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1、单元培优（七）一、热点题型生态学中的计算问题在高中生物教材中许多知识都可以量化，涉及的定量计算题主要是依据生物学原理，运用数学工具来解决生物学中的问题。生态学中计算题的考查核心在于通过定量计算考查学生对相关概念、原理和生理过程的理解和掌握程度。1流入某一营养级的能量来源和去路2能量流动拼图法方案输入第一营养级的能量(W1)，被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1C1D1)。而后一部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。参考图示，很容易理解以下问题：(1)流经整个生态系统的总能量是生产者固定
2、的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个草原生态系统中，草原上所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的缘故)。(2)能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，从第一营养级向第二营养级能量的传递效率应等于D1/W1，因此不会达到100%，一般情况下，能量传递效率为10%20%。(3)在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物与生物在营养级上的差值。3能量传递效率的应用(1)确定食物链中的营养关系。
3、据能量传递效率10%20%计算，相邻两个营养级的能量差值在510倍左右，若能量差值远比五倍小，则应位于同一营养级。(2)能量传递效率的相关“最值”计算能量在流经各个营养级时，上一营养级的能量大约有10%20%传到下一营养级，营养级越高，流入的能量越少。因此食物链越长，能量损失越多。为了充分利用能量，应尽量缩短食物链。有关能量的“最值”计算方法总结如下：1如图是某人工生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值(单位为103 kJ/m2y)，下列叙述正确的是()A该生态系统生产者固定的总能量是0.96103 kJ/m2yB由生产者、构成的捕食食物链中，能量流动是单向的、逐级递减的C为第二营养级，为
4、第三营养级，两者之间的能量传递效率是15.6%D在生物圈中，全部的微生物及一些腐生动物都属于类群解析A项错，生态系统总能量等于生产者固定的总能量(103 kJ/m2y)(2370314)1031.1105 kJ/m2y；B项中，是分解者，不属于食物链的成分，所以B项错；C项对，第二营养级同化的总能量是14216，第二营养级流向第三营养级的能量为142(490.5)2.5，第二营养级和第三营养级能量传递效率是2.5/16100%15.6%；D项中，微生物有的是生产者，如硝化细菌，有的是消费者，如大肠杆菌，有的是分解者，所以D项错。答案C2如图表示某生态系统的能量金字塔图，P为生产者，Q1为初级消
5、费者，Q2为次级消费者。图是对图中的各营养级所含有的能量进行分类剖析(注：图中a、a1、a2表示上一年留下来的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量)。下列分析不正确的是()Abcde为本年度流入该生态系统的总能量B初级消费者产生的粪便中所含的能量包含在c中Cb和d之一，可代表生产者传递给分解者的能量Dc1表示初级消费者所含能量中被次级消费者所同化的量解析c指的是初级消费者同化的能量，初级消费者产生的粪便中所含的能量包含在生产者流入分解者体内的能量中，故B项错误。答案B3如图为某生态系统的能量流动图解，图中数字为能量数值，单位为kcal/(m2a)。据图分析下列叙述不正确的是()A流经该生态系统的
6、总能量为20 810 kcal/(m2a)B第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为11.3%C该生态系统能量的输出都是通过各营养级的细胞呼吸实现的D据能量输入和输出分析，该生态系统的群落还没有演替到相对稳定的阶段解析生产者固定的能量为流经该生态系统的总能量，为20 810 kcal/(m2a)；第二营养级到第三营养级的能量传递效率380/3 370100%11.3%；该生态系统能量的输出是通过各营养级的细胞呼吸和分解者的呼吸作用实现的；该生态系统中能量输入与输出不处于平衡状态，群落还没演替到相对稳定阶段。答案C4某自然保护区地震后，据不完全统计，植被毁损达到30%以上，下图为该地区人为干预下
