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第2课时学案设计

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一、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。
2．实例
3．进入生物体的方式
(1)动、植物直接吸收。
(2)沿食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端。
4．在生物体的分布：形成比较稳定的化合物分布于多种组织细胞中，不易被排出，积蓄在体内。
5．特点：全球性。
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( )
答案 (1)√ (2)√
任务：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的铅浓度。
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．生物富集对生物体有危害吗？
提示 有，而且富集的物质会沿着食物链积累，最终威胁食物链顶端的生物(包括人类)。
6．生物富集现象也具有全球性吗？说出理由。
提示 有，富集的物质可通过大气、水和生物迁移等途径扩散，因此具有全球性。
7．如何有效地减少生物富集现象？
提示 合理利用资源，减少污染物排放，实施垃圾分类，种植能吸收有害重金属元素的植物等。
1．(2023·浙江绍兴高二期末)在煤燃烧、有色金属冶炼过程中铅会以微小颗粒被排放进入大气，然后沉降在土壤和植物表面，而铅进入植物和动物体内后将不易被排出。下列叙述错误的是( )
A．铅能沿食物链在生物体内聚集，营养级越高的生物体内铅含量越高
B．铅随大气、水和生物迁移等途径扩散，生态系统中铅循环具有全球性
C．铅通过动植物呼吸作用、分解者分解作用和化石燃料燃烧等返回非生物环境
D．减少化石燃料的燃烧、开发清洁能源是减少铅的生物富集现象的有效措施
答案 C
解析 铅化学性质稳定，不易分解，不能最终通过动植物呼吸作用返回非生物环境，C错误。
2．某些人工合成的化合物如农药DDT、六六六等，进入环境后便参与生态系统的物质循环，但是，这些化合物难以被降解而在生物体内蓄积。下表是某水域生态系统在结构和功能处于相对稳定状态时，甲、乙、丙、丁四个种群所含有的总能量和残留DDT的平均浓度。下列说法错误的是( )
A.该生态系统的水体中DDT的浓度小于0.04 ppm
B．DDT在代谢中不易分解，具有生物富集作用
C．丁种群个体死亡后释放的DDT还可能再进入丁种群
D．四个种群最简单的能量流动渠道是形成一条食物链
答案 D
二、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eq \(―――――→,\s\up7(微生物酶))还原糖eq \(―――→,\s\up7(斐林试剂),\s\d5(加热))砖红色沉淀。
2．案例设计
提出问题：土壤微生物具有分解作用吗？分解过程中物质发生怎样的变化？
注：在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂并加热。
判断正误
(1)可采用直接加热烘干的方法除去实验组中的土壤微生物( )
(2)应将实验组和对照组的土壤放在隔绝空气的条件下( )
(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( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)×
3．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，对土壤处理情况如表所示。下列有关叙述不正确的是( )
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．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
C．若该实验的自变量为土壤是否进行灭菌处理，实验中的对照组是1组和3组
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地分解
