2024年高中生物新教材同步学案 选择性必修第二册 第3章 第3节 第2课时　生物富集及探究土壤微生物的分解作用（含解析）

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第2课时　生物富集及探究土壤微生物的分解作用 [学习目标]　1.通过分析生物富集的过程，说明生物富集的危害，认同应采取措施减少危害。2.尝试探究土壤微生物的分解作用。 一、生物富集 1．概念：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。 2．实例 3．进入生物体的方式 (1)动、植物直接吸收。 (2)沿食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端。 4．在生物体的分布：形成比较稳定的化合物分布于多种组织细胞中，不易被排出，积蓄在体内。 5．特点：全球性。 判断正误 (1)生物富集的物质会沿着食物链、食物网在生物体内聚集(　　) (2)营养级越高的生物，其体内富集的有害物质的浓度越高(　　) 答案　(1)√　(2)√ 任务：分析生物富集现象及其成因 1．如图为不同采样点中水、水底沉积物和中国血蛤体内的铅浓度。 据图分析，写出分析结果：铅在中国血蛤体内的浓度超过环境浓度。 2．对比碳循环，分析铅在生物体内富集的原因。 成因：铅在生物体内形成难以降解的化合物，且不易排出。 3．如图为水体和多种水生生物体内的铅浓度示意图。 据图分析，写出分析结果：铅在生物体内的浓度沿食物链不断升高。 4．还有哪些有害物质也有与铅类似的现象？ 提示　镉、汞等重金属，DDT、六六六等人工合成的有机化合物及一些放射性物质。 5．生物富集对生物体有危害吗？ 提示　有，而且富集的物质会沿着食物链积累，最终威胁食物链顶端的生物(包括人类)。 6．生物富集现象也具有全球性吗？说出理由。 提示　有，富集的物质可通过大气、水和生物迁移等途径扩散，因此具有全球性。 7．如何有效地减少生物富集现象？ 提示　合理利用资源，减少污染物排放，实施垃圾分类，种植能吸收有害重金属元素的植物等。 1．(2023·浙江绍兴高二期末)在煤燃烧、有色金属冶炼过程中铅会以微小颗粒被排放进入大气，然后沉降在土壤和植物表面，而铅进入植物和动物体内后将不易被排出。下列叙述错误的是(　　) A．铅能沿食物链在生物体内聚集，营养级越高的生物体内铅含量越高 B．铅随大气、水和生物迁移等途径扩散，生态系统中铅循环具有全球性 C．铅通过动植物呼吸作用、分解者分解作用和化石燃料燃烧等返回非生物环境 D．减少化石燃料的燃烧、开发清洁能源是减少铅的生物富集现象的有效措施 答案　C 解析　铅化学性质稳定，不易分解，不能最终通过动植物呼吸作用返回非生物环境，C错误。 2．某些人工合成的化合物如农药DDT、六六六等，进入环境后便参与生态系统的物质循环，但是，这些化合物难以被降解而在生物体内蓄积。下表是某水域生态系统在结构和功能处于相对稳定状态时，甲、乙、丙、丁四个种群所含有的总能量和残留DDT的平均浓度。下列说法错误的是(　　) A.该生态系统的水体中DDT的浓度小于0.04 ppm B．DDT在代谢中不易分解，具有生物富集作用 C．丁种群个体死亡后释放的DDT还可能再进入丁种群 D．四个种群最简单的能量流动渠道是形成一条食物链 答案　D 二、探究土壤微生物的分解作用 1．实验原理 (1)土壤中生活着肉眼看不见的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌等微生物，它们在生态系统中主要充当分解者。在不同的气候与环境条件下，落叶在土壤中被分解的时间也不同。 (2)淀粉eq \o(―――――→,\s\up7(微生物酶))还原糖eq \o(―――→,\s\up7(斐林试剂),\s\do5(加热))砖红色沉淀。 2．案例设计 提出问题：土壤微生物具有分解作用吗？分解过程中物质发生怎样的变化？ 注：在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂并加热。 判断正误 (1)可采用直接加热烘干的方法除去实验组中的土壤微生物(　　) (2)应将实验组和对照组的土壤放在隔绝空气的条件下(　　) (3)对照组中落叶的分解速度明显高于实验组(　　) (4)实验组和对照组可以分别选择不同种类的落叶进行实验(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)× 3．