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生态系统的主要功能是物质循环和能量流动,另外还有信息转递的功能。生态系统的信息传递是生态学新的研究领域,近年来无论在生物学实践中还是在知识考查中都显露头角。
一、生态系统中信息的种类
依据信息的性质和产生方式,一般可以划分为物理信息、化学信息、行为信息等类型。
1、物理信息
①光信息
生态系统的维持和发展离不开光的参与,同样,光信息在生态系统中占有重要的地位。光属于生态系统中的物理信息,同時也是一种生态因子。生物能积极地利用一些生态因子的周期性变化,作为调整其生理节律的线索。例如光照周期可以作为外界的“线索”,对生物体内的生物钟起到“按钮”的作用,引起一系列的生理过程。例如植物的生长和开花。动物的换毛、迁徙、繁殖、滞育和冬眠。
②声信息
在生态系统中,声信息的作用很大,尤其是对动物而言。动物更多是靠声信息来确定食物的位置或发现敌害的存在的。我们最为熟悉的以声信息进行通讯的当属鸟类,鸟类的叫声婉转多变,除了能够发出报警鸣叫外,还有许多其他叫声。植物同样可以接收声信息,例如含羞草在强烈的声音刺激下,就会有小叶合拢、叶柄下垂等反应。
③电信息
在自然界中存在许多生物发电现象,因此许多生物可以利用电信息在生态系统中活动。鱼群在洄游过程中的定位,就是利用鱼群本身的生物电场与地球磁场间的相互作用而完成的。由于植物中的组织与细胞间存在着放电现象,因此植物同样可以感受电信息。
④磁信息
地球是一个大磁场,生物生活在其中,必然要受到磁力的影响。如信鸽的千里传书行为依赖于自身的电磁场与地球磁场的作用,从而确定方向和方位。植物对磁信息也有一定的反应,若在磁场异常的地方播种,产量就会降低。不同生物对磁的感受力是不同的。
2、化学信息
化学信息主要是生命活动的代谢产物以及性外激素等,有种内信息素和种间信息素之分。种间信息素主要是次生代谢物(如生物碱、萜类、黄酮类)以及各种苷类、芳香族化合物等。
在生态系统中,化学信息有着举足轻重的作用。在植物群落中,可以通过化学信息来完成种间的竞争,也可以通过化学信息来调节种群的内部结构。有時,在同一植物种群内也会发生自毒现象。在这些植物的早期生长中,毒素可能降低幼小个体的成活率,减少生态系统中的植物拥挤程度。
在动物群落中,可以利用化学信息进行种间、个体间的识别,还可以刺激性成熟和调节出生率。例如,猎豹和猫科动物有着高度特化的尿标志的信息,它们总是仔细观察前兽留下的痕迹,并由此传达時间信息,避免与栖居在此的对手遭遇。动物还可以利用化学信息来标记领域。群居动物能够通过化学信息来警告种内其他个体。鼬遇到危险時,由肛门排出有强烈臭味的气体,它既是报警信息素,又有防御功能。当蚜虫被捕食時,被捕食的蚜虫立即释放报警信息素,通知同类其他个体逃避。许多动物分泌的性信息素,在种内两性之间起信息交流的作用。在自然界中,凡是雌雄异体,又能运动的生物都有可能产生性信息素。例如雄鼠的气味可使幼鼠的性成熟大大提前。
3、行为信息
动植物的许多特殊行为都可以传递某种信息,这种行为通常被称为行为信息。如蜜蜂的舞蹈行为、孔雀开屏的求偶行为都是一种行为信息。草原中有一种鸟,当雄鸟发现危险時就会急速起飞,并扇动两翼,给在孵卵的雌鸟发出逃避的信息。
二、信息传递在生态系统中的作用
1、有利于生命活动的正常进行。如莴苣的种子必须接受某种波长的光信息,才能萌发生长。
