生物：第5章《生态系统及其稳定性》课件(新人教版必修3).ppt

新课标人教版课件系列,高中生物 必修3,第五章 生态系统及其 稳定性,教学目标,、举例说明什么是生态系统，讨论某一生态系统的结构，尝试构建生态系统的结构模型。 、分析生态系统的能量流动的过程与特点，概述研究能量流动的意义，尝试调查农田生态系统中的能量流动情况。 、以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环，尝试探究土壤微生物的分解作用，说明能量流动和物质循环的关系。 、关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。 、举例说出生态系统中的信息传递，说出信息传递在生态系统中的作用，描述信息传递在农业生产中的作用。 、阐明生态系统的自我调节能力，举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。 、阐述提高生态系统稳定性的措施，设计并制作生态缸，观察其稳定性。 、认同生态系统稳定性的重要性，关注人类活动对生态系统稳定性的影响。,第一节 生态系统的结构,第五章生态系统及其稳定性,在一阴湿山洼草丛中，有一堆长满苔 藓的腐木，其中聚集着蚂蚁、蚯蚓、蜘蛛 、老鼠等动物，它们共同构成一个 。如果将最后一句改为“这些生物共同构 成_，则答案又是什么呢？,生态系统,群落,思考：,在南极科考中，科学家发现，南极的企鹅体内竟然有杀虫剂DDT，这一地区从来没有施洒过农药，那么，DDT是哪里来的呢？,农田中大量使用DDT，随雨水冲刷进入水体后，导致水生生物中毒，远在南极的企鹅也难幸免,企鹅,生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体,叫做生态系统。,地球上最大的生态系统是,生态系统的概念,生物圈,生物个体,种群,群落,+无机环境,生态系统,例: 以下可以称作生态系统的是 A.一个湖泊中浮游生物和所有的微生物 B. 一个烧杯中取自池塘的水，泥土和浮游生物 C. 一个池塘中的所有水蚤和微生物 D . 一个鱼缸中的所有金鱼和水草,B,（一）生态系统的类型,自然生态系统,人为生态系统,水域生态系统,陆地生态系统,湿地生态系统,草原生态系统,农田生态系统,海洋生态系统,森林生态系统,城市生态系统,上述生态系统各有何典型动植物、特点、作用？,湿润区 （绿色水库）,干旱区,农垦区,城 市,水深不超过六米的水域,海 洋,群落结构复杂,生物种类稀少,人工控制,人工控制,受阳光、温度影响,受光、温度、盐度影响,植物：乔木为主动物：攀援生活,植物：草本为主 动物：奔跑穴居,种类单一，生物抗逆性差,人类为主，其他生物种类很少,生物种类众多,浮游生物众多,哪个生态系统最不容易受破坏，即最稳定？,哪个生态系统生物种类最丰富？,哪个生态系统最容易受破坏，稳定性最差？,哪个生态系统占有的空间最大？,哪个生态系统人的作用最为突出？,人类的食物主要来自哪个生态系统？,人类的水源主要来自哪个生态系统？,人类呼吸的新鲜空气来自哪个生态系统？,森林生态系统,海洋生态系统,森林生态系统,农田生态系统,城市生态系统,海洋生态系统,森林生态系统,农田生态系统,城市生态系统,农田生态系统,湿地生态系统,森林生态系统,生态系统中有大量的植物、动物、微 生物，它们各有什么重要的作用，相互之 间关系如何呢？,食物链和食物网,生态系统的结构,生态系统的组成成分,思考与讨论,3、除食物链之外还有：,非生物的物质和能量,不可缺少，是生命活动存在的最基本条件,4、不同种类的生物获得物质和能量的途径：,不同。,植物：光合作用（无机物有机物， 太阳能化学能）,动物：摄取其他生物来获得。,5、按营养方式和不同作用分：,生产者、消费者、分解者,7、生态系统的结构模式图：,生产者,消费者,分解者,生态系统的成分,池塘生态系统图解,1、池塘中除了生物之外还有哪些成分？,2、作为自养型的生物有哪些？,4、试想，池塘中各种动植物的尸体粪便、残枝败叶到哪里去了？,观察与思考,3、作为异养型的生物有哪些？,1、池塘中除了生物之外还有哪些成分？,物质：水、空气、无机盐等,能量：阳光、热能等,举例,作用：,为生物成分提供物质和能量,归类：,无机环境，即非生命的,非生物的 物质和能量,2、作为自养型的生物有哪些？