第5讲生态系统的信息传递和稳定性.docx
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第5讲生态系统的信息传递和稳定性
第5讲 生态系统的信息传递和稳定性
知识点一 生态系统的信息传递
看一看：
如何从结构和功能上理解生态系统的稳定性？
知识点二 生态系统的稳定性
想一想：
抵抗力稳定性弱的生态系统，恢复力稳定性一定很强，对吗？
图说信息传递
连一连
①物理信息 a．生物碱、有机酸
②化学信息b．求偶炫耀
③行为信息c．光、声、温度、湿度
自我校对：
①物理信息 ②物理过程 ③化学信息 ④行为信息 ⑤种间 ⑥稳定 ⑦结构和功能 ⑧自我调节 ⑨负反馈
干扰 ⑪物质、能量投入
⑫结构与功能的协调
议一议：
信息传递不像物质流那样是循环的，也不像能量流那样是单向的，而往往是双向的，有从输入到输出的信息传递，也有从输出向输入的信息反馈。
看一看：
从生态系统的结构上看：
生产者、消费者和分解者的种类、数量比例相对稳定，食物链、食物网相对稳定。
从生态系统的功能上看：
物质和能量的输入和输出相对平衡。
想一想：
一般而言，抵抗力稳定性弱的生态系统，其恢复力稳定性较强。
如农田生态系统其抵抗力稳定性较弱，但其恢复力稳定性较强。
而某些特殊生态系统如荒漠生态系统，其抵抗力稳定性较弱，其恢复力稳定性也较弱。
连一连：
①－c ②－a ③－b
生态系统的信息传递
1．信息传递的模型及解读
（1）图示
（2）解读
①信息传递的存在范围
特别提醒
（1）信息传递存在于生态系统的各种成分之间，把生态系统的各个组成部分联系成一个整体，决定能量流动和物质循环的方向和状态，具有调节生态系统稳定性的作用。
（2）生态系统中的信息传递的范围不包括细胞之间的传递，而是指种群内部个体之间、种群之间以及生物与无机环境之间的传递。
②信息传递的特点
信息传递的方式不像物质流动那样是循环的，也不像能量的流动是单向的，而往往是双向的，有从输出者向输入者的信息传递，也有从输入者到输出者的反馈。
③信息传递的过程
信源（信息产生）―→信道（信息传输）―→信宿反馈作用（信息接收）
2．信息传递的作用或应用（见下表）
项目
作用或应用
举例
在生态
系统中
的作用
有利于生命活动的正常进行
莴苣的种子必须接受某种波长的光信息才能萌发
调节生物种间关系，维持生态系统的稳定
雪兔和猞猁的关系
有利于生物种群的繁衍
昆虫分泌性外激素，引诱异性个体
在农业生产中的应用
提高农产品或者畜产品的产量；对有害动物进行控制
利用模拟动物信息吸引传粉动物，提高果树传粉效率和结实率；利用音响设备诱捕或驱赶有害动物
对信息传递的考查主要包括生态系统中的各种信息的含义、对信息种类的判断，以及信息传递在生态系统中的作用和在农业生产中的应用，也可将信息传递与生态系统结构或能量流动、物质循环结合予以综合考查。
【典例1】►请回答下列问题。
Ⅰ.蜜蜂是一种群居的益虫，蜜蜂的筑巢、采粉酿蜜等行为以及“语言”等都引起了人们的极大兴趣。
（1）蜜蜂中的侦查蜂可在发现蜜源后，回到蜂窝内通过特殊的“语言”传达给其他同伴，如果侦查蜂跳“圆形舞”，则表明蜜源的距离很近，一般在百米之内。
这种信息是________。
（2）蜜蜂可以从很多植物的花朵上采集花粉，同时也为这些植物传粉，这种关系在生态学上为________。
从生态系统的功能看，信息传递可以__________，以维持生态系统的稳定。
Ⅱ.蜜蜂是如何发现蜜源的，我们可以进行模拟探究实验。
有人从以下几方面进行了探究，所用的实验材料有蜜蜂100只，1枝作为常见蜜源的黄色5瓣花儿，白纸，剪刀，染料，无色且与蜜源味道相同的制剂。
组别
假 设
操作步骤
预测结果
结论
1
通过花的味道识别
2
通过花的颜色识别
3
通过花的外形识别
（1）第1、2组实验传递的信息分别属于_______________________________________________。
（2）第2组的“模拟花”在味道、颜色和外形上的要求是怎样的？
________________________
________________________________________________________________________。
（3）如果将三组“模拟花”摆在蜂箱周围同时进行实验时，写出两条应该注意的问题：
________________________________________________________________________。
（4）每组实验测量的指标是__________________________________________________。
解析 Ⅰ.跳舞是蜜蜂的一种特殊行为，属于行为信息。
蜜蜂采集花粉属于捕食，为植物传粉属于种间互助。
信息传递可以调节种间关系，维持生态系统的稳定。
Ⅱ.
