生態系統的物質循環課【備課 精講 精研】 高二上學期生物人教版（2019）選擇性必修2

第3節生態系統的物質循環新課導入胡楊林胡楊能抗干旱、御風沙、耐鹽堿，可頑強地在荒漠中生存繁衍。然而，受水資源短缺的影響，一些遠離水源的胡楊也難逃死亡的厄運。這些死亡的胡楊雖歷經烈日和荒漠的摧殘，卻依然傲立于大漠，其枝干往往呈現出千姿百態的奇特造型。討論1.胡楊死亡后，為什么很長時間都沒有腐爛？荒漠中缺乏水分，分解者數量很少，因此死亡后的胡楊無法被快速分解。討論2.有研究表明，長有胡楊的荒漠土壤一般比草原的貧瘠，這是為什么？荒漠中生產者的種類與數量很少，能制造的有機物總量就少；消費者與分解者也少，物質循環緩慢；土壤中可供分解者分解的動植物遺體等很少，且分解速度較慢，因此土壤中積累的營養物質很少；而且，胡楊還會從土壤中吸收營養物質，因此，長有胡楊的荒漠土壤比草原的更為貧瘠。新課導入兩種元素在生物群落和非生物環境之間是不斷循環的。呼一口氣，許多二氧化碳分子就離開你的身體，進入大氣中。你能想象這些二氧化碳分子的去向嗎？這些二氧化碳分子中的碳元素和氧元素又是怎樣來到你體內的？進入你體內之前又存在于什么物質中？食物人體的細胞呼吸CO2植物的光合作用p61頁思考·討論1.碳在非生物環境和生物體內分別以什么形式存在？非生物環境生物體內2.碳在非生物環境和生物群落之間主要以什么形式進行循環的？循環的范圍如何？CO2和碳酸鹽（含碳）有機物CO2生物圈一、碳循環OCH2OHH堿基HHHHOHO－P－O－OH脫氧核苷酸OCH2OHOH堿基HHHHOHO－P－O－OH核糖核苷酸RH2N－C－C－OH

HO氨基酸HHHHH－C－C－C－C－C－C－HOHOHOHOHOHOH葡萄糖碳是構成生物體的重要元素之一，組成生物體的蛋白質、糖類、脂質和核酸等都是以碳鏈為基本骨架形成的。大氣中的二氧化碳庫1.碳循環示意圖微生物的分解作用光合作用光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用溶解分解者攝食煤、石油碳在生態系統各成分之間的傳遞并不都是雙向的，只有生產者與無機環境之間的傳遞是雙向的，其他各成分間的傳遞均是單向的。燃

燒2.碳循環形式(1)存在形式①非生物環境中：CO2和碳酸鹽②生物群落內部：含碳有機物(2)流動形式①生物群落與非生物環境之間：CO2②生物群落內部：含碳有機物沿食物鏈、食物網傳遞(3)實現碳循環的關鍵因素：生產者和分解者(3)進入生物群落的途徑①光合作用②化能合成作用(4)返回非生物環境的方式①生產者、消費者的呼吸作用②分解者的分解作用③化石燃料的燃燒煤、石油等大氣中的CO2庫生產者消費者分解者遺體和排遺物光合作用呼吸作用燃燒呼吸作用(5)海洋對于調節大氣中的碳含量起著非常重要的作用實質是呼吸作用3.碳循環示意圖中各組成成分的判斷(1)圖甲——先根據A、B之間為雙向箭頭且指向B的箭頭最多可判斷：B為大氣中的二氧化碳庫，A為生產者。再根據A、C的箭頭都指向D判斷：D為分解者，C為消費者。(2)圖乙——根據A、C之間為雙向箭頭且指向C的箭頭最多可判斷：A是生產者，C是大氣中的二氧化碳庫。根據A、B、D的箭頭都指向E可進一步判斷：E是分解者，B是初級消費者，D是次級消費者。碳循環圖解中各成分的判定方法(1)先看雙箭頭：雙箭頭代表生產者、大氣中的CO2庫。

