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一、聚焦“生态农业”
1.背景材料
2006年3月5日，国务院总理温家宝在《政府工作报告》中明确指出：“扎实推进社会主义新农村建设”，“积极发展畜牧业”，“推进农业产业化”，“促进资源合理开发和节约使用”，“继续实施自然生态保护工程”，“进一步推进西部大开发”。中国要从环境保护中求发展，抓紧建立生态补偿机制。
2.知识链接
农业生态系统的原理首先是生态系统中能量的多级利用和物质循环再生。食物链是生态系统能量流动和物质循环的主渠道，它既是一条能量转换链，也是一条物质传递链，还是一条增值链。其次农业生态系统的各种生物之间遵循相互依存、相互制约的原理。在农业生态系统中，人们利用生物种群之间的关系，对生物种群进行人为调节，增加有害生物的天敌数量，可以减轻有害生物的危害，如放养赤眼蜂防治稻纵卷叶螟等。
生态农业的设计和布局主要从平面、垂直、时间、食物链等方面着手。平面设计是在一定区域内确定各种作物的种类和各种农业产业所占的比例及分布区域，即农业区划或农业规划布局。垂直设计是运用生态学的原理，将各种不同的种群组合在合理的复合生产系统中，达到最充分、最合理的利用环境资源的目的。垂直结构包括地上和地下两部分，地上部分包括不同作物在不同层次空间上的茎、叶的合理配置，以便最大限度地利用光、热、水、气等自然资源；地下部分是复合作物的根系在不同土层中的分布，以更好地利用土壤中的水分和矿质元素。时间上的设计是根据各种农业资源的时间节律，设计出有效利用农业资源的生产格局，主要包括各种作物种群的嵌合设计，如套种、复种、育苗移栽，改变作物生长期的调控设计。食物链的设计是根据生态学的原理和当地的实际情况科学地设计农业生态系统内的食物链结构，实现对物质和能量的多级利用，提高整体经济效益。其重点是在原有的食物链中引入或增加新的环节。例如，引进天敌以控制有害昆虫的数量，增加新的生产环节将人们不能直接利用的有机物转化为可以直接利用的农副产品等。
3.典例精析
【例1】 下图是某地建立的人工生态系统示意图。请分析回答：
(1)从生态系统能量流动的角度分析，建立人工生态系统的目的是_________。
(2)下列有关人工生态系统的说法，正确的是 _________（多选）。
A.使废物资源化
B.减少了化肥等工业产品的投入量，有利于环境保护
C.抵抗力稳定性低于自然生态系统
D.人占有主导地位，是其他生物生存的基础
(3)蘑菇和蚯蚓在该生态系统中属于_________。
(4)如图表示在一定时间内，农田中某一地段蚯蚓数量的变化，在图中B点时，蚯蚓种群的年龄组成属于_________型。K值的含义是_________，如果环境条件发生改变，该值_________（填“能”或“不能”）发生改变。
【解析】 建立人工生态系统的目的从生态系统能量流动的角度分析，就是为了实现能量的多级利用，提高能量的利用率，减少能量的消耗，使废物资源化，减少了化肥等工业产品的投入量，有利于环境保护。人工生态系统中人的因素很重要，其抵抗力稳定性低于自然生态系统。蘑菇和蚯蚓都营腐生生活，属于分解者。由图解可知，B点是种群数量增长率最快的时期，所以此时所属的时期是增长型，K值是环境所能承载的这一种群的最大值，是可以随着外界因素的变化而改变的。
【答案】 (1)实现能量的多级利用，提高能量的利用率(2)ABC(3)分解者(4)增长环境所能承载的这一种群的最大值 能
【例2】 让庄稼的秸秆“过腹还田”转化为牛的肉、奶、皮，不仅能提高农民收入，还有重要生态学意义。然而，秸秆饲料难消化、不适口且蛋白含量低，营养价值不高。若用适宜浓度的氨水或尿素处理能使之软化，可提高营养价值。牛是反刍动物，瘤胃内的多种微生物对粗饲料的分解和营养物质的合成起着极其重要的作用。根据上面所给信息回答如下问题：
(1)秸秆用适宜浓度的氨水或尿素软化处理能促进牛育肥的道理是：①减少因反复咀嚼消耗的 _________；②软化后的饲料中不溶性的多糖能更充分地与消化液接触而被分解为_________；③氨水或尿素能为某些瘤胃微生物提供_________，从而合成 _________。
