中学生物实验设计并制作小生态瓶

实习4 设计并制作小生态瓶，观察生态系统的稳定性

【实习目的】

⑴初步学会设计并制作小生态瓶

⑵初步学会观察生态系统的稳定性

⑶进一步理解影响生态系统稳定性的各种因素

【实习原理】

小生态瓶模型都是完全封闭的，也就是说，在物质上，该模型与环境没有任何交换，在能量上，除去光线的照射之外，该模型也没有从环境中获得其他形式的能源。但是，只要控制好生态系统的食物链内的物质与能量的流动以及各营养级之间的数量关系，它就可以在一个很长的时期内保持平衡。这一点，生态系统的理论为此提供依据。

【注意事项】

⑴制造生态系统模型，模拟生态系统的方法，大致有以下步骤：

①确定模拟生态系统的种类

②调查该种生态系统的主要生物群落及其无机环境，了解它们的基本情况。

③从各成分中选典型的种群，确定它们的数量关系，务使它们互相连接成为一条或数条食物链。

④设计生态系统模型的方案。

⑤按照方案制作生态系统模型。

⑥在适当的时候，可以对其中的某些生物进行补充。

⑦等到移植到生态系统模型中的生物都成活，对生态系统进行封闭。

⑧封闭以后，生态系统内的生物数量会发生变化，最后趋于稳定。此时生态系统即达到平衡状态，该生态系统的模拟可以算作成功。

⑨如果生态系统中执行政策的（特别是生产者）迅速死亡，生态系统崩溃，我们应当检查总结失败原因，进行第二次设计与制作。

⑵设计一个人工模拟的微型生态系统（小生态瓶），可以模拟池塘生态系统，也可以模拟陆地生态系统。但作为湖泊生态系统是一种常见的生态系统，特别是它容易成功，所以，本次活动确定为模拟湖泊生态系统。

⑶制作的小生态瓶必须是透明且密封的。瓶内的各种生物之间及其无机环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动。

⑷由于该生态系统极为简单，自动调节能力极小，其生态平衡极易破坏，因此要注意温度光照等因素的影响。在春夏秋三季切勿受阳光趋向，以免瓶中温度过高导致生物死亡。

⑸应选择有较强生命力的生物，并计算好生物的不同物种之间量的关系，以免破坏食物链。 ⑹生态瓶不宜小不宜大，若模拟池塘生态系统不能将水装满。

⑺制作好的小生态瓶，应贴上标签，写上制作者的姓名、日期、模拟生态类型，放在散射光下，不要随意移动位置。

⑻本实验可设计多种对照。如水质、植物量、动物量、非生物物质成分、见光与否等。

【要点点拨】设计并制作小生态瓶，观察生态系统的稳定性

⑴小生态瓶中虽然成分齐全，生产者、消费者和分解者之间可以进行能量流动和物质循环。但是由于生态瓶中的生态系统极为简单，自动调节能力极小，所以抵抗力稳定性极小，生态系统的稳定性极易破坏。因此，生态瓶只能保持一定时间的活性。⑵外界的非生物因素极易影响生态瓶中的生物。因此要注意生态瓶中水温不能过高，以免藻类死亡，影响能量流动和物质循环，导致实验失败。

【反馈训练】

一．选择题

1．设计制作好的小生态瓶应放在（ ）

A．水中 B．阳光下 C．室内 D．有较强光的地方

答案：D

2．观察自我制作的小生态瓶包括（ ）

A．观察植物的生存状况 B．观察水质的变化情况

C．观察动物的生存状况 D．观察分解者的生存状况

答案：D

3．假定在一个能维持平衡的密闭生态瓶中，有一条鱼，一株草和一只田螺，如果把鱼去掉，下列情况最先发生的是（ ）

A．光合作用加快 B．水的酸性增加 C．植物会死掉 D．水中的氧气浓度增加

答案：D

二．非选择题

.4．回答下列问题

⑴制作的小生态瓶中应有____________、_____________、______________、_____________四种成分。

⑵制作好的小生态瓶口一定要密封是为了________________。

⑶在实验过程中应将小生态瓶放在__________地方，才能使其稳定性增高。

⑷制作小生态瓶时，采用无色透明的玻璃瓶的原因是①_________________________； ②___________________________。

⑸如果设计制作的小生态瓶是模拟淡水生态系统，小生态瓶中要留出一定的空间，其原因是_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________。

