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专题03 生态系统的应用
北京生物高考在种群、群落和生态系统方面的大题命题方向，可能会涵盖上述内容，考查学生的理论知识、
应用能力和实验设计等多方面的能力。考生在备考时，应该重点关注这些方面的内容，通过做真题和模拟
题来提高自己的理解和应用能力。同时，也要注意分析近年的高考真题，对比不同年份的命题趋势，以便
更好地把握考试的方向和重点。此外，对于易错易混的知识点，需要进行特别的记忆和区分，以避免在考
试中出现失误。
1、（2023·北京·高考真题）为了研究城市人工光照对节肢动物群落的影响，研究者在城市森林边缘进行了
延长光照时间的实验（此实验中人工光源对植物的影响可以忽略；实验期间，天气等环境因素基本稳定）。
实验持续15 天：1～5 天，无人工光照；6～10 天，每日黄昏后和次日太阳升起前人为增加光照时间；11～
15 天，无人工光照。在此期间，每日黄昏前特定时间段，通过多个调查点的装置捕获节肢动物，按食性将
其归入三种生态功能团，即植食动物（如蛾类幼虫）、肉食动物（如蜘蛛）和腐食动物（如蚂蚁），结果
如图。
(1)动物捕获量直接反映动物的活跃程度。本研究说明人为增加光照时间会影响节肢动物的活跃程度，依据
是：与1～5、11～15 天相比， 。
(2)光是生态系统中的非生物成分。在本研究中，人工光照最可能作为 对节肢动物产生影响，
从而在生态系统中发挥作用。
(3)增加人工光照会对生物群落结构产生多方面的影响，如：肉食动物在黄昏前活动加强，有限的食物资源
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导致 加剧；群落空间结构在 两个维度发生改变。
(4)有人认为本实验只需进行10 天研究即可，没有必要收集11～15 天的数据。相比于10 天方案，15 天方
案除了增加对照组数量以降低随机因素影响外，另一个主要优点是 。
(5)城市是人类构筑的大型聚集地，在进行城市小型绿地生态景观设计时应__________。
A．不仅满足市民的审美需求，还需考虑对其他生物的影响
B．设置严密围栏，防止动物进入和植物扩散
C．以整体和平衡的观点进行设计，追求生态系统的可持续发展
D．选择长时间景观照明光源时，以有利于植物生长作为唯一标准
2、（2021·北京·高考真题）北大西洋沿岸某水域生活着多种海藻和以藻类为食的一种水虱，以及水虱的天
敌隆头鱼。柏桉藻在上世纪末被引入，目前已在该水域广泛分布，数量巨大，表现出明显的优势。为探究
柏桉藻成功入侵的原因，研究者进行了系列实验。
(1)从生态系统的组成成分划分，柏桉藻属于 。
(2)用三组水箱模拟该水域的环境。水箱中均放入柏桉藻和甲、乙、丙3 种本地藻各0．5 克，用纱网分区
（见图1）；三组水箱中分别放入0、4、8 只水虱/箱。10 天后对海藻称重，结果如图2，同时记录水虱的
分布。
①图2 结果说明水虱对本地藻有更强的取食作用，作出判断的依据是：与没有水虱相比，在有水虱的水箱
中， 。
②水虱分布情况记录结果显示，在有水虱的两组中，大部分水虱附着在柏桉藻上，说明水虱对所栖息的海
藻种类具有 。
(3)为研究不同海藻对隆头鱼捕食水虱的影响，在盛有等量海水的水箱中分别放入相应的实验材料，一段时
间后检测，结果如图3（甲、乙、丙为上述本地藻）。
2
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该实验的对照组放入的有 。
(4)研究发现，柏桉藻含有一种引起动物不适的化学物质，若隆头鱼吞食水虱时误吞柏桉藻，会将两者吐出。
请综合上述研究结果，阐明柏桉藻成功入侵的原因 。
3、（2020·北京·高考真题）北极圈附近的A 群岛由众多生态环境相似的岛屿组成，是许多海鸟的栖息地。