答案 C
解析 若该实验的自变量为土壤是否进行灭菌处理，则1、2组对照可探究湿润土壤中微生物对落叶的分解作用，3、4组对照可探究较干燥土壤中微生物对落叶的分解作用，其中2组和4组均为未经处理的空白对照，属于对照组，1组和3组为实验组，C错误；1、3组的土壤经灭菌后，其中的微生物会被杀死，而土壤中的微生物主要充当分解者，因此预测这两组的落叶不被分解，而2、4组的土壤中含有微生物，但是土壤湿度不同，所以落叶被分解的程度不同，D正确。
4．一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：取等量沙土分装于相同的两个容器中，a组高压灭菌，b组不灭菌。下列有关叙述正确的是( )
A．向a、b中喷入等量的“敌草隆”，再置于同一恒温箱中培养相同时间
B．检测“敌草隆”的消失情况，预计a的“敌草隆”全部消失，b的基本不变
C．只用沙土实验效果比用几种典型土壤混合后的好
D．再增加c组作为对照，不喷入“敌草隆”，其他处理与a、b组相同
答案 A
解析 实验组为a组，对照组为b组，控制单一变量，保证无关变量相同且适宜，A正确；a组灭菌后无微生物存活，“敌草隆”的量应该是不变的，b组“敌草隆”可能会部分减少，B错误；因为典型土壤中含微生物多，所以用几种典型土壤混合后的实验效果比只用沙土的好，C错误；a、b组已形成对照，没有必要再加和本实验无关的c组，D错误。
题组一 生物富集
1．(2023·黑龙江大庆高二月考)下列有关生物富集作用的说法，不正确的是( )
A．生物富集作用与人类的活动有关
B．环境中的有害物质可以被植物、动物直接吸收
C．生物体内有害金属的浓度超过环境浓度
D．生物富集现象是局部的，不具有全球性
答案 D
解析 生态系统中的有害物质会参与生态系统的物质循环，具有全球性的特点，D错误。
2．施用农药DDT的地区，虽然只占陆地面积的一小部分，可是在远离施药地区的南极，动物体内也发现了明显高于环境含量的DDT。这种现象说明了( )
A．DDT是挥发性物质
B．DDT已加入全球性的生物地球化学循环
C．人类活动将DDT带到了南极
D．南极动物也偶尔到施用农药的地区觅食
答案 B
3．如图中食物网所代表的生态系统中，施用了某杀虫剂，这种杀虫剂自然降解的速度极慢。这种杀虫剂在下列生物体内的浓度最高的是( )
A．a B．h C．g D．f
答案 B
解析 该杀虫剂自然降解的速度极慢，因此这种杀虫剂在生物体内有生物富集现象，生物所处的营养级越高，杀虫剂在该生物体内的浓度越高。由题图可知，h所处的营养级最高，杀虫剂在其体内的浓度最高，故选B。
4.某地土壤和水体中镉超标，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中引发“痛痛病”。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，在某一时间测得所含镉的相对浓度如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．当地人要预防“痛痛病”应少吃动物肝、肾等内脏
B．丙营养级所含能量最多
C．该生态系统一定没有分解者
D．四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁<甲＋乙＋丙
答案 A
解析 由题意可知，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中引发“痛痛病”，所以人类预防该病应少吃动物肝、肾等内脏，A正确；丙营养级所含镉浓度最高，说明丙营养级最高，而能量是单向流动、逐级递减的，所以丙营养级所含能量最少，B错误；任何一个生态系统中都必须有分解者，C错误；四个营养级同化的能量值的关系可以表示为丁>甲＋乙＋丙，D错误。
题组二 探究土壤微生物的分解作用
5．某同学设计了“探究土壤微生物的分解作用”的实验，对照组的土壤应( )
A．不做处理，自然状态
B．做高温灭菌处理
C．排除微生物的作用
D．尽可能避免理化性质的改变
答案 A
解析 在“探究土壤微生物的分解作用”实验中，自变量是土壤微生物的有无，因变量是有机物的分解情况，实验组是灭菌后的土壤，对照组就是接近于自然状态的一组，即不施加变量处理的一组，故选A。
6．为探究落叶是否是在土壤微生物的作用下腐烂的，下列实验设计中，错误的是( )