其他所有成分都指向C的為大氣中的CO2庫。(2)除了C之外，有最多被指向箭頭的為分解者，即B為分解者。

把碳循環的各組成成分填入下圖：大氣中的CO2庫，生產者，消費者，分解者。填空①③④②④③②①生產者大氣CO2庫消費者分解者大氣CO2庫生產者消費者分解者3.溫室效應(1)形成原因：化石燃料的開采和使用，大大增加了二氧化碳的排放，加劇了溫室效應。(2)危害：引起全球性氣候變化。(3)我國采取措施：減少二氧化碳排放和大力提倡植樹種草，提高森林覆蓋率。碳循環失調的后果：溫室效應生態系統的物質循環（1）概念：（2）特點：組成生物體的碳、氫、氧、氮、磷、硫等元素，都在不斷進行著從非生物環境到生物群落，又從生物群落到非生物環境的循環過程。這里的物質是指？這里的生態系統是指？C、H、O、N、P、S等元素生物圈①具有全球性：②物質循環往復運動：物質循環的范圍為生物圈生物地球化學循環對于改進農業生產方式有多方面的啟示，例如可以采用種養結合的模式，促進物質循環，提高經濟效益。碳循環切記：不是化合物。循環性大氣環流

海洋洋流（1）組成生物體的碳、氫、氮、磷、硫等元素，都在不斷進行著從非生物環境到生物群落，又從生物群落到非生物環境的循環過程，這就是生態系統的物質循環。（2）具有全球性、循環性的特點。生態系統的物質循環碳循環注意:1.“物質循環”中的物質指的是碳、氫、氧、氮、磷、硫等元素，而不是化合物或者單質；2.“物質循環”中的雙向循環發生在非生物環境與生物群落之間，在生物群落內部物質是沿食物鏈和食物網單向流動的。3.與自然界碳循環關系最為密切的兩種細胞器：線粒體和葉綠體4.碳循環具全球性的原因：CO2能夠隨著大氣環流在全球范圍內進行人類活動對碳循環的影響1.人類社會需求肉食、糧食、飼料、木材、薪材、能源化工產品……2.國家環保行動垃圾分類回收、號召節約糧食、提高質量標準、簽署氣候協議天然林保護工程、退耕還林工程、沙漠治理行動、城市綠化毛烏素沙地塞罕壩林場碳循環人類活動對碳循環的影響3.個人低碳生活戒奢侈、捐舊衣；重隔熱、簡裝修；關水電、節約紙；點適量、不浪費；乘公交、少開車1.人類社會需求肉食、糧食、飼料、木材、薪材、能源化工產品……2.國家環保行動垃圾分類回收、號召節約糧食、提高質量標準、簽署氣候協議天然林保護工程、退耕還林工程、沙漠治理行動、城市綠化碳循環戒奢侈、捐舊衣點適量、不浪費重隔熱、簡裝修乘公交、少開車關水電、節約紙水循環水循環

資料1：鉛對人體血液、血管、腎臟、生殖腺和神經系統等均有毒害作用。在兒童中，鉛中毒癥狀尤為明顯。

自2013年起，聯合國環境規劃署和世界衛生組織聯合號召：每年十月底在全球開展“預防鉛中毒國際行動周”活動。

資料2：鉛在植物組織中可致光合作用及脂肪代謝的強度減弱，吸水量減少，耗氧量增大，阻礙植物生長，甚至導致死亡。

資料3：鉛對微生物也具有毒害作用。（1）實例——鉛的富集:生物富集

資料1：不同采樣點中水、水底沉積物和中國血蛤體內鉛濃度結果：鉛在中國血蛤體內的濃度超過環境濃度。生物富集中國血蛤（Hiatulachinensis）水水底沉積物中國血蛤鉛濃度(ppm)采樣點1采樣點2采樣點3采樣點4（1）實例——鉛的富集:②分析鉛濃度在生物體中的特點鉛在生物體內的濃度沿食物鏈不斷升高煤燃燒、有色金屬冶煉鉛被排放進入大氣沉降在土壤和植被表面進入土壤進入水體植物根吸收葉片攝入鉛水生植物、浮游動物直接吸收鉛，動物飲用含鉛的水，直接攝入鉛鉛進入體內形成多種比較穩定的鉛的化合物，分布于生物體的多種組織細胞中，導致鉛不易被排出，積蓄在體內含鉛生物被更高營養級動物食用，沿食物鏈聚集最終積累在食物鏈的頂端（1）實例——鉛的富集:③分析鉛濃度在生物體中的特點①營養級1234②合成1kg干重所需能量假設均為100③捕食上一營養級一個生物能獲得的能量假設為1001010.1④需要捕食上一營養級生物個體數—101001000⑤個體內鉛含量為第1營養級個體內鉛含量的倍數11010001000000⑥個體內鉛濃度（1kg干重中鉛的含量）11010001000000成因：1.能量流經各營養級時，逐級遞減；2.鉛在生物體內形成難以降解的化合物，不易排出。（1）實例——鉛的富集:④分析鉛濃度在生物群落內會放大的原因二、生物富集1.概念生物體從周圍環境吸收、積蓄某種元素或難以降解的化合物，使其在機體內濃度超過環境濃度的現象。2.物質種類(1)重金屬：如鉛、鎘、汞等。(2)人工合成的有機化合物：如DDT、六六六等。(3)某些放射性物質。又稱作：生態濃縮◆

