3.2 生态系统的能量流动（第1课时）（优质精讲课）-【大单元教学】高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修2）

人教版高中生物选择性必修2 第3章 生态系统及其稳定性 【本节聚焦】能量在生态系统中是怎么流动的？ 第2节 生态系统的能量流动 （第一课时） 能量流动过程及其特点 学习目标、重难点 核心素养 1、阐述生态系统能量流动的过程 2、说出生态系统能量流动的特点 3、通过依次对不同营养级能量的来源和去路分析，建构出生态系统能量流云的一般模型，提高学生的知识归纳、合作探究能力。 1、生命观念:通过学习生态系统的能量流动过程，建立物质和能量观。 2、科学思维:利用图示、模型构建生态系统的能量流动过程。 3、社会责任:认同利用能量流动规律，更加科学、有效地利用生态系统中的资源。 1.教学重点： 生态系统能量流动的过程及特点 2.教学难度 生态系统能量流动的过程 2 能量流动、物质循环、信息传递 生态系统 的成分 生态系统 的营养结构 非生物的物质和能量 生物 群落 生产者 消费者 分解者 生态系统的结构 捕食 食物链 食物网 物质循环和能量流动的渠道 知识回顾 功能 决定 ✔ 假设你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，除了有能饮用的水，几乎没有任何食物。你身边尚存的食物只有1只母鸡、15 kg玉米。 你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？ 方案1 方案2 先 后 一部分 吃鸡蛋 一部分 问题探讨 1.玉米、人等生物获得的能量最初来自哪里？最终去向？ 2.在简图中用“→”表示能量流动过程： 传递、转化 太阳能 生产者 消费者 分解者 热能 输入 输出 （散失） 能量流动的概念: 生态系统中能量的 、 、 、 的过程。 输入 传递 转化 散失 课本P54 问题探讨 选择哪个层次作为研究对象？ 以个体为研究对象，有很大的局限性和偶然性，如果个体死亡，数据可能不准确；不同个体间差异过大。 一、研究能量流动的基本思路 能量流经一个种群的情况： 如果以个体为单位研究能量流动，有什么问题？ 加以整合 共性和规律 群体水平，探索系统动态规律 ★可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。 营养级 研究问题？ 草等 兔等 狐狸等 第一营养级 第二营养级 第三营养级 一、研究能量流动的基本思路 研究问题: 能量在生态系统中如何“输入”“传递”“转化”“散失”？ 思考： （1）小草的能量来自哪里? （2）照射在草地上的太阳能如何被小草吸收?能量全部被小草吸收? （3）小草吸收了太阳能后，以何种形式储存？这些能量有哪些去向? 鹰等 第四营养级 7 生产者所固定的全部太阳能 用于生长、 发育和繁殖 初级消费者摄入 （植食性动物） 残枝 败叶 分解作用 散失 呼吸作用 散失(热能） 1.能量流经第一营养级的过程 1% 光合作用 99% 被地球表面大气层吸收、散射和放射 被存储于自身有机物中的能量（多糖、 蛋白质、脂肪等） 同化作用：是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身物质，并且储存能量的过程。 小草的能量来自哪里？ 光能全部被草吸收了吗？ 草固定的能量有哪些去向？ 分解者利用 同化量 被用掉的能量——已同化的能量以ATP形式为各项生命活动供能（主动运输、蛋白质合成等功能）。另一部分能量是以热能的形式散失掉的。 ①流入第一营养级（生态系统）能量= 生产者固定的全部太阳能(同化量) ②生产者固定的全部太阳能= 呼吸作用 + 用于生长、发育和繁殖 ③用于生长、发育和繁殖= 流入下一营养级 + 分解者利用 二、能量流动的过程 能量转化： 。 光能→化学能 思考：兔子把草吃进肚子里，草中的能量都被兔子吸收(同化固定)了吗？ 摄入 同化（固定） 同化量 = 摄入量 粪便量 － 粪便 粪便量属于谁的能量？ 属上一营养级（草）的同化量。 同化为自身 能量 二、能量流动的过程 摄入量是指生物体实际吃进肚子里食物所蕴含的总能量 9 同化 思考：兔同化了小草的能量后，这些能量有哪些去向？ 流入下一营养级 呼吸作用以 热能形式散失 遗体残骸 被分解者分解 用于自身生长、 发育和繁殖 二、能量流动的过程 摄入 初级消费者摄入量 初级消费者粪便量（未同化，属于上一营养级） 消费者同化量 自身呼吸作用散失 生长发育繁殖的能量 分解者利用的能量 下一个营养级摄入量 下一营养级粪便量 下一营养级同化量 2.能量流经第二营养级的过程 摄入量 = 同化量 + 粪便量 同化量 = 呼吸作用散失＋自身生长发育繁殖 同化量 = 呼吸作用散失＋捕食者摄入＋分解者利用 二、能量流动的过程 能量流经第三、四营养级的过程与第二营养级的情况大致相同。 3.能量流经最高营养级（鹰）的过程 最高营养级没有流入下一营养级的能量去向 呼吸作用以 热能形式散失 遗体残骸 被分解者分解 用于自身生长、 发育和繁殖 思考：鹰同化兔的能量后，这些能量有哪些去向？ 同化 能量在食物链中流动的形式： 有机物中的化学能 二、能量流动的过程 摄入量 = 同化量 + 粪便量 同化量 = 呼吸作用散失＋自身生长发育繁殖 同化量 = 呼吸作用散失＋分解者利用 生产者固定太阳能 （同化量） 呼吸作用以热能的形式散失 用于生长、 发育和繁殖等 （储存在有机物中） 随残枝败叶流向分解者 初级消费者摄入量 初级消费者同化量 粪便量 流向分解者 呼吸作用以热能的形式散失 用于生长、 发育和繁殖等 （储存在有机物中） 随遗体残骸流向分解者 次级消费者摄入量 ①途径：食物链和食物网 ②形式：有机物中的化学能 二、能量流动的过程 …… 3.