生態(tài)工程(30分鐘100分)1.(10分)回答下列與生態(tài)工程有關的問題：(1)與傳統(tǒng)的工程相比，生態(tài)工程具有少消耗、多效益、_等特點。(2)生態(tài)工程所遵循的基本原理有物質循環(huán)再生、協(xié)調與平衡、_、物種多樣性等原理。人畜糞便用于農作物的生產主要符合_原理；連年種植單一品種造成病蟲害增加主要違反了_原理。(3)“豬沼果”是我國一種常見的生態(tài)農業(yè)模式，以沼氣為紐帶，帶動畜牧業(yè)、林果業(yè)等相關農業(yè)產業(yè)共同發(fā)展。該生態(tài)農業(yè)中的所有生物共同組成了_(填“生態(tài)系統(tǒng)”“群落”或“種群”)；該生態(tài)農業(yè)模式能實現(xiàn)能量的_?！窘馕觥?1)與傳統(tǒng)的工程相比，生態(tài)工程是一類少消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系。(2)生態(tài)工程所遵循的基本原理有整體性原理、協(xié)調與平衡原理、物質循環(huán)再生原理和物種多樣性原理等。(3)群落是同一時間內聚集在一定區(qū)域中各種生物的集合。該生態(tài)農業(yè)模式實現(xiàn)了能量的多級利用，提高了能量的利用率。答案：(1)可持續(xù)(2)整體性物質循環(huán)再生物種多樣性(3)群落多級利用【易錯提醒】能量利用率能量傳遞效率(1)能量利用率：流向人類的能量占輸入生態(tài)系統(tǒng)能量的比例。通過延長食物鏈或其他農業(yè)生產技術，可以提高能量利用率。(2)能量傳遞效率：兩個營養(yǎng)級之間同化能量的比值，一般為10%20%，不會隨食物鏈延長而增加。2.(10分) “蓮藕生態(tài)養(yǎng)魚”是種養(yǎng)復合生態(tài)型的農業(yè)新模式，請回答：(1)荷花的花色有粉色和白色，體現(xiàn)了_多樣性；荷葉有的挺水有的浮水，錯落有致，這種現(xiàn)象_(填“屬于”或“不屬于”)群落的分層現(xiàn)象。(2)在相同環(huán)境及養(yǎng)殖條件下，若將池塘中主要魚種由草食性魚更換為肉食性魚，則魚類產量將_(填“增加”“不變”或“降低”)，原因是_。(3)為了獲得更大的收益，會清除池塘中各種野生植物，擴大蓮藕的種植面積，則該池塘生態(tài)系統(tǒng)的凈化能力會_(填“增強”或“減弱”)，主要原因是_。(4)該生態(tài)農業(yè)模式遵循的生態(tài)學基本原理包括_(至少寫出兩項)。【解析】(1)生物多樣性包括物種多樣性、基因多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性。荷花的花色有粉色和白色，是同一種生物同一性狀的不同表現(xiàn)類型，體現(xiàn)了基因多樣性；群落是由不同的種群組成的，而荷花屬于一個種群的生物，因此荷葉有的挺水有的浮水，錯落有致，這種現(xiàn)象不屬于群落的分層現(xiàn)象。(2)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是單向流動、逐級遞減的，因此若相同條件下將池塘中主要魚種由草食性魚更換為肉食性魚，而肉食性魚所處營養(yǎng)級高，獲得能量少，最終導致池塘中魚的產量下降。(3)根據(jù)題意分析，清除池塘中各種野生植物后導致池塘生態(tài)系統(tǒng)的組成成分減少，則自我調節(jié)能力減弱，進而該池塘生態(tài)系統(tǒng)的凈化能力減弱。(4)“蓮藕生態(tài)養(yǎng)魚”是種養(yǎng)復合生態(tài)型的農業(yè)新模式，其遵循的生態(tài)學基本原理包括物種多樣性原理、系統(tǒng)整體性原理和物質循環(huán)再生原理。