(2)牛的瘤胃内的微生物与牛之间形成了 _________的关系。微生物菌体能合成_________酶，并分泌到体外，来促进秸秆的主要成分_________的分解；牛的瘤胃为这些微生物的繁衍生息提供了适合的 _________、_________等条件和必要的_________物质。有人把牛的瘤胃比喻为活体内高度自动化的“发酵罐”，据此判断这些微生物的代谢类型主要是 _________。
(3)用[15]N标记的氨水或尿素处理过的秸秆饲料喂牛后，在牛奶和牛尿中均发现了[15]N的踪影。对这一事实，解释正确的是( )
①牛消化道吸收了用[15]N标记的氨或尿素后在细胞内合成蛋白质
②瘤胃中的某些微生物可以利用[15]N标记的氨或尿素来合成菌体蛋白质
③以氨或尿素合成菌体蛋白的微生物属于自养微生物
④在组成牛奶蛋白质的氨基酸分子中有可能找到[15]N示踪元素
⑤牛细胞内[15]N标记的氨基酸脱氨基后含氮部分在肾脏转变成尿素排出体外
⑥[15]N标记的氨水被吸收进入血液后在肝脏合成尿素，排出体外也有可能
A.①③④ B.②③⑥ C.②④⑤ D.②④⑥
(4)要想提高饲料利用率，让牛多出肉和奶，还要加快优良品种的选育和繁殖，胚胎分割是有效途径之一。胚胎分割技术的理论基础主要是_________，在生殖方式上属于_________生殖；若想加快奶牛繁殖的速度，就需对移植前的胚胎先进行性别鉴定。已查明 Y染色体上含有睾丸决定基因(SRY)，用含有SRY的核酸探针与少数早期胚胎细胞DNA扩增的产物进行分子杂交，植入的胚胎应该选择的是（能杂交的／不能杂交的）；核酸探针能与SRY实现杂交依据的原则是 _________，杂交分子之间通过_________键连接。
【解析】 秸秆通过氨化处理后，质地变软，能使粗蛋白含量增加，适口性变好。多糖在有关酶的作用下可水解为葡萄糖等可溶性糖。氨水或尿素都含有 N元素，可为某些瘤胃微生物提供氮源，合成菌体的蛋白质，菌体蛋白在消化酶的作用下可进一步水解成氨基酸而被吸收进入牛的内环境，经内环境而进入细胞，在牛体细胞中可进行脱氨基或转氨基作用。
【答案】 (1)①有机物②葡萄糖等可溶性糖③氮源 菌体的蛋白质(2)互利共生 纤维素 纤维素 温度 pH 营养 异养厌氧型(3)D(4)动物早期胚胎细胞具有全能性 无性 不能杂交的 碱基互补配对原则 氢
4.针对训练
1.下图是某一生态系统的结构模式图，请据图回答：
(1)生态系统的主要功能是物质循环和能量流动，从生态学角度分析，人们建立图示的农业生态系统的主要目的是_________。
(2)仅从质量考虑，若要生产2kg鸡肉，最多需要消耗农作物共计_________kg。
(3)在发酵装置里的B过程中起重要作用的微生物，其细胞结构与水稻细胞最主要的区别是_________，它的代谢类型为_________。
(4)氮是植物生长必需的元素，但在种植大豆时不施氮肥，仍能旺盛生长，其原因是_________。
(5)蘑菇在该生态系统中属于_________，如图所示，在农业生产上，将蘑菇房与蔬菜大棚相通，可提高蔬菜产量，试分析增产原因是_________。
2.（2006.江苏.37）近年来，一些城镇、社区修建了人工湖泊，以改善居民生活环境。下图是某新建人工湖泊的生物类群关系，请回答下列问题。
(1)该湖泊生态系统食物链有_________条，鱼类与贝类关系应该是_________。
(2)该湖泊被排入过量居民生活污水后，水体逐渐变绿、发臭，从生物因素分析，湖水变绿的原因是 _________，发臭的原因是_________。
(3)有人利用贝类滤食藻类的习性进行控制藻类的实验，实验结果如图所示。
从图中可以看出，虽然挂养贝类的水体中藻类密度呈上升趋势，仍能推论贝类可以有效控制藻类，理由是_________。贝类对藻类最大滤食量在第_________天。
(4)有的湖泊中藻类虽然得到了有效控制，但湖中水草却疯长了，并带来负面影响，下列控制水草疯长不合理的措施是_________。
①打捞水草，开发利用②引水稀释③使用除草剂④控制污水排入
