2-1 群落的结构【教学设计】生物选择性必修2 生物与环境

生物选择性必修2 生物与环境【教学设计】
第1节　群落的结构
[学习目标]
1.通过对比种群和群落研究问题的不同,说明群落是从比种群层次更高、范围更广的角度来研究生物之间的关系和相互作用。
2.通过“研究土壤中小动物类群的丰富度”,说出群落的物种组成。
3.通过分析种间关系,学会对资料进行归纳总结和对曲线图进行识别与分析。结合具体事例说明群落的空间结构及群落成员间的联系与制约。
【课件自主预习】
一、群落的概念与物种组成
1.群落
(1)概念:在相同时间聚集在一定地域中各种生物种群的集合。
(2)研究基础:研究种群是研究群落的基础。
2.群落的物种组成
(1)区分不同群落的依据:群落的物种组成是区别不同群落的重要特征。
(2)丰富度:指一个群落中的物种数目。
(3)特点:群落中的物种组成不是固定不变的。
二、种间关系及群落的空间结构
1.种间关系
(1)类型:主要有原始合作、互利共生、种间竞争、捕食和寄生等。
(2)对不同种间关系的理解:
①原始合作:两种生物共同生活在一起时,双方都受益,但分开后,各自也能独立生活。
②互利共生:两种生物长期共同生活在一起,相互依存,彼此有利。
③捕食:一种生物以另一种生物为食的现象。
④寄生:一种生物从另一种生物的体液、组织或已消化的物质中获取营养并通常对宿主产生危害的现象。
⑤种间竞争:两种或更多种生物共同利用同样的有限资源和空间而产生的相互排斥的现象。
2.群落的空间结构
(1)群落结构类型
项目 垂直结构 水平结构
概念 大多数群落在垂直方向上具有明显的分层现象 在水平方向上分布着不同的生物种群
影响 因素 光照、温度、氧气、水分、无机盐等 光照强度、地形、土壤湿度和盐碱度、生物自身生长特点的不同,以及人与动物的影响等
表现 群落中植物的垂直分层为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件,因此,动物也有分层现象 常呈镶嵌分布
(2)意义:有利于提高生物群落整体对自然资源的充分利用。植物的垂直分层分布可以充分利用光、水分、无机盐等,动物的垂直分层可以充分利用食物及栖息场所等。
三、群落的季节性及生态位
1.群落的季节性
(1)概念:由于阳光、温度和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。
(2)结果:导致生物群落的物种组成和空间结构发生改变。
2.生态位
(1)概念:一个物种在群落中的地位或作用,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。
(2)生态位的研究
①动物生态位的研究:通常研究它的栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系等。
②植物生态位的研究:通常研究它在研究区域内的出现频率、种群密度、植株高度等特征,以及它与其他物种的关系等。
(3)意义: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同进化的结果。
四、研究土壤中小动物类群的丰富度
1.实验原理
(1)许多土壤动物身体微小且有较强的活动能力,可用取样器取样的方法进行采集、调查。
(2)丰富度的统计方法通常有两种:记名计算法和目测估计法。前者是指在一定面积的样地中,直接数出各个种群的个体数目,这一般用于个体较大、种群数量有限的物种;目测估计法是按预先确定的多度等级来估计单位面积(体积)中的种群数量。等级划分和表示方法有:非常多、多、较多、较少、少、很少等。
2.实验流程