（1）花的味道传递的信息属于化学信息，花的颜色传递的信息属于物理信息。
（2）第2组是通过花的颜色识别进行实验的，因此白纸要染成黄色，不要有味道，形状不能与花的形状相同。
（3）实验中除自变量外均要保持一致，以防止无关变量的干扰。
（4）实验测定的指标是单位时间内落到实验材料上的蜜蜂的数目。
答案 Ⅰ.
（1）行为信息
（2）种间互助和捕食 调节种间关系 Ⅱ.
（1）化学信息和物理信息
（2）将白纸染成花儿的颜色（黄色），无特殊的味道，且形状与花儿不同 （3）“模拟花”与蜂箱的距离相等、晴天无风（其他合理答案亦可） （4）单位时间内落到实验材料（模拟花）上的蜜蜂的数目
归纳 信息传递相关易错点辨析
（1）生态系统中信息的种类因传播途径的不同而不同。
如孔雀开屏，如果是通过行为传递给对方，则属于行为信息；如果通过羽毛的颜色等传递给对方，则属于物理信息。
（2）鸟类或其他动物报警，若通过声音（尖叫）则属于物理信息，若通过特殊的动作（突然飞起）则属于行为信息。
（3）涉及到声音、颜色、植物形状、磁力、温度、湿度这些信号，通过动物感觉器官皮肤、耳朵、眼、心或植物光敏色素、叶、芽对光、重力等感觉上述信息则判断为物理信息。
（4）若涉及到化学物质——挥发性这一特点则判断为化学信息。
（5）范围——同种生物个体之间（性外激素、蜜蜂舞蹈及孔雀开屏等）；异种生物之间（物理、化学、行为中警示作用）和生物与无机环境之间（主要有物理信息中光、磁等）。
（6）方向——一般为双向，与物质循环和能量流动不同。
【训练1】►下列各项，属于物理信息的是________________；属于化学信息的是________；属于行为信息的是________。
（1）哺乳动物的体温
（2）鸟类鸣叫 （3）红外线 （4）萤火虫发光 （5）植物分泌的化学物质 （6）电磁波 （7）昆虫发出的声音 （8）昆虫的性信息素 （9）植物开花 （10）蓟和刺 （11）紫外线 （12）蜜蜂跳舞
答案
（1）、
（2）、（3）、（4）、（6）、（7）、（9）、（10）、（11） （5）、（8） （12）
【训练2】►（2011·湖南十二校联考）如图为生态系统中信息传递的模式图，相关叙述不正确的是（ ）。
A．信息传递是双向的，能量流动和物质循环也是双向的
B．生态系统的功能主要是能量流动和物质循环，还有信息传递
C．物质循环是生态系统的基础，能量流动是生态系统的动力，信息传递则决定着能量流动和物质循环的方向和状态
D．生态系统各成分间都有各种形式的信息传递
解析 能量流动的特点是单向流动和逐级递减的。
答案 A
生态系统的稳定性
1．生态系统具有稳定性的原因
生态系统具有自我调节能力。
负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础。
（1）生态系统的结构与自我调节能力的关系
生态系统的成分
食物网
自我调节能力
越多
越复杂
大
越少
越简单
小
（2）生态系统的自我调节能力不是无限的，当外界干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力迅速丧失，生态系统将难以恢复平衡。
2．生态系统的反馈调节
（1）概念：
当生态系统某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这种变化又反过来影响最初发生变化的那种成分的现象。
（2）正、负反馈调节的比较
调节方式
比较内容
负反馈调节
正反馈调节
作用
是生态系统自我调节能力的基础，能使生态系统达到和保持平衡
使生态系统远离平衡状态
结果
抑制或减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化
加速最初发生变化的那种成分所发生的变化
实例
森林中的食虫鸟和害虫的数量变化
已经污染的湖泊中污染状况加剧
图示
3.生态系统抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系（如下图）
（1）图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。
（2）y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小，偏离的大小可以作为抵抗力稳定性强弱的指标，偏离大说明抵抗力稳定性弱，反之，抵抗力稳定性强，如热带雨林与草原生态系统相比，受到相同干扰，草原生态系统的y值要大于热带雨林的y值。
（3）x可以表示恢复到原状态所需的时间：
x越大，表示恢复力稳定性越弱，反之，恢复力稳定性强。