(5)有人提出大量引种水花生、水葫芦抑制藻类及水草疯长。你认为这样做会引起哪些不良后果？ _________
5.参考答案：
1.(1)提高能量利用率，防止环境污染（或使生产者同化的物质和能量更多地流向对人类有益的部分）(2)20(3)无核膜包被的成型的细胞核 异养厌氧型 (4)大豆可与根瘤菌共生，根瘤菌具有固氮作用，可为大豆提供氮源(5)分解者 蘑菇呼吸作用放出二氧化碳，为蔬菜的光合作用提供原料
2.(1)6 捕食、竞争(2)藻类爆发 微生物分解有机质(3)挂养贝类水体的藻类密度小于对照组5(4)②、③(5)水花生、水葫芦疯长，外来物种入侵，破坏生态系统的稳定性
二、聚焦生物入侵
1.背景材料
2006年5月，一种小小的“虫子”引起了我国政府的高度重视：从5月16日开始，北京进行了137架次的针对性飞机防控，还首次采用直升机进行定点防控。林业部门还投放10亿只周氏啮小蜂，用以对抗该“虫子”。5月19日，北京市防控危险性林木有害生物指挥部专门召开大会，北京市副市长牛有成指示有关部门一定要给予足够重视，确保在北京不发生该“虫子”的重大灾情。
这种“虫子”究竟是何“怪物”竟然引起了政府的如此重视！它就是被人们称作“生物入侵的‘白袍巫师’”的美国白蛾。由于美国白蛾分布在北纬19°～55°的广大地区，包括墨西哥、美国、加拿大等国家和地区。因此从纬度分析，我国大部地区均在美国白蛾适合生存的区域内。美国白蛾在其原产地并没有如此可怕，是因为其原产地有许多限制其种群恶性增殖的限制因子，其中捕食和寄生性天敌的作用十分关键，他们能将其种群控制在一定数量之下。在美国，它的天敌就有20多种，以至于在当地它甚至并不被认为是一种害虫。美国白蛾一旦通过交通工具等传入新的适生地，它的天敌并没有随着一同出现，再加上入侵地食料丰富，气候适宜，这样美国白蛾就会在没有天敌的情况下肆意生长。这其实就是一个“生物入侵”的典型案例。
2.知识链接
自然生态系统中，种群之间通过自然选择形成了一种相互制约关系，达到了一种平衡状态，保持一种相对的稳定性。但外来的物种打破了生态系统原有的稳定性，造成原有生物群落的衰退，导致农、林、牧、渔业损失严重，威胁人民生命健康。据统计，目前已有400多种外来物种“全面”入侵我国，在国际自然保护联盟公布的全球100种最具有威胁性的外来生物中，入侵我国的物种有50余种，其中紫茎泽兰、豚草、红火蚁、水花生、少花蒺藜草等11种主要外来生物每年给我国造成的经济损失高达570亿元。外来生物入侵日益加剧，正对我国生态环境造成极大的影响。
生物入侵就是某物种从它的原产地，通过非自然途径迁移到新的生态环境的过程。这些被称为生物入侵者的物种或外来物种（在新区定植，建立自然种群的生物），其中一部分是有益的，如玉米、马铃薯等，但另一部分有害，由于其广泛的适应性，极强的繁殖能力，不仅会对“入侵领地”的生物多样性构成威胁，破坏生态平衡，还会给人类生活造成难以估量的损失。入侵者成灾一是因为入侵物种具有顽强的生命力和繁殖力。如水葫芦具有很强的生命力和繁殖力，它的种子在水底土壤中的寿命可达数十年之久。原产于中美洲的紫茎泽兰于20世纪80年代入侵我国云南，并迅速向北蔓延，侵入农业植被，占领草场和采伐迹地……一丛紫茎泽兰就含有70万粒成熟的种子。它还能进行无性繁殖。二是因为环境条件适宜。三是因为入侵物种对环境适应性强。入侵害虫可以通过改变食性和行为，增强了对环境的适应性、生存能力和拓展寄生的能力，很快爆发成灾。四是因为控制因素的丧失：在原产地，天敌与原产生物协同进化，制约了某种生物数量的剧增，处于动态平衡状态。入侵物种到一个新的栖息地，长期共存的天敌减少，就会无限制地扩展生长。
入侵物种侵入新区后，过度繁殖，成为当地新的优势种。造成严重危害：①破坏入侵地物种的多样性，造成生态平衡的失调。如从中南美洲引进了夏威夷群岛一种蜗牛，55年后，这些“客居”蜗牛竟将15种土生土长的蜗牛伙伴全部消灭；②生物入侵造成巨大的经济损失：我国仅因水葫芦造成的经济损失就达 100亿元，光打捞费就高达5-10亿元。全球生物入侵造成的损失高达上千亿美元。