答案：⑴植物 以植物为食的动物 细菌或真菌 非生物物质 ⑵保证所观察的生态系统不受其他因素的影响 ⑶明亮的（或阳光可照到的），温度在15℃－25℃。

⑷①减少一些波长光的损失 ⑵便于观察 ⑸确保生态系统对非生物的物质――二氧化碳和氧气的需要，以保证小生态瓶中生态系统的稳定性。

5．某同学制作小生态缸时。首先在养鱼缸内加入了河泥充满了水，放养了一些水生植物与小鱼、蜗牛等动物。然后密封，放在有阳光的窗台上。经过一段时间鱼缸成了一个相对稳定的生态系统。请回答：

⑴维持这个生态系统所需要的能量来源于______________。

⑵缸内的氧气含量由__________________供给。

⑶养鱼缸中含有能量最多的生物是_____________。

⑷养鱼缸能成为一个相对稳定的生态系统的原因是_____________________________ _________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：⑴太阳光 ⑵水生植物光合作用 ⑶水生植物 ⑷它具有稳定的能量来源（太阳光），在阳光下，各种生物呼吸产生的二氧化碳被绿色植物用来进行光合作用，光合作用产生的有机物和氧气可供给动物利用，动物的排出物又可被水中和泥中的微生物分解，重新被植物利用，因此生物与环境间保持了物质循环的连续性。.

6．制作小生态瓶时，依据的生态学原理是，任何一个生态系统都必须具备一定的结构和功能，其结构包括两方面，一方面是______________；另一方面是___________，其功能主要是进行__________________和_________________。

答案：生态系统的成分 食物链和食物网 能量流动 物质循环

7．图示是一个密封的养鱼缸，它是一个自我平衡的生态系统。请分析养鱼缸在一定时间内能够保持生态系统稳定性的原因。

⑴该生态系统有稳定的____________________来源。

⑵各类生物数量__________________________。 图王月玲146页 ⑶植物的光合作用能为动物生活提供________________。

⑷动物生命活动过程中产生的____________________，能为植物提供______________。 ⑸微生物能利用和转化___________________，为植物生活提供____________________。 答案：⑴能量 ⑵相对稳定 ⑶物质和能量 ⑷二氧化碳 光合作用的碳元素来源 ⑸动植物的残体和遗体 可利用的营养物质。

8．请利用下列材料用具设计一个小生态瓶并回答有关问题。

材料用具：茨藻，绿藻，锥实螺，河水，沙子，玻璃瓶，凡士林。

⑴方法步骤：①____________________________②_________________________________③_________________________________④________________________________________

⑵回答有关问题：

①小生态瓶放置一段时间后，绿藻繁殖，瓶壁可见绿色。仔细观察时可以发现绿色部分时有减少，而瓶内茨藻叶有增无减。这一现象说明了：_______________________________ ②这个小生态瓶是一个完整的生态系统，因为它既有_________________________，又有___________________________________________

③这个小生态瓶又是一个简单的生态系统，这是因为它的____________________、____________________________。

④瓶中放入茨藻的主要目的是，让它进行_______________，提供________________。 ⑤将小生态瓶中的锥实螺去掉，下列情况最先发生的是（ ）

水中的氧的浓度增加B．水中的酸性增加 C．光合作用速度加快D．植物死亡

⑥半年以后观察发现，瓶中的植物、水质变黑，水混浊，锥实螺的螺壳发白。说明此时__________________________________。

答案：⑴方法步骤：①将玻璃瓶洗净，用开水烫一下瓶子和瓶盖；②往玻璃瓶中放入1cm厚的沙子，再注入河水（占瓶子容积的4/5）；③将一根新鲜茨藻、一点绿藻、一个小型锥实螺放入玻璃并中；④在瓶盖周围涂上凡士林，盖紧瓶盖，再在瓶口周围涂上一层凡士林； ⑤在制作好的小生态瓶上贴上标签，然后放在阳面窗台上 ⑵①茨 藻和绿藻间存在种间竞争，绿藻处于劣势 ②非生物的物质和能量 生产者、消费者和分解者 ③生物种类少 自动调节能力小 ④光合作用 氧气和有机物 ⑤A ⑥生态系统的稳定性已被破坏