答案：(1)基因不屬于(2)降低能量流動逐級遞減，肉食性魚所處營養(yǎng)級高，獲得能量少(3)減弱生態(tài)系統(tǒng)的組成成分減少，自我調節(jié)能力(或抵抗力穩(wěn)定性)減弱(4)物種多樣性原理、系統(tǒng)整體性原理和物質循環(huán)再生原理3.(10分)(2019馬鞍山模擬)馬鞍山南山鐵礦的凹山采礦場是華東第一大露天礦坑。2017年年底閉坑，停止開采。這個功勛礦區(qū)將華麗轉身成為生態(tài)樂園，生態(tài)修復的總體方案正在規(guī)劃設計中。請回答下列問題：(1)實施生態(tài)工程時，需要考慮到礦工安置、市政建設、產業(yè)轉型等問題，遵循了生態(tài)工程的_原理。在應用植物修復技術治理重金屬污染的土壤時，需選擇符合要求的植物，遵循了生態(tài)工程的_原理。(2)廢礦區(qū)的鋅、銅等金屬離子含量較高，一般植物無法正常生長。為降低鋅的含量，科研人員將酵母菌的鋅轉運子基因導入擬南芥中，增強了擬南芥對鋅的耐受性和吸收能力，這說明基因工程實現(xiàn)了_。擬南芥為雙子葉植物，將重組質粒導入其細胞中常用的方法是_。(3)生態(tài)樂園的建設需要引入一些景觀植物，其中重瓣榆葉梅是一種觀賞價值較高的園林樹種，但由于其雌蕊退化，一般很難用種子繁殖?？蒲腥藛T用微型繁殖技術可在短時間內獲得大量苗木。微型繁殖技術的原理是_，接種前需要對外植體消毒、對培養(yǎng)基滅菌的原因是_(答出兩點即可)。外植體通過_過程形成胚狀體或叢芽，誘導出試管苗，然后將試管苗移栽到大田，再培養(yǎng)成正常植株?！窘馕觥?1)實施生態(tài)工程時，不但要考慮到自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，更重要的是，還要考慮到經濟和社會等系統(tǒng)的影響力，如需要考慮到礦工安置、市政建設、產業(yè)轉型等問題，這是遵循生態(tài)工程的整體性原理的具體體現(xiàn)。在應用植物修復技術治理重金屬污染的土壤時，需選擇符合要求的植物，即處理好生物與環(huán)境的協(xié)調與平衡，這體現(xiàn)了生態(tài)工程的協(xié)調與平衡原理。(2)借助基因工程“將酵母菌的鋅轉運子基因導入擬南芥中”，增強了擬南芥對鋅的耐受性和吸收能力，這說明基因工程實現(xiàn)了定向改變生物的遺傳性狀(克服遠緣雜交不親和的障礙或不同物種間的基因交流)。擬南芥為雙子葉植物，將重組質粒導入雙子葉植物細胞中常用農桿菌轉化法。(3)微型繁殖技術是指快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術，其原理是植物細胞具有全能性。為了防止微生物與植物細胞競爭營養(yǎng)、釋放有毒物質危害植物細胞，接種前需要對外植體消毒、對培養(yǎng)基滅菌。外植體(離體的植物器官、組織或細胞)通過脫分化和再分化過程形成胚狀體或叢芽。答案：(1)整體性協(xié)調與平衡(2)克服遠緣雜交不親和的障礙(或不同物種間的基因交流或定向改變生物性狀)農桿菌轉化法(3)植物細胞具有全能性防止微生物與植物細胞競爭營養(yǎng)、釋放有毒物質危害植物細胞脫分化和再分化【知識總結】六大生態(tài)工程實例中的“關鍵點”歸納(1)農村綜合發(fā)展型生態(tài)工程：核心是沼氣工程，優(yōu)點是開發(fā)可更新資源，減少環(huán)境污染。(2)小流域綜合治理生態(tài)工程：“綜合”表現(xiàn)在同時考慮到生態(tài)效益和經濟效益，不同氣候帶、不同自然條件和不同經濟發(fā)展水平的地區(qū)，各具特色。(3)大區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復工程：考慮樹種生態(tài)適應性問題，種植適宜品種；考慮樹種多樣性，保證防護林體系穩(wěn)定性。(4)濕地生態(tài)恢復工程：主要措施：退耕還湖。主要困難：解決遷出湖區(qū)居民的生計問題。