,绿色植物，如浮游植物、沉水植物、硅藻、珊藻、团藻等,举例,除绿色植物，还有无其它生物可以把无机物转化成有机物？,硝化细菌等,（化能自养型）,（光能自养型）,作用：,把无机物转化成有机物,归类：,自养型生物,生产者,光合细菌,（光能自养型）,没有了生产者，会有何影响？,（生态系统的 基石）,3、作为异养型的生物有哪些？,举例,植食动物,以植食动物为食的小型肉食动物,以小型肉食动物为食的肉食动物,初级消费者,次级消费者,三级消费者,作用：,加快生态系统的物质循环，对于植物的传粉和种子的传播等方面有重要的作用。,归类：,各类动物（异养型生物）,资料：渡渡鸟和卡伐利亚树 在毛里求斯岛上的卡伐利亚树,属山榄科、卡伐利亚属,是高大的热带乔木,树高可达30米,树围4米,多为百年老树,虽然树年年结果,就是不长幼苗,这个谜经科学家研究才得以破解,原来与渡渡鸟有关。渡渡鸟身高1米,体重可达13千克,几乎不会飞,早于1861年灭绝,渡渡鸟喜吃卡伐利亚树的果实,其果核经鸟的肌胃的“减薄处理”后,才能发芽,后来,人们仿照渡渡鸟,对果核进行减薄处理,才培育出卡伐利亚树苗。,池塘中各种动植物的尸体粪便、残枝败叶到 哪里去了？,被细菌、真菌等分解了。,分解者,举例,腐生细菌,如枯草杆菌,腐生真菌,如霉菌、蘑菇,腐生动物,如蚯蚓、秃鹫、白蚁、 蜣螂（屎克螂）等,归类：,腐生生物,作用：,将有机物分解为无机物， 归还无机环境,如果没有了分解者，该生态系统会怎样？,（联系无机界 和有机界的 必备成分）,生产者,消费者,分解者,非生物的物质和能量,生态系统的成分,小结：,四种成分划分标准,营养功能,细菌在生态系统中的作用： （1）腐生生活的细菌 （2）一些具光合能力或能进行化能合成作用的细菌 （3）部分（如寄生性细菌）能摄取外界现成的有机物,分解者,消费者,细菌在生态系统中的作用，按营养功能划分， 它应属于,A.生产者 B.分解者 C.消费者 D.因细菌的种类不同而不同,生产者、消费者、分解者三者关系如何？,紧密联系，缺一不可。其中生产者是主要成分，分解者是必备成分。,消费者的地位：,从物质和能量流通的完整性的角度看，是可有可无。,但从它在生态系统中与其他生物类群的关系看，它有着自身的作用。,生物群落中最重要的两种成分是（ ） 连接生物界和无机自然界的两个重要环节是（ ） A、生产者、消费者 B、消费者、分解者 C、生产者、细菌 D、生产者、分解者,D,D,生产者,消费者,分解者,主要成分,必备成分,食物链与食物网,问题： 什么叫食物链？,食物链： 在生态系统中，各种生物之间由于食 物关系而形成的一种联系。,（生态系统的营养结构）,该生态系统中箭头 相连的生物之间是 什么关系？,食 物 链,生产者,初级消费者,次级消费者,三级消费者,四级消费者,营养级： 食物链中的一个个环节称营养级，它是指处于食物链同一环节上所有生物的总和。,食 物 链,第一营养级,第二营养级,第三营养级,第四营养级,第五营养级,农作物,猫头鹰,蛇,昆虫,田鼠,请把下面这些生物之间的食物关系表示出来,“螳螂捕蝉，黄雀在后”、“大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米”所形容的是不是完整的食物链？,第一营养级,第二营养级,第三营养级,第四营养级,第三营养级,注意： 1.每条食物链的起点总是生产者，终点是不被其他动物所食的动物。 2.每一环节即为一个营养级,处在第几位即为第几营养级。生产者总是为第一营养级。 3.各种生物处的营养级的级别,并不是一成不变的。 4.同种生物,所属消费者级别和所处的营养级级别一定是不同的。,食物链的组成：生产者+消费者,狭义食物链:即捕食食物链。,绿色植物,昆虫,避役,广义食物链:在生态系统中，各种生物之间由于食物关系而形成的一种联系。 包括腐生食物链、寄生食物链和捕食食物链、碎屑食物链等。,2、寄生食物链:,朽木 木耳 兔 人,人 蛔虫 大肠杆菌 噬菌体,1、腐生食物链：,树生物碎屑 鱼虾等碎食性动物 小型肉食动物 大型肉食动物,3、碎屑食物链:,腐生菌 藻类,温带草原生态系统的简图,1 左图中共有多少条食物链？,2最长的食物链是哪一条？,3 第三营养级的动物有哪些？,猫头鹰占有几个营养级？青蛙和蜘蛛的关系?,在生态系统中，许多食物链彼此相互交 错边接的复杂的营养关系，叫做食物网。