上述生物入侵的实例告诉我们，人类千万不要盲目地破坏经过长期的自然选择和相互作用后形成的生态平衡，因为一个物种无论是灭绝还是过量繁殖，都会危及与它相关的几十个物种的生存，进而造成生态平衡的失调。
3.典例精析
【例1】 20世纪50年代，有人将水葫芦带到非洲的刚果盆地，三年后，水葫芦征服了所有水生植物对手，反客为主，在刚果上游1500公里的河道上蔓延，阻塞了航道。为了消灭水葫芦，当地政府花费巨资，沿河喷洒除草剂，但不到半个月，水葫芦又迅速生长起来。最后是请来了海牛，一条海牛每天能吃掉40多平方米的水葫芦，于是河道畅通了，刚果河又恢复了往日的生机。请回答：
(1)水葫芦与其他水生植物的关系是_________。
(2)水葫芦在刚果之所以能战胜所有对手，并在河道上蔓延是因为_________。
(3)通过上述例子说明生物与环境的关系是 _________。
(4)请运用生态学原理对用除草剂、海牛消除水葫芦的效果及其影响作出评价_________
【解析】 外来物种进入当地，往往因为没有天敌，对当地的环境具有较强的适应能力，而使得本地区竞争加剧，本地物种往往会处于劣势地位而逐渐被排挤。防治方面采用生物防治的效果较好。
【答案】 (1)竞争(2)当地养料、空间充裕，气候适宜，且没有天敌（或环境条件理想）(3)生物既能适应一定的环境，也能影响环境(4)用除草剂消灭水葫芦，费用大，有污染，且水葫芦很快适应，效果不佳。海牛以水葫芦为食，能有效控制水葫芦，成本低且无污染。
【例2】 有一种寄生于葡萄根部的蚜虫从北美传到了欧洲，使所有的葡萄园几乎遭到毁灭，其原因是( )
A.生存环境的改变和破坏
B.掠夺式的开发利用
C.外来物种侵入到缺少天敌的地区
D.环境污染
【解析】 蚜虫在原产地北美国因天敌、竞争者等对其数量的制约作用而能基本维持在一个较稳定的水平上，因而对当地的葡萄园不会造成过大的毁坏。然而，当这些蚜虫被传入到一个新的适宜的生态系统时，因失去天敌、竞争者等的制约，其数量必会迅速增长，以至于使所有的葡萄园几乎遭到毁灭，从而破坏了生态系统的稳定性。这充分证明了外来物种的入侵可使原有的物种生存受到威胁，是生物多样性遭破坏的原因之一。
【答案】 C。
知识总结：外来物种传入到一个新的环境之后，可能有三种结果：一是缺乏天敌、竞争者，呈现指数增长，严重影响和破坏原有生态系统的稳定性；二是在新的环境里，有其天敌或者竞争者，致使其生长和繁殖与原生态系统相差不大，三是不适应新的环境，被新环境淘汰。
4.针对训练
1.近两年来，入侵我国的外来物种有很多种，下列不属于入侵我国的外来物种是
A.加拿大一枝黄花 B.食人鲳
C.水葫芦D.美国玉米
2.人们为了达到观赏的目的，把一种叫做马缨丹的植物引进夏威夷。同时引进的还有以它的浆果为食并为它传播种子的鹦鸪鸟，马缨丹顽强地同当地土生土长的生物争夺阳光、水分和土壤，最后终于对夏威夷的畜牧业造成了严重的危害。于是，人们又引进了几种爱吃马缨丹的昆虫，不久这些昆虫就消除了马缨丹带来的危机。马缨丹的衰落使鹦鸪鸟的数量大减，鹦鸪鸟被引进后还以当地牧场和甘蔗地里的黏虫为食，给生产带来了丰收。鹦鸪鸟的数量减少以后使黏虫又依次对农田和牧场构成了威胁。
(1)以上事实表明，在引进马缨丹和鹦鸪鸟这两个物种前，夏威夷岛上各种生物之间处于_________状态。
(2)请绘出马缨丹和夏威夷当地的牧草以及鹦鸪鸟和黏虫之间关系的曲线图（横轴表示时间，纵轴表示个体数）。
(3)导致不得不从外地引进昆虫的起因是 _________。
(4)马缨丹是夏威夷的外来物种，它能在夏威夷大量繁殖的主要原因：一是因它与当地牧草竞争争夺 _________时占有优势，二是它在当地没有以它为食的生物，所以它没有_________的压力。
(5)此事实给人们的启示是人类的生产活动要 _________。
【答案】 1.D2.(1)功能上的动态平衡(2)图略(3)马缨丹的引进破坏了原有的生态平衡(4)阳光、水分和土壤 被捕食(5)尊重生态系统的基本规律
审稿：郑春和
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