7、恢复过程的能量流动图(单位：103 kJm2a1)。请回答：(1)第一营养级到第二营养级的能量传递效率为_。(保留1位小数)(2)第二营养级到第三营养级的能量传递效率为_。(保留1位小数)12.7%15.6%5回答下列有关能量流动的计算问题：(1)如图所示的食物网中，若人的体重增加1 kg，最少消耗水藻_kg，最多消耗水藻_kg。(2)生物甲、乙、丙，构成食物关系如下图。其中，甲能量中比例为x的部分直接提供给丙，要使丙能量增加A kJ，至少需要消耗甲的能量是_。25 100 000 25A/(14x) (3)下图为某生态系统食物关系图。若鸟的食物是互花米草和植食性昆虫，由原来的21调整为11后
8、，鸟的数量变为原来的_。(传递效率按20%计算)7/9 二、积累实验实验设计的常见类型及解题步骤 1探究性实验与验证性实验比较探究性实验与验证性实验比较比较比较项目项目探究性实验探究性实验验证性实验验证性实验概念概念指实验者在指实验者在 实验结果的实验结果的前提下，通过自己进行实验、探前提下，通过自己进行实验、探索、分析、研究得出结论，从而索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动形成科学概念的一种认知活动指实验者针对指实验者针对 的实验结的实验结果而进行的以验证实验结果、巩果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性
9、实验验操作能力为目的的重复性实验不知不知已知已知比较比较项目项目探究性实验探究性实验验证性实验验证性实验实验实验目的目的探索研究对象的未知属性、特征探索研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系以及与其他因素的关系验证已知对象的已知属性、特征验证已知对象的已知属性、特征以及与其他因素的关系以及与其他因素的关系实验实验假设假设假设一般采用假设一般采用“_”的形式表达，的形式表达，是根据现有的科学理论、事实，是根据现有的科学理论、事实，对所要研究的对象设想出一种或对所要研究的对象设想出一种或几种可能的答案、解释几种可能的答案、解释因结论是已知的，故不存在因结论是已知的，故不存在_问题问题如果如果
10、A，则，则B假设假设2.实验步骤设计的一般步骤第一步：取材、分组和编号a取材：探究性实验中一般提供实验的材料，但在设计实验步骤时需注意常用的关键词，如“取相同的(或生理状态相同的)若干只(或株、个等)”。如此设置是防止_对实验结果的影响。b分组：要体现_、均衡性或者合理的梯度性。常用的关键词为：“随机(或平均)分为若干组”。c编号：根据实验分组情况而 ，如甲组、乙组等，或组、组、组。无关变量无关变量随机性随机性编号编号第二步：实验处理实验处理遵循 原则，即除自变量外，其他因素都是相同的。常用的模式为：组施加实验变量，组作为对照不施加实验变量。第三步：_实验的因变量尽可能选择较好地反映与实验的自
11、变量之间的关系，并易于实验人员观察和测定的指标。常用的关键词为“一段时间后观察(测定)做好记录等”。单一变量单一变量观察、记录观察、记录1研究发现豚鼠血清对人淋巴瘤细胞有抑制作用，而对正常细胞无影响。进一步研究发现，发挥作用的物质是L天冬酰胺酶，它能将L天冬酰胺分解，而淋巴瘤细胞自身不能合成该氨基酸，增殖被抑制。(1)为验证该酶对两种细胞的影响，某兴趣小组进行了以下实验。实验材料：正常细胞、淋巴瘤细胞、培养基(含细胞生长所需的物质)、L天冬酰胺酶实验步骤：a分组实验组：培养基L天冬酰胺酶淋巴瘤细胞对照组：培养基_L天冬酰胺酶正常细胞天冬酰胺酶正常细胞 b适宜条件下培养后，观察细胞生长状态、检测
12、L天冬酰胺含量。实验结果(如下表)：实验分组实验分组生长状态生长状态L天冬酰胺含量天冬酰胺含量培养液培养液细胞内细胞内实验组实验组缺乏缺乏缺乏缺乏对照组对照组正常正常缺乏缺乏正常正常结果分析：该实验利用了酶的_特性；表中应为_；对照组细胞内L天冬酰胺含量正常的原因是_。(2)患者多次静脉注射该外源性酶后疗效降低，是因为发生了_反应；该酶口服无效，原因是_。(3)根据实验结果，你认为理想的抗肿瘤药物应该具有的特性是_。专一性专一性 抑制抑制 能合成能合成L天冬酰胺天冬酰胺(有合成有合成L天冬酰胺的酶天冬酰胺的酶) 免疫免疫(拮抗拮抗) 酶被分解失活酶被分解失活 对肿瘤细胞有专一性杀伤作用，对正常