2、有利于生物种群的繁衍。如由昆虫的体表腺体所分泌的性外激素,能引诱同种异性个体前来交尾。
3、能调节生物的种间关系,以维持生态系统的稳定。如当雪兔数量减少時,这种营养缺乏状况就会直接影响到猞猁的生存。猞猁数量的减少,也就是雪兔的天敌的减少,又促进了雪兔数目的回升……这样循环往复就形成了周期性的数量变化。
三、信息传递在农业生产中的应用
1、提高农产品或畜产品的产量。如利用模拟的动物信息吸引大量的传粉动物。可以提高果树的传粉效率和结实率。
2、对有害动物进行控制。如利用特殊的化学物质扰乱某些动物的雌雄交配,使有害动物种群的繁殖力(主要是出生率)下降,从而减少有害动物对农作物的破坏。
近年来,生态系统的信息传递知识在高考中成为一个热点。下面是近几年相关的高考例题:
例1 当烟草叶片受到甲种蛾幼虫的采食刺激后,会释放出挥发性的化学物质。这种化学物质白天会吸引甲种蛾幼虫的天敌,夜间会驱赶乙种蛾,使其不能在烟草叶片上产卵(乙种蛾幼虫也采食烟草叶片),如图所示。试回答:
(1)甲种蛾幼虫与天敌的种间关系是:_____。
(2)甲种蛾幼虫与烟草的种间关系是:_____。
(3)甲种蛾幼虫与乙种蛾幼虫的种间关系是:_____。
(4)写出图中所示生物的食物链:_____
参考答案(1)捕食或寄生(2)捕食(3)竞争(4)烟草→甲种蛾(幼虫)→天敌,烟草→乙种蛾(幼虫)
本题虽然不是直接考查生态系统的信息传递,但题目信息中隐含了信息传递的知识,与此题有异曲同工之妙而直接考查生态系统信息传递的是下面这道高考题:
例2某种植物上栖息着一定数量的甲、乙两种昆虫和蜘蛛。甲、乙两种昆虫均以该’植物为食,蜘蛛以乙昆虫为食。甲昆虫在白天活动,乙昆虫在夜晚活动。甲昆虫采食该种植物的叶片后,植物会释放出挥发性的物质X,X既可吸引甲昆虫的天敌,也能驱赶乙昆虫。请回答:
(1)上述现象中,X分别在___之间进行传递。
(2)影响甲昆虫活动的信息有两大来源,分别是__和__。影响乙昆虫活动的信息种类是__。蜘蛛在蜘蛛网上捕食乙昆虫所利用的信息种类是_____。
(3)若在上述植物上施用人工合成的物质X,短期内该植物上甲昆虫天敌和乙昆虫天敌数量的变化是___。
参考答案(1)植物与甲昆虫的天敌 植物与乙昆虫(2)无机环境 生物 化学信息和物理信息 物理信息(3)甲昆虫天敌数量增加,乙昆虫天敌数量减少
例3下列关于生态系统信息传递特征的描述,正确的是( )。
A、生态系统的物理信息都来源于环境
B、植物都通过化学物质传递信息
C、信息沿食物链从低营养级向高营养级传递
D、信息可以调节生物种间关系
参考答案D
本题考查了生态系统信息传递的种类和作用,生态系统信息传递与生态系统的结构之间的关系。
例4大熊猫和华南虎都是我国的珍稀保护动物,它们体型相近,曾经同城分布,一度都有较大的种群数量。由于栖息地破坏导致它们的数量锐减,目前野生大熊猫仅有1600只左右,而华南虎在野外已基本绝迹。
(1)从生态系统能量流动的特点分析,大熊猫比华南虎存在生存优势的原因是_____。
(2)成年大熊猫经常用尿液和肛腺的分泌物在岩石或树干上进行标记,这种行为传递的信息类型属于_____。
(3)目前,野生大熊猫分布在六个彼此隔离的种群中,通过建立生态廊道沟通各种群,可以使种群间发生_____。
(4)建立自然保护区,改善栖息环境,以提高___,是提高大熊猫种群密度的根本措施。
参考答案(1)所处的营养级低,属于第二营养级(2)化学信息(3)基因交流(4)环境容纳量