（4）TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积可做为总稳定性的定量指标，这一面积越大，即x与y越大，则说明这个生态系统的总稳定性越低。
抵抗力稳定性和恢复力稳定性的含义、生态系统的稳定性与生态系统结构的关系、生态系统稳定性的原理在实践中的应用都是高考中常考的知识点。
考试题型有选择题，也有非选择题。
【典例2】►（2011·江苏卷）池塘养殖普遍存在由于饵料，鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象，研究者设计了一种循环水池塘养殖系统（如下图）。
请回答下列问题。
（1）与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性________。
人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化；藻类等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡，进一步破坏了生态系统稳态，这种调节方式称为________。
（2）与传统养殖池塘相比，该养殖系统增加的生态工程设施有________。
可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施，起到对水体的________，有效减少水体中的N、P等含量。
（3）该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部，实现水层交换，其目的有________、________。
（4）该养殖系统中串联的池塘不宜过多，因为________。
（5）保持池塘水体中适当的N、P含量是必要的，该养殖系统可以通过________、________进行调控。
解析
（1）与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统中的组分较少，营养结构简单，抵抗力稳定性较低，恢复力稳定性较高。
生态系统稳定性的维持是正反馈调节和负反馈调节共同作用的结果，正反馈调节使生态系统远离平衡状态，负反馈调节使生态系统维持在相对稳定的状态。
（2）该生态系统属于人工设计的生态工程。
与传统养殖池塘相比，增加了生态塘和潜流湿地等设施。
生态塘和潜流湿地中的水生植物和滤食动物能够有效减少水体中N、P等的含量，起到净化水体的作用。
（3）通过设备将前一池塘上层水导入下一个池塘的底部，可以实现上、下水层的交换，增加水中的溶氧量和提高饵料的利用率。
（4）随着养殖塘中生物体排放的有机污水的积累，越靠后的养殖塘中微生物分解有机物产生的N、P含量会越高，从而造成水体富营养化，故该养殖系统中串联的池塘不宜过多。
（5）为保持池塘水体中适当的N、P含量，可以通过不间断地补水和排水来实现，或者是通过水泵控制水的流量来实现。
答案
（1）高 正反馈
（2）生态塘和潜流湿地 净化作用
（3）增加水中的溶氧量 提高饵料的利用率 （4）后面池塘水体中的N和P含量（浓度）越来越高 （5）补水和排水 水泵控制水的流量（循环频次）
【训练3】►下列曲线表示四个不同的自然生态系统在受到同等程度的外来干扰后，初级消费者数量的变化情况。
其中抵抗力稳定性最高的生态系统是（ ）。
解析 在受到同等程度的外来干扰后，C项中初级消费者数量的变化最小，说明该生态系统的自我调节能力最强，抵抗力稳定性最高。
答案 C
【训练4】►如图所示，两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。
y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小；x表示恢复到原状态所需的时间；曲线与正常范围之间所夹的面积可以作为总稳定性的定量指标（TS）。
下列说法正确的是（ ）。
A．在正常作用范围内，生态系统中生物的种类和数量保持不变
B．在遭到干扰时，x、y值的大小与生物的种类有关，与数量无关
C．一般来说，对同一个生态系统，y值和x值之间呈负相关
D．TS值越小，这个生态系统的总稳定性越大
解析 在正常作用范围内，生态系统中生物的种类和数量在一定范围内保持动态平衡，并不是保持不变。
抵抗力稳定性与恢复力稳定性与生物的种类与数量关系密切。
一般来说，对同一个生态系统而言，y值和x值之间呈负相关。
答案 C
设计并制作生态缸，观察其稳定性
1．实验原理
（1）生态缸中必须包括生态系统的四种成分，特别需要注意必须有足够的分解者。
（2）各种生物之间以及生物与无机环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动。