13、细胞无影响对肿瘤细胞有专一性杀伤作用，对正常细胞无影响 解析(1)该实验的目的是验证酶对两种细胞的影响，所以自变量是细胞的种类，则对照组是培养基L天冬酰胺酶正常细胞，实验组的实验结果是细胞生长受到抑制。天冬酰胺酶只能分解天冬酰胺，利用了酶的专一性。对照组细胞内天冬酰胺含量正常，是因为自身能合成天冬酰胺。(2)多次注射该外源性酶后，机体会对其产生免疫反应，使其疗效降低。酶口服后会被消化酶水解而失活。(3)根据实验结果可以得出以下结论：天冬酰胺酶能抑制肿瘤细胞的生长，但对正常细胞无影响，这正是理想的抗肿瘤药物的研制方向。2网上疯传带花黄瓜是涂抹了避孕药的结果，而实际上涂抹的是一种植物生长调节剂氯吡
14、脲，氯吡脲能改变内源性的激素水平，让更多的花结成果，也可以使黄瓜长得更大。实验证明，推荐用法用量下，氯吡脲在果实和土壤里的残留量都很少，不会对健康产生影响，过量使用不但不能使效果更好，反而会使果实畸形。某科研小组设计实验探究氯吡脲对黄瓜坐果的影响，请完善实验步骤。材料：盆栽黄瓜幼苗若干、质量分数为0.1%的氯吡脲溶液50 mL/瓶、蒸馏水方法步骤：(1)在盆栽黄瓜幼苗生长至花蕾期时，选取花蕾数目和生长状况大体相同的黄瓜幼苗若干，均分为10组，分别标记为110。 (2)用蒸馏水稀释氯吡脲溶液，配制成10种浓度的溶液(梯度稀释，分别稀释5倍、10倍50倍)。(3)在开花当天或前一天用_涂抹瓜柄。(
15、4)连续观察4周，记录并统计_。实验结果预测：低浓度氯吡脲溶液能够促进黄瓜结果、果实膨大，高浓度的氯吡脲溶液会导致果实畸形，即氯吡脲的作用具有_性。有同学认为上述实验缺少对照组，你觉得该实验是否需要添加对照组，为什么？_。等量上述各浓度氯吡脲溶液等量上述各浓度氯吡脲溶液 各组黄瓜幼苗坐果率及果形各组黄瓜幼苗坐果率及果形 两重两重 需要，因为该实验是探究氯吡脲溶液对黄瓜坐果的影响，需要用等量的需要，因为该实验是探究氯吡脲溶液对黄瓜坐果的影响，需要用等量的蒸馏水涂抹一组黄瓜幼苗的瓜柄，作为对照蒸馏水涂抹一组黄瓜幼苗的瓜柄，作为对照 解析实验设计要遵循单一变量原则，各个实验组所用试剂的体积相等，浓度
16、不同，应取等量各浓度的氯吡脲溶液涂抹在黄瓜瓜柄位置。根据材料信息，氯吡脲可使黄瓜幼苗更多的花结成果实，同时能使黄瓜长得更大，可以用不同实验组结果数量及果实大小作为观察记录指标。低浓度溶液能促进坐果及果实长大，高浓度溶液则会导致果实畸形，说明氯吡脲溶液的作用具有两重性。实验设计时要遵循对照原则，要探究氯吡脲溶液对黄瓜果实发育的影响，需要用不施用氯吡脲溶液的小组作为对照，观察在没有氯吡脲作用下黄瓜的果实发育情况，以增强实验结果的说服力。3为验证生态系统成分的重要性和不可缺少性，某生物课外活动小组在老师的指导下进行如下实验设计。(一)实验过程如下图所示：瓶号瓶号处理处理1号瓶号瓶2号瓶号瓶3号瓶号瓶
17、1各加入等量的水各加入等量的水2不加河泥不加河泥加少许河泥加少许河泥3不加金鱼藻不加金鱼藻加入等量的金鱼藻加入等量的金鱼藻4加入相同状况的金鱼加入相同状况的金鱼5置于相同光照下置于相同光照下金鱼生存时间金鱼生存时间(天天)31125(1)1、2、3号瓶相比较，相同的非生物因素有哪些？_。(2)2号与3号瓶相比较，2号瓶中金鱼存活的时间短，说明了_。(3)能说明生产者是生态系统成分不可缺少的实验是_。(4)3号瓶的金鱼最后也死亡，其原因是什么？_。阳光、水分、空气、温度阳光、水分、空气、温度 分解者是生态系统成分中不可缺少的分解者是生态系统成分中不可缺少的 1号和号和2号号 金鱼藻固定的太阳能不
18、足以满足金鱼生存所需能量金鱼藻固定的太阳能不足以满足金鱼生存所需能量 (二)请继续设计实验，探究阳光对生态系统的影响。(1)方法步骤第一步：取同样形状、同样体积的4号锥形瓶，4号锥形瓶的设计处理应该与_号锥形瓶作对照。第二步：_。第三步：观察并记录瓶中_。(2)推测最可能的实验结果是什么？_。3 对对4号瓶作遮光处理号瓶作遮光处理 金鱼生存的时间金鱼生存的时间 4号锥形瓶中金鱼生存时间比号锥形瓶中金鱼生存时间比3号锥形瓶中金鱼生存时间短号锥形瓶中金鱼生存时间短 解析生态系统的成分包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者，各成分在生态系统中均具有重要作用。实验设计和分析时要注意对照原则和单一变量原则，分清自变量和因变量之间的关系。