【预习检测】
1.判断下面有关群落的物种组成和空间结构说法的正误。
(1)池塘动物群落不存在分层现象。(　×　)
提示:池塘动物生活的区域有所不同,动物存在分层现象。
(2)随纬度的增加物种的多样性逐渐减少,主要受日照时间的影响。(　×　)
提示:纬度越高,温度越低,所以随纬度的增加物种的多样性逐渐减少,主要受温度的影响。
(3)农田弃耕后,形成了杂草地,该草地群落中物种丰富度一般会逐渐增加。(　√　)
(4)动物在群落中垂直分布与植物的分层现象密切相关。(　√　)
(5)不同地段生物种类有差别,在水平方向上分层现象不明显。(　×　)
提示:群落水平方向上没有分层现象。
2.判断下面有关种间关系和生态位说法的正误。
(1)根瘤菌与豆科植物是寄生关系。(　×　)
提示:根瘤菌与豆科植物是互利共生关系。
(2)烟草释放挥发性物质驱除夜间活动的雌蛾,它们的关系是竞争。(　×　)
提示:烟草与蛾是捕食关系。
(3)在生物群落中,并非每个有机体都有其自己的生态位。(　×　)
提示:在生物群落中,每个有机体都有其自己的生态位。
(4)生态位比较接近的种类之间,种间竞争激烈。(　√　)
【课堂互动探究】
探究点一　种间关系
1.尝试辨别不同的种间关系
[活动1] 下面是四种生物关系的坐标图及关系特点,请据图回答下列问题。
a.对宿主有害,对寄生生物有利。如果分开,则寄生生物难以单独生存,而宿主会生活得更好。
b.一种生物以另一种生物为食,数量上呈现出“先增加者先减少,后增加者后减少”的不同步性变化。
c.数量上呈现出“你死我活”的“同步性变化”,两种生物生存能力不同。
d.相互依赖、彼此有利。如果彼此分开,则双方或者一方不能独立生存。数量上两种生物同时增加,同时减少,呈现出“同生共死”的同步性变化。
(1)互利共生的坐标图示及特点依次是④d。
(2)寄生的坐标图示及特点依次是①a。
(3)种间竞争的坐标图示及特点依次是②c。
(4)捕食的坐标图示及特点依次是③b。
(5)除以上四种种间关系外,还有原始合作(互惠),如海葵与寄居蟹。
2.分析种间关系对群落的影响
[活动2] 一森林生态系统中有甲、乙两种昆虫,原来这两种昆虫的密度长期在一定范围内波动。后来在时间T点,对森林施放了一种邻近林区曾多次使用的化学杀虫剂,这一生态系统就发生了变化。如图所示:
请回答下列问题。
(1)甲、乙昆虫的种间关系是捕食,判断依据是在T点之前,甲、乙两种昆虫的波动情况是先增加者先减少,所以可以判断出乙捕食甲,所以甲、乙两种昆虫之间的关系为捕食关系。
(2)在T点之前,两种昆虫种群密度的变化,对森林群落的影响是什么
提示:两种昆虫的密度的波动变化,使森林光合作用产物量动态平衡变化,有利于维持森林群落的相对稳定。
(3)预测施药后相当长的一段时间,该生态系统中的两种昆虫密度和森林光合作用产物量会发生怎样的变化
提示:逐渐恢复。
[归纳总结] 种间关系的三个易错点
(1)竞争呈现出“你死我活”的变化,会导致“强者更强,弱者更弱”,甚至弱者最终被淘汰;生物之间的竞争激烈程度与它们所需的食物种类和居住空间相似度有关,一般所需的食物种类越接近,居住的空间越相似,生物之间的竞争就越激烈。
(2)一般生物之间的捕食关系不会导致其中一个物种的灭绝,而生物之间的竞争关系会导致一个物种的灭绝,所以一般不能盲目引进外来物种,防止引起生态危机。
(3)生物之间长期的寄生关系,会使宿主和寄生生物相互的危害减小,有利于各自的生存。
[应用] 如图反映了N1与N2两种生物种群密度变化与环境因素的关系,据图分析错误的是(　C　)
A.N1与N2之间存在种间竞争关系,自然界种间竞争关系的结果常表现为相互抑制