一百多年以前，北极狐被引入到一些岛屿上定居。几十年后发现，无北极狐岛（W 岛）的植物群落无明显
变化，而有北极狐岛（Y 岛）上较高的草本植物明显减少，苔藓增加。为分析北极狐的引入是否导致植物
群落的变化，生态学家进行了相关研究。
（1）Y 岛的生态系统由岛上所有的生物与 共同组成，在此生态系统组成成分中，北极狐属于
者。
（2）研究者调查了若干Y 岛和W 岛的海鸟密度，统计结果如图。
由图可知，Y 岛上的海鸟密度比W 岛 。
（3）进一步调查发现，Y 岛上单位面积的植物干重及土壤氮、磷含量均低于W 岛。研究者选择Y 岛上的
若干代表性地块，通过施肥实验证明了Y 岛植物干重较低是由土壤肥力低所致。支持此结论的实验结果应
为 。
（4）综所述，请将下列选项排序以解释北极狐的引入导致的植物群落变化。
A．岛屿土壤肥力降低 B．北极狐捕食海鸟
C．土壤中的鸟粪减少D．海鸟数量减少
北极狐引入并定居→ → → → →植物群落变化
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种群、群落和生态系统试题一般出现在北京卷的16 题，今后的高考的命题趋势：
1. 种群密度的调查方法：这是考查学生对生态学基本研究方法的理解和应用能力的重要内容。考生需要
掌握不同的调查方法，如样方法和标记重捕法，并能够根据实际情境选择合适的方法进行调查。
2. 种群的数量变化及影响因素：这部分内容关注种群增长曲线（如J 型和S 型曲线）以及影响种群数量变
化的各种因素，如环境条件、食物供应、天敌等。考生需要理解这些因素是如何影响种群数量的，并能够
进行相关的数据分析。
3. 群落的演替及影响因素：群落演替是生态学中的一个核心概念，考生需要了解初生演替和次生演替的过
程，以及影响演替的环境和生物因素。这部分内容可能会通过具体的生态环境案例来考查学生的理解和分
析能力。
4. 群落中生物的种间关系：这部分内容关注不同物种之间的相互作用，如捕食、竞争、共生等。考生需要
理解这些关系对群落结构的影响，并能够分析具体情境下种间关系的动态变化。
5. 生态系统的能量流动和物质循环：考查生态系统中能量的流动路径，物质的循环过程，以及生态系统的
稳定性和抵抗力。这部分内容可能会结合具体的生态系统实例，考查学生的应用和分析能力。
6.生态系统服务功能：理解生态系统对人类的直接或间接利益，如净化水质、保持土壤肥力、调节气候等。
这部分内容可能会通过实际案例来考查学生的认识和应用能力。
7. 人类活动对生态系统的影响：分析人口增长、资源开发、环境污染等因素对生态系统的影响，以及如何
实现可持续发展。这部分内容可能会通过数据图表或情境分析题的形式出现，考查学生的综合分析能力。
8. 实验设计和数据分析：能够设计实验来研究种群、群落和生态系统的相关问题，并能够正确分析实验数
据，得出科学结论。这部分内容可能会通过实验设计题来考查学生的科学研究能力。
9. 生态环境的保护措施：了解保护生物多样性和生态系统稳定性的措施，如建立自然保护区、生态恢复等。
这部分内容可能会通过政策分析或案例讨论的形式来考查学生的理解和应用能力。
1．全球气候变暖对生物捕食会产生影响，研究人员利用人工温室模拟地球气候变暖，以大、小两种蜘蛛
作为研究对象，发现捕食者的捕食发生了相关变化。
(1)蜘蛛是一种肉食性节肢动物，它与杂食性、植食性昆虫以及植物通过捕食关系形成 ，成为生态系
统行使主要功能的途径。
(2)实验在两个温室中进行，其中一个温度适宜且恒定，另一个温度较高以模拟气候变暖，每个温室中有大、
小两个不同物种的蜘蛛及其猎物。其中，大型昆虫多为肉食性，小型昆虫多取食禾本科植物，中型昆虫多
为杂食性。研究人员统计了不同年份相关数据，结果如图1 及图2.
