高中生物选择性必修二《生物与环境》核心知识清单

高中生物选择性必修二《生物与环境》核心知识清单一、种群及其动态：生命在时空中的数量变化（一）种群的数量特征：理解种群密度的基石【基础】【高频考点】种群是在一定空间范围内，同时生活着的同种生物的所有个体。种群并非个体的简单相加，而是具有一系列群体特征的有机整体。种群密度是种群最基本的数量特征，它直接反映了种群在一定时期的数量大小。调查种群密度的方法因生物类型而异，对于活动能力强、活动范围大的动物，常采用标记重捕法；对于植物或活动范围小的动物，则常用样方法。运用样方法时，关键要做到随机取样，以确保调查结果的客观性，常用取样方法有五点取样法和等距取样法。种群的其他特征，如出生率和死亡率、迁入率和迁出率，是直接决定种群密度的核心要素。出生率大于死亡率，种群数量增加；反之则减少。年龄结构则是通过影响出生率和死亡率来间接影响种群密度，它可以预示未来种群数量的变化趋势，分为增长型（幼年个体多，老年个体少）、稳定型（各年龄期个体比例适中）和衰退型（幼年个体少，老年个体多）。性别比例也能通过影响出生率来影响种群密度。（二）种群数量的变化规律：数学模型在生态学中的应用【重要】【难点】种群数量的动态变化是生态学研究的核心问题之一。在理想条件下，即食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种时，种群数量会呈“J”形增长，其数学模型为Nt=N0·λt，其中λ代表该种群数量是前一年种群数量的倍数。“J”形增长曲线没有K值，增长率保持不变。然而，在自然界中，环境条件是有限的，种群经过一定时间的增长后，数量会趋于稳定，呈“S”形增长。“S”形增长曲线有一个环境容纳量，即K值，它是指在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量。种群数量达到K/2时，种群的增长速率最大，这为渔业捕捞、有害生物防治等实践提供了重要的理论依据【热点】。例如，为使鱼类种群持续提供高产量，捕捞后应使鱼群数量维持在K/2左右。影响种群数量变化的因素包括生物因素（如种内竞争、捕食、寄生等）和非生物因素（如气候、食物等）。（三）探究培养液中酵母菌种群数量的变化：实验设计与数据分析【必考实验】本实验旨在通过构建酵母菌这一单细胞真菌在液体培养基中的种群数量变化模型，加深对“S”形增长的理解。实验操作的关键在于：从试管中吸出培养液进行计数之前，需将试管轻轻震荡几次，以使菌体分布均匀；计数时，通常采用血细胞计数板在显微镜下进行，并需对每个样品计数多次，取平均值以减小误差。由于酵母菌种群数量较大，我们常采用抽样检测法。在分析数据时，通常以时间为横坐标，酵母菌数量为纵坐标绘制曲线。需要注意，在培养后期，由于营养物质消耗、代谢废物积累、pH改变等，酵母菌数量会下降。常见考点包括计数的具体操作、血球计数板的计算公式、以及根据数据绘制的曲线类型判断。二、群落及其演替：多种生物的共处与变迁（一）群落的物种组成与种间关系：群落的内部结构【基础】【高频考点】群落是指在相同时间聚集在一定地域中各种生物种群的集合。要研究群落，首先要分析它的物种组成，其中物种丰富度是指一个群落中的物种数目。不同群落间，物种组成差异很大。群落中的不同物种之间存在着复杂的相互关系。原始的种间关系包括捕食、竞争、寄生和互利共生。捕食关系对调节种群数量、维持群落稳定有重要作用；竞争是指两种或更多种生物共同利用同一资源而产生的相互妨碍现象，竞争的结果常表现为相互抑制，有时表现为一方占优势，另一方处于劣势甚至灭亡；寄生是一种生物从另一种生物（宿主）的体液、组织或已消化的物质中获取营养并对宿主造成伤害；互利共生则是两种生物共同生活在一起，相互依赖，彼此有利，例如豆科植物与根瘤菌。此外，生态位是指一个物种在群落中的地位或作用，包括其所处的空间位置、占用资源情况以及与其他物种的关系等。群落中每种生物都占据着相对稳定的生态位，这有利于不同生物之间充分利用环境资源。（二）群落的空间结构与季节性：群落的宏观格局在群落中，各个生物种群分别占据了不同的空间，形成了一定的空间结构。群落的空间结构包括垂直结构和水平结构。垂直结构是指在垂直方向上的分层现象，显著提高了群落利用阳光等环境资源的能力。