（3）生物之间要有合适的食物链结构，生物的数量不宜过多。
（4）生态缸必须是透明的，这样可保证生态缸中有充足的太阳能。
当然，生态缸中一定要封闭，防止外界生物或非生物因素的干扰。
2．实验流程
铺垫细沙
↓
注水：
注入适量的河水或池塘水，使缸内有陆上与水下之分
↓
放置动植物：
根据生物本身的生活习性正确放置适量的生物个体
↓
密封生态缸：
用胶带将生态缸口密封
↓
移置生态缸：
将生态缸放置在光线良好的散射光下
↓
观察记录：
每周定时观察生态缸中生物的存活和水质变化情况
3．实验注意事项
（1）实验设计要求
设计要求
相关分析
生态缸必须是封闭的
防止外界生物或非生物因素的干扰
生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生活力，成分齐全（具有生产者、消费者和分解者）
生态缸中能够进行物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定
生态缸的材料必须透明
为光合作用提供光能；便于观察
生态缸宜小不宜大，缸中的水量应适宜，要留出一定的空间
便于操作；缸内储备一定量的空气
（2）生态缸稳定性观察与分析
①观察稳定性，可通过观察动植物的生活情况、水质变化、基质变化等判断生态系统的稳定性。
②由于生态缸中的生态系统极为简单，自我调节能力极差，所以抵抗力稳定性极低，生态系统的稳定性极易被破坏。
因此，生态缸内的生物只能保持一定时间的活性。
高考对本考点的考查着重于生态系统稳定性的影响因素，尤其是光能、生产者、分解者的不可或缺性探究，题型既包括选择题，也包括非选择题。
【典例】►为观察生态系统稳定性，设计4个密闭、透明的生态缸，各缸内的组成和条件见下表。
经过一段时间的培养和观测后，发现甲缸是最稳定的生态系统。
组成成分
光
水草
藻类
浮游动物
小鱼
泥沙
生态缸编号
甲
＋
＋
＋
＋
－
＋
乙
－
＋
＋
＋
－
＋
丙
＋
＋
＋
＋
－
－
丁
＋
＋
＋
＋
＋
＋
注：
“＋”表示有；“－”表示无
请回答以下问题。
（1）乙缸中，藻类的种群密度变化趋势为_______________________________________，
原因是________________________________________________________________________。
（2）丙缸比甲缸有较多的有机物，原因是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）丁缸与甲缸相比，氧气含量________，原因是______________________________________
________________________________________________________________________。
（4）根据观测结果，得出结论：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
解析 据表格分析可知：
乙缸无光照，藻类因无法进行光合作用而死亡，种群密度下降。
丙缸与甲缸相比，少泥沙，分解者很少，无法将该缸中动植物遗体、动物的排泄物等中的有机物分解为无机物。
丁缸与甲缸相比多小鱼，小鱼进行呼吸作用要消耗水中大量的氧气，因此丁缸与甲缸相比，氧气含量低。
总结结论的方法：
找出该组实验中的自变量与因变量，归纳出自变量与因变量之间的关系。
据表格分析甲缸为对照组，乙缸、丙缸、丁缸都为实验组。
答案
（1）下降 缺乏光照藻类不能进行光合作用，不能生长
（2）缺乏泥沙，分解者数量太少，有机物累积不能被分解
（3）少 消费者较多，消耗较多的氧气 （4）①生态系统应该具有生产者、消费者和分解者以及非生物的物质和能量（太阳能） ②生产者、消费者以及分解者之间应保持适宜比例，以维持生态系统的相对稳定
【训练】►某生物兴趣小组的同学用河水、池泥、水藻、植食性小鱼、广口瓶、凡士林等材料制作了3个生态瓶（如下图所示）。
下列说法中错误的是（ ）。
A．甲瓶中的小鱼很快死亡是因为瓶内分解者数量过少
B．乙瓶中的生物存活的时间相对较长
C．丙瓶中的分解者主要存在于河水及池泥中
D．若想维持生态平衡，丙瓶不应放在黑暗中
解析 甲瓶中的小鱼很快死亡是因为瓶内消费者数量过多。
答案 A
生态系统的信息传递
1．（2009·海南）某种植物上栖息着一定数量的甲、乙两种昆虫和蜘蛛。
甲、乙两种昆虫均以该植物为食，蜘蛛以乙昆虫为食。
甲昆虫在白天活动，乙昆虫在夜晚活动。