9．如图是在茫茫宇宙中作长期飞行的宇宙飞船生态系统模式图，请根据图示回答下列问题： ⑴图中箭头表示宇航员与密封舱之间的物质和能量交换。请回答：

A表示_____________，它是通过______________产生的。

B表示_____________，它是通过______________产生的。

C表示_____________，它是通过______________产生的。 王月玲第147页图

⑵D向藻类植物提供_________，它是通过________产生的。

⑶宇宙飞船是密封船，必须从外界获取__________，同时将_______释放出去。

⑷为使宇宙飞船内的生态系统能够保持稳定性，作宇航员外，飞船内还必须有___________和_________________两类生物。

答案：⑴二氧化碳 宇航员呼吸作用 氧气 藻类光合作用 水生物（藻类和分解者）呼吸作用 ⑵无机盐和二氧化碳 分解者分解宇航员的排泄物 ⑶光能 热能

【补充资料】

1．本课题是用人工制造的小型生态系统模型，来模拟自然生态系统。这一点在理论上具有重大意义。为了更一般性地、更深入地了解和探索生态系统的本质，结构和功能，了解和探索生态系统的运动规律，通常采用对边界条件作严格控制的实验的方法来进行研究。但是，生态系统在空间上往往是一个非常庞大的体系，边界条件不容易控制。于是人们想到，制造一个小型的生态系统模型，用以模拟生态系统的运动。

⑴构造模型 这是人们进行科学研究的常用的一种方法。其本质是对研究对象进行模拟。模型通常都比实物更加简单，更便于理解和掌握。有时，模型便是研究的结论。 ⑵根据研究目的的不同，模型通常分为：

①构造模型 为了解释和说明研究对象的结构而设计或构造的模型。最常见的莫过于我们课本上的生物结构图了。在其他学科中，这也是常见的。例如，要了解一个机构的组织结构，所依照的结构框图就是结构模型，它的作用让我们清楚地了解机构的组织结构。 ②功能模型 为了解释和说明研究对象的功能特点而设计制造的模型。在初中的生理卫生教学中，人的眼睛有根据进光的多少和强弱，调节瞳孔大小的功能。为了更好地了解和更深入地理解这一现象，制造出一种模拟眼睛这一功能的模型。在高中生物学中，为了更好地理解细胞渗透吸水的过程和原理，可以制造一个以分液漏斗、半透膜和高渗溶液构成的渗透系统模型，用以模拟细胞的渗透吸水现象。

③数学模型 为更好地理解和反映研究对象的各种变量之间的数量关系和空间位置关系，有时还要构造数学模型。在生物学上，有名的数学模型有：纯生过程的种群数量模型（又名“马尔萨斯模型”），种群在有限环境中的增长模型（又名“逻辑斯谛模型”）。

④实体模型 这是与研究对象最接近的一种模型。本质上它是研究对象的小样本。通常它还必须具有简单、小型、易控制边界条件、易操作等特点。我们模拟渗透系统的模型，就是一种实体模型。

2．在实践上，目前已有用人造的各种小型生态系统来作为美化人们的居室的装饰。例如，热带珊瑚礁生态系统模型，儿童玩具生态球等，已投放市场，以满足人们回归自然的心理需要。这此生态系统模型都是完全封闭的，也就是说，在物质上，该模型与环境没有任何交换，在能量上，除去光线的照射之外，该模型也没有从环境中获得其他形式的能源。但是，它可以在一个很长的时期内保持平衡。这一点，验证了生态系统的理论。

3．学习制作生态系统模型。可以帮助我们更深刻地领会关于生态系统的科学概念，领会生态系统的食物链内的物质与能量的流动，领会各营养级之间的数量关系，提高我们学习生命科学的兴趣。