归纳各营养级能量去向 二、能量流动的过程 3.归纳各营养级能量去向 能量来源 呼吸作用散失 太阳能 生产者 同化能量去路 某个营养级 总能量 固定的太阳能总量 各级消费者 上一个营养级 生产者： 各级消费者： 同化总量 =摄入量-粪便量 流入下一营养级 被分解者利用 均属于用于自身生长、发育和繁殖的部分 最高营养级没有流入下一营养级的能量去向 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 生产者 （绿色植物） 初级消费者（植食性动物） 次级消费者（肉食性动物） 三级消费者（肉食性动物） 呼吸作用 …… 分解者 ③流动过程中能量的转化是太阳能→ → 。 有机物中的化学能 热能 模型构建：构建食物链的能量流动模型 散失 传递 以有机物的形式沿食物链和食物网向下一营养级传递 输入 生产者固定的太阳能总量为流经这个生态系统的总能量 二、能量流动的过程 散失 流经该池塘生态系统的总能量是 生产者固定的太阳能 答题技巧：流经人工生态系统的总能量是生产者固定的太阳能和XXXX中有机物的化学能 二、能量流动的过程 补充 饲料中有机物中的化学能。 易错点训练： 生态系统能量流动的分析 1.下图为能量流经某生态系统第二营养级的示意图： （1）第一营养级流向分解者的能量是20J/（cm2.a）（ ） （2）第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是50J/（cm2.a）（ ） （3）第三营养级同化的能量是15J/（cm2.a）（ ） × × × 二、能量流动的过程 3. 在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应包括（　 ） A.通过兔子呼吸作用释放的能量 B.通过兔子的粪便流入到分解者体内 C.通过狐的粪便流入到分解者体内 D.流入到狐体内 2.大象是植食性动物，有一种蜣螂则专以象粪为食，假设一大象在某段时间内摄入的植物总量为108KJ，所同化的能量为107KJ，则大象从植物体内获得的能量_______KJ，这部分能量流入蜣螂体内的约为_____KJ。 107 0 粪便量属上一营养级（草）的同化量。 B 二、能量流动的过程 生产者 （绿色植物） 初级消费者 （植食性动物） 次级消费者 （肉食性动物） 三级消费者 （肉食性动物） 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 分解者 呼吸作用 总结： 1.初级消费者粪便中的能量属于 。 2.初级消费者的同化量： 。 3.初级消费者用于生长发育繁殖的能量： 。 ⑤ ①或②+③+④ ① - ③或②+④ 每一营养级流向分解者的能量=该营养级的遗体和下一营养级粪便 ① ② ③ ④ ⑤ 二、能量流动的过程 讨论1：生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？为什么？ 讨论2：流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？为什么？ 思考·讨论：生态系统中的能量流动 遵循能量守恒定律。 能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统（生物体的有机物）中，另一部分在呼吸作用中以热能的形式散失，两者之和与流入生态系统的能量相等。 三、能量流动特点 如何证明呢？ 不能。 能量流动是单向的。 能量的流动有何特点呢？两营养级之间传递效率为多少呢？ 20 研究目的 研究能量流经生态系统的食物链时，每一级的能量变化和能量转移效率。 研究对象 结构相对简单的天然湖泊 ——赛达伯格湖 科学家 美国 生态学家 林德曼 (R.L.Lindeman) 研究内容 对该湖的能量流动进行了定量分析 三、能量流动特点 优点：边界明显，封闭性强，变化小、简单、稳定 三、能量流动特点 赛达伯格湖的能量流动图定时定量分析。 图中数字为能量数值，单位是J/(cm2.a)(焦每平方厘米年）。 图中“未固定”是指未被固定的太阳能，“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一个营养级和分解者利用的能量。为研究方便起见，将肉食性动物作为一个整体看待。 思考： 1.流入（输入）该生态系统的总能量？ 2.图中62.8、12.6代表摄入量还是同化量？ 3.植食性动物粪便中的能量属于12.5，还是2.1？ 4.图中2.1指的是什么？包括哪几部分？ 464.6 植食性动物的遗体和肉食性动物的粪便 1．用表格的形式，将图中的数据进行整理 注:为研究方便，这里把肉食性动物作为一个营养级 营养级 流入能量 （同化量） 流出能量 流入下一级 呼吸散失 分解者利用 未利用 出入比 生产者 植食性动物 肉食性动物 464.6 62.8 12.6 62.8 96.3 12.5 293 12.6 18.8 2.1 29.3 7.5 微量 5.0 / 三、能量流动特点 2．计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。 