B.在稳定环境条件下,N2因种间竞争处于劣势而灭亡,不利于群落的稳定
C.海洋和湖泊中浮游植物种类繁多,这是因为这些水体的环境因素较为稳定
D.图中,N1与N2种间竞争强度由弱到强再到弱,同时N1种内竞争则逐渐增强
解析:通过分析可知,N1与N2之间存在种间竞争关系,自然界种间竞争关系的结果常表现为相互抑制;在图中稳定环境条件下,N2因种间竞争处于劣势而灭亡,导致群落中生物种类减少,不利于群落的稳定;海洋和湖泊中浮游植物种类繁多,是因为这些水体的环境不稳定,是在频繁的变化;图中,N1与N2为种间竞争关系,N1与N2种间竞争强度由弱到强再到弱,同时N1种内竞争则逐渐增强,使N1种群数量保持相对稳定。
[方法指导] (1)互利共生曲线——同步性变化(同生共死)。
(2)捕食曲线——不同步性变化的此消彼长(一般不会导致某种生物灭绝),在捕食数量关系图中,捕食者与被捕食者的判断:其一,依两条曲线的关系,捕食者随着被捕食者的变化而变化,如图中A先达到最多,
B随后才达到最多,即曲线B随着曲线A的变化而变化,故B捕食A;其二,依最多个体数,被捕食者的个体数通常多于捕食者,故由图中A的最大个体数多于B的,也可推出B捕食A。
(3)种间竞争曲线——看最终结果。如图:
图甲中两种生物生存能力不同,数量表现为一种增加,另一种下降甚至降为零的“你死我活”的同步性变化;图乙中两种生物生存能力相当,数量表现为“此消彼长”的同步性变化。只要曲线中提示两种生物有共同的空间或食物,则必为种间竞争,种间竞争激烈程度取决于空间、食物的重叠情况。
探究点二　群落的空间结构
1.尝试辨别群落空间结构的类型
[情境1] 如图为某湖泊生态系统部分组成示意图:
[思考] (1)从苔草带到沉水植物带,地表分布不同类型生物,这属于群落的水平结构。
(2)湖泊的不同水层分布的鱼类不同,这属于群落的垂直结构。
2.尝试分析影响群落空间结构的因素
[情境2] 如图为不同地点植物的分布情况:
[思考] (1)随着海拔高度的升高,不同区域分布着不同的植被,影响a、c处植物分布的主要因素分别是温度、光照。
(2)b处植物的分层的意义:有利于植物对光的利用、为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件。
(3)在农业生产上,可以充分利用植物垂直分层的现象,合理搭配种植的品种。
[归纳总结] (1)种群与群落的区别与联系
项目 种群 群落
区别 概念 内涵 在一定的空间范围内,同种生物所有个体形成的集合 在相同时间聚集在一定区域中各种生物种群的集合
概念 外延 种内关系的研究范围,个体之间既有种内互助,也有种内竞争,两者对立又统一,共同维持种群的相对稳定 种间关系的研究范围,由不同种群构成,其关系有原始合作、互利共生、捕食、竞争、寄生等,群落中的各个种群分别占有一定的位置
特征 最重要的特征是种群密度,年龄结构、性别比例、出生率和死亡率、迁入率和迁出率等都影响种群密度 物种丰富度、种间关系和群落结构等
联系 群落是占有一定空间的多个生物种群的集合,这些种群彼此相互依存、相互制约,构成稳定的有机整体
(2)影响动植物分层的因素
植物的分层现象是植物与环境条件相互联系的,环境中的非生物因素——光、温度、水等都影响植物的生长。温度是造成高山植物垂直分布的主要生态因素,而森林中决定植物的分层现象的环境因素主要是光照,光照强度直接影响植物的光合作用,因此,农业生产中可以合理密植,提高产量。植物的分层又决定了动物的分层。
[应用] 如图为植物群落在垂直方向上表现出的分层现象,对此现象解释错误的是(　C　)
A.这种垂直结构提高了群落利用阳光等环境资源的能力