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①据图1 可知，变暖导致大、小蜘蛛所结蛛网网孔尺寸的变化分别为 。
②结合图2 结果，推测高温环境下， ，因而大蜘蛛蛛网网孔大小发生相应变化，以获得足够的猎物。
③蛛网网孔越大，结网吐丝量越低。小蜘蛛的蛛网网孔大小随环境变暖所发生的变化，与高温下温室内生
物群落的多种因素有关。综合上述信息，结合猎物的变化，对此进行合理解释：环境温度变暖，禾本科植
物占优势， ，减少结网捕食的能量代价，利于生存；另一方面，中型昆虫营养丰富，口感更佳，
也获得了小蜘蛛的偏爱。
(3)据文中信息，推测全球气候变暖对生物造成的影响可能有 （选填选项前的字母）。
a、植食性昆虫数量改变
b、大型昆虫具生存优势
c、昆虫等节肢动物种类、数量及分布均不变化
d、捕食者食物的种类及比例发生变化
e、大、小蜘蛛的生态位重叠加剧
2．褐飞虱和白背飞虱是两种为害水稻的稻飞虱，研究者对二者的种间关系进行了一系列的研究。
(1)褐飞虱和白背飞虱都是通过吸食水稻汁液和在稻株上产卵等方式为害水稻，二者之间存在 关系。
(2)水稻自身可释放挥发物，会影响褐飞虱和白背飞虱的行为。研究者使用下图所示的“H”型嗅觉仪进行实
验。
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注：“H”型透明封闭装置中，A 区放置稻飞虱，B 和C 区放置不同的水稻苗或土壤
①实验中水稻挥发物作为 物质发挥作用。
②在“H”型装置的B 和C 区放置不同的水稻苗或土壤，A 区放置稻飞虱，一段时间后统计两侧的稻飞虱数
量，为避免稻飞虱迁飞的影响，可通过 法进行计数。
(3)实验方案及结果如下表。
组别
第一组
第二组
第三组
第四组
A 区稻飞虱种类
褐飞虱
白背飞虱
褐飞虱
白背飞虱
B、C 区材料
土
壤
健康苗
土壤
健康苗
白背飞
虱
为害苗
健康苗
褐飞虱
为害苗
健康苗
B、C 侧稻飞
虱数量
少
多
少
多
多
少
多
少
注：为害苗是被褐飞虱或白背飞虱吸食过汁液的水稻
①应增设实验组，其设计方案为 （可用文字或表格表示），结果为B、C 两侧稻飞虱数量无显著差
异，排除“为害苗对两种稻飞虱的影响无物种差异”的推测。
②实验结果说明，褐飞虱和白背飞虱的种间关系为 。
(4)进一步研究发现，随着水稻为害程度的增加，稻飞虱会因水稻产生的挥发物改变而避开为害较重的水稻
苗，这是稻飞虱与水稻长期 的结果。
3．为防止食草动物啃食，非洲稀树草原上生活的哨刺金合欢树除了长满锐利的长刺外，还长着一种特殊
的刺（图1），刺的下面膨大中空，能给蚂蚁提供巢穴。同时树叶基部有蜜腺，当受到食草动物攻击时会
分泌蜜汁吸引蚂蚁巡逻，蚂蚁的叮咬可以逼退食草动物。
(1)哨刺金合欢树是生态系统组成成分中的 ，食草动物促进了稀树草原生态系统的 。该生态系
统长期维持相对稳定状态，是因其具有一定的 能力。
(2)稀树草原上常见的三种蚂蚁Cm、Cn 和Tp 争相占领哨刺金合欢树，通常一棵树上只存在一种蚂蚁。研
究人员调查了不同高度的金合欢树被三种蚂蚁占领的比例（图2），据图可知三种蚂蚁中 的竞争能
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力最强，约占据了一半的哨刺金合欢树。
(3)进一步的研究发现Cn 和Tp 具有不同的生存策略。下表统计了被三种不同蚂蚁占据的哨刺金合欢树的相
关特征。
蚂蚁种类
Cm
Cn
Tp
蜜腺啃食率
33%
48%
90%
芽啃食率
0
97%
0
顶端优势指
数
40%
30%
43%
①据表推测，Tp 通过 ，使这棵合欢树失去对其它蚂蚁的吸引力：而Cn 则通过啃食芽对哨刺金合欢
树进行“剪枝”，去除金合欢树的 ，减少与其他树的联系，避免邻近树上蚂蚁的“入侵”。
