高中生物生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞人教版必修三

生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞一、信息：一般將可以傳播的消息、情報、指令、數(shù)據(jù)與信號等稱作信息。在自然界與日常生活中非常常見，是事物表現(xiàn)的一種普遍形式。生態(tài)系統(tǒng)中的信息是指生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)和能量在時間和空間上分布的不均勻性。二、生態(tài)系統(tǒng)中信息的類型及傳遞形式1、物理信息生態(tài)系統(tǒng)中的光、聲、顏色、溫度、濕度、磁力等，通過物理過程傳遞的信息，稱為物理信息。這些物理信息往往表達了吸引異性、種間識別、威嚇和警告等作用。比如，毒蜂身上的斑斕花紋、猛獸的吼叫都表達了警告、威嚇的意思。動物的眼、耳、皮膚，植物的葉、芽以及細胞中的特殊物質(zhì)（光敏色素等），可以感受到多樣化的物理信息。物理信息的來源可以是無機環(huán)境，也可以是生物?！肮饷羯乜梢愿惺芪锢硇畔ⅰ辈⒉皇钦f光敏色素是物理信息，它仍然屬于化學信息，因為光敏色素是指具有光射時吸收光譜能發(fā)生可逆變化性質(zhì)的一種蛋白色素（光敏色素的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)）。除菌類外，所有植物均存在，能感受環(huán)境的光射條件從而調(diào)節(jié)生物體的各種功能。2、化學信息（1）化學信息：生物在生命活動過程中，產(chǎn)生的一些可以傳遞信息的化學物質(zhì)。生物在生命活動過程中，還產(chǎn)生一些可以傳遞信息的化學物質(zhì)，如植物的生物堿，有機酸等代謝產(chǎn)物，以及動物的性外激素等，就是化學信息。昆蟲、魚類以及哺乳類等生物體中都存在能傳遞信息的化學物質(zhì)——信息素。（2）傳遞形式：信息素廣義上：生物在其代謝過程中會分泌出一些物質(zhì)，如酶、維生素、生長素、抗生素、性外激素（包括性引誘劑等）、尿液、糞便等，經(jīng)外分泌或揮發(fā)作用散發(fā)出來，被其他生物所接受而傳遞。狹義上：昆蟲由體表的腺體分泌到體外的一類揮發(fā)性的化學物質(zhì)，借空氣或水等傳播，對同種的另一個體或異性個體引起較大生理反應。由于這類化學物質(zhì)起著在個體之間傳遞化學信息的作用，故稱為信息素或“外激素”。如“性信息素”（或“性外激素”）能引誘異性個體前來交尾。此外，還有結(jié)集信息素、告警信息素和追蹤信息素等。比如螞蟻分泌出的尾跡素可以告訴其它的螞蟻一些信息；蜜蜂可以釋放出示蹤信息素召喚同伴攻擊敵人。3、行為信息（1）行為信息：是指某些動物通過某些特殊的行為方式，在同種或異種生物間傳遞的某種信息，即生物的行為特征可以體現(xiàn)為行為信息。（2）傳遞形式：植物或動物的異常表現(xiàn)及行為。例如蜜蜂發(fā)現(xiàn)蜜源時，就有舞蹈動作來表示，以“告訴”其他蜜蜂花源的方向、距離?？兹搁_屏等。4、營養(yǎng)信息營養(yǎng)信息是指通過營養(yǎng)交換所傳遞的信息。食物和養(yǎng)分的供應情況也是一種信息。如老鷹以田鼠為食，田鼠多的地方能夠吸引饑餓的老鷹前來捕食。三、信息傳遞的作用1、信息傳遞在生態(tài)系統(tǒng)中的作用：（1）生命活動的正常進行，離不開信息的作用；（2）生物種群的繁衍，也離不開信息的傳遞；（3）信息還能夠調(diào)節(jié)生物的種間關系，以維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。