B.决定这种现象的环境因素除光照外,还有温度和湿度等
C.种植某种农作物时,因植物群落分层现象的存在,所以要合理密植
D.动物的分层与植物分层有关
解析:植物垂直结构提高了群落利用阳光等环境资源的能力;植物的分层主要与光照有关,也与湿度、温度等因素有关,动物的分层主要与植物的分层有关,也就是与动物的食性及栖息场所有关;某种农作物属于种群,没有分层现象。
探究点三　生态位
[情境] 生态位是生态学中的一个重要概念,指物种在生物群落或生态系统中的地位或作用。对于某一生物种群来说,其只能生活在一定环境条件范围内,并利用特定的资源,甚至只在特殊时间段出现。
[思考] (1)物种生态位是(填“是”或“否”)随环境而改变。
(2)生物群落中,多个物种生态位越相近,物种竞争会越激烈。
(3)不同种群的生态位不完全相同。
(4)研究动物的生态位一般从它的栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系等方面进行研究。
[归纳总结] 生物、生态位和环境三者的关系
(1)每一种生物都有自己的“生态位”,没有两个物种的生态位是完全相同的。
(2)不同的生物占有不同的生态位,在不同的生态位上拥有不同的生态资源,换句话讲,处在不同生态位上的生物利用的生态资源是不同的。
(3)群落内的各种生物通过复杂的种间关系有机地结合在一起。
[应用] 生态位是指一个种群在自然生态系统中,在时间、空间上所占据的位置及其与相关种群之间的功能关系和作用。不同生物体的生态位不同,可以充分利用资源和空间。下列生产实践中没有体现该原理的是(　C　)
A.不同农作物间作
B.“四大家鱼”混合放养
C.适时捕捞
D.稻田养鱼
解析:不同农作物间作、“四大家鱼”混合放养和稻田养鱼体现了不同种群之间的生态位;适时捕捞则是种群数量增长原理的具体应用。
探究点四　研究土壤中小动物类群的丰富度
[情境]如图为两种采集土壤中小动物的装置图:
[思考](1)甲装置的花盆壁和放在其中的土壤之间留一定空隙的目的是什么 利用该装置采集主要利用了土壤小动物的什么习性
提示:甲装置的花盆壁和放在其中的土壤之间留一定空隙的目的是便于空气流通。甲装置主要是利用土壤小动物避光、避高温、趋湿的习性采集。
(2)乙装置采集的土壤小动物保存的主要方法是什么
提示:将乙装置采集到的土壤小动物放入体积分数为70%的酒精溶液中,既可以杀死土壤小动物,也有利于保存。
[应用]在探究土壤小动物类群丰富度的实验中,某小组设计的采集土壤小动物的装置如图所示,下列说法正确的是(　D　)
A.采集的原理是利用土壤小动物的趋光性
B.灯罩的功能是防止昆虫逃跑
C.金属筛网阻止土壤小动物向下移动
D.广口瓶中需要加入体积分数为70%的酒精溶液
解析:采集土壤小动物的原理是利用土壤小动物的避光、避高温性;灯罩的功能是聚光;金属筛网可阻止泥土滑落,但土壤小动物可向下移动,便于收集;广口瓶中加入体积分数为70%的酒精溶液,便于保存土壤小动物。
课堂小结
完善概念图 记忆节节清
1.群落的物种组成是区别不同群落的重要特征。 2.原始合作和互利共生为种间互助,种间竞争、捕食和寄生为种间斗争。 3.在垂直方向上,大多数群落都具有明显的分层现象,植物的分层现象主要与光照有关;动物的分层现象则与栖息空间和食物条件有关。 4.群落会随着环境的改变而改变,不同的物种所处的生态位不会完全相同。
随堂反馈
1.判断下列有关种间关系和群落结构的叙述是否正确。
(1)群落中两个物种之间可能存在一种以上的种间关系。(　√　)
(2)高山不同的海拔高度上有不同的植物分布属于群落的垂直结构。(　×　)
提示:高山不同的海拔高度上有不同的植物分布属于水平结构。