,1此食物网中的食物链 有_条。 2属于第二营养级的有 _，只属于次级消 费者的生物是 _。 3猫头鹰占有_个营养级。 4蟾蜍和蜘蛛的关系既是_，又是_。 5吃虫鸟与蟾蜍之间的关系是_。 6吃虫鸟如果因某种原因而减少，则蟾蜍 的数量可能是_。,5,吃草籽鸟、昆虫,猫头鹰 蛇 吃虫鸟 吃草籽鸟 蟾蜍 蜘蛛 昆虫 草,蜘蛛,4,捕食,竞争,竞争,增加,对某种生物减少可导致其他物种变动的分析：,1、在某食物链中，若第一营养级的生物减少，则该食物链中其他生物数量都减少。,2、若一条食物链中处于“天敌”地位的生物数量减少，则被捕食者数量会因此而迅速增加；增加到一定程度种群密度相对稳定。 （原因： ），所以，数量 。,种内斗争加剧，无天敌下自身素质下降等,先上升，后下降，最后稳定,3、若处于“中间”营养级的生物减少，则其后的各营养级依次减少。但如果某生物的食物来源不止一个时，其中某食物来源减少，并不会引起该捕食者数量减少。,6、下图的南极生态系统中，包括_条食物链，_生物属于三级消费者，_生物占有两个营养级。假设大鱼全部死亡，则磷虾数目将_。,虎鲸、企鹅、海豹,虎鲸、海豹,浮游植物,浮游动物,大鱼,企鹅,虎鲸,磷虾,须鲸,小鱼,海豹,5,增多,食物网中某生物数量变动对其他生物的影响，应从高营养级往低营养级分析,确定食物链从低营养级到高营养级；,生物之间通过食物关系构成食物链， 其中的每一个环节是一个营养级，一条食 物链的营养级能不能无限多？,一条食物链的营养级一般不超过五个 ，为什么呢？这个问题在下节课大家学习 了生态系统的能量流动后，再作回答。,3、在下列生物中，属于分解者的是（ ） A.蓝藻 B.草履虫 C.蘑菇 D.蝗虫,C,4、从生态系统的组成成分看，硝化细菌和蚯蚓属于（ ） A.生产者和分解者 B.生产者和消费者 C.消费者和分解者 D.分解者和消费者,A,5欧美国家时兴一种水晶球样的生态球作为家庭摆设。该球密闭，内装有水和两三条小鱼，底部有珊瑚、沙子等，并生长着一些水藻，妙在里面的小鱼、水藻常年都是活的。请问： (1)此生态球应放在有_的地方。 (2)此生态系统中除小鱼（或小虾）和水藻外，还应包括_和_ 。 (3)此球内的小鱼和水藻能常年生存的原因是_ 。,阳光,非生物的物质和能量,分解者,水藻、小鱼和分解者等生物能够保持相对稳定,生态系统的结构小结,非生物的 物质和能量,生产者,主要是各种绿色植物 将无机物合成有机物 将太阳光能转化为化学能,消费者,主要是各种动物 直接或间接消费生产者制造 的有机物。分多个等级,分解者,主要是细菌、真菌等腐生生物 将有机物分解为无机物供生产 者再次利用。,生物群落,营养结构,食物链吃与被吃关系,食物网：多条食物链交错连接,物质：水、空气、矿物质等能量：阳光、热能,第二节 生态系统的能量 流动,第五章生态系统及其稳定性,能量流动的分析,能量流动的分析,能量流动的过程,地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳。 进入生态系统中生物体的能量是生产者光合作用吸收的能量。这些能量固定到生产者所制造的有机物中。 进入生态系统中的太阳能约占太阳向地球输送能量的1%。,能量流动的过程,输入第一营养级的能量转移方向： （1）呼吸作用中热能散失 （2）生产者自身的生长、发育和繁殖消耗 （3）残枝败叶带走的能量 （4）储存于植物体中的有机物的能量。,能量流动的过程,能量流动的过程,能量流动的特点,“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗和未被后一下营养级和分解者利用的能量,能量流动的特点,能量流动的特点,第一、能量流动不是循环的而是单向的：从生产者初级消费者次级消费者三级消费者。食物链各个营养级的顺序是不可逆的，而各个营养级的能量总是以呼吸散失热能。即必须源源不断地输入，又不断地散失。 第二、能量流动是逐级递减的：传递率为1020，一条食物链的营养级一般不会超过五个营养级，因营养级上升一级，可利用的能量相应要减少8090，能量到了第五个营养级时，可利用的能量往往少到不能维持其生存的程度了。由于生态系统能量流量逐级递减，其传递率为1020，即构成了能量金字塔。所以，生产者固定的全部太阳能流经生态系统过程中逐级递减，单向不循环，最终在环境中消失。