本题以大熊猫与华南虎为例考查了生态系统的能量流动、信息传递,并与种群的特征等知识相联系来考查学生对生态学方面的综合应用能力。
一、生态系统中信息的种类
依据信息的性质和产生方式,一般可以划分为物理信息、化学信息、行为信息等类型。
1、物理信息
①光信息
生态系统的维持和发展离不开光的参与,同样,光信息在生态系统中占有重要的地位。光属于生态系统中的物理信息,同時也是一种生态因子。生物能积极地利用一些生态因子的周期性变化,作为调整其生理节律的线索。例如光照周期可以作为外界的“线索”,对生物体内的生物钟起到“按钮”的作用,引起一系列的生理过程。例如植物的生长和开花。动物的换毛、迁徙、繁殖、滞育和冬眠。
②声信息
在生态系统中,声信息的作用很大,尤其是对动物而言。动物更多是靠声信息来确定食物的位置或发现敌害的存在的。我们最为熟悉的以声信息进行通讯的当属鸟类,鸟类的叫声婉转多变,除了能够发出报警鸣叫外,还有许多其他叫声。植物同样可以接收声信息,例如含羞草在强烈的声音刺激下,就会有小叶合拢、叶柄下垂等反应。
③电信息
在自然界中存在许多生物发电现象,因此许多生物可以利用电信息在生态系统中活动。鱼群在洄游过程中的定位,就是利用鱼群本身的生物电场与地球磁场间的相互作用而完成的。由于植物中的组织与细胞间存在着放电现象,因此植物同样可以感受电信息。
④磁信息
地球是一个大磁场,生物生活在其中,必然要受到磁力的影响。如信鸽的千里传书行为依赖于自身的电磁场与地球磁场的作用,从而确定方向和方位。植物对磁信息也有一定的反应,若在磁场异常的地方播种,产量就会降低。不同生物对磁的感受力是不同的。
2、化学信息
化学信息主要是生命活动的代谢产物以及性外激素等,有种内信息素和种间信息素之分。种间信息素主要是次生代谢物(如生物碱、萜类、黄酮类)以及各种苷类、芳香族化合物等。
在生态系统中,化学信息有着举足轻重的作用。在植物群落中,可以通过化学信息来完成种间的竞争,也可以通过化学信息来调节种群的内部结构。有時,在同一植物种群内也会发生自毒现象。在这些植物的早期生长中,毒素可能降低幼小个体的成活率,减少生态系统中的植物拥挤程度。
在动物群落中,可以利用化学信息进行种间、个体间的识别,还可以刺激性成熟和调节出生率。例如,猎豹和猫科动物有着高度特化的尿标志的信息,它们总是仔细观察前兽留下的痕迹,并由此传达時间信息,避免与栖居在此的对手遭遇。动物还可以利用化学信息来标记领域。群居动物能够通过化学信息来警告种内其他个体。鼬遇到危险時,由肛门排出有强烈臭味的气体,它既是报警信息素,又有防御功能。当蚜虫被捕食時,被捕食的蚜虫立即释放报警信息素,通知同类其他个体逃避。许多动物分泌的性信息素,在种内两性之间起信息交流的作用。在自然界中,凡是雌雄异体,又能运动的生物都有可能产生性信息素。例如雄鼠的气味可使幼鼠的性成熟大大提前。
3、行为信息
动植物的许多特殊行为都可以传递某种信息,这种行为通常被称为行为信息。如蜜蜂的舞蹈行为、孔雀开屏的求偶行为都是一种行为信息。草原中有一种鸟,当雄鸟发现危险時就会急速起飞,并扇动两翼,给在孵卵的雌鸟发出逃避的信息。
二、信息传递在生态系统中的作用
1、有利于生命活动的正常进行。如莴苣的种子必须接受某种波长的光信息,才能萌发生长。
2、有利于生物种群的繁衍。如由昆虫的体表腺体所分泌的性外激素,能引诱同种异性个体前来交尾。
