欢迎光临!查询试卷\课件\优质课请在此输入关键字:

高一生物集体备课-3-4-3 群落的结构

[日期:2011-07-12]   来源:生物百花园  作者:生物百花园   阅读:343[字体: ]

一、教学目标

1.识别群落,说出群落水平上研究的问题。

2.描述群落的结构特征。

3.尝试进行土壤中小动物类群丰富度的研究。

二、教学重点和难点

1.教学重点

群落的结构特征。

2.教学难点

从结构与功能相统一的角度描述群落的结构特征。

三、教学策略

在引导学生理解群落的概念时,依然要与生命系统是一个统一的整体的思想相联系。教师要强调,群落不是一定空间内各种生物简单的集合,而是通过种内的斗争或互助,种间的共生、竞争、捕食等关系建立起的有机整体。为了使学生领会和把握群落的概念,教师可以结合“问题探讨”的素材,说明一个群落是共同生活在一个地区的生物大家庭,具有一定的组成和结构,其中的各种生物相互制约,又相互依存。

在学生讨论的基础上,教师应当引导学生认识:在种群水平上的研究对象是同一物种的生物集合体,而群落水平上研究的是不同物种的生物集合体。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。由此引出在群落水平上科学家要研究哪些问题。

利用“问题探讨”中的素材,通过一些事例,进一步说明在群落水平上研究的一些问题,并且通过剖析池塘生物群落,引出群落结构的话题。在进行这些内容的教学时,应联系具体的事例,并尽可能让学生自己比较、归纳和总结,避免教师直接“下定义,举例子”的教学方法。

关于“群落的物种组成”的教学,主要让学生认识到:(1)物种组成是区别不同群落的重要特征,例如,我国新疆北部的森林,主要是由常绿针叶树种组成,而南方许多森林的主要树种是阔叶乔木;(2)不同群落间,种群数量和种群中个体数量差别很大。例如,在热带森林的生物群落中,植物种群数以万计,无脊椎动物种群以10万计,脊椎动物种群以千计。但是,在冻原和荒漠的生物群落中,种群数量要少得多。

认识一个群落的物种组成,首先,要调查该群落分别有多少种植物、动物和微生物,列出它们的名录。其次,还要进一步搞清群落中各种群的相对数量和比例。在生态学上,描述一个群落中种群数量的多少是用丰富度来表示。

在学习完这些内容之后,学生对群落的概念、群落水平上要研究的问题有了一定的认识。这时,可以有两种教学策略:一是先进行探究“土壤中小动物类群丰富度的研究”,然后再回到正文学习种间关系、群落的空间结构等内容;二是按照教材顺序进行教学,将探究活动安排在本节结束时进行。从贯穿、突出科学方法教学的角度,我们提倡运用前一种教学策略。探究的教学策略见下文。

关于“种间关系”的教学可以让学生分析教材中提供的资料,然后教师进行归纳总结。资料1比较直观,大多数学生能够解释实验结果。但要提醒学生的是,竞争不仅是对食物的相互争夺,还包括对资源和空间的相互争夺。例如,水稻和稻田中的稗草之间争夺阳光、养料和水分,小家鼠和褐家鼠争夺居住空间和食物等。资料2比较复杂,大多数学生可能一时难以看懂图中的意思,教师应作必要的说明。此外,还应指出,捕食者与猎物的关系是在漫长的进化过程中形成的,在自然界中,捕食者种群将猎物种群捕食殆尽的事例是很少的,被捕食的往往是体弱患病的或遗传特性较差的个体,从而防止了疾病的传播和不利遗传因素的延续。

关于“群落的空间结构”的教学应强调以下几点:群落中植物的垂直结构直接影响群落中动物的垂直结构,动物种类的多少是随植物层次的多少而变化的,因此,由于森林的植物层次比草原植物层次多,所以森林群落一般比草原群落的动物种类多。水生群落也有分层,例如一个池塘,挺水植物、浮水植物、沉水植物就是植物分层;青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼的分布就是动物分层的实例。阳光、温度、水分等生态因素对动植物的分层有直接影响。群落的水平结构往往是由于地形的变化、土壤湿度和盐碱度的差异、光照强度的不同、生物自身生长特点的不同,以及人与动物的影响等因素造成种群密度上的差别。此外,群落中生物之间的相互关系也是群落表现水平结构的原因之一。例如,林冠下光照的不均匀性,对林下植物的分布就有密切影响。光照强的地方,生长着较多阳生植物,而光照强度弱的地方只生长着耐阴植物。