植物的垂直分布又为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件，因此动物也有类似的分层现象。群落的水平结构则是指由于地形的变化、土壤湿度和盐碱度的差异、光照强度的不同等因素，不同地段往往分布着不同的种群，常呈镶嵌分布。群落的季节性也值得关注，由于阳光、温度、水分等随季节而变化，群落的外貌和结构也会随之发生有规律的变化。（三）群落的演替：群落动态的长期过程【重要】随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程，叫做演替。演替可分为初生演替和次生演替。初生演替是指在一个从来没有被植物覆盖的地面，或者是原来存在过植被、但被彻底消灭了的地方发生的演替，例如在裸岩、沙丘、火山岩上开始的演替，其过程通常漫长而艰难。次生演替则是指在原有植被虽已不存在，但原有土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体的地方发生的演替，如火灾过后的草原、弃耕的农田上进行的演替。次生演替的速度相对较快。人类活动往往会使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行。例如，封山育林、治理沙漠、建立人工群落等，都可以影响群落演替的方向和速度。我们要关注退耕还林、还草、还湖的生态工程，这实质上是人类对次生演替方向和速度的人为干预，以恢复生态系统的健康和可持续发展【热点】。三、生态系统及其稳定性：生物与环境的统一整体（一）生态系统的结构：组成成分与营养结构【基础】生态系统是由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体。生态系统的结构包括两方面：组成成分和营养结构（食物链和食物网）。生态系统的组成成分包括非生物的物质和能量（如阳光、热能、水、空气、无机盐等）、生产者（主要是绿色植物，是生态系统的基石）、消费者（主要是动物，能够加速生态系统的物质循环）和分解者（主要是细菌和真菌，能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物）。其中，生产者、消费者和分解者是紧密联系、缺一不可的生物组分。营养结构是生态系统的骨架，食物链是指在生态系统中，各种生物之间由于食物关系而形成的一种联系。许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养关系，就是食物网。食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力就越强。（二）生态系统的能量流动：过程、特点与研究意义【重中之重】【高频考点】【难点】能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。地球上几乎所有的生态系统所需的能量最终都来自太阳。生产者通过光合作用，将太阳能固定在它们所制造的有机物中，这样，太阳能就变成了化学能，输入到了生态系统中。能量沿着食物链（网）流动，从一个营养级流向下一个营养级。能量流动是单向的，因为能量以化学能的形式在生物之间传递时，并不能被循环利用；能量流动也是逐级递减的，因为每一个营养级的生物，本身呼吸作用要消耗一部分能量，还有一部分能量随着残枝败叶或遗体残骸等被分解者利用，因此只有大约10%～20%的能量能够流入到下一个营养级，这就是林德曼效率（十分之一定律）。人们研究生态系统中能量流动的主要目的，就是设法调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分，例如在农业生态系统中，合理确定草场载畜量、消灭农田害虫等【热点】。（三）生态系统的物质循环：元素循环的全球性【重要】在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，这就是生态系统的物质循环，具有全球性和循环性。碳循环是最重要的物质循环之一。碳在无机环境和生物群落之间主要是以二氧化碳的形式进行循环的。