甲昆虫采食该种植物的叶片后，植物会释放出挥发性的物质X，X既可吸引甲昆虫的天敌，也能驱赶乙昆虫。
请回答下面的问题。
（1）上述现象中，X分别在____________之间进行传递。
（2）影响甲昆虫活动的信息有两大来源，分别是________和________。
影响乙昆虫活动的信息种类是__________。
蜘蛛在蜘蛛网上捕食乙昆虫所利用的信息种类是________。
（3）若在上述植物上施用人工合成的物质X，短期内该植物上甲昆虫天敌和乙昆虫天敌数量的变化是________________________________________________________________________。
解析 植物释放的物质X可以在植物与甲昆虫的天敌、植物与乙昆虫之间传递。
影响甲昆虫活动的信息有两大来源——无机环境和生物；影响乙昆虫活动的信息种类是化学信息和物理信息；蜘蛛在蜘蛛网上捕食乙昆虫是通过感知蛛网的震动来实现的，属于物理信息。
物质X可吸引甲昆虫的天敌，所以甲昆虫天敌数量增加；能驱赶乙昆虫，使乙昆虫减少，所以乙昆虫天敌数量减少。
答案
（1）植物与甲昆虫的天敌、植物与乙昆虫
（2）无机环境 生物 化学信息和物理信息（其他合理答案也可） 物理信息（其他合理答案也可） （3）甲昆虫天敌数量增加，乙昆虫天敌数量减少
生态系统的稳定性
2.（2011·海南单科，22）某地区常年栖息着30万只鸟类，其中灰椋鸟占了最大优势，数量达10万只之多，灰椋鸟是农林害虫的天敌，喜好群体活动，常集结成庞大的鸟群在天空盘旋，形成壮观的风景。
该地区为打造灰椋鸟品牌，计划在林区大规模清除其他树种，并改种灰椋鸟喜居的树种，欲招引20万只以上灰椋鸟，该计划的实施将使该地区（ ）。
A．灰椋鸟种内竞争必然减弱
B．鸟的种类必然增加
C．农林害虫数量必然大幅度上升
D．生态系统的结构必然发生变化
解析 种植单一树种会使生态系统的生物种类减少，生态系统的营养结构变得简单，生态系统的自动调节能力减小，生态系统可能会遭到破坏，故D正确；单一树种使害虫种类减少，以害虫为食的鸟类减少，B错误；招引20万只以上灰椋鸟，必然会使其种内竞争加强及农林害虫数量减少，A、C错误。
答案 D
3．（2009·福建卷）下列有关生态系统稳定性的叙述，不正确的是（ ）。
A．生态系统具有自我调节能力，这是生态系统稳定性的基础
B．生态系统内部结构与功能的协调，可以提高生态系统稳定性
C．生物多样性对维持生态系统稳定性具有重要作用，体现了其间接价值
D．生态系统中的组成成分越多，食物网越复杂，生态系统恢复力稳定性就越强
解析 生态系统中的组成成分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越强，恢复力稳定性就越弱，所以D不正确。
答案 D
4．（2009·天津理综，5）如图表示气候变化对甲、乙生态系统中种群类型数量的影响。
据图分析，下列叙述正确的是（ ）。
①甲生态系统的抵抗力稳定性一定较乙生态系统强
②甲生态系统中生物群落的营养关系一定较乙复杂
③乙生态系统在S点后一定有新的物种产生
④乙生态系统在S点后一定经历次生演替过程
A．①③B．①④C．②③D．②④
解析 从图中气候的变化情况来看，中间出现了急剧的变化，而甲生态系统中种群类型数量的波动很小，说明其抵抗力稳定性远高于乙生态系统，①正确；如果是严重的寒、旱等气候引起乙生态系统生产者急剧减少，会导致种群类型数量减少，但并不能说明乙生态系统的营养关系简单，②错；物种形成的标志是产生生殖隔离，题目信息不能说明此现象，③错；由于乙生态系统的S点处还有少数的生物，结合曲线可知S点一定经历了次生演替过程，④正确。
答案 B
5．（2009·广东卷）为加强水体治理，珠江流域某城市构建了较大面积的人工湿地。
（1）当污染物随水流进入该湿地时，湿地水体中碳元素的迁移和转化途径如下图。
请用箭头和文字补充虚线框中的碳转化途径。
（2）一段时间后，湿地中出现了轮虫等浮游动物，可控制绿藻等浮游植物的增殖；管理员还放养了一些鱼和鸭，为城市增添自然气息。
请写出可能存在的食物链（两条）。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）如果含有重金属的工业废水进入该系统，请根据生态学基本原理，指出可能产生哪些负面影响？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析 本题考查了生态系统的结构及功能的基础知识。
由图可知，可溶性有机碳可作为好氧细菌碳源，被好氧细菌分解
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