　这种信息素具有较强的专一性

(5)将这种物质提取出来,制成诱芯,置于诱捕器中,用于诱杀昆虫(或将这种物质提取出来,制成溶液,于田间喷洒,干扰雌雄虫之间的正常交尾,从而达到控制害虫种群数量的目的)(合理即可)