四、探究指导

“土壤中小动物类群丰富度的研究”是课程标准中建议的一项活动,旨在使学生能从种群的组成上描述群落的结构特征。有条件的学校可以让学生依据教材中探究活动的要求与步骤,在野外采样,在实验室进行观察。这样做学生可以感受到采样地点真实的环境情况,利于学生建立群落与环境之间相互联系的观念;若无条件,也可以由教师事先将不同地点的土样采集到实验室(可用大塑料整理箱盛放),注明采集地点的环境(最好配有照片)。这样,学生在实验室便能进行该项探究活动。

1.提出问题

群落中物种的组成与群落所处的环境有着密切的关系,教师应引导学生分析环境因素对群落物种组成的影响,可就此广泛提出问题,进而提炼出比较有探究价值的问题。教材中已列出一些问题,帮助引导、启发学生确定探究的问题。

2.制订计划

制订计划是科学研究的重要环节,在前面的各项探究活动中都强调了这方面的教学要求。本项探究活动的要求是让学生用列表的方法制订一份研究计划,教材中提供了式样,在教学中可以充分发挥学生的创造性,结合具体的探究问题制订可行的研究计划。

3.实施计划

本课题包括三个操作环节:取样、观察和分类、统计和分析。关于“取样”,教材中已作了比较详细的说明。使用诱虫器取样,比较方便,且效果较好,但时间可能要长一些。也可采用简易采集法:将采集到的土壤放在瓷盆内,用放大镜观察,同时用解剖针寻找。发现体形较大的动物,可用包着纱布的镊子取出;体形较小的动物可用吸虫管来采集。采集到的小动物可放入酒精溶液中,也可将活着的小动物放入试管中。

“观察和分类”需要借助动物分类的专业知识,一般学生难以鉴别。教师可以事先将当地土壤中常见的小动物列好名册,供学生分类时参考。“统计和分析”的教学要求是让学生设计一个数据收集和统计表,并据此进行数据分析,这也是科学研究能力培养的重要方面。教学中要从科学、简明、美观等方面,对学生的设计进行评价。

五、答案和提示

(一)问题探讨

1.提示:本讨论题关注池塘中的生物组成及其有序性,要引导学生讨论池塘中的种群组成(群落结构),具体有多少个种群并不重要。可以从肉食性鱼、植食性鱼、浮游动物、浮游植物、微生物等方面举例。

2.提示:本讨论题关注池塘中生物之间的相互关系。池塘中的肉食性鱼大量减少,一些小鱼等小型水生动物因天敌减少,数量会大量增加,池塘中浮游动物、浮游植物以及其他一些水生植物数量会大量减少。随时间推移,植食性鱼类等生物也因食物来源减少而数量减少。

(二)资料分析

1.提示:在合适的条件下,大草履虫和双小核草履虫均能正常生长繁殖。由于这两种草履虫具有相似的生活习性(尤其是能以同一种杆菌为食),当它们被放在同一个容器中培养时,起初两种草履虫的数量较少,而食物(杆菌)数量较多,因此表现为两种草履虫的种群数量均增加。但是,随着两种草履虫数量的增加,相互之间对食物的争夺表现为大草履虫处于劣势,双小核草履虫处于优势。随着双小核草履虫数量的增加,争夺食物的优势越来越大,最终大草履虫失去了食物来源而灭亡。两种草履虫没有分泌杀死对方的物质,进一步证明了该实验结果缘于两种草履虫争夺资源,这就是竞争。

2.提示:90多年的调查研究表明,猞猁和雪兔种群数量之间存在相关性。例如,从1845年到1855年间,猞猁数量的增加导致雪兔减少;而雪兔的减少,又会造成猞猁减少,之后雪兔又大量增加。从多年的调查看,雪兔和猞猁相互制约,使它们的种群数量保持在一定范围内波动。