②基于此研究得出“侵占蚂蚁的种类”与“哨刺金合欢树高度”的因果关系是 。
(4)有研究表明，当蜜汁减少时，Cm 会饲养一种能分泌蜜汁的蚧壳虫“解馋”，这种蚧壳虫不仅对植物生
长不利同时还传播疾病。生物学家曾用栅栏围起哨刺金合欢树以避免食草动物的采食，十年后发现这些受
保护的哨刺金合欢树日渐枯萎、死亡。推测围栏造成哨刺金合欢树死亡的原因，并阐述该结果对你的启示
。
4．水稻矮缩病毒（RDV）可借助叶蝉侵染水稻。研究者对三种生物的互作关系进行了研究。
(1)RDV 与水稻种间关系是 ；叶蝉通过取食水稻获得水稻同化的 ，在生态系统营养结构中处于
。
(2)利用携带RDV 的叶蝉（带毒叶蝉）取食水稻后移除叶蝉，获得带毒水稻作为实验组；用 取食水稻
后移除叶蝉，获得对照组水稻。将15 头饥饿处理的叶蝉接入图1 装置两株水稻的中心点，统计水稻上的叶
蝉数量，结果如图2。
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图2 体现出不带毒、带毒叶蝉对水稻的取食偏好分别是 。
(3)研究发现，RDV 感染使水稻释放两种挥发性物质E 和H。将叶蝉置于图3a 所示的四臂嗅觉仪的中心，
其中一臂连接气味源，统计一段时间内叶蝉在四个区域停留的时间，如图3b、c。
①据图3b、c 分析E、H 对叶蝉的作用 。
②现有无法合成E 的突变体甲，无法合成H 的突变体乙。利用图1 装置设计实验验证“RDV 通过诱导水稻
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产生挥发性物质影响叶蝉的取食偏好”。
组
别
左侧水稻
右侧水稻
不带毒叶蝉的实验结果
带毒叶蝉的实验结果
1
野生型
突变体甲
a
a
2
带毒野生型
带毒突变体甲
3
野生型
突变体乙
a
a
4
带毒野生型
带毒突变体乙
请依据图3 结果，预期本实验结果 （选择字母填于表内）。
a．左侧水稻上的叶蝉数量与右侧水稻的基本相同
b．左侧水稻上的叶蝉数量多于右侧水稻
c．左侧水稻上的叶蝉数量少于右侧水稻
(4)进一步研究发现，病毒会影响叶蝉嗅觉相关基因的表达。RDV 对水稻和叶蝉的影响有利于RDV 在水稻
间 和繁殖，这是 的结果。
5．为研究竹子在水华治理中的作用，科研人员进行相关实验。
(1)水华是由于淡水生态系统中N、P 含量过剩，超出了生态系统 能力，蓝细菌大量繁殖，导致生态系统
功能衰退。
(2)蓝细菌在胁迫状态下代谢紊乱会产生更多的H2O2，H2O2积累会伤害细胞。研究者向培养基中加入不同
浓度的竹液（将竹子制成粉末，用无菌水配置），培养单细胞蓝细菌和硅藻，统计种群密度，计算种群增
长率，结果如图1；进一步测定单独培养时蓝细菌胞内H2O2酶活性，结果如图2。
①由图1 可知，在高浓度竹液条件下，硅藻对蓝细菌的增殖起抑制作用，判断的依据是 。
②图1 显示单独培养时低浓度竹液对蓝细菌种群增长率无显著影响，高浓度竹液使其降低，据图2 结果解
释原因 。
(3)蓝细菌常集群分布于水系表层，硅藻一般存在于蓝细菌之下的水层，且集群分布的硅藻易迁移。在插入
竹签（富含硅）的培养液中共培养蓝细菌群和硅藻细胞，检测硅藻细胞的分布如图3，蓝细菌群的生存状
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态如图4。
综合上述系列实验，推测竹子在治理水华中的多重作用： 。
6．人工孵化饲养幼鱼释放到自然水域是恢复渔业资源的有效措施。但是简单的人工饲养环境导致幼鱼没
有足够的野外生存能力。
(1)影响鱼类种群数量特征的因素是 。
(2)科研人员利用黑鲉（沿海经济鱼种）探究环境丰富对幼鱼生长的影响。环境丰富包括栖息地丰富（人工
设置海草、礁石等复杂环境）和社交丰富（加入竞争鱼种）。将幼鱼进行适应性培养后，选择 的
幼鱼在环境丰富不同的条件下人工投喂饵料饲养。7 周后测量生长指标，结果如图1.
