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高中生物选择性必修2「生物与环境」知识点汇总

高中生物选择性必修2「生物与环境」知识点汇总

高二备考高考一轮复习生物提分

全文共梳理4大模块、17个核心考点,附带易混点辨析和考向提示,建议转发+收藏,备考不迷路~

一、种群及其动态

本模块是生态学基础核心,高考常以图表题、计算题形式出现,占分3~6分,重点掌握种群数量变化规律及应用。

(一)种群的数量特征

种群是指在一定空间范围内,同种生物所有个体的集合,其数量特征分为核心特征、派生特征两类:

特征类型

具体指标

定义与作用

影响关系

核心特征

种群密度

种群在单位面积或单位体积中的个体数,是种群最基本的数量特征

直接受出生率、死亡率、迁入率、迁出率影响

派生特征

出生率/死亡率、迁入率/迁出率

单位时间内新产生/死亡、迁入/迁出的个体数占种群总个体数的比值

直接决定种群密度变化

年龄结构

种群中各年龄期个体数的比例,分为增长型、稳定型、衰退型

通过影响出生率、死亡率预测种群密度变化趋势

性别比例

种群中雌雄个体数的比例

通过影响出生率间接影响种群密度

易混点辨析:年龄结构为增长型的种群,种群数量不一定增长——若遭遇极端气候、传染病等突发环境变化,种群数量可能短期内下降。

(二)种群密度的调查方法

分为逐个计数法和估算法,估算法是考察重点:

1.样方法:适用于植物、活动能力弱、活动范围小的动物(如昆虫卵、蚜虫、跳蝻)。

o取样原则:随机取样,避免人为误差;

o常用取样方法:五点取样法(非条形区域)、等距取样法(条形/长条形区域);

o计数规则:样方内个体全部计数,边界个体计相邻两边及其顶角(通常计上不计下、计左不计右)。

2.标记重捕法:适用于活动能力强、活动范围大的动物。

o计算公式:种群数量 =(第一次捕获并标记数 × 第二次捕获数)÷ 第二次捕获中被标记数;

o误差分析:若标记物脱落、标记个体易被天敌捕食、标记后个体难以被再次捕获,会导致计算结果偏大;若标记个体更易被捕获,会导致计算结果偏小。

3.其他方法:黑光灯诱捕法(趋光性昆虫)、抽样检测法(培养液中酵母菌等微生物)、红外触发相机(东北虎、东北豹)、微卫星DNA分子标记(大熊猫)、声音识别技术(鲸、长臂猿等)。

(三)种群数量的变化

1. 两种增长模型对比

增长类型

“J”型增长

“S”型增长

前提条件

食物和空间充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种

资源和空间有限、存在种内竞争、天敌等环境阻力

增长速率

持续增大

先增大后减小,在K/2时达到最大,K时增长速率为0

增长率

保持不变(λ-1,λ为该种群数量是一年前的倍数)

持续减小

K值(环境容纳量)

无K值

有K值,即环境条件不受破坏时,一定空间中所能维持的种群最大数量

2. K值的应用

·有害生物防治:通过硬化地面、储存粮食、清除垃圾等方式降低有害生物的K值(如灭鼠时不给老鼠留下生存空间),且防治需在种群数量达到K/2之前进行,避免增长速率最快时难以控制。

·资源利用:对于野生生物资源(如渔业捕捞),捕捞后剩余量维持在K/2,此时种群增长速率最快,可实现持续高产;保护濒危物种时,需改善栖息环境,提高其K值。

注意:K值不是固定不变的,会随环境变化而改变,环境遭到破坏时K值下降,环境改善时K值上升。

二、群落及其演替

本模块重点掌握种间关系判断、群落结构类型、演替的方向和影响因素,常结合实例考察,占分3~5分。

(一)群落的结构

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,包括所有动物、植物、微生物。

1. 群落的物种组成

是区别不同群落的重要特征,衡量指标为物种丰富度,即一个群落中的物种数目。通常越靠近热带地区,单位面积内物种越丰富,丰富度越高。

2. 种间关系辨析

关系类型

定义

数量变化曲线

实例

原始合作(互惠)