3.提示:雪兔是以植物为食,猞猁是以雪兔为食。猞猁的存在不仅制约雪兔的种群数量,使得植物→雪兔→猞猁之间保持相对稳定,而且由于植物资源比较稳定,进而使得另一些以植物为生的动物数量及其食物链相对稳定,因而整个群落可以处在相对稳定的状态。

4.提示:资料1中两个种群之间是通过食物间接地发生作用(竞争);资料2中两个种群是通过捕食与被捕食直接地发生作用(捕食)。资料1相互作用的结果是一方处于优势,另一方处于劣势,最终灭亡。资料2相互作用的结果是两个种群数量相对稳定。

(三)想像空间

提示:首先,要明白自然选择的要意是什么。其次,要明白森林群落经垂直分层后,其中的植物种群在资源和空间的分配上有什么变化。由此想像出通过自然选择,不同形态结构的森林植物在森林群落的空间分布上呈现垂直分层现象。

(四)探究

提示:主要是取样和采集方式要进行改进。根据调查水中小动物种类的不同,取样设备也不同,例如用网兜、瓶子等。取样和采集时要考虑定点、定量等因素。定点就是要选取有代表性的地点取样;定量就是每次取样的数量(例如一瓶、一网等)要相同。

(五)练习

基础题

1.B。

2.提示:屏障撤掉后,很可能出现以下情况:由于种群A捕食种群B,种群B的数量减少,而种群A的数量增加。但随着种群B的数量减少,种群A因食物来源减少而出现数量减少,种群B的数量又会出现一定的增加。这样,假设水族箱中资源和其他条件较稳定,种群A和种群B将出现此消彼长的相对稳定情况。

拓展题

1.提示:大致步骤:(1)选择的植物(一般用草本植物)应能适应同一环境,植株大小基本一致。最好查阅有关资料搞清楚植物名称与生活习性等;(2)实验前要做必要的观察记录,如植株的(尤其是根)生长情况;(3)设立对照组(单独种植、同种植株种植在一起)、实验组(不同种植株种植在一起),并给予相同的环境条件,也可进一步从不同的植株间距来设计实验;(4)通过比较分析根系的长势,论证自己的假设是否成立;(5)解释实验结果。

2.蜾蠃捕食螟蛉幼虫。

六、参考资料

1.不同群落物种组成的差异

每个群落都是由一定的植物、动物、微生物种群组成的。不同类型的群落必然具有不同的物种组成,因此物种组成是决定群落性质最重要的因素,也是鉴别不同群落类型的基本特征。不同群落物种组成的差异应从性质和数量两方面进行分析。

首先,不同群落其种类组成的优势种是不同的。以森林群落为例,组成热带雨林的植物种类特别丰富,数量占绝对优势的是木本植物。在物种组成上,高等植物多为乔木,还富含藤本植物和附生植物。常绿阔叶林则主要以壳斗科、樟科、山茶科、木兰科等常绿阔叶树种为主。落叶阔叶林的优势树种为壳斗科的落叶乔木,如山毛榉属、枥属、栗属、椴属等,其次为桦木科、槭树科、杨柳科的一些种。北方针叶林种类组成相对比较贫乏,乔木以松、云杉、冷杉和落叶松等属的树种占优势。

其次,不同群落的物种丰富度是不同的。一般说来,环境条件越优越,群落发育的时间越长,物种越多,群落结构也越复杂。从赤道到北极,人们会发现动植物的种类将逐渐减少。例如,在哥伦比亚营巢的鸟类有近1 395种,由此往北到巴拿马,营巢鸟类就减少到630种,再往北到佛罗里达又减少到143种,而到芬兰就只有118种了,格陵兰只有56种。

2.如何研究群落的物种组成

物种组成是决定群落性质最重要的因素,也是鉴别不同群落类型的基本特征。群落研究一般都从分析物种组成开始。物种组成可以从定性和定量两个方面进行研究。

(1)物种组成的性质分析

通过最小面积的方法对一个群落的物种组成进行逐一登记,得到一份所研究的群落的生物种类的名录。根据各个种在群落中的作用划分群落成员型。植物群落中群落成员型包括以下几类。