①结果说明 。
②研究者进一步评估幼鱼生长相关因子的变化，结果如图2.
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根据图中生长相关因子的变化趋势推测黑鲉的体重应该增加，这与①中实验结果相反，请从物质与能量、
进化与适应的角度解释 。
(3)T 型迷宫可用于评估动物认知能力。研究者每天对以上四组黑鲉进行了T 型迷宫测试，并记录幼鱼到达
终点（有食物的人工栖息地）的时间，连续测试7 天，结果如图3.
①测试结果表明，环境丰富下饲养的幼鱼认知能力和学习能力都显著增强，依据是 。
②研究者进一步评估幼鱼的认知相关因子的变化，发现环境丰富下饲养的幼鱼的脑源性神经营养因子和神
经生长因子均增加，从分子与细胞水平解释幼鱼各项能力均增强的原因 。
7．大气氮沉降是指大气中的含氮化合物通过降水和降尘被输入到土壤或水体中，对植物生产力和生态系
统碳循环等造成不良影响。为在植物多样性降低和大气氮沉降背景下，对草地生态系统进行科学管理，科
研人员进行了相关研究。
(1)碳循环是指碳元素不断在 之间反复循环的过程。碳循环失衡会导致温室效应加剧，全球变暖，
南极冰盖融化等，同时还会加速土壤中 对有机碳的分解，释放温室气体，进一步加剧温室效应，
此调节机制为 反馈调节。
(2)土壤有机碳库是全球陆地表层系统中最大的碳库，其微小变动会对碳平衡产生巨大影响。研究者通过模
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拟实验对某草地生态系统开展相关研究。
①据图1 分析，该实验的目的是探究低植物多样性条件下， 。
②地下植物碳库是土壤有机碳库的主要来源。研究者进一步对植被地下生物量进行测定结果如图2。适度
放牧可以缓解氮添加导致的土壤有机碳含量降低的可能原因是 。
(3)科研人员对高植物多样性群落也进行了相关研究，结果如图3。结合图1、图3 进行分析，提出保护土
壤有机碳库的两条措施。
8．间作是指在同一田地上于同一生育期内， 分行相间种植两种或两种以上作物的种植方式。为研究旱作
水稻与西瓜间作对西瓜枯萎病的影响， 研究者进行了系列实验。
(1)西瓜枯萎病由尖孢镰刀菌引起， 尖孢镰刀菌的菌丝可进入西瓜叶片组织， 造成叶片枯萎， 大量减产。
从种间关系角度分析， 二者的关系为 。
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(2)研究者将相邻种植的旱作水稻和西瓜之间的土壤分三组进行处理， 相关处理及实验结果如图1 不分隔
与塑料膜分隔分别模拟了 。据图1 可知， 与其他两组相比， 尼龙网组发病率 。
(3)为研究相关机制， 研究者进行了下列实验。
①用图2 所示装置种植水稻和西瓜。L 侧水稻幼苗地上部分单独密闭在充有
14CO2气体的容器中，装置底
部土层整体密封防止
14CO2泄露。一段时间后， S 侧西瓜叶片中检测出放射性。根据上述实验推测水稻根
部可 ， 通过土壤扩散至西瓜， 进入西瓜体内发挥作用。
②为验证上述推测， 将水稻根浸泡在无菌蒸馏水中一段时间后， 提取溶液中的物质， 鉴定后分别将其
中的主要成分施加于接种了尖孢镰刀菌的培养基中， 结果如下表。
施加浓度（mg·L-1）
尖孢镰刀菌菌落直径（mm）
香豆酸
阿魏酸
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0
65.03
65.03
0.25
63.57
65.88
0.5
61.39
67.65
据表中信息， 分析尼龙网组与塑料膜组发病率产生差异的原因是 。
③推测尼龙网组与不分隔组发病率差异的原因为 。
