专题七  生物与环境

湖北枝江市一中生物组       张代林

一、高考展望

生态与环境的问题是当今世界备受关注的问题，近几年高考把这部分内容作为命题重点也在情理之中。考生在复习本专题时，内容较多，命题点也较多，但归纳起来，应注意以下几个方面：

（1）基本概念和基本原理

 本专题知识涉及的基本概念和基本原理较多，高考中往往会以选择题的形式考查考生对它们的理解。种群及其特征、群落、生态系统、竞争、捕食、寄生、生态系统的稳定性、自动调节能力等概念、生态系统中能量流动和物质循环的基本原理、生物的种内和种间关系原理、生态系统稳定性的原理等都是当前命题的热点。

（2）图、表的识别和分析图、表中蕴含着大量的信息，考生能从图、表中获取有效信息，这是高考的基本要求之一。本专题知识涉及图、表的内容很多，如互利共生、寄生、竞争、捕食等四种种间关系图、种群的数量变化曲线、能量流动和物质循环的图解、食物链和食物网的关系图、非生物因素与生物关系的数据表格等，这些在近几年的高考中出现的频率较高。

（3）实验及实验设计

由于生物与环境与人类关系非常密切，可以探究的内容很多，如温度、光照、水对生物的影响，种群密度调查，生态农业模型的设计与分析等，都可用以考查实验设计、分析、操作等能力，因此应关注相关的知识和实验设计的基本内容。

二、考点透析

1．生态因素对生物的影响

（1）生态因素是指环境中影响生物的形态、生理和分布等的因素。如阳光、温度、水分、空气等。但海拔高度、水域深度等因素属于环境因素，不属于生态因素，因为它们的作用是通过温度、光照、气压等生态因素间接地体现出来的，它们本身对生物无直接影响。

（2）光照对生物的影响

①光照对植物的影响

光对植物的生理和分布起着决定性的作用。

Ⅰ．光决定植物的分布光决定植物的分布。植物的光合作用离不开光，根据植物生长时对光照强度的要求，可分为阳生植物和阴生植物等。

阳生植物：需要较强的光照，如小麦、玉米。

阴生植物：需要较弱的光照，如人参、三七。

阳生植物和阴生植物在一定光照强度下，其光合效率不一样，达到光饱和点时的光照强度也不一样。如右图所示：

在海洋，光影响植物的垂直分布。

Ⅱ．光能影响植物的生理

光对植物的生理有影响，特别是对植物的开花生理。根据植物开花时对日照时间的要求，可分为长日照植物、短日照植物和日中性植物。

②光照对动物的影响

Ⅰ．日照长短影响动物的繁殖。

根据这一道理，可人为地延长或缩短光照时间，从而有效地控制动物的生殖。

Ⅱ．日照时间影响动物的活动。

（3）生物种间关系辨析

2．种群数量的变化

（1）种群数量变化曲线

Ⅰ 种群增长的“J”型曲线

在食物（养料）和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群的数量会连续增长。假定某动物种群的起始数量为N₀，每年的增长率保持不变，第二年的种群数量是第一年的λ倍，则t年后，该种群的数量为N _t＝N₀λ^t。绘成坐标图，种群的增长就会呈“J”型增长曲线。当一个种群迁入一个新环境后，常在一定的时间内表现为“J”型增长。

Ⅱ 种群增长的“S”型曲线

当种群在—个有限的环境中增长时，随着种群密度的上升，个体间由于有限的空间，食物和其他生活条件而引起的种内斗争必将加剧，以该种群生物为食的捕食者的数量也会增加，这就会使这个种群的出生率降低、死亡率增高，从而使种群数量的增长率下降。当种群数量达到环境条件所允许的最大值（K）时，种群数量将停止增长，有时会在K值左右保持相对稳定，种群的增长就会呈“S”型曲线。

Ⅲ “J”型曲线与“S”型曲线的比较

（2）影响种群数量变化的因素

每个种群内部都存在着一定的年龄组成、性别比例及自然的出生率与死亡率以及迁入和迁出等。上述各项发生变化，都将导致种群个体数量的变动。从年龄组成看，年轻个体较多时，预示着将来密度增大，而年老个体较多时，密度会减小。从性别比例看，长期的自然选择已确定各种群的适当性别比例，假如因各种原因造成性别比例失调，必将导致生殖上的混乱，从而引起种群个体数目的变动。如利用人工合成的性引诱剂诱杀害虫的雄性个体，破坏了害虫种群正常的性别比例，就会使许多雌性个体不能完成交配，从而使害虫的种群密度明显降低。出生率及死亡率、迁入和迁出是决定种群大小的最直接因素，任何影响出生率及死亡率、迁入和迁出的因素都会影响种群数量的变化，如气候、食物，被捕食、传染病等。值得注意的是，在现代社会，人类活动对自然界中种群数量变化的影响越来越大。