优势种和建群种  对群落的结构和形成有明显控制作用的植物称为优势种。群落的不同层次可以有各自的优势种,其中优势层的优势种常称为建群种。

亚优势种  指个体数量与作用都次于优势种,但在决定群落性质和控制群落环境方面仍起着一定作用的植物种。

伴生种  为群落中的常见种类,它与优势种相伴存在,但不起主要作用。

偶见种或稀见种是指那些在群落中出现频率很低的种类,多半是由于本身数量很少的缘故。

同一个植物种在不同的群落中可以不同的群落成员型出现。在动物中,社会等级的确立与植物中的群落成员型有相似之处。

(2)物种组成的数量特征

有了所研究的群落完整的生物名录,只能说明群落中有哪些物种。要进一步说明群落特征,在查清了它的种类组成后,还需要对种类组成进行定量的分析,种类组成的数量特征是近代群落分析技术的基础。数量特征包括以下几种指标。

种的个体特征

多度  是对物种个体数目多少的一种估测指标,用于生态系统野外调查。国内采用Drude七级制标准:极多(植物地上部分郁闭)、很多、多、尚多、不多(分散)、少、单独。

密度  指单位面积或单位空间内的个体数。

盖度  指植物地上部分垂直投影面积占样地面积的百分比,即投影盖度,又分种盖度、层盖度、总盖度。

频度  指某个物种在调查范围内出现的频率,即该种个体出现的样方数/调查样方总数。

高度  生物体外部在垂直方向上的大小。植物高度又分为自然高度和绝对高度。

重量  是用来衡量种群生物量或现存量多少的指标。一般用干重(65~80 ℃烘干至恒重),有时也用鲜重。

体积  是生物所占空间大小的度量。

综合数量指标

除了上述单一性的测量参数外,往往还用几项参数综合评估衡量一个种在生态系统中的地位。此处仅介绍优势度和重要值。

优势度  用以表示一个种在群落中的地位与作用的综合指标。一般可以采用盖度、密度或多度以及重量的组合衡量。

重要值  用来表示某个种在群落中的地位和作用的综合指标。计算方法是:重要值=相对密度+频度+相对优势度(相对盖度)。

由于动物有运动能力,多数动物群落研究中以数量或生物量为优势度指标。

3.种间关系的其他实例

(1)种间竞争

种间竞争可以分为资源利用性竞争和相互干涉性竞争两类。

在资源利用性竞争中,两种生物之间没有直接干涉,只有因资源总量减少而产生对竞争对手的存活、生殖和生长的间接影响。例如,两种达尔文雀(勇地雀和仙人掌地雀)之间的竞争。在加拉帕戈斯群岛的小岛上,20世纪70年代晚期有一次干旱大幅度降低了种子(两种雀的食物)的产量,两种雀都在干旱中存活了下来,但食物改变了,勇地雀集中去采食小的仙人掌种子,而仙人掌地雀选择较大的种子。

相互干涉性竞争也很常见。例如,某些植物能分泌一些有害物质,阻止别种植物在其周围生长。

(2)捕食

对捕食的理解,有广义和狭义两种。广义的捕食包括以下几类:典型捕食,指食肉动物吃食草动物或其他动物,如狮吃斑马,猫吃老鼠(狭义的捕食就是指这一类);食草,指食草动物采食绿色植物,如羊吃草,在这种关系中,植物不一定全部被吃掉;寄生,指寄生物从宿主获得营养,一般不杀死宿主。

(3)偏利共生

两个不同物种个体之间发生的一种对一方有利的现象称为偏利共生。例如,附生植物与被附生植物之间的关系就是一种典型的偏利共生。附生植物如地衣、苔藓等借助于被附生植物支撑自己,可获得更多的光照和空间资源。几种高度特化的鱼类,其头顶的前背鳍转化为卵形吸盘,借以牢固地吸附在鲨鱼和其他大型鱼类的身上,随之移动并获取食物,也是偏利共生的典型例子。