两种生物共同生活时双方受益,分开后各自也能独立生活

两种群数量同步增减

海葵和寄居蟹

互利共生

两种生物长期共同生活,相互依存,彼此有利,分开后至少一方不能独立生存

“同生共死”,数量同步变化

根瘤菌和豆科植物、地衣(真菌和藻类共生)

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

“你死我活”或“此消彼长”,竞争能力差异大时一方占优另一方被淘汰,能力相近时交替升降

同一草原上的牛和羊、大草履虫和双小核草履虫

捕食

一种生物以另一种生物为食的现象

“先增者先减,后增者后减”,被捕食者数量先变化,捕食者数量后变化

狼和兔、鹰和鼠

寄生

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通常对宿主产生危害的现象

寄生者数量随宿主数量增加而增加,过多时导致宿主数量下降

蛔虫和人、菟丝子和大豆、新冠病毒和人体

易混点辨析:同种生物成年个体捕食幼体不属于捕食关系,属于种内竞争;两种生物以同一种植物为食,但取食植物的不同部位(比如牛吃地上的草,羊吃草根),不属于竞争关系。

3. 群落的空间结构

·垂直结构:群落在垂直方向上的分层现象。植物分层主要受光照强度影响,有利于提高群落利用阳光等环境资源的能力;动物分层主要受栖息空间和食物条件影响,植物的分层决定了动物的分层。

·水平结构:群落在水平方向上常呈镶嵌分布的特点,受地形变化、土壤湿度和盐碱度差异、光照强度不同、生物自身生长特点以及人与动物的影响等因素导致。

生态位: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、与其他物种的关系等。两个物种的生态位重叠越多,种间竞争越激烈;生态位的分化是群落中物种之间及生物与环境间协同进化的结果,有利于不同生物充分利用环境资源。

(二)群落的演替

指随着时间的推移,一个群落被另一个群落代替的过程,分为初生演替和次生演替两类:

演替类型

初生演替

次生演替

起始条件

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

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

经历阶段

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(气候适宜时)

弃耕农田→一年生杂草→多年生杂草→灌木阶段→乔木阶段(气候适宜时)

演替速度

缓慢,经历时间长

较快,经历时间短

实例

火山岩、冰川泥、沙丘上进行的演替

火灾过后的草原、过量砍伐的森林、弃耕的农田上进行的演替

·演替的一般规律:物种丰富度逐渐增加,群落结构越来越复杂,稳定性越来越高;若环境条件恶化,也可能出现逆向演替(比如荒漠化)。

·人类活动对群落演替的影响:往往会使群落演替按照不同于自然演替的方向和速度进行,比如退耕还林、退牧还草会加快正向演替,乱砍滥伐、过度放牧会导致逆向演替。

三、生态系统及其稳定性

本模块是选择性必修2的核心重难点,占分6~12分,常结合食物网考察能量流动计算、物质循环特点、信息传递类型及应用,需要重点掌握。

(一)生态系统的结构

生态系统是指在一定空间内,由生物群落与它的非生物环境相互作用而形成的统一整体,最大的生态系统是生物圈。生态系统的结构包括组成成分和营养结构两部分:

1. 生态系统的组成成分

成分类型

组成

作用

地位

非生物的物质和能量

阳光、热能、水、空气、无机盐等

为生物提供物质和能量,是生物群落赖以生存和发展的基础

必备成分

生产者

自养生物,主要是绿色植物,还包括蓝细菌、硝化细菌等化能自养生物

通过光合作用或化能合成作用将无机物转化为有机物,把太阳能或化学能固定在有机物中,供其他生物利用

基石,必备成分

消费者

异养生物,包括植食性动物、肉食性动物、杂食性动物和寄生动物等

加快生态系统的物质循环,帮助植物传粉和传播种子

非必备成分(比如人工生态系统可以没有消费者)