2、信息傳遞在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用：①提高農(nóng)產(chǎn)品和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量；②對有害動物進行控制。四、信息傳遞、能量流動和物質(zhì)循環(huán)三者的關系信息傳遞、能量流動和物質(zhì)循環(huán)都是生態(tài)系統(tǒng)各組分必不可少的一部分，使生態(tài)系統(tǒng)形成一個有機的整體，同時信息傳遞是長期的生物進化的結(jié)果，具有調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。任何一個生態(tài)系統(tǒng)都具有能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞，這三者是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能。在生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動是生態(tài)系統(tǒng)的動力，物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的基礎，而信息傳遞則決定著能量流動和物質(zhì)循環(huán)的方向和狀態(tài)。在生態(tài)系統(tǒng)中，種群和種群之間、種群內(nèi)部個體與個體之間，甚至生物和環(huán)境之間都有信息傳遞。“生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞”一節(jié)教學參考資料“生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞”是人教版普通高中課程標準實驗教科書生物必修3第5章第4節(jié)的內(nèi)容，與老教材相比是新增加的部分。本節(jié)內(nèi)容教材僅作簡要的敘述和舉例，對于學生來說并不難理解，但能力要求并不低。要想讓本節(jié)教與學真正互動起來，最大限度地激發(fā)學生的學習興趣和求知欲，教師在課前必須花費許多寶貴時間，查閱大量資料，提煉生動活潑的實例展示給學生。下面是筆者收集整理的一些不同于教材和教參的實例，供同行們在教學設計時參考。1生態(tài)系統(tǒng)中信息的種類1．1物理信息實例物理信息是指生態(tài)系統(tǒng)中的光、聲、電、磁、溫度和濕度、顏色等，通過物理過程傳遞的信息，因此，陽春桃李盛開，盛夏嬌荷滿池，晚秋百菊爭艷，嚴冬紅梅斗寒作為物理信息的實例就不難理解了。中國是個詩的國度。誦讀古詩文不僅可以提高人們的表達能力，還能豐富人們的生活，陶冶人的情操，堅定人生的信念，更能弘揚民族精神。擇其隱含物理信息的膾炙人口之作，描影繪聲，酣暢淋漓，可彈奏出優(yōu)美的課堂教學旋律。如，張九齡的《感遇》“蘭葉春葳蕤，桂華秋皎潔。欣欣此生意，自爾為佳節(jié)?！辟R知章的《詠柳》“不知細葉誰裁出？二月春風似剪刀?！蓖醢彩摹恫创现蕖贰按猴L又綠江南岸，明月何時照我還？”范成大的《四時田園雜興》“梅子金黃杏子肥，麥花雪白菜花稀。”蘇軾的《惠崇〈春江曉景〉》“竹外桃花三兩枝，春江水暖鴨先知?！卑拙右椎摹洞罅炙绿一ā贰叭碎g四月芳菲盡，山寺桃花始盛開”；《賦得古原草送別》“離離原上草，一歲一枯榮”；《長恨歌》“行宮見月傷心色，夜雨聞鈴腸斷聲。西宮南內(nèi)多秋草，落葉滿階紅不掃?！睆堉竞偷摹稘O歌子》“西塞山前白鷺飛，桃花流水鱖魚肥。”