3.3 生态系统的物质循环（第2课时）课件-2023-2024学年高二上学期生物人教版（2019）选择性必修二

3.3生态系统的物质循环 温故知新 生物群落 C、H、O、N、P、S等元素 非生物环境 物质循环 非生物环境 生物 群落 进入 回归 土壤中的微生物能够分解有机物，这是物质循环过程中的重要一环。生态系统中的消费者能够加快物质的循环过程。 是不是所有物质都能较快地通过食物链回归非生物环境呢? 某些元素能够在体内形成比较稳定的化合物，不易被生物体排出，从而积蓄在生物体内，很难回归到非生物环境中。 温故知新 像铅这样，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什么现象? 情境导入 成因：铅在生物体内形成难以降解的化合物，且不易排出。 消费者 生产者 分解者 吸收 摄食 呼吸作用 非生物环境中的碳 分解作用 2.对比碳循环，分析铅在生物体内富集的原因 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.物质 人工合成的有机物： 如DDT、六六六等。 重金属： 如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等。 3.发生生物富集的物质的特点 ①在环境和生物体中存在形式是比较______的； ②必须是生物体能够______的且___________的； ③在生物代谢过程中是________________的； 稳定 吸收 不易被分解 不易排出 4.生物富集的主要途径——______________ 食物链、食物网 生物富集 资料1：铅对人体血液、血管、肾脏、生殖腺和神经系统等均有毒害作用。在儿童中，铅中毒症状尤为明显。 自2013年起，联合国环境规划署和世界卫生组织联合号召：每年十月底在全球开展“预防铅中毒国际行动周”活动。 资料2：铅在植物组织中可致光合作用及脂肪代谢的强度减弱，吸水量减少，耗氧量增大，阻碍植物生长，甚至导致死亡。 资料3：铅对微生物也具有毒害作用。 5.实例——铅的富集: 生物富集 实例：铅在生物体内的积累 铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高 煤燃烧、有色金属冶炼 铅被排放进入大气 沉降在土壤和植被表面 进入土壤 进入水体 植物根吸收叶片摄入铅 水生植物、浮游动物直接吸收铅，动物饮用含铅的水，直接摄入铅 铅进入体内形成多种比较稳定的铅的化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易被排出，积蓄在体内 含铅生物被更高营养级动物食用，沿食物链聚集 最终积累在食物链的顶端 生物富集现象的特点 火山喷发 沙尘暴 大火 大气 降水 水体 植物 土壤 动物 鱼 水鸟 猛禽 煤燃烧 金属冶炼 浮游生物 ①具有全球性 导致生物富集的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。 ②生物放大作用（生态浓缩） 有害物质在生物体内的浓度会沿食物链不断升高,营养级越高，积累剂量越大。 鱼鹰（2.5×10-5） 大鱼（2×10-6） 小鱼（5×10-7） 植物（4×10-8） 水（3×10-12） 有害物质在生物体内的浓度 生物富集现象的特点 如右图测定结果显示DDT浓度沿食物链放大了一千万倍 海水 沉积物 浮游植物 浮游动物 无脊椎动物 鱼 海鸟 海洋哺乳动物 0.000002mg/L 0.005~0.16mg/L 8mg/kg 10mg/kg 5~11mg/kg 1~37mg/kg 110mg/kg 160mg/kg 生物放大 ②生物放大作用—— 例：PCB(多氯联苯)通过食物链的放大 生物富集现象的特点 在生物体内形成积累性中毒。 进入人体的甲基汞在体内代谢缓慢，且不易排出，严重时会引起中毒。通过血脑屏障进入大脑的汞会侵害脑神经，导致脑萎缩。 1952年，日本5万多只猫集体跳海自尽 2017年9月24日《水俣公约》第一届缔约国会议开幕，日本患者呼吁加强管控 生物富集的危害 5.生物富集与生物放大的区别与联系： 比较 项目 生物富集 生物放大 区别 联系 有害物质在生物体内形成稳定的不易排出的物质 通过食物链逐步浓缩 生物富集是生物放大的前提 若某地发生铅污染，谁会是群落中铅含量最高的群体？