3．生态系统的类型

4．生态系统的结构和功能

（1）生态系统的结构

生态系统的结构包括生态系统的成分和营养结构（食物链和食物网）。

（2）生态系统的功能

能量流动和物质循环是生态系统的主要功能。生态系统的能量流动和物质循环的途径是食物链和食物网。

Ⅰ 能量流动和物质循环的特点

能量流动的特点：

a．生态系统的能量流动是从绿色植物把太阳能固定在体内后开始的，起点是生产者。

b．能量流动的途径是食物链和食物网，其能量的变化情况是：太阳光能→生物体中的化学能→热能，因此热能是能量流动的最终归宿。

c．流人生态系统的总能量为生产者所固定的太阳能的总量，而流入各级消费者的总能量是指各级消费者在进行同化作用时所同化的物质中含有的能量总量。

d．能量流动是单向的、逐级递减的，一般不能逆向流动和循环流动。

e．能量从上一个营养级流动到下一个营养级的传递效率为10%~20%。

物质循环的特点：

a．物质循环的范围为生物圈，为物质在生物群落和无机环境之间往返运动。

b．碳的循环主要是以CO₂的形式进行

Ⅱ 能量金字塔和数量金字塔

能量沿食物链流动时逐级递减，营养级越多，消耗的能量越多，对此可以用能量金字塔来形象地说明。

如果把各个营养级的生物个体数量用绘制能量金字塔的方式表示出来，就构成了数量金字塔。通常数量金字塔与能量金字塔一致，为正金字塔形，但也有例外，如成千上万只昆虫生活在一棵大树上，该数量金字塔就会发生倒置，而一棵树与树上昆虫及鸟的数量关系可形象地表示如右图。

5．生态系统的稳定性

生态系统发展到一定阶段，它的结构和功能能够保持相对稳定。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。

（1）抵抗力稳定性

 概念：生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构和功能保持原状的能力。

 原理：生态系统内部具有一定的自动调节能力。

 规律：生态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自动调节能力就越小，抵抗力稳定性就越低，反之抵抗力稳定性就越高。

 特点：调节能力有一定限度，超过此限度，则生态系统的相对稳定性就遭到破坏。

（2）恢复力稳定性

 概念；生态系统在遭到外界干扰因素的破坏以后恢复到原状的能力。

 原理：生态系统具有恢复自身相对稳定的能力。

（3）抵抗力稳定性与恢复力稳定性的关系

 抵抗力稳定性较高的生态系统，恢复力稳定性就较低；抵抗力稳定性较低的生态系统，恢复力稳定性就较高，两者关系往往相反。

6．生物多样性及其保护

生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。保护生物多样性就是在基因、物种和生态系统三个层次上采取保护战略和保护措施。

三、经典回放

【例1】（2002年广东、河南、广西）在一个玻璃容器内，装入一定量的符合小球藻生活的营养液，接种少量的小球藻，每隔一段时间测定小球藻的个体数量，绘制成曲线，如下图所示。其中能正确表示小球藻种群数量增长率随时间变化趋势的曲线是

【解析】接种少量小球藻的初期，因生活条件充足，小球藻快速繁殖，数量增加较快，随着小球藻数日的逐渐增加，玻璃容器内的生存空间、营养物质逐渐减少，种内斗争加剧，使种群增长速率减缓变慢，最后出现负增长，曲线下降。

【答案】选D。

【例1】（2004年全国新课程卷Ⅰ）生活在一个生物群落中的两个种群（a、b）的数量变化如图，下列判断正确的

A．a种群与b种群为捕食关系，a种群依赖于b种群     

B．a种群与b种群为竞争关系，竞争程度由强到弱

C．a为S型增长，其增长受本身密度制约

D．b为J型增长，始终受到a种群的制约

【解析】考查种群增长与种间关系的相关知识。从图中可以看出：a、b两个物种在生存斗争中，a取胜而b被淘汰，a与b属于竞争关系。同时可以看出： a物种的种群数量先不断增加，当达到K值时停止增加，种群增长率随种群密度上升而下降，属于S型增长。