(3)盲蝽取食棉花的汁液并在其茎叶中产卵,二者为捕食关系。(　×　)
提示:盲蝽以棉花的汁液为食,二者为寄生关系。
(4)森林中鸟类具有分层现象,主要与食物条件和栖息空间有关。(　√　)
2.下图是生态位关系图,乙的生态位空间有较大比例被共占的一组是(　D　)
解析:A图显示甲、乙存在共同的环境梯度,属于种间竞争,但是乙的空间被共占的比例较小;B图中甲、乙几乎没有共同的环境梯度,种间竞争很小;C图中甲、乙没有共同的环境梯度,不存在种间竞争关系;D图中甲、乙有共同的环境梯度,且乙空间有较大比例被共占。
3.某科研工作者对某一地区绿地、小树林、农田3种土地的土壤动物群落进行了调查,结果见表(由第一层到第三层距地表土层逐渐加深)。下列分析不合理的是(　D　)
样地 个体数 类群数
第一层 第二层 第三层 第一层 第二层 第三层
绿地 182 74 22 14 8 3
小树林 190 92 18 13 7 4
农田 92 113 21 11 8 4
A.可用取样器取样法调查土壤小动物的丰富度
B.人类活动会影响土壤小动物的分布以及数量
C.随着土层加深,生物的类群数逐渐减少
D.不同样地的同一土层,生物种类和数量相差不大
解析:可用取样器取样法调查土壤小动物的丰富度;从农田土壤动物的类群数和个体数可以看出,人类活动会影响土壤小动物的分布和数量;由表格数据可知,随着土层加深,生物的类群数逐渐减少;不同样地的同一土层,生物数量变化比较大,生物种类相差不大。
4.(不定项选择)长白山北坡从山麓到山顶依次出现针阔叶混交林、针叶林、岳桦林和高山冻原。针阔叶混交林中的乔木层有红松、红皮云杉、白桦等多种植物,在林冠层生活着小杜鹃、大杜鹃、黑枕黄鹂等鸟类。下列表述正确的是(　CD　)
A.长白山北坡的生物群落的物种组成没有季节性差异
B.小杜鹃与黑枕黄鹂都生活在林冠层,说明它们的生态位相同
C.针阔叶混交林中的红松和红皮云杉存在种间竞争关系
D.群落的垂直结构提高了群落利用阳光等环境资源的能力
解析:不同季节,长白山北坡的生物群落的物种组成有差异;生态位不仅包括所处的空间位置,还包括占用资源情况,以及与其他物种的关系等。
5.“绿水青山就是金山银山”。生态浮床技术是一个综合了物理、化学、生物学方法的水环境原位生态修复过程,它利用水生植物及根系微生物吸收N、P元素,同时可降解有机物和重金属,并以收获植物体形式将其搬离水体,保护了水体生态环境,实现了景观效益和生态功能的双赢。如图为某湖泊应用生态浮床技术的示意图,请回答相关问题。
(1)生态浮床上的植物可供鸟类筑巢,下部根系为鱼类和水生昆虫提供了栖息场所,这体现了群落的　　　　结构。
(2)浮床下方水体中藻类植物的数量低于无浮床的水域,这主要是受　　　　　　　　　　(环境因素)的影响,因此,浮床在一定程度上能够抑制藻类的生长繁殖,防止水华发生。
(3)食草性鱼类与藻类由于食物产生的种间关系是　　　　。
(4)请据图分析生态浮床加速水体净化的原因是①

　,
②

　。
解析:(1)生态浮床上的植物可供鸟类筑巢,下部根系为鱼类和水生昆虫提供了栖息场所,体现了群落的垂直结构。
(2)藻类植物的正常生长要进行光合作用,受到阳光的影响,浮床下方阳光较弱从而抑制藻类繁殖,防止水华发生。
(3)食草性鱼类可以捕食藻类,所以二者的种间关系是捕食。
(4)生态浮床加速水体净化的原因是浮床上的植物根系可吸收水中的N、P等元素、浮床上的植物根系富集的微生物可将污染物进行生化降解,然后被植物吸收。
答案:(1)垂直　
(2)阳光(或“光照强度”)
(3)捕食
(4)浮床上的植物根系可吸收水中的N、P等元素　浮床上的植物根系富集的微生物可将污染物进行生化降解