分解者

异养生物,主要是营腐生生活的细菌和真菌,还包括蚯蚓、蜣螂等腐食性动物

将动植物遗体和动物的排遗物中的有机物分解成无机物,回归到非生物环境中,供生产者重新利用

必备成分,连接生物群落和非生物环境的关键环节

易混点辨析:生产者不都是植物(比如硝化细菌是原核生物),植物不都是生产者(比如菟丝子营寄生生活,属于消费者);动物不都是消费者(比如蚯蚓是分解者),分解者不都是微生物(比如秃鹫是动物)。

2. 生态系统的营养结构——食物链和食物网

·食物链:生态系统中生物之间由于捕食关系形成的链状结构,起点一定是生产者,终点是不被其他动物捕食的最高营养级生物,食物链中不包含分解者和非生物的物质和能量。食物链中的每一个环节称为营养级,生产者是第一营养级,植食性动物是第二营养级(初级消费者),肉食性动物是第三营养级(次级消费者),以此类推。

·食物网:许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养关系,食物网越复杂,生态系统抵抗外界干扰的能力越强。

·功能:食物链和食物网是生态系统物质循环和能量流动的渠道。

(二)生态系统的功能

1. 能量流动

指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。

·能量输入:几乎所有生态系统的总能量都是生产者固定的太阳能总量,人工生态系统还包括人工投入的有机物中的能量。

·能量去向(某一营养级的能量):

a.通过自身呼吸作用以热能形式散失;

b.流入下一营养级(最高营养级除外);

c.被分解者分解利用;

d.未利用的能量(暂时储存在该营养级生物体内的能量,仅在研究某段时间内的能量流动时存在)。

·能量流动的特点:单向流动、逐级递减。单向流动是指能量只能从第一营养级流向第二营养级,再依次流向后面的各个营养级,不可逆转,也不能循环流动;逐级递减是指能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的,传递效率为10%~20%。

·研究能量流动的意义:帮助人们科学规划、设计人工生态系统,使能量得到最有效的利用,实现对能量的多级利用,提高能量利用率;帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分(比如农田除草、除虫,就是让能量更多流向农作物)。

2. 物质循环

指组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素,都不断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,这里的生态系统指的是生物圈,因此物质循环具有全球性,也叫生物地球化学循环。

以碳循环为例:

·碳在非生物环境中的主要存在形式:CO₂和碳酸盐;

·碳在生物群落中的主要存在形式:含碳有机物;

·碳在生物群落和非生物环境之间的循环形式:CO₂;

·碳进入生物群落的途径:生产者的光合作用(主要)、化能合成作用;

·碳回到非生物环境的途径:生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用、化石燃料的燃烧。

温室效应的成因:化石燃料的大量燃烧,导致大气中CO₂浓度升高,打破了生物圈中碳循环的平衡,使全球气温升高。缓解措施:减少化石燃料的使用,开发新能源;大力植树造林,提高森林覆盖率。

注意:物质是循环的,但对于农田、城市等人工生态系统,需要不断施加氮肥、磷肥等物质,因为农产品不断从该生态系统输出,其中的矿质元素不能全部回归土壤,因此需要额外补充。

3. 信息传递

生态系统中的信息种类分为三类:

信息类型

来源

实例

物理信息

非生物环境或生物

光、声、温度、湿度、磁力、动物的求偶炫耀行为的视觉信号

化学信息

生物在生命活动过程中产生的可以传递信息的化学物质

植物的生物碱、有机酸等代谢产物,动物的性外激素、信息素

行为信息

动物的特殊行为,向同种或异种生物传递信息

蜜蜂跳舞、孔雀开屏求偶

信息传递的作用:

·个体水平:生命活动的正常进行,离不开信息的作用,比如蝙蝠的回声定位、种子的萌发需要光照;