某生物兴趣小组以带有落叶的表层土壤(深5 cm左右)为实验材料，研究土壤微生物在适宜温度下的分解作用，对土壤处理情况如表所示。下列有关叙述不正确的是(　　) A.该实验能探究不同土壤湿度条件下，土壤微生物对落叶的分解作用 B．为了控制实验中的无关变量，作为实验材料的落叶也应进行灭菌处理 C．若该实验的自变量为土壤是否进行灭菌处理，实验中的对照组是1组和3组 D．预期结论是1、3组的落叶不被分解，2、4组中的落叶被不同程度地分解 答案　C 解析　若该实验的自变量为土壤是否进行灭菌处理，则1、2组对照可探究湿润土壤中微生物对落叶的分解作用，3、4组对照可探究较干燥土壤中微生物对落叶的分解作用，其中2组和4组均为未经处理的空白对照，属于对照组，1组和3组为实验组，C错误；1、3组的土壤经灭菌后，其中的微生物会被杀死，而土壤中的微生物主要充当分解者，因此预测这两组的落叶不被分解，而2、4组的土壤中含有微生物，但是土壤湿度不同，所以落叶被分解的程度不同，D正确。 4．一位同学要探究土壤微生物能否分解农药，并尽快得出实验结论，用“敌草隆”(一种除草剂)进行实验：取等量沙土分装于相同的两个容器中，a组高压灭菌，b组不灭菌。下列有关叙述正确的是(　　) A．向a、b中喷入等量的“敌草隆”，再置于同一恒温箱中培养相同时间 B．检测“敌草隆”的消失情况，预计a的“敌草隆”全部消失，b的基本不变 C．只用沙土实验效果比用几种典型土壤混合后的好 D．再增加c组作为对照，不喷入“敌草隆”，其他处理与a、b组相同 答案　A 解析　实验组为a组，对照组为b组，控制单一变量，保证无关变量相同且适宜，A正确；a组灭菌后无微生物存活，“敌草隆”的量应该是不变的，b组“敌草隆”可能会部分减少，B错误；因为典型土壤中含微生物多，所以用几种典型土壤混合后的实验效果比只用沙土的好，C错误；a、b组已形成对照，没有必要再加和本实验无关的c组，D错误。 题组一　生物富集 1．(2023·黑龙江大庆高二月考)下列有关生物富集作用的说法，不正确的是(　　) A．生物富集作用与人类的活动有关 B．环境中的有害物质可以被植物、动物直接吸收 C．生物体内有害金属的浓度超过环境浓度 D．生物富集现象是局部的，不具有全球性 答案　D 解析　生态系统中的有害物质会参与生态系统的物质循环，具有全球性的特点，D错误。 2．施用农药DDT的地区，虽然只占陆地面积的一小部分，可是在远离施药地区的南极，动物体内也发现了明显高于环境含量的DDT。这种现象说明了(　　) A．DDT是挥发性物质 B．DDT已加入全球性的生物地球化学循环 C．人类活动将DDT带到了南极 D．南极动物也偶尔到施用农药的地区觅食 答案　B 3．如图中食物网所代表的生态系统中，施用了某杀虫剂，这种杀虫剂自然降解的速度极慢。这种杀虫剂在下列生物体内的浓度最高的是(　　) A．a B．h C．g D．f 答案　B 解析　该杀虫剂自然降解的速度极慢，因此这种杀虫剂在生物体内有生物富集现象，生物所处的营养级越高，杀虫剂在该生物体内的浓度越高。由题图可知，h所处的营养级最高，杀虫剂在其体内的浓度最高，故选B。 4.某地土壤和水体中镉超标，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中引发“痛痛病”。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，在某一时间测得所含镉的相对浓度如图所示。下列相关叙述正确的是(　　) A．当地人要预防“痛痛病”应少吃动物肝、肾等内脏 B．丙营养级所含能量最多 C．该生态系统一定没有分解者 D．四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁<甲＋乙＋丙 答案　A 解析　由题意可知，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中引发“痛痛病”，所以人类预防该病应少吃动物肝、肾等内脏，A正确；丙营养级所含镉浓度最高，说明丙营养级最高，而能量是单向流动、逐级递减的，所以丙营养级所含能量最少，B错误；任何一个生态系统中都必须有分解者，C错误；四个营养级同化的能量值的关系可以表示为丁>甲＋乙＋丙，D错误。 题组二　探究土壤微生物的分解作用 5．某同学设计了“探究土壤微生物的分解作用”的实验，对照组的土壤应(　　) A．不做处理，自然状态 B．做高温灭菌处理 C．排除微生物的作用 D．尽可能避免理化性质的改变 答案　A 解析　在“探究土壤微生物的分解作用”实验中，自变量是土壤微生物的有无，因变量是有机物的分解情况，实验组是灭菌后的土壤，对照组就是接近于自然状态的一组，即不施加变量处理的一组，故选A。 