(5)礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復工程：種植耐旱的灌木、草和樹；確定合理載牧量；改良表土。(6)城市環(huán)境生態(tài)工程：解決大氣污染措施：禁止使用有鉛汽油。水污染：減少或禁止污水排放，進行污水凈化。4.(10分)(2018南充模擬)家蠶細胞具有高效表達外源基因的能力。將人干擾素基因導入家蠶細胞并大規(guī)模培養(yǎng)，可以提取干擾素用于制藥。(1)進行轉基因操作前，需用_酶短時處理幼蠶組織，以便獲得單個細胞。(2)為使干擾素基因在家蠶細胞中高效表達，需要把來自cDNA文庫的干擾素基因片段正確插入表達載體的_和_之間。(3)若要將基因表達載體導入家蠶細胞，可采用_法。若要檢測干擾素基因在家蠶細胞中是否表達，可以采用的方法有_。(4)培養(yǎng)家蠶細胞時，貼壁生長的細胞會產生接觸抑制。通常將多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反應器中，這樣可以_，增加培養(yǎng)的細胞數(shù)量，也有利于空氣交換。(5)“?；~塘”生態(tài)系統(tǒng)能充分利用廢棄物中的能量，形成“無廢棄物農業(yè)”，這主要是遵循生態(tài)工程的_原理；同時，通過飼養(yǎng)家禽、家畜，栽培食用菌，提高農民經濟收入，使保護環(huán)境和發(fā)展經濟相互協(xié)調，這又體現(xiàn)了生態(tài)工程的_原理?！窘馕觥?1)動物細胞培養(yǎng)時，需要用胰蛋白酶(或膠原蛋白酶)處理動物組織，以便獲得單個細胞。(2)基因表達載體的組成成分包括目的基因、標記基因、啟動子和終止子。為使干擾素基因在家蠶細胞中高效表達，需要把來自cDNA文庫的干擾素基因片段正確插入表達載體中的啟動子與終止子之間。(3)將基因表達載體(或目的基因)導入家蠶等動物細胞常用顯微注射法；干擾素基因在家蠶細胞中表達的產物本質上是一種蛋白質，可以利用抗原-抗體雜交技術進行檢測。(4)培養(yǎng)家蠶細胞時，貼壁生長的細胞會產生接觸抑制。通常將多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反應器中，這樣可以增大細胞貼壁生長的附著面積，增加培養(yǎng)的細胞數(shù)量，也有利于空氣交換。(5) “無廢棄物農業(yè)”主要遵循了生態(tài)工程的物質循環(huán)再生原理；通過飼養(yǎng)家禽、家畜，栽培食用菌，提高農民經濟收入，使保護環(huán)境和發(fā)展經濟相互協(xié)調，充分考慮了自然、經濟和社會三方面，體現(xiàn)了生態(tài)工程的整體性原理。答案：(1)胰蛋白(或膠原蛋白)(2)啟動子終止子(3)顯微注射抗原-抗體雜交技術(4)增大細胞貼壁生長的附著面積(5)物質循環(huán)再生整體性5.(15分)如圖為某市玉米生態(tài)工程設計圖。據(jù)圖回答下列問題：(1)與傳統(tǒng)工程相比，生態(tài)工程是一類_、_、_的工程體系。(2)將玉米粉通過微生物發(fā)酵生產酒精，在這個過程中，微生物通過_呼吸將有機物分解；提取酒精后的酒糟廢液可以在提取酒糟后排放到水池中養(yǎng)魚，酒糟和玉米粕用來養(yǎng)豬，這體現(xiàn)了_原理。(3)該生態(tài)工程在原來單作玉米(玉米螟泛濫)的基礎上，將玉米和大豆間作，并引入了食蟲鳥，這主要遵循了_原理，可以提高生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性。(4)玉米生態(tài)工程設計的實施，不僅可獲得每年上億元的經濟收入，還可以有效處理每天排放的大量廢水，同時還可以提供一定的就業(yè)機會，這體現(xiàn)了_原理。(5)酒精生產、養(yǎng)豬、養(yǎng)魚、廢水處理等分別是一種相對獨立地生產系統(tǒng)，該設計中通過改變和優(yōu)化結構，達到改善系統(tǒng)功能的目的，這遵循了系統(tǒng)學與工程學原理中的_原理。