,能量流动的特点,A,B,C,D,p,1C,2C,3C,4C,p,1C,2C,3C,4C,p,1C,2C,p,1C,2C,3C,3C,数量,能量,落叶林,草地,落叶林及草地数量和能量金字塔,能量流动的特点,引申,为什么肉类食品的价格比小白菜价格高？ 为什么几平方公里才能有一只虎,而几平方米却有百万昆虫? 人增加一千克，要消耗多少克的植物？ (从不同食物链考虑) 生物富集作用?,生物富集作用,2、下图是草原生态系统中的一条食物链 及能量流动图解，回答问题。,图中D表示_。 能量在逐级递减中，传递率按20计算， 若狐获得的能量是8千焦，传递给狼的能 量为_千焦，狼获得的能量中，草应 供给这条食物链的能量为_千焦。 图中各营养级通过A_作用被消耗， 通过B_利用，而B又通过C_ 被消耗。,太阳能,1.6,200,呼吸,分解者,呼吸作用,假定某生态系统中有绿色植物，蛙、蛇、鹰、昆虫和食虫鸟等生物，此生态系统的总能量为24000千焦，如营养级之间能量转化效率为15%，第三营养级和第四营养级所利用的能量分别是（ ） 解析：第三营养级所利用的能量= 24000千焦 （15%）3-1= 540千焦 ；第四营养级所利用的能量= 24000千焦 （15%）4-1=81千焦。,有关计算,在图中海鸟获得能量最多的食物链是_。海鸟每增加1千克，需消耗生产者生产的有机物至少是_千克。,有关计算,水藻甲壳类海鸟,25,表示某生态系统的食物网，请回答：若该生态系统的能量流动效率平均为10%，同一营养级的每种生物获得的能量是均等的，那么第一营养级的同化能量为2107KJ，则鹰最终获得的能量是_。要使鹰的数量最多它应处于_营养级。,有关计算,5104+104+5102=60500KJ,3,图是某个生态系统中的食物网简图，据图回答：若E生物种群总能量为7.1109kJ，B生物种群总能量为2.3108 kJ，从理论上计算A贮存的总能量最少为_ kJ。,有关计算,4.8107,研究能量流动的意义,热力学第二定律：在能量的传递和转化过程中，除了一部分可以继续传递和作功的能量（自由能）外，总有一部分不能继续传递和作功而以热的形式消散的能量，这部分能量使熵和无序性增加。 若用熵概念表示热力学第二定律，则在一个内能不变的封闭系统中，其熵值只朝一个方向变化，常增不减；开放系统从一个平衡态的一切过程使系统熵值与环境熵值之和增加。,研究能量流动的意义,生态系统是一个开放系统，它们不断地与周围的环境进行着各种形式能量的交换，通过光合同化，引入负熵；通过呼吸，把正熵值转出环境。以维持系统的有序性。,研究能量流动的意义,人们虽然不能改变能量流动的客观规律，但可设法调整能量流动方向，使能量流向对人类最有益的部分。 生态村,研究能量流动的意义,例如，在草原牧场上，应该养多少头羊才合适? 又如森林应在什么时候开采利用是最合算的?,研究能量流动的意义,谷粒作物栽培时应考虑如何更有效地利用农田面积的问题 纤维素是地球上十分丰富的有机物之一，然而人类不能消化纤维素，如何利用纤维素呢? 海洋、湖泊和河流中有大量的浮游植物和动物，人类目前还无法直接获取或利用，那该如何办呢？,研究能量流动的意义-生态农业,生态农业系统是1个自然-经济-社会复合系统，包括人类在内的系统中生物成员与环境具有内在的和谐性，生态农业着眼于系统各组分的互相协调和系统水平的最适化，着眼于系统具有最大的稳定性和以最少的投入取得最大的经济、生态与社会效益，而这一特定的目标和指导思想是以生态学、生态经济学原理为其理论基础建立起来的。生态农业实践的理论指导依据主要包括：生物与环境的协同进化原理，生态系统中生物与环境之间存在着复杂的物质、能量交换关系，环境影响生物，生物也影响环境，两者互相作用，协同进化。 时空结构型含山体生态梯度开发型、林果立体间套型、农田立体间套型、水域立体种养型和庭院立体种养型,研究能量流动的意义-生态农业,佛山地区的桑基鱼塘,研究能量流动的意义-生态农业,研究能量流动的意义-生态农业,1987年联合国环境规划署命名留民营村为“世界生态农业新村“，并被评为全球环境保护500佳,第三节 生态系统的物质 循环,第五章生态系统及其稳定性,生态系统的物质循环也是顺着生态系 统的营养结构即食物链和食物网这个主渠 道进行循环流动的。前面讲的能量流动与 物质循环是不同的，能量在流经生态系统 各个营养级时，是逐级递减、单向不循环 的。