【答案】选C。

【例2】（2004年江苏卷）在一个草原生态系统中，草是生产者，鼠是初级消费者。

（1）在“草→鼠”食物链中，若草通过光合作用产生了600mol氧气，则能同时产生___mol葡萄糖。鼠从中获得的能量至多相当于_____mol葡萄糖中所储存的能量。

（2）由于该生态系统鼠害日趋严重，故将黄鼬引入该生态系统以控制鼠害。调查表明鼠与黄鼬的数量变化如下表：

   根据上表数据分析鼠和黄鼬种群数量变动关系____________。

【解析】主要考查生态系统中生物间的关系和能量流动。

（1）根据光合作用的反应式6CO₂＋12H₂O C₆H₁₂O₆＋6O₂＋6H₂O可知：当草通过光合作用产生了600mol氧气时，同时产生100mol的葡萄糖。根据生态系统的能量传递效率为10%~20%，可知：鼠从中获得的能量至多相当于100×20%＝20mol葡萄糖中所储存的能量。

（2）通过分析表格，我们会看到鼠群和黄鼬群的种群数量变化的规律是：鼠群的种群数量在第1~2年增加，第3~4年减少，黄鼬群的种群数量在第1~4年增加，从第5年开始，鼠群和黄鼬群的种群数量维持在9500~9600只和170~180只之间，说明从第5年开始，鼠群和黄鼬群间相互制约，保持动态平衡。

【答案】（1）10020 （2）第1～2年黄鼬的数量增加，鼠的数量仍在增加第3～4年黄鼬的数量大量增加导致鼠的数量大量减少  第5年开始黄鼬的数量和鼠的数量保持动态平衡

【例3】(2004年江苏)下列有关生态系统的叙述，错误的是

A．森林生态系统的种群密度和群落结构一般能够长期处于较稳定的状态

B．草原生态系统的种群密度和群落结构常常会发生剧烈的变化

C．农田生态系统总是朝着对人有益的方向发展

D．整个地球上海洋可以看作是一个巨大的生态系统

【解析】本题考查生态系统及其稳态。森林生态系统的营养结构复杂，抵抗力稳定性较大，能长期处于稳定状态，草原生态系统则相反。农田生态系统的结构单一，抵抗力稳定性小，一旦失去人的控制，会发生很大的变化，并非只朝着对人有益的方向发展。

【答案】选C。

【例4】（2004年上海）某海滩黄泥螺种群现存量约3000吨，正常状况下，每年该种群最多可增加300吨，为充分利用黄泥螺资源，又不影响可持续发展，理论上每年最多捕捞黄泥螺的量为

A．3000吨         B．1650吨           C．1500吨          D．不超过300吨

【解析】根据题干信息可知，在正常状态下，黄泥螺种群每年最多可增加300吨。为保证不影响黄泥螺种群的可持续发展，又充分利用资源，最多捕捞量应小于或等于最大增长量，若大于最大增长量，将危及黄泥螺种群以后的持续生存。

【答案】选D。

四、自我检测

一、选择题（均为单项选择题）

1．森林枯枝落叶层中可发现多种生物，其中属于初级消费者的是

A．白蚁    B．蚯蚓    C．蜘蛛   D．蛇

2．农田生态系统中，假设有两条主要的食物链：如果有人大量捕捉蛙，短期内对该个生态系统造成的影响是

A．有利于生态系统的平衡         B．水稻虫害严重

C．蛇的数量迅速增加             D．鼠的数量迅速增加

3．在生态系统中能将太阳能转化到生物群落中的是

A．蚯蚓    B．硅藻    C．硝化细菌    D．酵母菌

4．下列生态系统中自动调节能力最强的是

A．温带阔叶林  B．热带雨林    C．寒带针叶林    D．温带草原

5．某滩涂是丹顶鹤的栖息地之一，在该滩涂建立丹顶鹤自然保护区的主要目的是

A．对丹顶鹤和它们的生存环境就地保护    B．加入“世界生物圈保护区网”