·种群水平:生物种群的繁衍,离不开信息的传递,比如植物开花需要光信息刺激、昆虫释放性外激素吸引异性交配;

·群落和生态系统水平:信息能够调节生物的种间关系,进而维持生态系统的平衡与稳定,比如草原上草返青的绿色为食草动物提供可以采食的信息,狼和兔之间通过气味、行为信息相互躲避或捕猎。

信息传递在农业生产中的应用:提高农畜产品的产量(比如利用模拟的动物信息吸引大量传粉动物,提高果树传粉效率和结实率);对有害动物进行控制(比如利用音响设备发出结群信号吸引鸟类捕食害虫、利用性外激素扰乱害虫交配,属于生物防治,相比化学防治更环保,不会造成环境污染)。

(三)生态系统的稳定性

指生态系统维持或恢复自身结构和功能处于相对平衡状态的能力,分为抵抗力稳定性和恢复力稳定性:

·抵抗力稳定性:生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状(不受损害)的能力,生态系统的组分越多,食物网越复杂,自我调节能力就越强,抵抗力稳定性就越高,比如森林生态系统的抵抗力稳定性远高于草原生态系统。

·恢复力稳定性: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,通常抵抗力稳定性高的生态系统,恢复力稳定性较低,比如森林被破坏后很难恢复,而草原火灾后很快能恢复。

提高生态系统稳定性的措施:控制对生态系统的干扰强度,对生态系统的利用应该适度,不应超过生态系统的自我调节能力;对人类利用强度较大的生态系统,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,比如农田生态系统需要施肥、灌溉,防护林需要定期治理病虫害。

四、人与环境

本模块多以选择题形式考察,占分2~3分,重点掌握生物多样性的价值和保护措施。

(一)人类活动对生态环境的影响

·人口增长的影响:人口增长会消耗大量自然资源,加剧对环境的污染,增加生态足迹,对生态环境造成更大的压力;生态足迹是指在现有技术条件下,维持某一人口单位生存所需的生产资源和吸纳废物的土地及水域的面积,生态足迹越大,代表人类需要的资源越多,对生态环境的影响越大。

·全球性生态环境问题:主要包括全球气候变化、水资源短缺、臭氧层破坏、土地荒漠化、生物多样性丧失以及环境污染等,这些问题对生物圈的稳态造成严重威胁,并且影响到人类的生存和发展。

(二)生物多样性及其保护

生物多样性包括三个层次:遗传多样性(基因多样性)、物种多样性、生态系统多样性。

1. 生物多样性的价值

·直接价值:对人类有食用、药用和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价值,比如食用蔬菜、药用植物、花卉观赏、仿生学研究等。

·间接价值:也叫生态功能,对生态系统起到重要调节功能的价值,比如森林和草地保持水土、调节气候、涵养水源,湿地蓄洪防旱、净化水质等,间接价值远大于直接价值。

·潜在价值:目前人类尚不清楚的价值,比如大量野生生物的使用价值还未被研究,未来可能从中提取出治疗疾病的药物成分。

2. 生物多样性的保护措施

·就地保护:在原地对被保护的生态系统或物种建立自然保护区以及国家公园等,是对生物多样性最有效的保护。

·易地保护:把保护对象从原地迁出,在异地进行专门保护,比如建立植物园、动物园以及濒危动植物繁育中心等,为行将灭绝的物种提供最后的生存机会,适用于生存环境被破坏、种群数量极少的物种。

·其他措施:利用生物技术对濒危物种的基因进行保护,比如建立精子库、种子库、基因库等;加强立法、执法和宣传教育,提高公民的环保意识。

注意:保护生物多样性不是禁止开发和利用,而是反对盲目地、掠夺式地开发和利用,合理利用就是最好的保护。

(三)生态工程

生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础,遵循整体、协调、循环、自生等生态学基本原理,目的是实现经济效益和生态效益的同步发展,实现“绿水青山就是金山银山”的发展目标。

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