3.3 生态系统的物质循环-【省心备课】2024-2025学年高二生物同步教学精优课件（人教版2019选择性必修2）

3.3 生态系统的物质循环 贺老师 第3章 生态系统及其稳定性 1 碳循环 碳、氧分子在 和 之间是不断循环的。 呼一口气，许多二氧化碳分子就离开你的身体，进入大气中。 这些二氧化碳分子离开你后，会开始怎样的旅行？ 这些二氧化碳分子中的碳元素和氧元素又是怎样来到你体内的？ 进入你体内之前又存在于什么物质中？ 食物 人体的细胞呼吸 CO2 植物的光合作用 生物群落 非生物环境 2 碳循环 碳是构成生物体的重要元素之一。 组成生物体的蛋白质、糖类、脂质和核酸等都是以 为基本骨架形成的。 氨基酸结构通式 葡萄糖结构 核糖核苷酸结构 大气中的碳主要是二氧化碳。生物体和大气中的碳含量，都长期处于稳定的状态，这是怎样维持的呢？ 碳链 1 碳元素 3 碳循环 讨论1.碳在非生物环境和生物体内分别以什么形式存在？ 碳的存在形式： ②在生物群落中 主要是有机物的形式 ①在非生物环境中 主要是CO2的形式 2 碳循环的过程 碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要以 的形式进行的。 CO2 4 2.碳是如何进出生产者、消费者、分解者的？（以什么形式，通过哪些生命活动、形成哪些产物等？） 进：光合作用等将CO2转化为有机物； 出：呼吸作用等将有机物分解为CO2。 进：摄食等将前一营养级的有机物转化 为自身的有机物； 出：呼吸作用等将有机物分解为CO2。 进：食腐、腐生等将现成有机物转化为 自身有机物； 出：呼吸作用等将有机物分解为CO2。 煤、石油 其他途径： （1）CO2与HCO3-的相互转化（水中）； （2）煤、石油等化石燃料的开采与使用 将有机物分解为二氧化碳等。 生产者： 消费者： 分解者： 海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。当大气中二氧化碳含量增加，水圈中的二氧化碳含量也随之增加。如果大气中的二氧化碳发生局部短缺，水圈中的二氧化碳也能 及时进入大气。 细胞外分解：微生物分泌胞外酶到细胞外，这些酶能够催化大分子有机物的水解反应。 胞外酶将细胞外的大分子有机物（如多糖、蛋白质、核酸、脂类等）分解成小分子有机物（如单糖、氨基酸、核苷酸、脂肪酸等），也可能直接生成无机物。 这些小分子营养物质随后被微生物吸收进入细胞。 细胞内分解：微生物将吸收进入细胞的小分子有机物进行进一步的生物氧化作用。 这一过程主要以有氧呼吸或无氧呼吸的方式进行，将有机物分解成二氧化碳、水等无机物，并释放出能量供微生物利用。 5 构建碳循环模型 大气中的CO2库 生产者 光合作用 呼吸作用 分解作用 呼吸作用 燃烧 食物链和食物网 捕食 化 石 燃 料 遗体、排遗物 遗体残骸 遗体 遗体 1、动植物遗体一定会被分解者分解吗？ 不一定，还可能形成煤、石油等化石燃料 消费者 分解者 请用箭头和简短的文字表明碳元素在下述各成分之间的联系。 2、碳元素在生物群落中是循环的吗？ 不是，在生物群落中主要是沿着食物链(网)单向流动的。 水圈中的CO2库 碳元素在 和 之间是不断循环的。 生物群落 非生物环境 6 碳循环 【方法技巧】巧辨图形判断参与碳循环的四种成分 大气中的CO2库 生产者 分解者 消费者 生产者 初级消费者 大气中的CO2库 次级消费者 分解者 大气中的CO2库（非生物的物质和能量） 生产者 初消 次消 三级消 分解者 辨图要点： ① 碳循环中，只有生产者与非生物环境之间的箭头是双向的。 ② 箭头指入最多的是大气中的CO2库，其次是分解者。指出最多的是生产者 1. 先看双箭头：双箭头代表生产者、大气中的CO2库； 2. 其他所有成分都指向C，则C为大气中的CO2库； 3. 除了C之外，有最多被指向箭头的为分解者，即B为分解者。 7 稻田养鸭 稻田养鱼 （1）动物的取食、消化能促进物质循环； （3）动物呼出的CO2还可为水稻的光合作用补充原料 （2）动物粪便被分解者分解后可供植物吸收利用 学以致用：稻田养鸭养鱼（种养结合模式），请从物质循环角度说说它的好处： 碳循环 3 碳循环在农业生产方面的应用 8 根据氮循环示意图，思考并回答下列问题。 (1)植物吸收的氮主要以什么形式存在？ 离子（NO3-）。 固氮生物的固氮作用。 (3)生物群落中的氮最终通过什么途径返回大气中？ 反硝化作用。 (2)大气中的氮气通过什么途径进入生物群落？ (4)据图可知氮元素是不断循环的，但农田生态系统为什么仍需不断施加氮肥？ 农田土壤中氮元素的含量往往不足以使作物高产，加之农产品源源不断地自农田生态系统输出，其中的氮元素并不能都归还土壤，所以需要施加氮肥。 氮循环 9 组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等 ，都在不断进行着从非生物环境到生物群落，又从生物群落到非生物环境的循环过程，这就是生态系统的物质循环。 这里的生态系统是指？ 生物圈 ①循环往复运动：----反复利用、循环流动 物质循环又叫生物地球化学循环 ②具有全球性：----物质循环的范围为生物圈 物质循环 1 概念 2 特点 元素 生物群落 非生物环境 组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素 反复循环 思考：有人说这些元素的循环具有全球性，你赞同吗?说说你的理由。 10 与社会的联系——温室效应 (2）原因： ①化石燃料的大量燃烧（主要原因） ②森林、草原等植被的破坏 (1）概念： 大气中的温室气体（CO2、CH4、N2O等）相当于保温层。大气中的CO2越多，地球上的温度升高就越快，这种现象就叫做“温室效应”。 (3）缓解措施 CO2浓度 温度 ①减少化石燃料的使用，开发新能源 ②大力植树种草，提高森林覆盖率 ③提高秸秆还田率，提高土壤储碳量。 