C．将丹顶鹤迁入保护区进行迁地保护      D．防止滩涂生态环境的污染

6．在自然条件下，下列不符合生态系统正常发展方向的是

A．物种组成多样     B．营养结构复杂     C．功能完善  D．食物链缩短

7．雅鲁藏布大峡谷地区植被分布状况是：山麓热带雨林，山腰常绿阔叶林，上层温带针叶林，顶部高山草甸，决定这种分布状况的非生物因素主要是                           

A．阳光            B．土壤          C．温度       D．水分

8．当一条蛇捕食了一只青蛙后，从生态学角度看，下列叙述正确的是

A．完成了物质循环          B．蛇破坏了生态平衡

C．青蛙不能适应环境        D．青蛙的能量流向了蛇

9．寒带针叶林中两个动物种群（N₁、N₂）的数量变化如右图所示。据图判断这两个种群的关系是

A．捕食关系，N₁为捕食者，N₂为被捕食者      

B．捕食关系，N₂为捕食者，N₁为被捕食者

C．竞争关系，N₁为竞争中的胜者，N₂为败者    

D．共生关系，N₁、N₂彼此依赖，相互有利

10．在研究光照强度对某种鸟鸣叫次数的影响中，下列设计不符合研究要求的是

A．记录一天内不同时间同一地点该种鸟鸣叫次数

B．记录同一时间不同天气该种鸟鸣叫次数

C．记录繁殖季节该种鸟雌鸟和雄鸟鸣叫次数

D．记录不同季节同一地点该种鸟鸣叫次数

二、简答题

1．水田中生活着一种无色草履虫（单细胞动物），以细菌和真菌为食，但常因与绿藻共生而成为绿色草履虫，该草履虫即使没有食物也能依赖共生的绿藻而生存。

（1）绿藻可以为共生的草履虫生存提供________和________。

（2）现有一批绿色草履虫，请设计一个既能除去共生绿藻，使之成为无色草履虫，又能保证其存活的简单的培养方法：___________________。

（3）将破碎的绿色草履虫培养，可以获得共生的绿藻种群。培养液中除须含有        外，还须置于__  ______处培养。

（4）将绿色草履虫和除去绿藻的无色草履虫，在四种实验条件下培养，实验条件是①“有光—食物丰富”，②“有光—食物贫乏”，③“无光—食物丰富”，④“无光—食物贫乏”。下图所示的生长曲线是四种实验条件下所得的结果，则对应于图A．B．C和D结果的实验条件分别是A：________，B：________，C：________，D：________（用序号表示）。绿色草履虫和无色草履虫在暗处共同培养时，在食物上存在着________关系。

2．一种以地下茎繁殖为主的多年生野菊分别生长在海拔10m、500m、1000m的同一山坡上。在相应生长发育阶段，同一海拔的野菊株高无显著差异，但不同海拔的野菊株高随海拔的增高而显著变矮。为检验环境和遗传因素对野菊株高的影响，请完成以下实验设计。

（1）实验处理：春天，将海拔500m、1000m处的野菊幼芽同时移栽于10m处。

（2）实验对照：生长于             m处的野菊。

（3）收集数据：第二年秋天                               。

（4）预测支持下列假设的实验结果：

假设一 野菊株高的变化只受环境因素的影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高  

                。

假设二 野菊株高的变化只受遗传因素的影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高                            

                   。

假设三 野菊株高的变化受遗传和环境因素的共同影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高                                            。

3．生态工作者从东到西对我国北方A、B、C三种类型的草原地行调查。下表是不同调查面积的物种数量统计结果：

（1）A、B、C三种类型的草原对放牧干扰的抵抗力稳定性由强到弱的顺序是      。导致这三种类型的草原物种数量不同的关键生态因素是        。如果将A草原与我国东北针叶林相比，两者之间恢复力稳定性较强的是        。

（2）调查B草原某种双子叶草本植物种群密度时，设计如下调查步骤：

① 选取40cm×40cm为最佳样方面积。

② 在该物种分布较密集的地方取5个样方。

③ 计数每个样方内该植物的个体数。若计数结果由多到少依次为N₁、N₂、N₃、N₄、N₅，则将N₃作为种群密度的估计值。

请指出以上设计步骤中的错误并加以改正。

参考答案：

一、选择题

1．A  2．B   3．B  4．B  5．A  6．D  7．C  8．D  9．B  10．C

二、简答题

1．（1）氧气  养料 

（2）在暗处较长时间培养，培养液中要有丰富的细菌和真菌作为草履虫的食物

（3）无机盐  有光

（4）④  ②  ①  ③  竞争

2．（2）10m、500m、1000m

（3）测量株高 记录数据

（4）与10m处野菊株高无显著差异  与原海拔处（500m、1000m）野菊株高无显著差异    比10m处矮，比原海拔处高

3．（1）A、B、C    水    A草原

（2）① 选取的样方面积不对。应取物种数量达到稳定的最小面积100cm×cm。 

② 取样方法不对。应在B草原中随机取样。  

③ 对种群密度值的估计方法不对。应以调查样方的单位面积中种群个体数量的均数作为种群密度的估计值。