杜牧的《秋夕》“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇拍流螢?！蓖踔疁o的《涼州詞》“羌笛何須怨楊柳，春風不度玉門關。”李白的《長干行》“苔深不能掃，落葉秋風早。八月蝴蝶黃，雙飛西園草?！壁w師秀的《約客》“黃梅時節(jié)家家雨，青草池塘處處蛙?！毙翖壖驳摹段鹘?夜行黃沙道中》“稻花香里說豐年，聽取蛙聲一片?！碧K麟的“近水樓臺先得月，向陽花木易為春?！薄参锵駝游镆粯右矔\動。隨著夜幕降臨，酢醬草、合歡、落花生、羊角豆等植物的小葉會合攏“睡大覺”；第二天早晨的第一縷陽光讓它們再伸展枝葉。郁金香和睡蓮的花瓣在夕陽西下之際也會閉攏進入“夢鄉(xiāng)”，待到旭日東升之時再從酣睡中清醒過來，漫漫展示它們美麗的花容；而夜來香、晚香玉和月見草的花則正好相反。植物之所以對光暗有反應，是因為光敏色素起作用，這種晝夜有內(nèi)在節(jié)奏的變化是由生物鐘控制的。加拿大渥太華大學生物學博士瓦因勃格每天對萵苣做10分鐘超聲波處理，結(jié)果其長勢明顯比未受處理的萵苣要長得“帥”。美國路易斯安那州的學者史密斯對大豆播放“藍色狂想曲”音樂，20天后受音樂“熏陶”的大豆苗重量高出未聽音樂的1/4。蟲鳴魚喋，鳥囀雞唱，猿啼獅吼，虎嘯狼嚎……動物借助這些五花八門的聲信息，向人們表達它們的喜怒哀樂。動物在不同時期發(fā)出的聲信息各不相同，其中繁殖時傳遞的是“情歌”。古巴牛蛙的情歌像公牛的吼叫，美國的一種癩蛤蟆的情歌就像是為男低音伴奏的笛聲，還有一種雨蛙的情歌則很像貓迷的呼嚕聲。古代詩歌中也有許多對鳥鳴的生動描述，如“兩個黃鸝鳴翠柳”，“自在嬌鶯恰恰啼”，“鶯啼燕語報豐年”，“陰陰夏木囀黃鸝”等等。在1976年7月28日唐山大地震之前，唐山地區(qū)和天津郊區(qū)發(fā)現(xiàn)竹子大面積開花、柳樹枝梢枯死等異?，F(xiàn)象。日本東京女子大學的學者鳥山教授用高靈敏度的電位記錄儀對合歡樹進行生物電位測定，并認真分析了幾年來記錄的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)合歡樹能感覺火山活動和地震前伴隨而來的物理信息，其中包括地球內(nèi)部溫度、地下水、地球電位、地球磁場的變化，從而導致植物也產(chǎn)生各種相應的奇特變化。動物的視覺和人類的視覺不同，有些動物幾乎是單色的。蚊子偏愛暗黑色，愛棲息在陰暗的水溝和不見光的角落，所以，蚊子喜歡叮穿黑衣服的人。黃色對蜜蜂有特殊的吸引力，暮春三月，田野上的大片油菜是蜜蜂采蜜流連的場所。宋代楊萬里的《宿新市徐公店》有佳句云：“兒童急走追黃蝶，飛入菜花無處尋。”蝴蝶還是唯一能夠辨別紅色的昆蟲，山野上有許多植物的花朵都具有紅色或絳紅色的色彩，所以傳授這些植物花粉的不是蜜蜂，而是彩蝶。還有些動物對某些顏色特別忌諱和恐懼。牛特討厭紅色，因此西班牙斗牛士總是用紅布激怒公牛；大海里的鯊魚特懼怕黃色，為此輪船上的救生圈和救生衣常常涂上黃色，借以驅(qū)趕鯊魚，保證落水者的生命安全；危害蔬菜生長的蚜蟲特害怕銀灰色，所以蔬菜園里蓋上銀灰色的塑料薄膜可以減少蟲害，提高產(chǎn)量；蒼蠅特厭惡淡青色，因而家庭紗窗使用這種顏色有利于防蠅；跳蚤特懼怕白色，如果使用白色的床單則具有抑制和驅(qū)趕的功能；狼對白光很不適應，我國北方一些狼群經(jīng)常出沒的村莊和牧區(qū)，居民們常常在自家的墻壁上畫上白圈圈，以驅(qū)狼避禍。1．2化學信息實例生長在南美洲熱帶森林里的馬勃菌，如果人不小心碰著它，它就會像炸彈一樣爆炸，冒出一股濃煙，使人和其他高等脊椎動物咳嗽、流淚、奇癢，從而保護了自己。據(jù)說，當?shù)赜〉诎踩撕茉缇屠么司鳌按邷I彈”抵抗敢來侵犯的敵人。在美國南部干燥平原上有一種專橫跋扈的山艾樹，在其生長的地盤內(nèi)“不許可”任何外來植物的生存。