對比碳循環，分析鉛在生物體內富集的原因？成因：鉛在生物體內形成難以降解的化合物，且不易排出?！?/p>

水體和多種水生生物體內的鉛濃度示意圖？鉛在生物體內的濃度沿食物鏈不斷升高。3、發生生物富集的物質的特點①在環境和生物體中存在形式是比較______的；②必須是生物體能夠______的且__________的；③在生物代謝過程中是_____________的；穩定吸收不易被分解不易排出4、生物富集的主要途徑食物鏈、食物網二、生物富集5、生物富集現象的特點①具有全球性原因：導致生物富集的有害物質可以通過大氣、水和生物遷移等途徑擴散到世界各地。②有害物質在生物體內的濃度會沿食物鏈不斷升高，最終積累在食物鏈頂端。魚鷹（2.5×10-5）大魚（2×10-6）小魚（5×10-7）植物（4×10-8）水（3×10-12）有害物質在生物體內的濃度如右圖測定結果顯示DDT濃度沿食物鏈放大了一千萬倍二、生物富集資料3：生物富集作用與能量流動正好相反，能量在沿食物鏈流動時逐級遞減，而農藥或重金屬鹽則存在“生物富集作用”，即營養級越高，該物質濃度越高。如圖所示：三、能量流動和物質循環的關系1.區別(1)物質循環具有全球性和循環性的特點。(2)能量流動是逐級遞減的，是單方向不循環的。2.聯系(1)二者同時進行，彼此相互依存，不可分割。(2)物質作為能量的載體

，使能量沿著食物鏈（網）流動；能量作為動力，使物質能夠不斷地在生物群落和非生物環境之間循環往返。能量流動物質循環范圍形式特點過程聯系生態系統各營養級之間生物圈太陽能→化學能→熱能化學元素（無機物

有機物）單向流動、逐級遞減全球性、循環往復運動沿食物鏈、食物網單向流動在生物群落和非生物環境之間循環往返（1）二者是生態系統的主要功能，同時進行、相互依存，不可分割。（2）能量的固定、儲存、轉移和釋放，都離不開物質的合成和分解等過程；（3）物質作為能量的載體，使能量沿著食物鏈（網）流動；（4）能量作為動力，使物質能夠不斷地在生物群落和非生物環境之間循環往返。能量流動和物質循環的區別與聯系能量流動和物質循環關系分析(1)能量流動和物質循環相伴而行，但能量在傳遞過程中由光能→化學能→熱能，而物質在循環過程中，由無機物(CO2)→有機物→無機物(CO2)。(2)能量流動的終點是熱能散失到非生物環境中，不能循環利用。而物質循環產生的CO2又被重新利用，所以沒有終點。核心歸納(3)能量流動和物質循環的渠道都是食物鏈和食物網；某些物質在沿食物鏈和食物網流動時會發生生物富集。