6．为探究落叶是否是在土壤微生物的作用下腐烂的，下列实验设计中，错误的是(　　) A．可选择带有落叶的土壤为实验材料，筛选出落叶和土壤 B．将落叶平均分成两份，置于网兜中 C．把土壤分成两组，对照组土壤进行接种微生物处理，实验组土壤不做处理 D．将落叶连同网兜分别埋入对照组和实验组两组土壤中，观察腐烂情况 答案　C 解析　本实验的自变量是土壤中是否有微生物，且自然土壤中本身就有微生物，因此实验组土壤要进行灭菌处理，对照组土壤保持自然状态。 7．(2023·河北承德高二期中)某生物兴趣小组的同学为证明某细菌对树叶的分解作用，分别提出三种实验方案。其共同之处是：将同一种树的落叶分成甲、乙两等份，实验过程保持树叶湿润，其他实验条件和步骤如表所示。下列哪种实验方案能达到目的(　　) A.方案一 B．方案二 C．方案三 D．三个方案都不能达到 答案　C 解析　欲证明树叶的分解是由“某种细菌”所引起的，应先将树叶灭菌，排除其他微生物对实验结果的干扰，同时应将灭菌后的树叶分成两组，一组接种该细菌，另一组不接种，两组均置于适宜条件下培养，以便对比分析得出结论。 8．下列关于“探究土壤微生物对淀粉的分解作用”的实验，设计不合理的是(　　) A．用等量土壤浸出液和蒸馏水处理等量淀粉糊 B．实验应分别对土壤浸出液和蒸馏水进行高温灭菌后再处理淀粉糊 C．应在20 ℃左右下处理7天后，再进行相关检测 D．用碘液检测淀粉，用斐林试剂检测还原糖 答案　B 解析　该实验的自变量是土壤微生物的有无，因此对照组用蒸馏水处理淀粉糊，而实验组用土壤浸出液处理淀粉糊，A正确；对土壤浸出液和蒸馏水进行高温灭菌后，土壤浸出液中的微生物被杀死，无法达到实验目的，B错误；土壤微生物分解淀粉需要时间，实验中应将实验组和对照组在20 ℃左右下处理7天后，再进行相关检测，C正确；土壤微生物可将淀粉分解成还原糖，实验可用碘液检测淀粉，用斐林试剂检测还原糖，D正确。 9.如图表示a、b、c三个地区森林土壤有机物的分解状况。则分解者的作用由弱到强依次是(　　) A．a、b、c B．c、b、a C．b、a、c D．a、c、b 答案　B 解析　由图示可知，a点落叶供给量最多，土壤中有机物的含量却最少，说明分解者的分解作用最强，c点正好相反，故选B。 10．(2023·山西朔州高二月考)对一个受到轻度农药污染的湖泊进行调查，测量该湖泊内具有捕食关系的食物链中甲、乙、丙、丁4个种群所同化的总能量(如表)。下列说法不正确的是(　　) A.在这四个种群中，种群乙为生产者 B．种群甲与种群丁之间存在种间竞争关系 C．按照能量传递规律，丙最可能属于第三营养级 D．丙种群体内的农药残留浓度可能最低 答案　D 解析　据题表可知，4种生物之间能形成2条食物链，即乙→甲→丙、乙→丁→丙，乙最可能属于第一营养级，为生产者，丙最可能属于第三营养级，A、C正确；据表可知，乙的同化量最多，丙的同化量最少，甲和丁处于中间，因此乙营养级最低，其次是甲和丁，丙的营养级最高，由于甲和丁处于同一个营养级，所以它们之间存在种间竞争关系，B正确；农药会沿食物链逐渐在生物体内聚集，且营养级越高农药残留量就越多，有毒物质的积累量越多，因此丙种群体内的农药残留量最多，D错误。 11．土壤是陆地生态系统的基础，与绿色植物的生长密切相关。如图表示甲、乙两个不同生态系统中，积累在植物和土壤中的有机物比例。下列有关叙述错误的是(　　) A．绿色植物进行光合作用的细胞器是叶绿体 B．甲、乙中，甲可能表示热带雨林，因为热带雨林温度高，分解者活动比较弱，积累在土壤中的有机物比例高 C．农药施用不当会引起土壤污染，不易分解的农药可通过食物链发生聚集，并且营养级越高的生物体内往往积累越多 D．土壤缺水可导致植物叶片部分气孔关闭，使光合作用受到影响 答案　B 解析　甲、乙中，乙可能表示热带雨林，因为热带雨林温度高、湿度大，分解者活动比较强，积累在土壤中的有机物比例低，B错误。 12．以下是某水域DDT的污染状况： 下列叙述错误的是(　　) A．表中数据表明DDT具有生物富集现象 B．表中所列消费者中乌鳢的营养级最高 C．DDT在生物群落各营养级间循环往复 D．鲫鱼摄入的DDT有部分随代谢产物排出体外 答案　C 解析　DDT随食物链单向移动，并逐渐在生物体内聚集，不能在营养级间循环往复，C错误。 13．(2023·江苏南通高二期中)环境中的汞、铅等重金属随食物、饮水进入生物体内后储存在脂肪、神经组织中而不容易排到体外。