(6)玉米中賴氨酸的含量比較低，可利用蛋白質工程對賴氨酸合成過程中的兩種關鍵酶進行改造，基本途徑為從提高酶的活性出發(fā)，設計預期的蛋白質結構，推測應有的_，找到相對應的_?！窘馕觥?1)生態(tài)工程具有少消耗、多效益、可持續(xù)的特點。(2)微生物(酵母菌)通過無氧呼吸將有機物分解產生酒精和二氧化碳；酒精發(fā)酵后產生的酒糟廢液可以在提取酒糟后排放到水池中養(yǎng)魚，酒糟和玉米粕用來養(yǎng)豬，體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)再生原理。(3)根據(jù)題意分析，該生態(tài)系統(tǒng)開始只有玉米一種農作物，后來增加了大豆的種植，并引入了食蟲鳥，增加了該生態(tài)系統(tǒng)中的物種豐富度，提高了生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性，體現(xiàn)了生態(tài)工程的物種多樣性原理。(4)玉米生態(tài)工程設計的實施，不僅可獲得每年上億元的經濟收入，還可以有效處理每天排放的大量廢水，同時還可以提供一定的就業(yè)機會，考慮到了經濟、自然、社會三個方面，體現(xiàn)了生態(tài)工程的整體性原理。(5)根據(jù)題意分析，該設計中通過改變和優(yōu)化結構，達到改善系統(tǒng)功能的目的，體現(xiàn)了系統(tǒng)學與工程學原理中的系統(tǒng)的結構決定功能原理。(6)根據(jù)題意分析，利用蛋白質工程對賴氨酸合成過程中的兩種關鍵酶進行改造，從提高酶的活性出發(fā)，設計預期的蛋白質結構，推測應有的氨基酸序列，找到相對應的脫氧核苷酸序列。答案：(1)少消耗多效益可持續(xù)(2)無氧物質循環(huán)再生(3)物種多樣性(4)整體性(5)系統(tǒng)的結構決定功能(6)氨基酸序列脫氧核苷酸序列6.(15分)如圖是利用人工濕地凈化生活污水(主要含有機物)的原理簡圖。請據(jù)圖回答：(1)人工濕地是一個生態(tài)系統(tǒng)，其中蘆葦、綠藻、黑藻屬于_，蘆葦屬于挺水植物，綠藻屬于浮游植物，黑藻屬于沉水植物，這一現(xiàn)象體現(xiàn)了群落的_結構。(2)要維持該生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，在該人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中，除了以上生物群落外，還必須有_。與其他自然生態(tài)系統(tǒng)相比，該生態(tài)系統(tǒng)能量來源的不同之處是多了_。(3)人工濕地可以凈化生活污水，但對污水排放量要加以控制，其生態(tài)學依據(jù)是生態(tài)系統(tǒng)的_是有限的。(4)人工濕地中的微生物往往是混雜生長的。人們在研究微生物時一般要將它們分離提純，然后進行數(shù)量的測定。對微生物進行計數(shù)的常用方法包括_和顯微鏡直接計數(shù)?！窘馕觥?1)生態(tài)系統(tǒng)的生產者一般包括能進行光合作用的綠色植物、藍藻等和能進行化能合成作用的硝化細菌，因此該生態(tài)系統(tǒng)中的生產者包括蘆葦、綠藻、黑藻。蘆葦、綠藻、黑藻的分布體現(xiàn)了群落的垂直結構。(2)生態(tài)系統(tǒng)由生物成分和非生物成分組成。非生物成分包括陽光、空氣、水分、土壤等，為生物提供能量、營養(yǎng)和生存空間；輸入該生態(tài)系統(tǒng)的能量有生產者固定的太陽能和污水中有機物中的化學能。(3)生態(tài)系統(tǒng)的自我調節(jié)能力是有限的，因此要對污水排放量加以控制。(4)對微生物進行計數(shù)的常用方法包括活菌計數(shù)法和顯微鏡直接計數(shù)。