这种现象只会发生在污染地区吗？从中归纳总结出生物富集的特点？ 生物富集的危害 随堂练习 1.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.食物链越高，有害重金属沉积越高 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是人类活动向环境中排放的，这些有害物质一进入环境便参与生态系统的物质循环，沿食物链逐级积累，A正确；环境中的有害物质可以被植物，动物直接吸收，但却不能被利用，导致在生物体内积累，B正确；由分析可知，有害重金属会沿着食物链传递，营养级越高，生物体内有害物质的沉积越高，C正确；生态系统中的有害物质会参与生物系统的物质循环，具有全球性的特点，D错误。 随堂练习 2.生物富集系数（BCF）=生物体中某种物质的浓度/环境中同种物质的浓度，BCF用以表示生物富集的效率。下列相关叙述错误的是( ) A.BCF值的大小与物质在生物体内分解的难易程度密切相关 B.有害物质在生物体内积累的浓度可能超过外界环境浓度 C.DDT、铅等有害物质参与物质循环的过程与碳循环过程相同 D.有害物质可以通过大气、水等途径扩散，故生物富集具有全球性 【答案】C 【解析】A、生物富集系数数值越大，说明该物质越难在生物体内分解，BCF与物质在生物体内分解难易程度密切相关，A正确;B、某些难于分解的有害物质在生物体内积累的浓度会超过外界环境浓度，属于生物富集现象，B正确;C、DDT、铅等不易被分解，可通过食物链逐级积累，而碳是可以循环利用的，可通过各种生物的呼吸产生CO2进入非生物环境，C错误;D、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，生物富集现象是全球性的，D正确。 随堂练习 1.DDT是有机氯类杀虫剂。为20世纪上半叶防止农业病虫害，减轻疟疾伤寒等蚊蝇传播的疾病危害起到了不小的作用，DDT能在动物脂肪细胞中积累，对生物造成严重危害。下表为某一水域DDT在不同水生动物体内的富集情况，生物富集系数是指生物体内某种有毒物质浓度与水体中该有毒物质浓度的比值。下列相关叙述错误的是(   ) A.鱼类体内的脂肪细胞中的DDT含量最高 B.环境残留的DDT可被植物吸收进入生物群落 C.DDT富集到生物体内，相关氯元素的循环不具有全球性 D.减少有机氯类杀虫剂的使用可以降低该生态系统的生物富集现象 【答案】C 【解析】有机氯农药DDT属于难以降解的化学物质，可以随捕食关系在食物链中进行富集，在最高营养级鱼类的含量最高，DDT能在动物脂肪中积累，因此鱼类的体内脂肪细胞中的DDT含量最高，A正确；环境残留的DDT可被植物吸收进入生物群落，也可通过饮水进入生物群落，B正确；生物富集的元素的循环也具有全球性，C错误；减少杀虫剂的使用可以降低该生态系统的生物富集现象，D正确。 水生动物 浮游动物 腹足纲动物 贻贝 牡蛎 鱼类 生物富集系数 2.84 0.54 1.71 1.52 26.95 探究实践：探究土壤微生物的分解作用 秋天刚收获的花生 第二年春天从土中刨出的花生 实验原理 (1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为______。 (2)分解者的作用是将环境中的______分解为______，其分解速度与环境中的_____、水分等生态因子相关。 分解者 有机物 无机物 温度 背景资料 采集带有落叶的土壤 土壤垂直剖面模式图 枯枝落叶层 有机碎屑层 腐殖质层 淀积层 枯枝落叶层 有机碎屑层 土壤微生物通过分泌胞外酶，将底物分解为简单的分子，然后通过细胞膜吸收营养物质。 采集土壤微生物的方法 带有落叶的土壤中含有土壤微生物较多，好氧微生物主要生活于土壤表层。 探究实践：探究土壤微生物的分解作用 提出问题 实验假设 实验设计 自变量 实验组 对照组 实验现象 结论分析 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 落叶在土壤微生物的作用下可以腐烂 土壤中是否含微生物 对土壤高温处理（灭菌） 对土壤不做任何处理（自然状态） 相同时间内对照组落叶腐烂，实验组不腐烂 土壤微生物对落叶有分解作用 案例 探究实践：探究土壤微生物的分解作用 土壤进行处理，排除土壤微生物的作用 土壤不进行处理，自然状态 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 注意：实验组的土壤要进行处理，以尽可能排除土壤微生物的作用，同时要尽可能避免土壤理化性质的改变（例如，将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中处理一小时。 