探究土壤微生物的分解作用實驗原理探究·實踐

土壤中存在種類、數目繁多的細菌、絲狀真菌和呈放射狀的放線菌，它們在生態系統中的成分為分解者。

由于各地氣候和環境等因素不同，落葉在土壤中被分解的時間也是不同的。分解速度主要與環境溫度和濕度有關。秋天剛收獲的花生第二年春天從土中刨出的花生參考案例1實驗設計提出問題落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎？實驗假設落葉在土壤微生物的作用下可以腐爛實驗設計實驗組對照組自變量預測實驗現象結論分析土壤中是否含微生物對土壤高溫處理（滅菌）對土壤不做任何處理（自然狀態）相同時間內實驗組落葉腐爛程度小于對照組落葉實驗過程【注意】實驗組的土壤要進行滅菌處理，以盡可能排除土壤微生物的作用，同時要盡可能避免土壤理化性質的改變。（例如，將土壤用塑料袋包好，放在60℃恒溫箱中處理一小時）土壤進行處理，排除土壤微生物的作用土壤不進行處理，自然狀態實驗結果落葉未腐爛落葉腐爛土壤微生物對落葉有分解作用實驗結論探究土壤微生物的分解作用提出問題實驗假設實驗設計自變量實驗組對照組實驗現象加入碘液A1B1加入斐林試劑A2B2結論分析土壤微生物能分解淀粉嗎？土壤微生物能分解淀粉土壤中是否含有分解淀粉的微生物(是否加土壤浸出液)參考案例2探究土壤微生物對淀粉的分解作用1.配制土壤浸出液實驗原理淀粉碘液變藍淀粉葡萄糖產生磚紅色沉淀分解斐林試劑加熱實驗步驟參考案例2水水玻璃棒斐林試劑加熱紗布燒杯土壤碘液取出探究土壤微生物的分解作用提出問題實驗假設實驗設計自變量實驗組對照組實驗現象加入碘液A1B1加入斐林試劑A2B2結論分析土壤微生物能分解淀粉嗎？土壤微生物能分解淀粉土壤中是否含有分解淀粉的微生物(是否加土壤浸出液)A杯中加入適量淀粉糊+30mL土壤浸出液B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸餾水參考案例22.另取兩只燒杯，編號A、B淀粉糊加入土壤浸出液加入碘液AB加入蒸餾水A1A2B1B2加入碘液加入斐林試劑加入斐林試劑實驗結果不變藍出現磚紅色沉淀變藍不出現磚紅色沉淀室溫（20℃）環境放置7d后有分解作用探究土壤微生物的分解作用3.參考案例2提出問題實驗假設實驗設計自變量實驗組對照組實驗現象加入碘液A1B1加入斐林試劑A2B2結論分析土壤微生物能分解淀粉嗎？土壤微生物能分解淀粉土壤中是否含有分解淀粉的微生物A杯中加入適量淀粉糊+30mL土壤浸出液B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸餾水不變藍變藍產生磚紅色沉淀不產生磚紅色沉淀土壤浸出液中的微生物能分解淀粉項目案例1案例2實驗假設土壤微生物能分解落葉使之腐爛土壤微生物能分解淀粉實驗設計實驗組對照組自變量實驗現象AA1A2BB1B2結論分析對土壤進行處理(如將土壤用塑料袋包好，放在60℃恒溫箱中1h滅菌)對土壤不做處理(自然狀態)土壤中是否含有微生物在相同時間內實驗組落葉腐爛程度小于對照組微生物對落葉有分解作用A燒杯中加入30mL土壤浸出液＋淀粉糊B燒杯中加入30mL蒸餾水＋與A等量的淀粉糊是否加土壤浸出液不變藍產生磚紅色沉淀變藍不產生磚紅色沉淀土壤浸出液中的微生物能分解淀粉提出問題：土壤微生物具有分解作用嗎？分解過程中物質發生怎樣的變化？2．案例歸納注：在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林試劑并加熱。本課小結化石燃料鞏固練習（1）參與物質循環的對象是含有碳的糖類、脂肪、蛋白質等有

機物

（

）（2）物質循環的范圍是生物圈，而不是具體的某一生態系統

（

）（3）沼渣等作為肥料還田，使物質能夠循環利用

（

）（4）在碳循環中生產者只起固定CO2的作用

（

）（5）由于過度地開采和使用化石燃料，破壞了生態系統的碳平衡，導致

大氣中二氧化碳濃度增加并引起全球氣候變化

（

）（6）海洋對于調節大氣中的碳含量起著非常重要的作用

（

）1.竹子中纖維素含量很高。大熊貓每天要吃大量竹子，但一般只能利用其中一小部分纖維素。研究表明，大熊貓的基因組缺少編碼纖維素酶的基因，但是腸道中有多種纖維素分解菌。（1）大熊貓與它腸道內某種纖維素分解菌的種間關系為（

）A.捕食B.寄生C.互利共生D.原始合作（2）下列敘述不合理的是（

）A.大熊貓是初級消費者，屬于第二營養級B.大熊貓未消化的纖維素會被分解者利用C.纖維素分解菌促進了生態系統中的物質循環D.能量流動方向是竹子→大熊貓→纖維素分解菌CDC__________D__________A_____