有些學者曾人為地在其地盤內(nèi)種植一些雜草，就連這些小草都不能與它共存。后來美國的植物學家鮑德恩發(fā)現(xiàn)是因為山艾樹能分泌一種置其它植物于死地的化學物質(zhì)。獵豹、犬科和貓科動物有著高度特化的尿標志的信息，它們總是仔細觀察前獸留下的痕跡，并由此傳達時間信息，避免與棲居在此的對手遭遇；還能夠識別同類雌性尿中的化學信息，決不放過求愛的機會；更能夠判定自己的尿味，以防迷路而有家難歸。在昆蟲界，蛾家族中的許多雌性居民采用釋放性外激素來引誘雄性昆蟲，這不足為奇。而犀牛在求偶時，雄犀牛會釋放出麝香味，雌犀牛聞到后即刻如癡如醉，飄飄然主動投入到情侶的懷抱。人們總認為老鼠怕貓，其實，不能一概而論。有一種非洲鼠，與一般的家鼠樣子差不多，只是嘴巴堅硬，一但被貓追逐時，它的絕招就是立即釋放出一股很濃烈的類似化學毒氣的臭味。貓聞到后，就會全身發(fā)抖，癱瘓在地，不能動彈。于是老鼠就跳上去咬斷貓的喉管，吸取貓血，最后把死貓拖到洞中撕食。1．3行為信息實例美國西部有一種奇異的植物，秋天干枯以后，就卷成一個圓球，風一吹動，它就在空中旋轉(zhuǎn)或在地下打滾，一邊滾，一邊就把種子撒播出去，讓種子明年在新的地方發(fā)芽、生長、傳種接代。一些鳥類當捕食者接近鳥巢和幼鳥時，佯裝受到重傷以吸引捕食者追擊自己而引開敵人。白蟻的巢穴如若被打開，工蟻和幼蟲都向內(nèi)移動，兵蟻則向外集結(jié)以圍堵缺口，表現(xiàn)了視死如歸的保衛(wèi)群體的利他行為。蜜蜂跳舞的含義大家都很熟悉。其實，每個國家的蜜蜂舞蹈語言并不一樣。按地理分，蜜蜂有非洲蜂、歐洲蜂和亞洲蜂三大類，地區(qū)不同，蜂的舞蹈語言也有區(qū)別。意大利蜂除了跳圓圈舞外，還跳鐮形舞，其舞蹈路線象彎曲的鐮刀；斯里蘭卡無刺蜂的舞蹈信號很簡單，偵察蜂在巢壁上亂跑亂跳亂蹦一陣土風舞蹈以引起蜂群騷動，然后帶領同伴一鼓作氣蜂擁而出去采蜜，其舞姿不是優(yōu)美的而是相當粗獷的。你可知道龍蝦和鴕鳥也會跳舞。雄龍蝦見到蛻皮發(fā)育成熟的雌龍蝦，變得非常溫柔可親，抖動長長的觸須，跳起“京劇舞”。鴕鳥樣子在平時給人的感覺可笨了，但一見到配偶時，會即興跳起“鴕鳥舞”，你看它忽前忽后，忽左忽右，忽疾忽緩，不斷變換姿式，雖談不上和諧優(yōu)美，卻也熱烈奔放，輕快敏捷以博得對方的好感。為了博得對方的好感，鳥類動物常常送點“彩禮”作為定情之物。雄海鷗送幾條小魚，雌海鷗吃下后就表示同意與夫君比翼齊飛。歐洲的一種白頭翁則十分浪漫，雄鳥從運方歸來時要帶上當?shù)氐囊恢︴r花獻給“未婚妻”以表示非你不娶、忠貞不二。有些鳥的定情之物則更為簡單，就地取材即可表達愛慕之心。大鷴鳥用一根蘆葦就能雙雙搞定；南極企鵝用一塊普通的卵石就能兩下情投意合步入洞房；綠頭鴨公鴨僅獻上一根水草甭想打動對方的心，往往還要做出一連串的高難度“芭蕾舞”動作才能宣告“單身漢”生活從此結(jié)束。課本中介紹了“孔雀開屏”是求偶炫耀，目的是吸引對方的注意。其實，當動物的情場上如果出現(xiàn)第三者，它們也會炫耀武力，警告對方，好象在說，這是我的愛情領地，滾一邊去，否則要你好看。當然，挑戰(zhàn)者毫不示弱，一場大戰(zhàn)不可避免了。如，北美洲海豹的爭斗場面頗為激烈和壯觀，為了爭奪情侶，兩雄相遇誓不兩立，經(jīng)常進行鏖戰(zhàn)，從水里打到水上，抓咬滾爬，無所不用，全然不顧在情侶面前的瀟灑形象。2信息傳遞在生態(tài)系統(tǒng)中的作用2．1對生物體生命活動的正常進行具有重要意義在自然條件下，冬小麥和冬黑麥是在頭一年秋季萌發(fā)，以營養(yǎng)體過冬，第二年夏初開花結(jié)實。春季種植冬小麥或冬黑麥，將只長苗不開花。