实验结果： 落叶未腐烂 落叶腐烂 探究实践：探究土壤微生物的分解作用 提出问题 实验假设 实验设计 自变量 实验组 对照组 实验现象 加入 碘液 A1 B1 加入斐林试剂 A2 B2 结论分析 土壤微生物能分解淀粉吗？ 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杯中加入适量淀粉糊+30mL土壤浸出液 B杯中加入等量淀粉糊+30mL蒸馏水 不变蓝 变蓝 产生砖红色沉淀 不产生砖红色沉淀 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 探究实践：探究土壤微生物的分解作用 案例 斐林试剂 分解 （1）配制土壤浸出液 1、实验原理 淀粉 碘液 变蓝 淀粉 葡萄糖 产生砖红色沉淀 加热 2、实验步骤 探究实践：探究土壤微生物的分解作用 水 水 玻璃棒 斐林试剂 加热 纱布 烧杯 土壤 碘液 取出 （2）分组编号，设置自变量 淀粉糊 加入土壤 浸出液 加入 碘液 A B 加入蒸馏水 A1 A2 B1 B2 加入碘液 加入斐林试剂 加入斐林试剂 室温（20℃）环境放置7d后 探究实践：探究土壤微生物的分解作用 案例2：土壤微生物能分解淀粉 结论：土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 加碘液： 加斐林试剂： 探究实践：探究土壤微生物的分解作用 随堂练习 1.土壤中的微生物数量是极其繁多的，下列关于土壤微生物的叙述正确的是(   ) A.土壤中的微生物均是分解者，可以将土壤中有机质分解为无机物 B.土壤微生物对落叶的分解能力与土壤的温度、湿度有关 C.探究落叶的腐烂是否与土壤微生物有关，实验组的土壤要进行100℃高温灭菌处理 D.土壤微生物的存在能够促进生态系统的物质和能量的循环利用 【答案】B 【解析】土壤中的微生物不都是分解者(如硝化细菌是化能自养型的微生物，属于生产者)，分解者可以将土壤中有机质分解为无机物，再供绿色植物吸收利用，以促进生态系统的物质循环利用，但能量不能被循环利用，AD错误;土壤微生物的分解能力受温度和土壤湿度影响较大，一般情况下，温度与湿度越高，土壤微生物的分解能力越强，反之，则越弱，B正确;若要探究落叶的腐烂是否与土壤微生物有关，实验的自变量应为土壤微生物的有无，因变量是土壤中落叶的腐烂情况，对照组土壤不做处理，实验组土壤进行灭菌处理，以尽可能排除实验组土壤微生物对落叶腐烂的影响。但实验组的土壤应不能进行100°C高温灭菌处理，尽可能避免土壤理化性质的改变，可以将土壤用塑料袋包好，放在60°C恒温箱中处理1h，C错误。 随堂练习 2.通过实验可探究土壤微生物对落叶的分解作用，关于该实验对照组和实验组的设置，正确的是(   ) A.对照组的土壤应放在60℃恒温箱中处理1h B.对照组的土壤应不做任何处理，且不放置叶片 C.实验组的土壤应不做任何处理，且放置叶片 D.实验组的土壤应放在60℃恒温箱中处理1h 【答案】D 【解析】实验组和对照组的设置应遵循单一变量原则，土壤微生物为实验自变量，土壤微生物对落叶的分解作用为因变量，其他无关变量应相同且适宜。对照组的土壤不做处理，实验组的土壤应放在60℃恒温箱中处理1h，以尽可能排除土壤微生物的作用，同时应放置落叶。 随堂练习 3.兴趣小组设计实验来探究土壤微生物对落叶的分解作用，下列操作及分析正确的是(   ) A.可采用加热烘干的方法除去实验组中的土壤微生物 B.将实验组和对照组的土壤放在隔绝空气的条件下进行 C.对照组中落叶的分解速度明显高于实验组的分解速度 D.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】C 【解析】C、土壤微生物具有分解落叶的作用,采用普通土壤的为对照组,采用排除土壤中微生物的为实验组,可以预测对照组中落叶的分解速度明显高于实验组的分解速度,C正确。 化石燃料 Lavf58.51.100 $$