而物质循环是在生态系统的生物群落 与无机环境之间可以反复出现，是循环流 动的。那么，生态系统中物质到底是怎样 循环的呢？,引言：,(一)、物质循环的概念,是指在生态系统中组成生物体的C、H、 O、N、P、S等化学元素，不断进行着 从无机环境到生物群落，又从生物群落 回到无机环境的循环过程， 这就是生态 系统的物质循环。又叫生物地球化学循 环 。,1、概念内容：,(D:应用),四.生态系统的物质循环,2、概念所具有的含义：,a 生态系统的物质循环的范围是指地球上的最大生态系统生物圈。,b 所指的物质是组成生物体的化学元素，而不是由这些元素组成的化合物蛋白质、糖类、脂肪等。,C 物质循环指组成元素在无机环境和生物群落之间的反复利用，而不是生物群落中。,d 生态系统中的物质循环离不开能量的驱动，即物质循环离不开能量代谢。,e 特点是是：具全球性、反复出现、循环流动。,(二)、碳的循环过程(重点),1.特点：,（1）碳循环的形式： （2）碳在自然界中的存在形式： （3）碳在生物体内的存在形式： （4）碳进入生物体的途径： （5）碳在生物体之间传递途径： （6）碳进入大气的途径：,CO2；,CO2和碳酸盐；,含碳有机物；,绿色植物的光合作用；,食物链、食物网；,生物的呼吸作用 分解者的分解作用 化石燃料的燃烧,2.循环途径,无机环境 生物群落,光合作用(绿色植物),化能合成作用(硝化细菌),呼吸作用(各种生物),分解作用(分解者),燃烧(化石燃料的燃烧),3.温室效应,(1)原因: (2)影响:,短时间内大量化石燃料的燃烧,大气中CO2含量迅速增加,气温升高,冰川融化,海平面上升,对陆地生态系统和人类构成威胁,思考题:假如海平面比现在升高1m,会对沿海城市和农村产生什么影响?,(1).大部分沿海平原将被淹没以及发生盐渍化或沼泽化,不适于粮食生产,粮食产量大大降低; (2).一部分城市要迁入内地; (3).人类陆地生活区域减少等.,练习： 甲、乙、丙分别指生态系统中的什么什么成分？,(生产者),(消费者),(分解者),生态系统的存在是靠物质循环和能量 流动来维持的。生态系统的能量流动和物 质循环都是通过食物链和食物网的渠道实 现的，物质作为能量流动的载体，能量推 动物质循环，二者相互伴随进行，又相辅 相承，密不可分的统一整体。是互为因果 关系。,三、能量流动和物质循环的关系,能量流动和物质循环的相互关系：,1.识图作答：,课堂练习：,（1）写出的生理过程及产生 CO2的方式。 _ _ _ _ _ （2）碳在无机环境与生物群落之间以_ 形式进行循环。 （3）碳循环中最简单的循环途径是在 _和大气之间的循环。,光合作用,呼吸作用,微生物分解作用,呼吸作用,燃烧,CO2,绿色植物,2(2003年广东，36)上图为碳元素在生态系统循环的模式图，图中“圆圈”表示生态系统的生物成分，“箭头”表示过程。请据图回答： (1)为_，4为_。 (2)6为_，7为_。 (3)碳元素在生物群落内部传递是沿_实现的。 (4)陆地生态系统的食物链中占有碳元素最多的营养级是_。,分解者,大气中的二氧化碳,光合作用,呼吸作用,食物链,生产者,3(2003年理综新课程全国卷，4)据图判断，下 面叙述不符合生态学原理的是( ),A物质经过多级利用，实现了良性循环 B每一级生产环节都获得产品，提高了生态经济效益 C由于食物链延长，能量逐级损耗，系统总能量利用效率降低 D由于各级产物都可以利用，减少了废物和污染,C,第四节 生态系统的信息 传递,第五章生态系统及其稳定性,什么是信息？,一般将可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息（information）,生命系统的信息观,细胞生命系统（细胞内部信息流） 例：DNAmRNA蛋白质,生命系统的信息观,细胞生命系统（接受外界信息）,生命系统的信息观,个体生命系统 例：神经调节中的电信号、化学信号 激素调节中的激素 免疫调节中的抗原信号等,生命系统的信息观,生命系统的信息观,生命系统的信息观,生态生命系统 （1）个体从获取环境信息以保证自己的生存活动的需要（定位、方向、感光、测温、化学感受、磁场感应等）。 （2）种群内不同个体之间进行合作或竞争所进行的信息传递。