4.群落空间结构的实例

(1)群落的垂直结构

大多数群落的内部都有垂直分化现象,即成层现象。以陆生群落为例,成层现象包括地面以上的层次和地面以下的分层。层的数目依群落类型不同有很大变动。森林的层次比草原的层次多,表现也最清楚。大多数温带森林至少有3~4层,最上层是由高大的树种构成乔木层,之下有灌木层、草本层,以及由苔藓与地衣构成的地被层。在地面以下,由于各种植物根系所穿越的土壤深度不同,形成了与地上层相应的地下层。热带雨林的种类成分十分复杂,群落的层数最多。多数农田植物群落仅有一个层次。

正如群落中植物有分层现象一样,各种动物也因生态位不同而占据着不同的层。例如,鸟类经常只在一定高度的林层做巢和取食。在我国珠穆朗玛峰的河谷森林里,白翅拟腊嘴雀总是成群地在森林的最上层活动,吃食大量的滇藏方枝柏的种子;而血雉和棕尾虹雉是典型的森林底层鸟类,吃食地面的苔藓和昆虫;煤山雀、黄腰柳莺则喜欢在森林中层做巢。

在水域生态系统中,垂直分布也是很明显的。藻类总是分布在阳光能够照射或透过的水体上层;浮游动物生活在植物能延伸到的地区,而且能够在较深的水域活动;软体动物、环节动物和蟹类则生活在水体的底层。不同鱼类也常分布在不同层次上,这些动物的垂直分布都与水体的物理条件(温度、盐度和氧气含量等)和生物条件(食物、天敌等)有密切关系。

群落成层现象的出现使生物群落在单位面积上能容纳更多的生物种类和数量,能最充分地利用空间和营养物质,产生更多的生物物质。农业生产中的间作、套种和“多层楼”等,就是人们模拟天然植物群落的成层性,在生产实践中的一种创造性的应用。

(2)群落的水平结构

群落的水平结构主要表现特征是镶嵌性。镶嵌性表明植物种类在水平方向上的不均匀配置,它使群落在外形上表现为斑块相间的现象,具有这种特征的群落叫做镶嵌群落。在镶嵌群落中,每一个斑块就是一个小群落,小群落具有一定的种类成分和生活型组成,它们是整个群落的一小部分。例如,在森林中,林下阴暗的地点有一些植物种类形成小型组合,而在林下较明亮的地点是另外一些植物种类形成的组合。这些小型的植物组合就是小群落。内蒙古草原上锦鸡儿灌丛化草原是镶嵌群落的典型例子。在这些群落中往往形成1~5 m左右的锦鸡儿灌丛,呈圆形或半圆形的丘阜。这些锦鸡儿小群落内部由于聚集细土、枯枝落叶,具有良好的水分和养分条件,形成一个局部优越的小环境。小群落内部的植物较周围环境中的返青早,生长发育好,有时还可以遇到一些越带分布的植物。

群落镶嵌性形成的原因,主要是群落内部环境因子的不均匀性,例如,小地形和微地形的变化、土壤温度和盐渍化程度的差异、光照的强弱以及人与动物的影响。人为的干扰,诸如过度放牧、粗放开垦等能破坏地表的植被,增加地表的蒸发,加快土壤盐分向地表聚积的速度,导致地表土壤的含盐量逐渐增加,使一些耐盐碱植物生活良好,而其他植物逐渐死亡,形成碱斑裸地,在景观上体现镶嵌性或植物的斑块分布。

由于存在不大的低地和高地而发生环境的改变形成镶嵌,这是环境因子的不均匀性引起镶嵌性的例子。由于土壤中动物的活动,像因田鼠活动而在田鼠穴附近经常形成不同于周围植被的斑块,这是动物影响镶嵌性的例子。

5.猞猁和雪兔的经典研究

加拿大哈德逊湾公司从18世纪中叶开始就成为北美洲惟一的皮毛商业中心,它保存了多年的皮毛收购统计资料。英国生态学家埃尔顿(Elton)从1924年起,就利用该公司的资料进行研究,提出种群周期性波动的学说。在哺乳类中,常存在9~10年或3~4年的周期性。经典的例子是猞猁和雪兔的9~10年周期波动。