A．可选择带有落叶的土壤为实验材料，筛选出落叶和土壤
B．将落叶平均分成两份，置于网兜中
C．把土壤分成两组，对照组土壤进行接种微生物处理，实验组土壤不做处理
D．将落叶连同网兜分别埋入对照组和实验组两组土壤中，观察腐烂情况
答案 C
解析 本实验的自变量是土壤中是否有微生物，且自然土壤中本身就有微生物，因此实验组土壤要进行灭菌处理，对照组土壤保持自然状态。
7．(2023·河北承德高二期中)某生物兴趣小组的同学为证明某细菌对树叶的分解作用，分别提出三种实验方案。其共同之处是：将同一种树的落叶分成甲、乙两等份，实验过程保持树叶湿润，其他实验条件和步骤如表所示。下列哪种实验方案能达到目的( )
A.方案一 B．方案二
C．方案三 D．三个方案都不能达到
答案 C
解析 欲证明树叶的分解是由“某种细菌”所引起的，应先将树叶灭菌，排除其他微生物对实验结果的干扰，同时应将灭菌后的树叶分成两组，一组接种该细菌，另一组不接种，两组均置于适宜条件下培养，以便对比分析得出结论。
8．下列关于“探究土壤微生物对淀粉的分解作用”的实验，设计不合理的是( )
A．用等量土壤浸出液和蒸馏水处理等量淀粉糊
B．实验应分别对土壤浸出液和蒸馏水进行高温灭菌后再处理淀粉糊
C．应在20 ℃左右下处理7天后，再进行相关检测
D．用碘液检测淀粉，用斐林试剂检测还原糖
答案 B
解析 该实验的自变量是土壤微生物的有无，因此对照组用蒸馏水处理淀粉糊，而实验组用土壤浸出液处理淀粉糊，A正确；对土壤浸出液和蒸馏水进行高温灭菌后，土壤浸出液中的微生物被杀死，无法达到实验目的，B错误；土壤微生物分解淀粉需要时间，实验中应将实验组和对照组在20 ℃左右下处理7天后，再进行相关检测，C正确；土壤微生物可将淀粉分解成还原糖，实验可用碘液检测淀粉，用斐林试剂检测还原糖，D正确。
9.如图表示a、b、c三个地区森林土壤有机物的分解状况。则分解者的作用由弱到强依次是( )
A．a、b、c
B．c、b、a
C．b、a、c
D．a、c、b
答案 B
解析 由图示可知，a点落叶供给量最多，土壤中有机物的含量却最少，说明分解者的分解作用最强，c点正好相反，故选B。
10．(2023·山西朔州高二月考)对一个受到轻度农药污染的湖泊进行调查，测量该湖泊内具有捕食关系的食物链中甲、乙、丙、丁4个种群所同化的总能量(如表)。下列说法不正确的是( )
A.在这四个种群中，种群乙为生产者
B．种群甲与种群丁之间存在种间竞争关系
C．按照能量传递规律，丙最可能属于第三营养级
D．丙种群体内的农药残留浓度可能最低
答案 D
解析 据题表可知，4种生物之间能形成2条食物链，即乙→甲→丙、乙→丁→丙，乙最可能属于第一营养级，为生产者，丙最可能属于第三营养级，A、C正确；据表可知，乙的同化量最多，丙的同化量最少，甲和丁处于中间，因此乙营养级最低，其次是甲和丁，丙的营养级最高，由于甲和丁处于同一个营养级，所以它们之间存在种间竞争关系，B正确；农药会沿食物链逐渐在生物体内聚集，且营养级越高农药残留量就越多，有毒物质的积累量越多，因此丙种群体内的农药残留量最多，D错误。
11．土壤是陆地生态系统的基础，与绿色植物的生长密切相关。如图表示甲、乙两个不同生态系统中，积累在植物和土壤中的有机物比例。下列有关叙述错误的是( )
A．绿色植物进行光合作用的细胞器是叶绿体
B．甲、乙中，甲可能表示热带雨林，因为热带雨林温度高，分解者活动比较弱，积累在土壤中的有机物比例高
C．农药施用不当会引起土壤污染，不易分解的农药可通过食物链发生聚集，并且营养级越高的生物体内往往积累越多
D．土壤缺水可导致植物叶片部分气孔关闭，使光合作用受到影响
答案 B
解析 甲、乙中，乙可能表示热带雨林，因为热带雨林温度高、湿度大，分解者活动比较强，积累在土壤中的有机物比例低，B错误。
12．以下是某水域DDT的污染状况：
下列叙述错误的是( )
A．表中数据表明DDT具有生物富集现象
B．表中所列消费者中乌鳢的营养级最高
C．DDT在生物群落各营养级间循环往复
D．鲫鱼摄入的DDT有部分随代谢产物排出体外
答案 C
解析 DDT随食物链单向移动，并逐渐在生物体内聚集，不能在营养级间循环往复，C错误。
13．(2023·江苏南通高二期中)环境中的汞、铅等重金属随食物、饮水进入生物体内后储存在脂肪、神经组织中而不容易排到体外。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，在某一时间测得所含某种重金属的浓度结果如图。请回答相关问题：
