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高一~高中二年级 (15-17岁)

高中生物 物质循环与生态系稳定

能量从太阳进入、以热的形式离开，单向流动；而碳、氮等物质在生物与环境之间循环往复。 氮是合成蛋白质和核酸必不可少的元素，但占空气近 80% 的 N₂ 非常稳定，大多数生物不能直接利用。 所以要由细菌或闪电把 N₂ 固定下来，硝化细菌把它变成硝酸根离子供植物吸收，再由反硝化细菌把它还原成 N₂，氮就这样循环一周。 图中可以看到，在大气、土壤和生物之间往来的每一个箭头上，是哪个过程在搬运氮。

能量流动，物质循环

♻️ 把两者区分开
①能量从太阳传给生产者再传给消费者，每一级都以热的形式散失，不能再被利用
②碳、氮等物质在生物体与大气、土壤、水之间不断往来
③所以生态系统需要持续从太阳获得能量，而物质却是同样的原子被反复利用

氮循环

🌱 氮怎样来到生物体内
①氮是蛋白质和核酸（DNA、RNA）的组成成分
②大气中的 N₂ 由两个氮原子以三键相连，非常稳定，大多数生物不能直接利用
③要靠根瘤菌等固氮细菌把 N₂ 变成铵根离子，或由闪电生成硝酸根离子，植物才能吸收
④动物通过取食植物获得氮，生物遗体和排遗物中的氮由分解者重新变成铵根离子

氮循环的四个过程

氮循环

搬运氮的四个过程

能量流动与物质循环

能量 vs 物质

流动方向不同
项目能量物质（碳、氮）
方向单向（太阳 → 热）循环（生物 ↔ 环境）
能否再用不能：必须持续从太阳获得能：同样的原子反复利用
最终去向变成热离开生态系统回到大气、土壤和水中

从概念到题目

例题 1：辨认氮循环的过程
土壤中的硝酸根离子（NO₃⁻）变成大气中的氮气（N₂）并散发到空气中。这个过程叫什么？由什么生物完成？
1
找出硝酸根离子变回大气中氮气的过程。
NO3- → N2
2
这个过程是反硝化作用，由反硝化细菌完成。
▸ 反硝化作用，由反硝化细菌完成
它和固氮作用（N₂ → NH₄⁺）的方向正好相反。图中固氮的箭头从大气向下指向土壤，反硝化的箭头从土壤向上指向大气。固氮把氮带入生物界，反硝化把氮送回大气。

总结

氮循环的过程
N2 →(固定)→ NH4+ →(硝化)→ NO3- →(同化)→ 蛋白质, NO3- →(反硝化)→ N2
固氮、硝化、反硝化由细菌完成，同化由植物完成
生态平衡
食物网越复杂，生态系统越稳定
生态平衡是生物的种类、数量和物质的量保持相对稳定的状态；较小的干扰可以通过取食关系自行恢复
韩国高考生命科学Ⅰ类题改编
图表示生态系统中氮循环的一部分。㉠为大气中的 N₂ → NH₄⁺，㉡为 NH₄⁺、NO₃⁻ → 植物蛋白质，㉢为 NO₃⁻ → 大气中的 N₂。下列说法正确的是哪一项？
①㉠是反硝化作用，由植物直接完成。
②㉡是氮同化，植物吸收无机氮合成有机物。
③㉢发生后，土壤中的氮会增加。
④三个过程都不需要细菌参与。
⑤㉠是光合作用的一部分。
▸ ② ㉡是氮同化，植物吸收无机氮合成有机物。
1
㉠（N₂ → NH₄⁺）是固氮作用，由根瘤菌等细菌完成；不是植物直接完成，也与光合作用无关，所以①、④、⑤错误。
2
㉡是植物吸收 NH₄⁺ 和 NO₃⁻ 合成蛋白质的氮同化，所以②正确。
3
㉢（NO₃⁻ → N₂）是反硝化作用，土壤中的氮散失到大气中，土壤中的氮减少，所以③也错误。
🎯 考试要点
①能量单向流动、不循环，物质则循环
②氮循环依次是固氮（N₂ → NH₄⁺）、硝化（NH₄⁺ → NO₃⁻）、同化（植物吸收后合成蛋白质）和反硝化（NO₃⁻ → N₂）
③固氮由根瘤菌等细菌和闪电完成，反硝化由反硝化细菌完成
④碳通过光合作用从大气进入生物，又通过呼吸作用和燃烧回到大气
⑤食物网越复杂，生态系统越稳定，较小的干扰能自行恢复
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