碳进入生物群落是通过生产者的光合作用或化能合成作用，返回无机环境的途径则有动植物的呼吸作用、分解者的分解作用以及化石燃料的燃烧。物质循环和能量流动是生态系统的主要功能，二者相互依存、不可分割：能量流动是物质循环的动力，物质循环是能量流动的载体。（四）生态系统的信息传递：生命世界的“语言”信息传递是生态系统的另一重要功能。生态系统中的信息种类繁多，可分为物理信息（如光、声、温度、磁场等）、化学信息（如生物碱、性外激素等）、行为信息（如蜜蜂跳舞、孔雀开屏等）。信息传递的作用体现在多个层面：在个体水平上，有利于生命活动的正常进行；在种群水平上，有利于生物种群的繁衍；在群落和生态系统水平上，能调节生物的种间关系，进而维持生态系统的平衡与稳定。在农业生产上，信息传递的应用也十分广泛，如利用模拟的动物信息吸引传粉动物，利用昆虫的性外激素诱杀雄性害虫以干扰正常繁殖等【热点】。（五）生态系统的稳定性：自我调节与平衡【重要】【高频考点】生态系统维持或恢复自身结构与功能处于相对平衡状态的能力，叫做生态系统的稳定性。这是因为生态系统具有自我调节能力，其基础是负反馈调节。生态系统的稳定性包括两个方面：抵抗力稳定性和恢复力稳定性。抵抗力稳定性是指生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状的能力；恢复力稳定性则是指生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。通常，生态系统的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越高，例如热带雨林生态系统。而恢复力稳定性则与抵抗力稳定性往往呈相反关系，例如北极苔原生态系统，由于其组分简单，一旦被破坏，恢复起来将非常缓慢。提高生态系统的稳定性，需要控制对生态系统的干扰强度，并对利用强度较大的生态系统实施相应的物质、能量投入，保证其内部结构与功能的协调。四、人与环境：走向可持续的未来（一）人类活动对生态环境的影响：反思与警示【必考内容】【热点】随着人口增长和科技发展，人类活动以前所未有的强度和广度影响着全球生态环境。主要的环境问题包括：全球气候变化（主要是由于二氧化碳等温室气体排放过多，导致全球变暖）、水资源短缺、臭氧层破坏（由氟氯烃等化合物引起）、酸雨（由二氧化硫和氮氧化物引起）、土地荒漠化、生物多样性丧失以及环境污染等。这些问题相互作用，对生态系统和人类社会构成严重威胁。（二）生物多样性及其保护：生命形式的财富【重要】生物多样性包括遗传多样性（基因多样性）、物种多样性和生态系统多样性三个层次。生物多样性的价值体现在直接价值（如食用、药用、工业原料、科研价值、美学价值）、间接价值（即生态功能，如调节气候、涵养水源、保持水土等，也叫非使用价值）和潜在价值（目前尚不清楚的价值）。生物多样性丧失的原因主要有：生物生存环境的破坏（最根本原因）、掠夺式的过度开发、外来物种的入侵、环境污染等。保护生物多样性是全世界共同的责任。保护措施包括就地保护（如建立自然保护区，是保护生物多样性最有效的措施）、迁地保护（如建立植物园、动物园、濒危物种繁育中心）、以及建立精子库、种子库等。此外，还需要加强立法、执法和宣传教育。（三）生态工程：可持续发展的实践途径【拓展】【热点】生态工程是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，对人工生态系统进行分析、设计和调控，或对已被破坏的生态环境进行修复、重建，从而提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境和谐发展的技术手段。生态工程遵循的基本原理包括：自生（由生物组分产生的自我组织、自我优化、自我更新）、循环（在生态工程中促进系统的物质迁移与转化，既保证各个环节的物质迁移通畅，又保证主要物质或元素的转化率高）、协调（生物与生物、生物与环境的协调与适应，需要考虑环境容纳量）和整体（考虑自然、经济、社会的整体影响）。我国涌现出许多成功的生态工程案例，如“三北”防护林体系建设、退耕还林还草工程、农村沼气工程等，体现了“绿水青山就是金山银山”的发展理念。（四）生态缸的制作与观察：微缩的生态系统【必考