(1)该生态系统中的生产者是__________，甲处于________营养级。
(2)经测定，该生态系统生物体内重金属浓度超过环境浓度，该现象称为____________，且营养级越高，生物体内重金属浓度的相对值越__________，原因是____________________。
(3)该重金属在其他生态系统的种群，如北极熊、企鹅等中是否能检测到，并说明原因________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)丁 第三 (2)生物富集 高 重金属等有害物质可通过食物链逐渐聚集 (3)可能会检测到，因为有害物质可通过水、大气和生物迁移等途径扩散到世界各地，具有全球性
解析 (1)生态系统中的物质和能量是沿着食物链和食物网流动的，在食物链中，营养级越高的生物，体内积累的有毒物质就越多，根据该点可推测，该生态系统的食物链是丁→乙→甲→丙，则丁为第一营养级，即生产者，甲属于第三营养级。(2)生物富集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。重金属会沿食物链和食物网在生物体内逐渐聚集，营养级越高的生物体内重金属浓度的相对值越高。(3)生物富集具有全球性，因为有害物质可通过水、大气和生物迁移等多种途径扩散到世界各地，所以该重金属在其他生态系统的种群中也可能检测到。
14．蚯蚓是森林中的土壤动物之一，主要以植物的枯枝败叶为食。请回答相关问题：
(1)为探究蚯蚓对森林凋落物的作用，研究者选择4种树种的叶片做不同处理，于6～9月进行了室外实验。每种叶片置于两个盆中，与土壤混合均匀，将数目相等的蚯蚓置于其中饲养，统计蚯蚓的食物消耗量，结果如图所示。
①实验时所选蚯蚓生长状况应基本一致，目的是______________________________
________________________________________________________________________。
②由实验结果可知，蚯蚓对半分解叶的消耗量明显________(填“高于”或“低于”)未分解叶的消耗量，在不同叶片中，对________________最为喜好。由此说明，________________________是影响蚯蚓摄食偏好的主要因素。
(2)森林生态系统中的各种生物统称为________。从生态系统的成分角度看，蚯蚓属于__________，从生态系统的功能角度看，蚯蚓的行为促进了_____________________
________________________________________________________________________。
(3)依据上述研究实验，若在红松林和蒙古栎林中种植一些杨树，有利于________(填“增加”或“减少”)蚯蚓的数量。
答案 (1)①排除蚯蚓个体差异对实验结果的影响
②高于 杨的半分解叶 叶片种类和分解(腐解)程度
(2)群落 分解者 物质循环和能量流动
(3)增加种群
甲
乙
丙
丁
能量(kJ)
2.8×109
1.3×108
9.1×107
2.9×107
DDT浓度(ppm)
0.04
0.35
0.39
3.4
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
对土壤进行处理(如将土壤用塑料袋包好，放在60 ℃恒温箱中处理1 h)
A烧杯中加入30 mL土壤浸出液＋淀粉糊
对照组
对土壤不做处理(自然状态)
B烧杯中加入30_mL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
组别
1组
2组
3组
4组
土壤处理
灭菌
不灭菌
灭菌
不灭菌
湿润
湿润
较干燥
较干燥
序号
实验处理
甲
乙
方案一
无菌条件
自然条件
方案二
先灭菌，再放于适宜条件下
自然条件
方案三
先灭菌，再放于适宜条件下
先灭菌，然后接种某种细菌，最后置于适宜条件下
生物种群
甲
乙
丙
丁
能量/kJ
1.3×108
2.8×109
2.9×107
1.1×108
不同成分
水
底泥
水生植物
浮游动物
底栖动物
鲫鱼
乌鳢
DDT含量(μg/kg)
0.1
0.7
6.3
21.0
37.9
19.4
124.4