春季種植已經(jīng)用0∽5℃的低溫處理40∽50天的萌發(fā)的冬小麥或冬黑麥種子，夏初就可以抽穗開花結(jié)實。這說明低溫信息是冬小麥和冬黑麥正常抽穗開花結(jié)實的必要條件。一般說來，短日照促使短日植物多開雌花，促使長日植物多開雄花；長日照促使長日植物多開雌花，促使短日植物多開雄花。短日照將使玉米雄花序上形成雌花，在雄花序的中央穗狀花序發(fā)育成為一個小的但發(fā)育很好的雌穗（缺少包在穗外面的苞葉）。菠菜是一種雌雄異株的長日照植物，但如果在誘導的長日照后緊接著的是短日照，在雌株上可以形成雄花。這些實例說明光信息對花內(nèi)雌雄器官的正常分化和性別的正常分化具有顯著的影響。2．2對種群的繁衍具有重要意義生長在澳大利亞的花柱草植物，其雄蕊跟心皮相互融合成一個異乎尋常的“觸發(fā)器”，形狀像一個招呼人的手指掛在花的外邊，當它受到昆蟲觸摸時，能在0.01秒時間內(nèi)突然移動180度以上，這樣就能使來此光顧的昆蟲被花粉粘滿全身，成為授粉的使者。1980年，美國的昆蟲學家研究表明，蜂身上帶有正電荷，花粉則帶有負電荷，可以相互吸住。2．3調(diào)節(jié)生物的種間關系，維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定舞毒蛾是一種極難撲滅的森林害蟲，以橡樹葉為食，大面積蟲害人類難以防治。1981年，美國東北部的大片橡樹林在一周內(nèi)被舞毒蛾幼蟲啃個精光?？墒?，到了1982年，當?shù)氐奈瓒径晖蝗讳N聲匿跡，而橡樹卻郁郁蔥蔥，生機盎然。后來科學家研究發(fā)現(xiàn)：橡樹葉子在受到舞毒蛾幼蟲啃食之后，新葉子中會產(chǎn)生一種能與害蟲胃里的蛋白質(zhì)發(fā)生結(jié)合的單寧酸；當害蟲再次捕食幼葉時，舞毒蛾幼蟲會因消化不良而“餓死”。牛羚和斑馬都是食草動物，按理說它們因食物競爭而矛盾不斷，甚至大打出手才對，可是它們總是和睦相處、形影不離?？茖W家實地考察發(fā)現(xiàn)，斑馬對氣壓極為敏感，能預測風水，有雨水就有茂盛的青草，牛羚只要跟著斑馬覓食便“衣食無憂”了；牛羚的警惕性很強，每次覓食時總會有四頭牛羚站在高處警戒守望，它們尾巴靠在一起、頭分別朝四個方向觀察動靜，一有“風吹草動”，牛羚和斑馬便會群體消失、逃之夭夭。利用植物可以通過化學信息來完成種間的競爭，也可以通過化學信息來調(diào)節(jié)種群的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點，將能夠“和平共處”、“相親相愛”的植物一起種植，維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。如果將相互影響的植物一起種植，它們往往是冤家對頭，“八字相克”，搞得不是一方受害，就是兩敗俱傷。例如，大蒜和棉花、大白菜等間行種植，大蒜所揮發(fā)出來的大蒜素，既能殺菌，又能趕走害蟲。所以，大蒜和棉花、大白菜等植物能“平平安安”過一生。如果把蓖麻和薺菜種在一起，雖然前者要比后者粗壯許多，但前者下部的葉子會大量枯黃而逐漸死去。如果番茄和黃瓜生活在同一個“房子”里，如果甘藍和芹菜間行種植，它們就會彼此天天賭氣，不好好的生長，因而導致減產(chǎn)。3信息傳遞在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用3．1提高農(nóng)產(chǎn)品或畜產(chǎn)品的產(chǎn)量如果韭菜和甘藍間行種植，就能使甘藍的根腐病減輕。這是由于韭菜能產(chǎn)生一種濃烈的特殊的怪味，能驅(qū)蟲殺菌。如果在葡萄園種甘藍，葡萄的生長就會受到抑制。在森林里，如果櫟樹和榆樹碰到一起，那么你會發(fā)現(xiàn)櫟樹的枝條會背向榆樹彎曲生長，力求遠避這個“壞鄰