3、能调节生物的种间关系,以维持生态系统的稳定。如当雪兔数量减少時,这种营养缺乏状况就会直接影响到猞猁的生存。猞猁数量的减少,也就是雪兔的天敌的减少,又促进了雪兔数目的回升……这样循环往复就形成了周期性的数量变化。
三、信息传递在农业生产中的应用
1、提高农产品或畜产品的产量。如利用模拟的动物信息吸引大量的传粉动物。可以提高果树的传粉效率和结实率。
2、对有害动物进行控制。如利用特殊的化学物质扰乱某些动物的雌雄交配,使有害动物种群的繁殖力(主要是出生率)下降,从而减少有害动物对农作物的破坏。
近年来,生态系统的信息传递知识在高考中成为一个热点。下面是近几年相关的高考例题:
例1 当烟草叶片受到甲种蛾幼虫的采食刺激后,会释放出挥发性的化学物质。这种化学物质白天会吸引甲种蛾幼虫的天敌,夜间会驱赶乙种蛾,使其不能在烟草叶片上产卵(乙种蛾幼虫也采食烟草叶片),如图所示。试回答:

(1)甲种蛾幼虫与天敌的种间关系是:_____。
(2)甲种蛾幼虫与烟草的种间关系是:_____。
(3)甲种蛾幼虫与乙种蛾幼虫的种间关系是:_____。
(4)写出图中所示生物的食物链:_____
参考答案(1)捕食或寄生(2)捕食(3)竞争(4)烟草→甲种蛾(幼虫)→天敌,烟草→乙种蛾(幼虫)
本题虽然不是直接考查生态系统的信息传递,但题目信息中隐含了信息传递的知识,与此题有异曲同工之妙而直接考查生态系统信息传递的是下面这道高考题:
例2某种植物上栖息着一定数量的甲、乙两种昆虫和蜘蛛。甲、乙两种昆虫均以该’植物为食,蜘蛛以乙昆虫为食。甲昆虫在白天活动,乙昆虫在夜晚活动。甲昆虫采食该种植物的叶片后,植物会释放出挥发性的物质X,X既可吸引甲昆虫的天敌,也能驱赶乙昆虫。请回答:
(1)上述现象中,X分别在___之间进行传递。
(2)影响甲昆虫活动的信息有两大来源,分别是__和__。影响乙昆虫活动的信息种类是__。蜘蛛在蜘蛛网上捕食乙昆虫所利用的信息种类是_____。
(3)若在上述植物上施用人工合成的物质X,短期内该植物上甲昆虫天敌和乙昆虫天敌数量的变化是___。
参考答案(1)植物与甲昆虫的天敌 植物与乙昆虫(2)无机环境 生物 化学信息和物理信息 物理信息(3)甲昆虫天敌数量增加,乙昆虫天敌数量减少
例3下列关于生态系统信息传递特征的描述,正确的是( )。
A、生态系统的物理信息都来源于环境
B、植物都通过化学物质传递信息
C、信息沿食物链从低营养级向高营养级传递
D、信息可以调节生物种间关系
参考答案D
本题考查了生态系统信息传递的种类和作用,生态系统信息传递与生态系统的结构之间的关系。
例4大熊猫和华南虎都是我国的珍稀保护动物,它们体型相近,曾经同城分布,一度都有较大的种群数量。由于栖息地破坏导致它们的数量锐减,目前野生大熊猫仅有1600只左右,而华南虎在野外已基本绝迹。
(1)从生态系统能量流动的特点分析,大熊猫比华南虎存在生存优势的原因是_____。
(2)成年大熊猫经常用尿液和肛腺的分泌物在岩石或树干上进行标记,这种行为传递的信息类型属于_____。
(3)目前,野生大熊猫分布在六个彼此隔离的种群中,通过建立生态廊道沟通各种群,可以使种群间发生_____。
(4)建立自然保护区,改善栖息环境,以提高___,是提高大熊猫种群密度的根本措施。
参考答案(1)所处的营养级低,属于第二营养级(2)化学信息(3)基因交流(4)环境容纳量
本题以大熊猫与华南虎为例考查了生态系统的能量流动、信息传递,并与种群的特征等知识相联系来考查学生对生态学方面的综合应用能力。