(4)研究发现间作土壤中加入丛枝菌根真菌（AMF） 可提高西瓜枯萎病抗性。AMF 可与多种植物共生，
通过菌丝桥可将植物的根连接起来。利用上述装置探究 AMF 提高西瓜枯萎病抗性的机制， 实验组在L
侧接种 AMF 菌液， 对照组 。检测S 侧西瓜叶片中的放射性， 结果如图3.据图3 推测 AMF
提高西瓜枯萎病抗性的机制为 。
9．人类肠道微生物具有限制病原体在肠道定植的能力，称为定植抵抗力。科研人员开展了相关研究。
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(1)将含有荧光素酶基因的 导入病原菌，获得转基因菌株Al，该菌株产生的荧光素酶可催化底物
发荧光。通过检测荧光强度可以确定 。
(2)将10 种非致病肠道微生物（B1—B10）在适宜条件下进行体外培养。加入Al 共培养2 天，实验结果如
图1，结果表明 。
(3)进一步将不同菌种组合与Al 共培养，实验结果如图2，结果显示 ，说明微生物多样性导致的定
植抵抗依赖B5。
(4)为证明体外研究的结论适用于体内。研究者使无菌小鼠被肠道微生物定植，检测Al 感染1 天后Al 菌的
浓度。结果支持以上结论。但哺乳动物肠道中实现相同的定植抵抗效果需更高的微生物多样性。将实验结
果（106、108、109）填入下表对应位置。
B5
－
＋
＋
－
其他肠道微生物
无
10 种
50 种
10 种
50 种
Al 菌浓度
1010
i
ii
iii
108
(5)Al 和B5 能利用半乳糖醇而其他肠道微生物不能。B5 的突变体b5 失去了该能力。科研人员利用B5、b5
和其他肠道微生物进行实验，结果如图3。除半乳糖醇外，培养基还应含有 营养物质。据图3 实
验结果，下列推测合理的是 。
A．③显著低于①，说明b5 对营养的需求与Al 重叠度高于其他9 种微生物
B．④显著高于③的原因是半乳糖醇对b5 有害
C．⑥显著低于④是因为B5 能利用半乳糖醇
D．生态位重叠度越高，竞争越激烈
(6)结合本研究及所学知识，阐述滥用抗菌药可能带来的风险（两点）。
10．阿尔卑斯山上不同海拔地带分布着不同的群落，在海拔2200m 处的群落中车前草占据优势。
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(1)研究人员发现，随着气候变暖导致阿尔卑斯山海拔2200m 处的群落发生 演替，导致车前草优势可
能消失。
(2)为探究气候变暖条件下群落变化对车前草造成的可能影响，进行如下移植实验，如图1。
①样地内车前草的出现频率、种群密度、植株高度等特征，以及它与其它物种的关系等，称为这个物种的
。研究人员采用样方法调查其种群密度，取样时要遵循 原则。
②实验中，研究人员根据种群指数增长模型：Nt=N0×λt，计算移植到不同海拔的车前草周期增长率（λ）的
变化，实验结果如图2 所示。当气候变暖1．65℃时，低海拔群落生物对车前草种群稳定有一定的积极影
响，推测可能的原因 。根据气候变暖4．85℃时的实验结果，可得出结论 。
③有人认为步骤B 应直接将车前草个体种植到对应海拔，请评价该方案是否可行并说明理由 。
(3)研究人员预估车前草的灭绝时间，发现其灭绝时间滞后于气候变化的速度，这种现象称为“灭绝债务”。
下列关于“灭绝债务”的叙述正确的是_____。
A．初始种群规模较大可能会导致灭绝债务的产生
B．栖息地破碎化和栖息地破坏会减少灭绝债务产生
C．长期的灭绝债务可能有利于栖息地的恢复，以防止物种灭绝
D．多年生灌木可长期在不适宜的气候条件存活，更易产生灭绝债务
E．污染可以通过降低种群生育率或增加死亡率，造成灭绝债务
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