减少二氧化碳排放量 增加二氧化碳吸收增加土壤储碳量。 11 (4）危害 极地和高山冰川加速融化 海平面上升 气温升高 对人类和其他生物的生存构成威胁 土地荒漠化加剧，洪灾、旱灾不断 与社会的联系——温室效应 12 任务一：请在碳循环过程模型上绘制能量流动过程。 光能 热能 生产者 大气中的 二氧化碳 消费者 分解者 ①物质循环与能量流动有什么关系？ 物质循环和能量流动的关系 ②假如没有物质循环，能量是否能在营养级间实现流动？ ③假如没有能量的供应，物质循环是否能正常进行？ 同时进行，相互依存，不可分割 能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程 能量是物质循环的动力 物质是能量沿食物链网流动的载体； 13 能量流动 物质循环 范围 形式 特点 渠道 联系 生物群落(各营养级之间) 生物圈 主要以有机物中的化学能的形式 单向流动、逐级递减 全球性、循环往复运动 沿食物链、食物网单向流动 在生物群落（食物链、网）和非生物环境之间循环往返 ①同时进行，相互依存，不可分割 ②能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程； ③物质是能量沿食物链网流动的载体； ④能量是物质循环的动力。 光能→化学能→热能 化学元素 (无机物→有机物→无机物) 物质循环和能量流动的关系 1.物质循环和能量流动的起点和终点是否相同？不同。能量流动的起点是生产者固定的太阳能，终点是以热能的形式散失。物质循环没有起点和终点。 14 分解者能够分解有机物，消费者能够加快物质循环的过程。那么，是不是所有物质都能较快地回归到非生物环境呢？ 如图为水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图 为什么生物体内的铅含量比水体中的铅含量高？ 为什么营养等级越高，体内含有的铅浓度越大？ 水 浮游生物 鱼 水鸟 2 ppm 5 ppm 200 ppm 1600 ppm 进入体内的铅，可以形成多种稳定的化合物，不易分解、不易排出，生物不断的摄入无机环境中的化学物质，导致体内铅含量不断积累以致高于水体中的铅含量。 高营养级的生物捕食多种低营养级的生物，导致体内积累更多的铅，因此，铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链顶端 15 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. 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 1. 概念： 一些放射性物质 5. 生物富集的特点：_____________________________________。 ①全球性 ②随食物链逐渐积累 如上图测定结果显示DDT浓度沿食物链放大了一千万倍 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） 生物富集 在农田中大量使用的DDT杀虫剂，在南极的企鹅体内检测到 在农田中大量使用的DDT杀虫剂，为什么会在南极的企鹅体内检测到? 16 6.生物富集的危害： 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。 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 7.减少生物富集的的措施： 合理利用资源，减少排放有害物质； 实施垃圾分类； 种植能富集有害重金属元素的植物。 在湖泊里种植大量芦苇，芦苇可以吸收水中的有毒物质，而且芦苇抗毒能力非常强，然后将芦苇进行封存，防止有毒物质重新进入环境。 17 秋天刚收获的花生 第二年春天从土中刨出的花生 1 案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 探究土壤微生物的分解作用 18 提出问题 实验假设 实验设计 自变量 对照组 实验组 因变量 无关变量 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60℃处理1h(灭菌：排除微生物作用) 对土壤不做任何处理(自然状态) 落叶是否腐烂（比较腐烂程度） 落叶的量、土壤的量等（保证适宜且相同） 1 案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？ 探究土壤微生物的分解作用 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。不能加热烘干，会导致土壤理化性质发生改变，可将土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中1小时灭菌 19 1.实验原理 淀粉 碘液 变蓝 淀粉 葡萄糖 产生砖红色沉淀 分解 斐林试剂 加热 2.实验设计 实验假设 实验设计 自变量 实验组 对照组 因变量 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 淀粉糊+30mL蒸馏水 观察颜色变化 淀粉糊+30mL土壤浸出液 2 案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用 探究土壤微生物的分解作用 20 3.实验过程 （1）配制土壤浸出液 （2）另取两只烧杯，编号A、B 淀粉糊 加入土壤浸出液 加入碘液 A B 加入蒸馏水 加入碘液 加入斐林试剂 加入斐林试剂 不变蓝 出现砖红色沉淀 变蓝 不出现砖红色沉淀 室温（20℃）环境放置7d后 淀粉糊 2 案例2：探究土壤微生物对淀粉的分解作用 21 非生物环境 （CO2和碳酸盐） 生物群落 （含碳有机物） 1.光合作用 2.化能合成 1.呼吸作用 2.分解作用 3.燃烧 22 $$