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高中生物选择性必修二知识点

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高中生物选择性必修二生物与环境知识点大总结

第一章 种群及其动态

5.1种群的数量特征

1.种群的概念:在一定的空间范围内,同种生物的所有个体所形成的集合。

分析:大明湖里所有的鱼一个种群;大明湖里所有的鲤鱼一个种群(填“是”或“不是”)。

2.种群密度:指种群在单位面积或单位体积中的个体数。种群密度是种群最基本的数量特征。

3.种群密度的调查方法

(1)逐个计数法—适用于调查范围小、个体较大的种群。

(2)估算法

①样方法

范围:试用于植物、活动范围小的动物,如昆虫的卵、作物上蚜虫的密度、蜘蛛、跳蝻等。

步骤:准备;

确定调查对象(一般选择双子叶植物,单子叶植物丛生或蔓生,不好辨别);

确定样方的大小:一般以1m2正方形为宜;

随机取样:取样的关键是要做到随机取样,随机取样的方法:五点取样法和等距取样法;

计数:对于边界上的调查对象,采取“计上不计下、计左不计右”的方式,然后计算密度;

计算:以所有样方的种群密度平均值作为该种群的种群密度。

②标记重捕法

范围:适用于活动能力强、活动范围比较大的生物。

步骤:第一次捕获生物量,记为M,并做好标记,放回一段时间,保证充分混合。

第二次捕获生物量,记为N,其中带标记的生物量记为m。

设种群的生物总量为X,则M/X=m/N。

注意:若标志物易脱落,或生物带标记后易被天敌捕杀,导致m减小,测得X偏大;


若第一次标记后,在较短时间内进行重捕,则会导致测得X值偏小。

③黑光灯诱捕法 范围:适用于有趋光性的昆虫。

④抽样检测法 范围:适用于微生物。

4.与种群数量有关的其他因素

种群密度反映了种群在一定时期的数量,但无法体现种群数量的变化趋势。因此还需研究其他数量特征。

出生率:指在单位时间内新生的个体数目占该种群个体总数的比值。

死亡率:指在单位时间内死亡的个体数目占该种群个体总数的比值。

迁入/迁出率:单位时间内迁入或迁出的个体占该种群个体总数的比值。

年龄结构:一个种群中各年龄群的个体数目所占的比例。

性别比例:种群中雌雄个体数目的比例。

1.2 种群数量的变化

1、种群的“J”形增长


模型假设:食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等条件下,种群数量每年以一定的倍数增长,第二年是第一年的λ倍。

建立模型:t年后种群的数量:Nt=N0λt

增长率与λ的关系:增长率=λ—1

2.种群数量的“S”形增长(高斯)

模型假设:资源、空间有限,天敌的威胁和竞争者的竞争等因素存在。

环境容纳量:一定环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量,简称K值。(注意:K值只与环境条件有关,不受种群数量的影响)

保护野生动物最根本的措施是保护它们的栖息环境,从而提高环境容纳量。


K值不是种群数量的最大值,K值应略低于种群所能达到的最大值(种群有过度繁殖的倾向,种群数量应围绕K值上下波动)。

建立模型:种群数量呈S型增长

K/2值:当种群数量达到K/2时,种群有最大增长速率;其意义在于:


养殖业上,通常在2/K后进行捕捞,将生物数量保留在此处,目的是可以尽快恢复生物数量;害虫的防治则控制在K/2以下。

J形增长模型和S形增长模型的联系两种模型存在的不同主要是因为存在环境阻力。

4.种群数量的波动和下降

受气候、食物、天敌、传染病等因素的影响,大多数种群的数量总是在波动中。

当种群长久处在不利的条件下,种群数量会出现持续性的或急剧下降。种群的延续需要以一定的个体数量为基础,当一个种群数量过少,可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。

5.探究培养液中酵母菌种群数量的变化

(1)实验原理

用液体培养基培养酵母菌,种群的增长受培养液的成分、空间、pH、温度等因素的影响。


在理想的环境条件下,酵母菌种群的增长呈“J”型曲线;在有环境阻力的条件下,酵母菌种群的增长呈“S”型曲线。

计算酵母菌数量可用抽样检测的方法。

(2)血细胞计数板 (如下图所示)

血细胞计数板每个大方格的面积为1 mm2,深度为0.1 mm,容积为0.1 mm3。

计算公式如下:

①在计数时,先统计(图B所示)5个中方格中的总菌数,求得每个中方格的平均值再乘以25,就得出一个大方格中的总菌数,然后再换算成1 mL菌液中的总菌数。

②设5个中方格中总菌数为A,菌液稀释倍数为B,则0.1 mm3菌液中的总菌数为(A/5)×25×B。已知1 mL=1 cm3=1 000 mm3,1 mL菌液的总菌数=(A/5)×25×10 000×B=50 000A·B。

(3)实验步骤

①酵母菌的培养:条件为液体培养基,无菌培养;

②振荡培养基:使酵母菌分布均匀;

③抽样;

④观察计数:先将盖玻片放在计数室上,然后将酵母菌培养液滴在盖玻片一侧,让培养液自行渗入,再用吸水纸吸去多余的培养液,待细胞全部沉降到计数室的底部,再用显微镜进行计数并计算;

⑤重复步骤④,连续观察7天; ⑥绘图分析。

(4)注意事项

该实验无需设计对照实验,因不同时间取样已形成对照;该实验需要做重复实验,取平均值,目的是尽量减少误差;若每个小方格内酵母菌数量过多,需要重新稀释培养基再计数。

1.3 影响种群数量变化的因素

1.非生物因素:如阳光、温度、水等。其影响主要是综合性的。

森林中林下植物的种群密度主要取决于林冠层的郁闭度;植物种子春季萌发;蚊类等昆虫冬季死亡;东亚飞蝗因气候干旱而爆发等。

2.生物因素:种群内部和种群外部两方面影响。

种内竞争会使种群数量的增长受到限制;种群间的捕食与被捕食、相互竞争关系等,都会影响种群数量;寄生虫也会影响宿主的出生率和死亡率等。

3.食物和天敌的因素对种群数量的影响与种群密度有关。如同样缺少食物,密度越高,种群受影响越大,这样的因素称为密度制约因素。而气温、干旱、地震、火灾等自然灾害,属于非密度制约因素。

4.种群研究的应用

(1)濒危物种的保护。

(2)渔业方面:中等强度的捕捞更有利于持续获得较大的鱼产量。

(3)有害生物防治:控制数量,降低环境容纳量,增加天敌等。

第二章 群落及其演替

2.1 群落的结构

1.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。

2.群落的物种组成

群落的物种组成是一个群落区别于另一个群落的重要特征,也是决定群落性质最重要的因素。

物种数目的多少称为丰富度。

群落中有些物种不仅数目很多,而且对其他物种的影响也很大,往往占据优势,这样的物种称为优势种。

群落中的物种组成不是固定不变的,随着时间和环境的变化,原来不占优势的物种可能逐渐变得有优势,原来有优势的物种可能逐渐失去优势。

3.群落的种间关系

项目

原始合作

互利共生

寄生

竞争

捕食

数量坐标图

在一起更好,分开了也没事





实例

海葵与寄居蟹等

豆科植物与根瘤菌,地衣等

菟丝子、寄生虫

马与羊等

狼与兔子

4.群落的空间结构

(1)垂直结构

大多数群落都在垂直方向上有明显的分层现象。

植物的垂直分层主要与对光的利用率有关,这种分层现象提高了群落对光的利用率。

陆生群落中,决定植物地上分层的环境因素还有温度等,地下分层的环境因素有水分、无机盐等。

动物的垂直分层主要与栖息空间和食物条件有关。

(2)水平结构

生物的垂直分层是由于地形变化、土壤湿度、盐碱度、光照强度的不同以及生物自身生长特点的差异、人与动物的相互影响等引起的,在水平上往往呈现镶嵌分布。

5.群落的季节性: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。

6.生态位:一个物种在群落中的地位和作用,包括所处的空间位置,占用资源的情况,以及与其他物种的关系等,称为这个物种的生态位。

研究动物的生态位,通常要研究它的栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系等;

研究植物的生态位,通常要研究它在研究区域内出现的频率、种群密度、植株高度等特征,以及它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,这有利于不同生物充分利用环境资源,是群落中物种之间及生物与环境间协调进化的结果。

