第3章 第3节 生态系统的物质循环 课件1-2024-2025学年高中生物选择性必修2 生物与环境同步课件PPT（人教版2019）

第3节　生态系统的物质循环 第3章 生态系统及其稳定性 生物 ①概述生态系统的物质循环过程。 ②通过分析生物富集的过程,说明生物富集的危害,认同应采取措施减少危害。 ③说明能量流动和物质循环的关系。 ④尝试探究土壤微生物的分解作用。 学习目标 学习重难点 重点： 分析碳循环的特点,概述生态系统的物质循环过程。 难点： 1.说明能量流动和物质循环的关系。 2.尝试探究土壤微生物的分解作用。 导入新课 你在操场上运动时,呼出了很多二氧化碳分子,想象一下这些二氧化碳分子离开你后,会开始怎样的旅行?请以小组为单位绘制一幅“碳先生的旅行”的图片。 图1 图2 导入新课 请概述一下“碳先生的旅行”。 提示：动物的呼吸作用消耗有机物和氧气,产生二氧化碳和水。产生的二氧化碳和水,可以提供给绿色植物,植物进行光合作用产生有机物和氧气,而有机物和氧气又可以提供给动物。有机物通过微生物分解成为无机物,又可以重新提供给生产者来制造有机物。垃圾中有可以回收利用的,说明物质可以循环。 图1 图2 导入新课 存在的问题:动物的粪便直接供给植物,忽略了分解者的参与;只考虑植物的光合作用而忽略植物的呼吸作用;没有考虑化石燃料的燃烧,等等。 图1 图2 导入新课 分解者的作用： 死亡的动植物遗骸以及动物粪便会被分解者（如细菌、真菌）分解，转化为无机物，包括二氧化碳和水。在这个过程中，分解者是碳循环中不可或缺的一部分，负责将有机碳物质转化为无机物，为植物和其他生产者提供可用的碳源。 植物的呼吸作用： 虽然光合作用是植物吸收二氧化碳并转化为有机物的主要途径，但植物本身也会进行呼吸作用。植物细胞通过呼吸作用分解有机物（例如葡萄糖）来获取能量，过程中会释放出二氧化碳。因此，植物不仅是碳的“吸收者”，也是“释放者”之一。 导入新课 化石燃料的燃烧： 目前人类活动中，化石燃料的燃烧是碳循环中一个重要的干扰因素。煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧会将长期储存的碳以二氧化碳形式释放到大气中，导致温室气体浓度增加，加剧全球变暖。这部分碳的释放是自然碳循环的一个“人为干扰”，使得自然的碳平衡发生了变化。 新课讲授 探究一:碳循环的过程 问题探究 （1）碳元素在生物体内、大气、水圈中,分别主要以什么形式存在? 新课讲授 提示：碳元素在生物体内主要以有机物的形式存在,而在非生物环境中,主要以二氧化碳的形式存在于大气中和溶解于水中。 （2）碳元素是如何进出生产者、消费者和分解者的(以什么形式、通过哪种生命活动、形成哪些产物等)? 提示：非生物环境中的碳元素以二氧化碳的形式,通过光合作用形成有机物进入生产者;消费者以生产者为食,使生产者体内的有机物进入消费者;生产者、消费者的遗体和排遗物中的有机物可以被分解者利用。生产者、消费者和分解者都通过呼吸作用,将有机物分解为二氧化碳,使碳元素返回非生物环境。 知识梳理 碳循环的平衡与稳定性对于地球生态系统的健康至关重要。以下是一些维持碳含量相对稳定的机制： 新课讲授 ②海洋吸收作用：海水可以通过溶解和沉积作用吸收和储存二氧化碳。海洋生物如浮游植物进行光合作用时，也会吸收二氧化碳，并将其转化为有机物。海洋深层的碳可以通过碳泵机制长期储存。部分碳沉积在海底，形成碳酸盐矿物或沉积物。 ①光合作用与呼吸作用的平衡：在自然环境中，绿色植物通过光合作用固定二氧化碳，生产者、消费者和分解者通过呼吸作用释放二氧化碳到大气中。这个过程通常在大规模上达到平衡。 小组活动 小组活动一：构建碳循环模型 新课讲授 新课讲授 探究二:生态系统物质循环的概念和特点 元素的循环有什么共同特点? 新课讲授 提示：元素不断从非生物环境进入生物群落中,又从生物群落回到非生物环境中。 问题探究 请概括生态系统物质循环的概念。 