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，在某一时间测得所含某种重金属的浓度结果如图。请回答相关问题： (1)该生态系统中的生产者是__________，甲处于________营养级。 (2)经测定，该生态系统生物体内重金属浓度超过环境浓度，该现象称为____________，且营养级越高，生物体内重金属浓度的相对值越__________，原因是____________________。 (3)该重金属在其他生态系统的种群，如北极熊、企鹅等中是否能检测到，并说明原因________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)丁　第三　(2)生物富集　高　重金属等有害物质可通过食物链逐渐聚集　(3)可能会检测到，因为有害物质可通过水、大气和生物迁移等途径扩散到世界各地，具有全球性 解析　(1)生态系统中的物质和能量是沿着食物链和食物网流动的，在食物链中，营养级越高的生物，体内积累的有毒物质就越多，根据该点可推测，该生态系统的食物链是丁→乙→甲→丙，则丁为第一营养级，即生产者，甲属于第三营养级。(2)生物富集是指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。重金属会沿食物链和食物网在生物体内逐渐聚集，营养级越高的生物体内重金属浓度的相对值越高。(3)生物富集具有全球性，因为有害物质可通过水、大气和生物迁移等多种途径扩散到世界各地，所以该重金属在其他生态系统的种群中也可能检测到。 14．蚯蚓是森林中的土壤动物之一，主要以植物的枯枝败叶为食。请回答相关问题： (1)为探究蚯蚓对森林凋落物的作用，研究者选择4种树种的叶片做不同处理，于6～9月进行了室外实验。每种叶片置于两个盆中，与土壤混合均匀，将数目相等的蚯蚓置于其中饲养，统计蚯蚓的食物消耗量，结果如图所示。 ①实验时所选蚯蚓生长状况应基本一致，目的是______________________________ ________________________________________________________________________。 ②由实验结果可知，蚯蚓对半分解叶的消耗量明显________(填“高于”或“低于”)未分解叶的消耗量，在不同叶片中，对________________最为喜好。由此说明，________________________是影响蚯蚓摄食偏好的主要因素。 (2)森林生态系统中的各种生物统称为________。从生态系统的成分角度看，蚯蚓属于__________，从生态系统的功能角度看，蚯蚓的行为促进了_____________________ ________________________________________________________________________。 (3)依据上述研究实验，若在红松林和蒙古栎林中种植一些杨树，有利于________(填“增加”或“减少”)蚯蚓的数量。 答案　(1)①排除蚯蚓个体差异对实验结果的影响 ②高于　杨的半分解叶　叶片种类和分解(腐解)程度 (2)群落　分解者　物质循环和能量流动 (3)增加种群甲乙丙丁能量(kJ)2.8×1091.3×1089.1×1072.9×107DDT浓度(ppm)0.040.350.393.4项目案例1案例2实验假设土壤微生物能分解落叶使之腐烂土壤微生物能分解淀粉实验设计实验组对土壤进行处理(如将土壤用塑料袋包好，放在60 ℃恒温箱中处理1 h)A烧杯中加入30 mL土壤浸出液＋淀粉糊对照组对土壤不做处理(自然状态)B烧杯中加入30_mL蒸馏水＋与A等量的淀粉糊自变量土壤中是否含有微生物是否加土壤浸出液实验现象在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组AA1不变蓝A2产生砖红色沉淀BB1变蓝B2不产生砖红色沉淀结论分析微生物对落叶有分解作用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉组别1组2组3组4组土壤处理灭菌不灭菌灭菌不灭菌湿润湿润较干燥较干燥序号实验处理甲乙方案一无菌条件自然条件方案二先灭菌，再放于适宜条件下自然条件方案三先灭菌，再放于适宜条件下先灭菌，然后接种某种细菌，最后置于适宜条件下生物种群甲乙丙丁能量/kJ1.3×1082.8×1092.9×1071.1×108不同成分水底泥水生植物浮游动物底栖动物鲫鱼乌鳢DDT含量(μg/kg)0.10.76.321.037.919.4124.4