7.土壤中小动物类群丰富度的研究

【实验原理】

(1)取样方法:许多土壤动物身体微小且有较强的活动能力,而且身体微小,因此常用取样器取样的方法进行采集、调查。

(2)仅仅统计群落中的物种数,不足以全面了解群落的结构,因此还需统计群落中物种的相对数量。常用的统计方法:记名计算法和目测估计法(预先确定多度等级)。

【实验流程】

提出问题:如调查和比较不同时间的土壤小动物类群丰富度。

制订计划:包括三个操作环节——取样、观察和分类、统计和分析。

准备:制作取样器,记录调查地点的地形和环境的主要情况。

取样:选取取样地点,注意在不同的时间、不同的地点取样。

采集:可采用诱虫器和吸虫器进行采集,也可以采用简易采集法。采集的小动物可以放入体积分数为70%的酒精中。

观察与分类:对采集的小动物进行分类。观察时使用体视显微镜,如用普通光学显微镜,可以用4倍的物镜和5倍的目镜。

统计和分析:设计统计表,分析所收集的数据。

得出结论:组成不同群落的优势种是不同的,不同群落的物种丰富度是不同的。一般来说,环境条件越优越,群落发育的时间越长,物种越丰富,群落结构也越复杂。

立体农业:指充分利用群落的空间结构和季节性,进行立体种植、立体养殖或立体复合种养的生产模式。

2.2 群落的主要类型

1.荒漠生物群落:年降水量稀少且分布不均匀,物种少,群落结构非常简单。

仙人掌具有肉质茎,气孔夜间开放;爬行类动物体表有角质的鳞片或甲,蛋壳坚硬;体温变化,早上去阳光下,天热去阴凉处;以固态尿酸盐的形式排出代谢废物等。

2.草原生物群落:季节降雨量不均匀,动植物种类少,群落结构相对简单。

植物叶片狭窄,表面有绒毛和蜡质;动物有挖洞和快速奔跑的特性。

3.森林生物群落:分布在湿润或较湿润的地区,群落结构非常复杂且相对稳定。

森林中植物有乔木、灌木、草本、藤本植物等,有明显的垂直分层现象;动物种类繁多,树栖和攀缘类生物较多。

4.群落中生物的适应性

生活在某一地区的物种能形成群落,,是因为它们都能适应所处的非生物环境。因此有人说,群落是一定时空条件下不同物种的天然群聚。

2.3 群落的演替

1.概念:随着时间的推移,一个群落被另一个群落替代的过程,就叫做群落演替。

2.演替的类型

(1)初生演替:

裸岩阶段—地衣阶段—苔藓阶段—草本植物阶段—灌木阶段—乔木阶段。

实例:火山岩、冰川泥、沙丘等没有生物痕迹的地方。

方向:土壤有机物越丰富,群落中的物种丰富度逐渐增大,食物网越来越复杂,群落的结构也越来越复杂。

(2)次生演替—弃耕农田上的演替

一年生杂草—多年生杂草—小灌木—乔木。

实例:弃耕的农田、火灾过后的草原、过量砍伐的森林等。

进程:演替成森林往往需要数十年的时间,但是在干旱的地区或许只能发展到草本植物阶段或稀疏的灌木阶段。

注意:

在时间、资源、条件适宜的情况下,群落最终会演替成森林。

次生演替所需的时间比初生演替所需的时间短,原因是次生演替保留了原有的土壤条件,植物的种子或其他繁殖体。

演替的原因:前一个群落为后一个群落的发展提供了条件;后一个群落的生物更有竞争力。

3.演替实质:

在演替过程中,适应变化的种群数量增长或得以维持,不适应的数量减少甚至淘汰。群落演替的实质是优势取代。

4.人类活动

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。

第三章 生态系统及其稳定性

3.1 生态系统的结构

1.概念:在一定的空间内,由生物群落和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物圈。

2.生态系统的类型:自然生态系统和人工生态系统两类。

2.生态系统的结构——组成成分:

生产者:将太阳能固定在它们所制造的有机物中,是生态系统的基石。自养生物都是生产者。

主要是绿色植物,但菟丝子等不是生产者。

消费者:通过自身新陈代谢,将有机物转变为无机物,加速生态系统的物质循环。有助于植物传粉和传播种子。

主要是动物,但秃鹫、蚯蚓等属于分解者。

分解者:将动植物的遗体残骸和动物的排遗物分解成无机物。

硝化细菌属于自养生物,属于生产者

非生物的物质和能量:阳光、水、空气、无机盐等。是生态系统中物质和能量的根本来源。



生产者和分解者是联系生物群落和无机环境的纽带。

3、生态系统的结构——营养结构

(1)食物链(捕食链)

①概念:生态系统中各生物之间由于食物关系形成的一种联系。

②特点:起点是生产者,为第一营养级;终点是最高营养级。只包含生产者和消费者。

③营养级与消费者级别的关系:消费者级别=营养级级别-1。

(2)食物网

①概念:在一个生态系统中,许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构。

②形成原因:生态系统中,一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物,而一种植食性动物既可能吃多种植物,也可能被多种肉食性动物所食。