能量传递效率 营养级 流入能量 （同化量） 流出能量 流入下一级 呼吸散失 分解者利用 未利用 出入比 生产者 植食性动物 肉食性动物 464.6 62.8 12.6 62.8 96.3 12.5 293 12.6 18.8 2.1 29.3 7.5 微量 5.0 / 三、能量流动特点 2．计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。 能量传递效率 = 某一营养级同化量 上一营养级同化量 ×100% 第一营养级和第二营养级的传递效率 ， 第二营养级与第三营养级的传递效率 ， 13.5% 20.0% 一般来说，能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%。 讨论2：从箭头方向来看，能量流动是否会逆转，能不能循环流动？为什么？ 讨论1：从能量传递效率上看，能量为什么不能百分之百从一个营养级流入下一营养级？ 各营养级的能量都有：一部分通过呼吸作用以热能形式散失； 一部分被分解者利用； 一部分未利用 能量不会逆转，不能循环流动，因为: ①生态系统各营养级间的捕食关系是不可逆转的 ②各营养级通过呼吸作用散失的热能无法再被生物 利用。 三、能量流动特点 生态系统中能量流动是单向的 (1)从方向上看： 单向流动 在生态系统中，能量流动只能沿着 由 营养级流向____营养级，不可 _____ ，也不能___________ 。 食物链 低 高 逆转 循环流动 (2)从数值上看： 逐级递减 （能量传递效率为10%～20%） 三、能量流动特点 注意： 1.任何生态系统都需要不断得到能量补充，以便维持生态系统的正常功能， 2.营养级越多，在能量流动中消耗的能量越多，一般不超过5个营养级。 判断 (1) 一只狼捕食了一只兔子，意味着这只兔子中约有10%～20% 的能量 流入狼的体内。（ ） × (2) 相邻两个营养级的能量传递效率一定是10%～20%。（ ） × 能量的传递效率指的是相邻两个营养级之间 人工生态系统被人为优化资源分配和减少能量损失，能量传递效率高于20%。 假设你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，除了有能饮用的水，几乎没有任何食物。你身边尚存的食物只有1只母鸡、15 kg玉米。 你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？ 方案1 方案2 先 后 一部分 吃鸡蛋 一部分 二、能量流动的过程 原因：先吃鸡，减少了鸡的消耗，缩短食物人获得的能量更多，持续时间更久。 ①源头： 。 ②起点：从 开始。 ③流入生态系统总量： 。 ④主要方式：__________。 ⑤能量转化： 。 能量流动小结 概念 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程 过 程 输入 生产者固定太阳能 生产者固定的太阳能总量 光合作用 ①传递渠道： 。 ②传递过程： 食物链和食物网 传递 转化 太阳能 化学能 热能 ATP中活跃的化学能 散失 ①大部分热能形式散失， ②需要分解者的分解作用和每一级生物的呼吸作用 生产者→初级消费者→次级消费者…… 太阳能 课堂小结 光能→化学能 能量流动特点：单向流动，逐级递减 1．下列有关生态系统能量流动的叙述，正确的是(　　) A．流经人工鱼塘生态系统的总能量是生产者固定的能量 B．对于以绿色植物为生产者的自然生态系统来说，流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能 C．流入第二营养级的总能量是指初级消费者同化的能量 D．各营养级同化的能量都会沿着食物链和食物网流向下一营养级 课后练习 C 2．某同学绘制如下图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能)，下列叙述不正确的是(　　) A．生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋D1) B．由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1 C．流入初级消费者的能量为(A2＋B2＋C2) D．图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减 C 课后练习 31 3.右图图表示某草原生态系统中能量流动图解，①～ ④表示相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是（ ） A．①是流入该生态系统的总能量 B．分解者分解动植物遗体释放出来的能量， 可供 绿色植物再利用 C. 图中②/①的比值代表“草→兔”的能量传递效率 D．③和④分别属于草和兔同化量的一部分 课后练习 D 5. 目前，粮食安全是世界各国面临的重大问题，甚至影响到了社会的稳定。 (1)在如图所示的食物网中，若人体要得到1 kJ的能量，玉米至少要固定________kJ的太阳能，鸡和害虫的关系是______________________ (2)如果将原来的膳食结构鸡肉∶粮食＝1∶3，改为鸡肉∶粮食＝1∶5，理论上，玉米供养的人数将会________(填“增多”“不变”或“减少”)，理由是_____________________________________________。 课后练习 5 捕食和种间竞争 增多 调整后的膳食结构，增加了人对玉米的摄入量，减少了通过害虫和鸡进行的能量散失，人获得的能量增加　 $$