新课讲授 提示：生态系统的物质循环是指组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素,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。 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。 提示：赞同,生态系统的物质循环具有全球性,在生物圈中循环往复,例如二氧化碳能够随着大气环流在全球流动。 问题探究 知识梳理 物质循环的主要特点 新课讲授 1) 全球性 物质的循环具有全球性。碳元素和水在大气和水体中的运动受到全球气候和大气环流的影响，二氧化碳、氮气等大气成分可跨越大洲流动，并在全球范围内影响气候和生态系统。例如，二氧化碳在大气中的浓度和分布情况，直接影响全球温室效应和气候变化。 2) 循环性 物质在生物群落和非生物环境之间循环往返。物质既通过绿色植物的光合作用等过程进入生物群落，也通过生物体的呼吸作用、分解者的分解作用返回非生物环境。 新课讲授 探究三:能量流动和物质循环的关系 小组活动 新课讲授 小组活动二:建构模型——在碳循环的模型中绘制能量流动的过程 知识梳理 结合教材P65相关内容,列表比较、总结两者的关系。 新课讲授 项目 能量流动 物质循环 形式 过程 范围 特点 联系 (1)二者同时进行,彼此相互依存,不可分割; (2)能量的固定、储存、转移和释放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)能量是物质在生态系统中往复循环的动力; (5)生态系统中的各种组成成分,正是通过物质循环和能量流动,才能紧密地联系在一起,形成一个统一的整体。 光能→化学能→热能(主要形式) 以无机物形式在生物群落与无机环境间循环 沿食物链(网)单向流动 在无机环境和生物群落间往复循环 生态系统各营养级 生物圈 单向流动,逐级递减 全球性、循环性 核心归纳 总结： 非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者是生态系统的基本组成成分,各组分通过食物链和食物网等联系在一起,完成生态系统的能量流动和物质循环等功能,使生态系统成为一个具有一定结构和功能的统一的整体。 新课讲授 新课讲授 探究四:温室效应 新课讲授 工业革命以来,大气中二氧化碳的含量持续升高,这与全球气温升高有一定程度的正相关。人类的哪些行为加快了大气中二氧化碳含量升高的速度? 提示：大量使用化石燃料,增加了二氧化碳的排放;大量砍伐森林,减少了二氧化碳的固定和吸收,这些行为都会促使大气中二氧化碳含量升高。 问题探究 新课讲授 为缓解温室效应,我国采取了哪些积极措施?这些措施为什么有效? 提示：采取了节能减排,植树种草,秸秆还田等措施,这些措施降低了大气中二氧化碳的含量,是科学有效的。 问题探究 新课讲授 探究五:生物富集 新课讲授 阅读教材P63有关“铅”的资料,回答以下问题。 （1）还有哪些有害物质存在与铅类似的现象? 提示：镉、汞等重金属,DDT、六六六等有机化合物以及一些放射性物质。 （2）概述什么是生物富集? 提示：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,称作生物富集。 问题探究 新课讲授 结合教材P64图3-11分析生物富集有什么危害。 提示：对生物体有害,而且富集的物质会沿着食物链逐渐在生物体内聚集,最终积累在食物链的顶端。 生物富集现象也有全球性吗?说说你的理由。 提示：有。它们可通过大气、水和生物迁移等途径扩散,因此具有全球性。 如何有效地减少生物富集现象? 提示：合理利用资源,减少排放,实施垃圾分类,种植能富集有害重金属元素的植物。 问题探究 新课讲授 知识梳理 1.物质的持久性和难以降解性： 某些有害物质（如铅、汞、DDT等）在环境中长期存在，并且不容易被生物降解或分解。生物体在摄取这些物质时，它们并不会被代谢或排出体外，导致这些物质在生物体内积累。 2.通过食物链的传递： 生物富集现象不仅局限于某一生物体，而是能够通过食物链逐级传递。