③特点:同一种消费者在不同的食物链中,可以占据不同的营养级,某一个营养级也会有不同的消费者。

(3)食物链和食物网的作用:生态系统物质循环和能量流动的渠道。

(4)复杂的食物网是使生态系统保持相对稳定的重要条件。一般认为,食物网越复杂,生态系统抵抗外界干扰的能力越强。

3.2 生态系统的功能——能量流动

1.能量流动的概念:生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。

—太阳能→有机物中的化学能→热能


2.能量流动的过程:

第一营养级的能量流动:

消费者的能量流动



3.能量流动的特点:

(1)生态系统的能量单向流动——因为捕食关系不能逆转,能量只能从第一营养级流向第二营养级。

(2)生态系统的能量流动逐级递减——输入某一营养级的能量(同化量)一部分通过呼吸散失,另一部

分被分解者分解,只有少部分流向下一营养级。

生态系统的能量传递效率为10%~20%。在一个生态系统中,营养级越多,在能量流动中消耗的能量就越多。因此,营养级一般不超过5个。

生态系统能量传递效率的计算指的是相邻两个营养级同化量的比值。

(3)任何生态系统都需要源源不断得到来自系统外的能量补充,以便维持生态系统的正常功能。

4.生态金字塔

能量金字塔:主要分析能量。

生物量金字塔:分析每个营养级所容纳的有机物的总干重。

数量金字塔:分析每个营养级的生物个体数。

5.研究能量流动的意义

(1)研究生态系统的能量流动,可以帮助人们将生物在时间、空间是进行合理配置,增大流入某个生态系统的总能量。

(2)研究生态系统的能量流动,可以帮助人们科学的规划和设计人工生态系统,提高能量的利用率。

(3)研究生态系统的能量流动,可以帮助人们合理调整生态系统的能量流动关系,使能量持续高效的流向对人类有益的部分。

3.3 生态系统的功能——物质循环


1.碳循环

注意:

(1)C元素在生物体内主要以含碳有机物的形式存在,在无机环境中主要以CO2、碳酸盐的形式存在。

(2)C元素从无机环境进入生物群落的途径:光合作用以及化能合成作用。

(3)C元素从生物群落进入无机环境的途径:动植物的呼吸作用、微生物的分解作用、化石燃料的燃烧。

2.物质循环

物质循环的概念:组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素,都在不断地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。

物质循环具有全球性,因此其的范围是生物圈,因此又叫生物地球化学循环。

3.生物富集

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。这些有害物质可以通过水、大气、生物迁移等途径扩散,因此生物富集也是全球性的。

4.能量流动与物质循环的关系

(1)物质是能量的载体,使能量沿着食物链和食物网流动;能量作为动力,使物质能够不断的在生物群落和无机环境之间循环往复。

(2)物质可以循环利用,但能量是逐级递减、单向流动的。

3.4 生态系统的功能——信息传递

1.信息:人们通常将可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息。

信息流:生态系统中的生物种群之间,以及它们内部都有信息的产生与交换,能够形成信息传递,即信息流。

2.生态系统中的信息种类

物理信息:光、声、温度、湿度、磁力等,通过物理过程传递的信息,都属于物理信息。

化学信息:生物生命活动中产生的可以传递信息的化学物质,如植物的生物碱、有机酸等代谢产物,以及动物的性外激素等,都属于化学信息。

行为信息:动物的特殊行为,对于同种或异种生物也能够传递某种信息,即生物的行为特征可以体现为行为信息。

3.生物可以通过一种或多种信息类型进行交流。

4.信息传递的过程

信息源;

信道:空气、水以及其他介质;

信息受体:动物的眼鼻、耳朵、皮肤,植物的叶、芽以及细胞中的特殊物质(如光敏色素等)可以接收多样化的信息。

2、信息传递的作用

对于个体:生命活动的正常进行,离不开信息的作用;

对于种群:生物种群的繁衍,离不开信息的传递;

对于生态系统:信息传递还能调节生物的种间关系,维持生态系统的稳定。

3、信息传递在农业中的作用

(1)提高农产品或畜产品的产量;

(2)对有害生物进行控制:化学防治、生物防治、机械防治等。

3.5 生态系统的稳定性

1.生态平衡:指生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。

特点:结构平衡:生态系统的各组分保持相对稳定;