（求偶、繁殖、觅食、抵抗侵略、社会行为等） （3）不同种群个体之间竞争或捕捉与反侵害所进行的信息传递。（警戒、驱逐、识别等）,生命系统的信息观,个体从获取环境信息以保证自己的生存活动的需要（定位、方向、感光、测温、化学感受、磁场感应等）,生命系统的信息观,蝙蝠的回声定位与雷达（超声波）,生命系统的信息观,海豚的回声定位,生命系统的信息观,鸟迁徙行为中对方向的判断（太阳）,生命系统的信息观,鸽子喙部发现感应磁场器官 识途靠地磁导航,生命系统的信息观,蛇的热感受器与导弹（红外线感受器）,生命系统的信息观,鱼的侧线,生命系统的信息观,蚊触须上的（二氧化碳和剧烈运动时产生的乳酸 ）化学探测器,大约有2700种蚊子还具有相当灵敏的视觉感受器和热传感器,生命系统的信息观,苍蝇的平衡棒和运载火箭（振动陀螺仪）,一只小小的苍蝇可以一气飞行好几个小时，速度高达20公里小时。它还有垂直升降、急速调头、空中悬停、隐身潜伏和微波信息收发等绝招儿。平衡棒可以调节翅膀的运动力向，是身体平衡度的一个导航仪。苍蝇飞行时，平衡棒以一定的频率进行机械振动。当苍蝇飞行出现倾斜或偏离航向时，平衡棒的振动就会随之发生变化，并且把这种变化信息及时传递给蝇脑。苍蝇会按新的指令调整身体的姿态和航向。,生命系统的信息观,生物界存在着效率极高、精确可靠的定向、导航、探测 、控制调节、能量转换、信息处理、生物合成、结构力学和流体力学等生物系统，它们可以为现代军事技术系统提供最佳的设计原理。 仿生学,生命系统的信息观,种群内不同个体之间进行合作或竞争所进行的信息传递。（求偶、繁殖、觅食、抵抗侵略、社会行为等）,生命系统的信息观,求偶行为,发光 萤火虫发出的萤光是一种求偶信号，以此与异性取得联系。但这种信号往往被第三者狼蛛非法利用，结果双双被捕，成了爱情的牺牲品。,生命系统的信息观,求偶行为,鸣叫 以嘹亮的鸣声呼唤配偶的动物较多，其中有些只是简单的鸣叫，如蝉类。有些鸟类则伴有炫耀歌喉或滔滔不绝地“表白”。这种方式也容易暴露目标，往往酿成爱情悲剧。,黄斑黑蟋蟀,生命系统的信息观,求偶行为,激素诱导（信息素） 这是最安全的求偶密码，多见于昆虫。如雌蝗在远处的草丛中分泌一种特殊的激素，雄蝗头上的一对触角像电视接收天线一样，能准确无误地接收到这种信号，及时飞来，喜从天降，巧结良缘。,昆虫性信息素 防治病虫害,信息素主要有性信息素、聚集素、告警素、追踪素等,生命系统的信息观,求偶行为,炫耀 这种行为多见于水鸟。如雄鸭子经常在雌鸭面前脉脉含情，不时用喙梳理羽毛，并涂擦脂肪，使羽毛平伏光洁，以炫耀自己的美丽姿态。有些鸟则只梳理色彩鲜明或者色彩别致的地方。最进步的是鸳鸯，它只象征性地用喙触碰一下翅翼上一根特别大的橙色羽毛。鹑鸡类雄性凭着花丽的外表、雄健的气魄，常在雌性面前展翅、度步、开屏等，以炫耀自己的健美。有些鸣禽则以歌舞的方式进行炫耀，从而取得配偶。,生命系统的信息观,求偶行为,送礼 这是一种奇特而温柔的求偶方式。如一些蝇类，雄性在求偶前先建造一个细软的和自身大小相当的丝质球，然后带球飞到蝇群中，并在那里绕圈飞行以吸引雌蝇。雌蝇相中之后，接受礼品，结成配偶双双离开蝇群，完成交配。有些则事先捕获猎物；如蚊子成昆虫翅片，有些还用丝缕裹在所获猎物上，使其显大，也许有更大的引诱作用；有些动物已经把“送礼”发展为“请客”的形式，如公鸡找到食物之后，常常邀请母鸡共享美餐，居心便是交配，有时甚至不等母鸡食完，便色相毕露。,生命系统的信息观,求偶行为,情杀 这是一种激烈的求偶方式。例如，雄性鳄鱼为争夺雌体而叫嚣绕转；雄的鲑鱼常常整天地相互争斗；雄鍬形虫的巨型大颚常被其他雄虫咬伤。又如流苏鹬的雄性二者拼命争斗，雌性却歇在一旁观战，最后则和战胜者同去。这种方式在哺乳类中最为普遍。在激烈的争斗中，雄的常有特别的武器，如雄鹿的角、公鸡的距；有的还有特别的防御工具，如雄狮的鬣、雄鲑的钩形上颚等。,生命系统的信息观,求偶行为的意义,（1）每种动物的求偶行为都有物种的特异性，即使是很相近的物种也有细微的差异，这可以避免不同动物的种间杂交。种间杂交在相近物种之间也有时发生，如马和驴杂交生骡，狮和虎也能杂交产仔，但这种情况大多是发生在人工喂养的特殊环境下。 （2）求偶行为会刺激对方神经的兴奋，并激发与生殖有关的内分泌腺的分泌活动，以协调雌雄双方的排卵和排精，提高受精率。 （3）求偶行为使雌雄双方有更多选择机会，使后代获得良好的遗传基因组合。