比如，小型水生生物（如浮游生物）可能从水中摄取污染物，进而被鱼类等捕食者吃掉，捕食者体内的有害物质浓度则更高。随着食物链的逐级传递，污染物会在较高营养级的动物体内逐渐富集，最终积累在食物链顶端。 生物富集的特点： 新课讲授 探究六:土壤微生物的分解作用 新课讲授 实验探究 土壤中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和放射状的放线菌,这些生物的数量是极其繁多的。例如,一茶匙表层土可能含有亿万个细菌。 由于各地气候与环境等因素不同,落叶在土壤中被分解的时间也是不同的。一般在温暖、湿润的环境中需要一至数月时间。 实验一:落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗? 1.背景资料 新课讲授 落叶在土壤中能被分解掉,这究竟主要是土壤的物理、化学因素的作用,还是土壤中微生物的作用呢? 2.提出问题 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂并最终分解掉的。 3.作出假设 实验探究 新课讲授 首先,要确定实验变量是什么,需要控制的变量有哪些,如何控制这些变量,等等。其次,要确定探究的地点或场所:在野外?还是在实验室中?第三,设计实验方案。 本实验的变量是自然土壤和灭菌土壤,也就是是否有微生物;需要控制的变量包括所有的理化因素、落叶的数量等;要很好地控制这些变量最好在实验室中,可以人为地控制。 4.制订计划 实验探究 新课讲授 (1)把自然土壤和灭菌土壤分别放到两个无菌操作室中。取相同重量的自然土壤和灭菌土壤放于两个无菌容器中。 (2)加入相同数量的落叶和土壤混匀,并加入等量的无菌水,使土壤湿润即可。 (3)保证无外界微生物的干扰,并保持相同的理化因素以及通入等量的无菌空气。 (4)每五天观察和记录一次,并控制变量和调整变量到适宜。连续观察和记录1个月左右。 5.实施计划 实验探究 新课讲授 6.实验结果 对照组： 土壤不做处理 实验组： 土壤做处理，排除微生物的作用 实验探究 结果:对照组落叶腐烂程度大,实验组落叶腐烂程度小。 新课讲授 实验二:探究土壤微生物对淀粉的分解作用 1.提出问题: 2.作出假设: 3.制订计划 实验探究 土壤微生物能分解淀粉吗?如分解,那分解成什么? 土壤微生物能将淀粉分解成可溶性的还原糖。 (1)变量是微生物的有无。可以用自然土壤浸出液和蒸馏水作对照。 (2)其他的变量有温度、湿度、溶液的量等,要保持相同。 (3)在实验室中进行。 (4)实验步骤的设计。 新课讲授 4.实施计划 ①将取自农田、林地或花盆等处的土壤放入里面垫有厚纱布的烧杯中，加水搅拌，然后将纱布连同土壤一起取出。将留在烧杯中的土壤浸出液静置一段时间备用。 ②另取两个烧杯，编号为 A、B，放入等量淀粉糊。在 A 烧杯中加入 30 mL 土壤浸出液，B 烧杯中加入 30 mL 蒸馏水。 ③在室温（20 ℃ 左右）环境放置 7 d 后，分别取 A、B 烧杯中的溶液 20 mL，各放入两支试管中，分别编号为 A1、A2，B1、B2。 ④在 A1、B1 中加入碘液，在 A2、B2中加入斐林试剂。 ⑤观察试管中溶液的颜色变化，记录实验结果。 实验探究 新课讲授 注意: 1.实验中的斐林试剂要现用现配,将0.1 g/mL的NaOH和0.05 g/mL的CuSO4等量混合制成斐林试剂,加入斐林试剂后要水浴加热。 2.实验时间是几天到几周,所以开始时A、B烧杯中的溶液量可以多些,以后每周观察记录一次。 实验探究 新课讲授 5.结果分析 烧杯(试管) 实验现象 分析结果 加入碘液 加入斐林试剂 A A1 不变蓝 — — A2   砖红色 B B1 蓝色   — B2   无砖红色 实验结论:土壤微生物能将淀粉分解成可溶性的还原糖。 实验探究 课堂小结 物质循环 生物富集 现实问题 物质循环与能量流动的关系 温室效应 生态系统的物质循环 概念 特点 碳循环模型 课后作业 完成学案中的素养专练。 谢谢大家 $$