教科书73页的图是根据哈德逊湾公司记录分析的结果。可以看出,猞猁以雪兔为食,当雪兔数量增加时,猞猁食物充足,数量也就不断增加;但当猞猁数量过多时,雪兔数量急剧下降,猞猁会因食物缺乏而饥饿或病死,造成数量下降;同时,这也给雪兔提供了一个繁衍恢复的机会。雪兔的数量增多了,猞猁又随之增多。通过这种捕食关系,使雪兔和猞猁的数量都出现了周期性的波动。应当注意,除猞猁对雪兔的影响外,雪兔还受到许多其他因素的影响,如雪兔所吃的植物也影响这个周期。当雪兔数量增加时,植物叶组织的质量变差,数量降低,当降低到不足以养活雪兔种群时,雪兔与其食料之间的相互关系就会成为决定种群动态的关键因素。植物食料减少,引起食物缺乏,这就会降低雪兔的生殖潜力。雪兔数量的减少将导致捕食动物(猞猁)和雪兔之间的比例失调,从而强化了捕食作用。因此雪兔—猞猁种群的周期最好认为是3个组分相互作用的结果:植物、雪兔和猞猁。

当然,这个例子表明的不只是种群数量的周期性变动情况,还说明猞猁数量的周期性变化是在雪兔周期性变化之后。换言之,由于猞猁种群密度的增加而产生的降低本种群增长率的效应,并不能即时发生作用,而是要经过一定时间才能显现出来,猞猁数量变动周期较雪兔晚了1年。

6.城市立体绿化

城市立体绿化是指利用城市地面以上的各种不同条件,选择各类适宜的植物,栽植于人工创造的环境中,使绿色植物覆盖地面以上的各类建筑物和构筑物的表面,增加城市的绿化面积,改善城市的生态环境和居民的生活环境。它的主要形式有墙体绿化、阳台绿化、架廓绿化、篱笆与栅栏绿化、屋顶绿化(屋顶花园)、室内绿化等。

一些先进国家提倡建筑与环境之间要成为一个有机统一体,实施建筑形体与自然配合,即“与环境共生”的生态建筑,其中立体绿化就成为重要的指标之一。如用绿色植物把屋顶、墙面、阳台、平台、立交桥、高架线的柱和边沿等都包装起来,不但补偿了因建筑占用的绿地,更能取得良好的环境效果。城市立体绿化的鼻祖是公元前5世纪的古巴比伦国王尼布甲尼撒,他为王后修建的“空中花园”,是人类历史上最早的立体绿化。1959年美国已考虑到屋顶绿化的独特作用,在加州奥克兰市6层车库建了1.2 hm2的屋顶花园,被视为建筑与园林艺术“杂交”的奇葩。1977年在加拿大温哥华18层办公楼上,采用轻型多孔材料,造成盆景式的空中花园。在德国,1990年已有绿化屋顶9×106 m2,仅汉诺威市用屋顶绿化法就复活了50%的绿地。巴西的库的里提巴市圣都蒙特广场周围,虽然大厦林立,但由于墙面和屋顶绿草如茵,四季尘土不扬,炎夏凉爽舒适。法国巴黎、英国伦敦一幢幢高楼平顶上栽种各种树木与花草,美不胜收。摩纳哥首都摩纳哥城的居民住宅不仅窗口、阳台,就连屋顶也种了各种植物,处处有精巧、别致的屋顶花园映入眼帘。香港也十分重视见缝插绿,新区屯门28层高楼屋顶就有花园27×104 m2。新加坡、吉隆坡等城市的过街天桥、桥体和多层停车场,花木扶疏、绿茵如毯,阳台、平台和屋顶花团锦簇。

绿化名城南京市近年实施立体绿化,在市内各主次干道沿街的墙体、围栏、屋顶、廊柱、河岸等处广植垂直绿化苗木,给街道建筑穿上绿装。仅2004年春季以来,全市就栽种垂直绿化苗木50多万株、建成立体绿化带总计50多公里,引种的藤本植物有爬山虎、金银花、凌霄、紫藤、常春藤、扶芳藤、木香、藤本月季等10多个品种,其营造的“绿墙绿房绿柱廊”的城市立体绿化空间,不仅使环境更加美丽,还将给市民度夏带来更多阴凉。


相关评论
鄂公网安备 42088102000026号