求偶不成的，常常是群体中的弱者。例如鹿科动物，雄性为争夺配偶而斗殴，失败的弱者，多为幼小刚成年或年老体衰者、瘦弱有病者，它们不被雌鹿选中，对物种的繁衍有利。,生命系统的信息观,生命系统的信息观,不同种群个体之间竞争或捕捉与反侵害所进行的信息传递。（警戒、驱逐、识别等）,生命系统的信息观,警戒与防卫,生命系统的信息观,植物间有没有信息传递？,生命系统的信息观,阳光与植物间的信息 声音与植物间的信息？,生命系统的信息观,植物与植物间的信息传递,指植物产生的次生代谢物质在植物生长过程中，通过信息抑制其他植物的生长、发育并加以排除的现象，常称为异株克生现象。,生命系统的信息观,植物与植物间的信息传递,黄瓜中某些品系在化学物质的信息作用下，可以阻止87左右的杂草生长，维持其在农田生态系统中的优势。 有时发生在同一个物种之内。在这些植物的早期生长中，这种毒素可能降低同一物种幼小个体的成活力。然而，当这种毒素在土壤中积累时，它们就能使植物自身死亡，减少生态系统内部空间的拥挤。例如桉树。,生命系统的信息观,植物与植物间的信息传递,在寄生植物和寄主植物之间，还表现有另一种不同的情况。黄独脚金（Striga hermonthica）是玄参科植物，寄生于甘蔗、玉米或棉花上。向日葵列当（Orobanche cumana）是列当科植物，寄生于向日葵、蚕豆、烟草等植物上。这些寄生植物的种子细小如尘埃，随风扩散，它们并非在任何地方都可以发芽。而只有在接收到寄主植物根部分泌物的信号后，才萌动、发芽；若接收不到寄主植物的这种信息，寄生植物种子在土壤中呆上10年也不丧失其发芽的能力。后来分析出这种信息物是一种具有两个内酯的萜类化合物独脚金酚（strigol）。在合适的条件下，110-6moll-1的浓度就能促使50的黄独脚金种子发芽。,生命系统的信息观,植物与动物间的信息传递 植物和动物不同，它们是不会走动的，给人们表面的印象似乎只能呆在那里等待被吃掉。植物遭受昆虫和其他植食动物的侵袭和吞食，这是最糟的结局。然而，事实并非如此。植物决不是软弱无能，处于完全被动受害的地位，而是通过形态、生理生化等各个方面，采取了多种行之有效的手段来保卫着自己。发现植物作为信息源对植食动物发出的种种信息。植物在千百万年进化中，形成了一道道防线，发出不同信号，确立了许多防御机制，以便保卫自己免受侵袭和吞食。,生命系统的信息观,植物与动物间的信息传递 植物和动物不同，它们是不会走动的，给人们表面的印象似乎只能呆在那里等待被吃掉。植物遭受昆虫和其他植食动物的侵袭和吞食，这是最糟的结局。然而，事实并非如此。植物决不是软弱无能，处于完全被动受害的地位，而是通过形态、生理生化等各个方面，采取了多种行之有效的手段来保卫着自己。发现植物作为信息源对植食动物发出的种种信息。植物在千百万年进化中，形成了一道道防线，发出不同信号，确立了许多防御机制，以便保卫自己免受侵袭和吞食。,荆棘和皮刺、细毛等,生命系统的信息观,植物与动物间的信息传递 众所周知，植物的花是植物授粉动物间联系的极为重要的信息媒介，以此确立了二者的共生关系。有位生物学家曾对2680种花的色泽作了统计，结果表明：白花最多，占1193种；其次为黄花，占951种；红花占307种；绿花占153种；橙色花占50种；茶色花占18种；黑色花最少，只占8种。一朵花生成某种颜色，往往与能感觉到这种颜色信号的昆虫有关。例如，蜜蜂、黄蜂和丸花蜂偏爱粉红色、紫色和蓝色；蝇类和甲虫喜欢暗黄色花朵。,生命系统的信息观,物理信息 化学信息 行为信息 营养信息,生态系统中信息流的人工调控,光信息的人工调控 化学信息的人工调控 声音信息的人工调控,第五节 生态系统的稳定性,第五章生态系统及其稳定性,少量砍伐森林中的树木，森林的结构功能会不会遭到破坏？,草原上适量放养牲畜，草原会被破坏吗？,适度捕捉生态系统中的动物，会不会导致种群严重减小，甚至灭绝呢？,为什么这些生态系统在受到干扰后，仍能保持相对稳定呢？,生态系统稳定性的概念,生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，叫做生态系统的稳定性（stability of ecosystem）。,生态系统之所以能维持相对稳定，是由于生态系统具有自我调节（self-regulating）能力。,一、生态系统的自我调节能力,阅读课文 生态系统具有自我调节能力的实例有哪些？ 