功能平衡:生产—消费—分解的生态过程正常进行,保证了物质总在循环,能量不断流动,生物个体持续发展和更新。

收支平衡:植物制造的可供其他生物利用的有机物的量,处于比较稳定的状态。

2.生态系统稳定性的概念:生态系统所具有的维持或恢复自身结构和功能处于相对平衡状态的能力,叫做生态系统的稳定性。

生态系统具有稳定性的原因:生态系统具有自我调节能力。生态系统的自我调节能力有一定的限度。

生态系统自我调节能力的基础:负反馈调节。

负反馈调节:在一个系统中,系统工作的效果,反过来作为信息调节该系统的工作,并且使系统工作的效果减弱或受到限制,它可使系统保持稳定。

2、抵抗力稳定性:生态系统所具有的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:生态系统所具有的受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。


一般两者成反比。

图中:y表示受到干扰时偏离正常范围的大小,偏离的越大,抵抗力稳定性越弱;

x表示恢复到原状所需的时间,x越大,表示恢复力稳定性越小;

TS表示生态系统总稳定性,TS面积越大,表示生态系统的总稳定性越低。

①提高生态系统的稳定性

②控制对生态系统的干扰强度;

③对人类利用较大的生态系统,应给予相应的物质、能量输入。

4.设计并制作生态缸

设计要求

相关分析

生态缸一般是封闭的

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

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;保持生态缸内温度;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

生态缸的采光应用较强的散射光

防止水温过高导致水生植物死亡

第四章 人与环境

4.1 人类活动对生态环境的影响

人口增长与生态足迹

生态足迹:又叫生态占用,指在现有技术条件下,维持某一人口单位(一个人、一个城市、一个国家或全人类)生存所需的生产资源和吸纳废物的土地及水域面积。生态足迹越大,代表人类所需的资源越多,对生态和环境的影响越大。

全球性生态环境问题

全球气候变化、水资源短缺、臭氧层破坏、土地荒漠化、生物多样性丧失、环境污染等。

4.2 生物多样性及其保护

1.生物多样性包括基因多样性、物种多样性、生态系统的多样性。

2.生物多样性的价值:

直接价值:对人类有食用、药用、工业原料等实用意义的,以及有旅游观赏、科学研究和文学艺术创作等非实用意义的。

间接价值:对生态系统起到重要调节作用的价值,也叫做生态功能,例如保持水土、蓄洪抗旱等。

潜在价值:目前人类尚不清楚的价值。

注意:生态系统的间接价值明显大于直接价值。

3.生物多样性丧失的原因

(1)人类对野生物种生存环境的破坏:使栖息地丧失或碎片化。

(2)掠夺式利用:过度采伐、滥捕乱猎。

(3)环境污染

(4)农业、林业品种的单一化导致遗传多样性丧失

(5)外来物种的盲目引入

保护生物多样性的措施

(1)就地保护:就地保护是指在原地建立自然保护区以及风景名胜区等,是最有效的保护措施;

(2)异地保护:异地保护是指将保护对象从原地迁出,例如建立植物园、动物园以及濒危动植物繁育中心等,是为行将灭绝的生物提供最后的生存机会;

(3)建立精子库、种子库、基因库:利用生物技术对濒危物种的基因进行保护;

(4)加强立法、执法和宣传教育;

(5)做好生态系统管理,深入开展生物多样性及其保育研究。

4.3 生态工程

1.概念: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系统工程技术或综合工艺过程。

2.生态工程的基本原理

(1)自生:由生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持就是系统的自生。

要求:有效的选择生物组分并合理布设;

创造有益于生物组分的生长、发育、繁殖,以及它们形成互利共存关系的条件。

(2)循环:指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顺畅,也保证主要物质或元素的转化率较高。即保证物质循环再生。

例子:无废弃物农业。

(3)协调:即生物与环境、生物与生物的协调与适应等也是需要考虑的问题。

要求:处理好协调问题,需要考虑环境容纳量。

(4)整体:树立整体观,遵循整体原理。

要求:遵从自然生态系统的规律,各组分之间要有适当的比例,不同组分之间应构成有序的结构,通过改变和优化结构,达到改善系统功能的目的。

不仅要考虑自然生态系统的规律,也需要考虑经济和社会等的影响力,考虑社会习惯、法律制度等。

3.生态工程的实例和发展前景

(1)农村综合发展型生态工程

青贮:玉米等农作物没有完全成熟时,将果穗和秸秆一起收获切碎,通过厌氧发酵成为牛羊的饲料。

氨化:指利用氨水或氮素化肥处理稻麦秸秆,使之软化适口,提高其作为饲料的营养价值。

(2)湿地生态恢复工程

(3)厦门筼筜湖生态恢复

(4)矿区废弃地生态恢复工程:首要步骤是人工制造表土。

(5)赤峰市元宝山矿区生态恢复工程

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