大小：一般，生态系统组成成分越多样，能量流动和物质循环的途径越复杂，其调节能力越？ 生态系统自我调节能力的基础是什么？ 思考讨论：构建负反馈调节的概念模型。,生态系统的自我调节能力是无限的吗？,负反馈,二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性,抵抗力稳定性,概念：生态系统抵抗外界干扰使自身结构功能维 持原状的能力。,原因： 、生物的种类、数量多，一定外来干扰造成 的变化占总量的比例小。 、能量流动与物质循环的途径多，一条途径 中断后还有其他途径来代替。 、生物代谢旺盛，能通过代谢消除各种干扰 造成的不利影响。,抵抗力稳定性高的生态系统特征：,、生物的种类、数量多。,抵抗力稳定性高的生态系统特征：,、生物的种类、数量多。,抵抗力稳定性高的生态系统特征：,、生物种类多，食物网复杂，物质循环与能 量流动的渠道多。,抵抗力稳定性高的生态系统特征：,、生物种类多，食物网复杂，物质循环与能 量流动的渠道多。,可见，抵抗力稳定性高的生态系统特征有：,、各营养级的生物种类多， 食物网结构复杂。,、生物的种类、数量多。,恢复力稳定性,概念：生态系统受到外界干扰因素的破 坏后恢复原状的能力。,原因： 、生物繁殖的速度快，产生后代多，能迅速 恢复原有的数量。 、物种变异能力强，能适应新环境的类型。 、生态系统结构简单，生物受到的制约小。,恢复力稳定性高的生态系统特征：,、各营养级的生物个体小，数量多，繁殖快。 生物种类较少，物种扩张受到的制约较小。,恢复力稳定性高的生态系统特征：,、生物能以休眠方式渡过不利时期或产生适 应新环境的新类型。,可见，恢复力稳定性高的生态系统特征：,、生物种类较少，物种扩张 受到的制约小。,、各营养级的生物个体小， 数量多，繁殖快。,、各营养级生物能以休眠方 式渡过不利时期或产生适 应新环境的新类型。,抵抗力稳定性和恢复力稳定性关系：,讨论,、河流、草原、森林生态系统哪些具有抵抗力稳定性？哪些具有恢复力稳定性？,抵抗力稳定性和恢复力稳定性是生态系统中同时存在的两种稳定能力。,、比较草原、北极苔原、森林生态系统抵抗力稳定性谁强谁弱？恢复力稳定性谁高谁低？,抵抗力稳定性与恢复力稳定性的关系,对一个生态系统来说，抵抗力稳定性与恢复力稳定性存在相反关系。,提高生态系统的稳定性,（1）造成生态系统稳定性遭到破坏的原因：,自然因素：,人为因素：,主要指自然界发生的异常变化，如火山 爆发 地震等使生态系统遭到破坏，甚至毁灭。,人类的活动改变着生态系统的稳定性，造成全球性的 环境危机。,总之，生态系统稳定性的破坏是自然因素和人为因素共同作用的结果。,触目惊心的淮河污染,提高生态系统的稳定性,措 施,一方面要控制对生态系统干扰的程度，对生态系统的利用应适度，不应超过生态系统的自我调节能力。,提高生态系统的稳定性,措 施,另一方面，对人类利用强度大的生态系统，应实施相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。,一、生态系统的稳定性的概念,二、抵抗力稳定性,小结,、概念,、生态系统具有稳定性的原因,、不同生态系统的自动调节能力不同,三、恢复力稳定性,、概念,、抵抗力稳定性与恢复力稳定性的相互 关系,四、生态系统稳定性的保护,生物圈2号,1991年，8个人被送进“生物圈二号”，本来预期他们与世隔绝两年，可以靠吃自己生产的粮食，呼吸植物释放的氧气，饮用生态系统自然净化的水生存。但18个月之后，“生物圈二号”系统严重失去平衡：氧气浓度从21%降至14%，不足以维持研究者的生命，输入氧气加以补救也无济于事；原有的25种小动物，19种灭绝；为植物传播花粉的昆虫全部死亡，植物也无法繁殖。事后的研究发现：细菌在分解土壤中大量有机质的过程中，耗费了大量的氧气；而细菌所释放出的二氧化碳经过化学作用，被“生物圈二号”的混凝土墙所吸收，又打破了循环。,生物圈2号的启示,自然界不同于人工控制系统，大而全的设计导致了顾此失彼。生物圈二号内的土壤均来自一个地方，不像地球那样不同地带有不同的土壤类型。模拟的各类生态系统的空间分布格局及大小比例不合理。地球上生态系统内的生物间关系很复杂，目前人类还未全面了解生物间的协调性。它最重要的启示在于：我们人类目前对地球的了解还是远远不够的，目前最