答案：(1)生產者垂直(2)非生物的物質和能量生活污水中有機物的化學能(3)自我調節(jié)能力(4)活菌計數(shù)法1.(15分)(2019洛陽模擬)中華鱘瀕臨滅絕，利用中華鱘生態(tài)養(yǎng)殖池人工繁殖中華鱘魚苗的原理如下：鱘魚產生的氨態(tài)氮，被植物吸收； 植物釋放的氧氣在封閉的空間里形成“氧吧”，供鱘魚生存；投放一些能取食鱘魚糞便的花鰱；以石頭作載體繁育微生物，調節(jié)水中酸堿度。據(jù)此回答下列問題：(1)中華鱘生態(tài)養(yǎng)殖池設計利用了生態(tài)學的_原理。中華鱘生態(tài)養(yǎng)殖池不用換水，每天只需補充一點蒸發(fā)水，池底干干凈凈，所有生物正常生存，說明生態(tài)池具有_能力。(2)花鰱主要吃輪蟲、橈足類等浮游動物，也以浮游植物等作為食物?；栕鳛樵撋鷳B(tài)系統(tǒng)的成分有_。(3)以下是該養(yǎng)殖池中碳元素的轉化途徑，請用箭頭和文字補充完整。(4)刺激中華鱘每年都從海洋洄游到長江產卵的外界因素有水溫、鹽度等，這類信息類型屬于_。建立中華鱘生態(tài)養(yǎng)殖基地，提供和改善中華鱘的生存環(huán)境，從而提高中華鱘種群的_，從生態(tài)學角度講，是為了保護_。【解析】 (1)中華鱘生態(tài)養(yǎng)殖池實現(xiàn)了物質循環(huán)往復、分層多級利用，從而達到了“取之不盡、用之不竭”的效果，是利用物質循環(huán)再生原理建造起來的。生態(tài)池能進行自我凈化，體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的自我調節(jié)能力。(2)花鰱攝食浮游動物和浮游植物，在生態(tài)系統(tǒng)中屬于消費者；花鰱還取食鱘魚的糞便，屬于分解者。(3)圖中缺少了微生物的分解作用，浮游植物的光合作用，花鰱攝取浮游植物和攝取鱘魚的糞便等過程。(4)水溫和鹽度屬于物理信息，改善中華鱘的生存環(huán)境從本質上是提高中華鱘種群的環(huán)境容納量，從而保護生物的多樣性。答案：(1)物質循環(huán)再生自我調節(jié)(2)消費者和分解者(3)補充內容如圖所示：(4)物理信息環(huán)境容納量(或數(shù)量)生物多樣性2.(15分)長江的水體污染主要是由于流入長江的次級河流在流經城鎮(zhèn)時，城市中的生活污水、工業(yè)廢水大量排入河流，造成河流污染。某小組利用人工浮床技術對次級河流中水質凈化分析，實驗裝置如圖。實驗及流程：(1)圖中植物的作用是_。該植物采收后，可以直接用作飼料，也可干燥處理后用來提取銅、鋅、汞等金屬。(2)此案例屬_生態(tài)工程的實例，它遵循的生態(tài)工程原理是_(寫其中一個)。(3)該小組利用人工浮床開展了“菰(茭白)和菖蒲對生活污水凈化效果的研究”，請你寫出該實驗裝置每組應采取的處理措施：_。為了避免實驗誤差，你認為每個實驗裝置中的植物株數(shù)應_。(4)該工程能有效防止“水華”發(fā)生，提高水體的透明度，其原因是：_。(5)該小組實驗結果如表，從此表中看出，該小組研究的因變量為_ ，你能從表中得出的結論是_ 。污水中總氮、總磷去除率的比較(%)處理總氮總磷對照42.638.8菰92.883.9菖蒲92.794.3混合94.984.7【解析】(1)人工浮床的原理就是利用浮床植物發(fā)達的根系吸附大量懸浮物，靠其中的微生物降解和吞噬作用凈化水中的污染物，其次浮床植物在生長過程中還能吸收水中的化學元素。(2)此案例對城市中的生活污水、工業(yè)廢水進行處理，屬城市環(huán)境生態(tài)工程的實例，遵循的生態(tài)工程原理有協(xié)調與平衡原理、整體性原理、物質循環(huán)再生原理等。(3)根據(jù)題意分析，該實驗的目的是探究菰(茭白)和菖蒲對生活污水的凈化效果，因此根據(jù)對照性原則和單一變量原則應設計四組實驗：一組只栽茭白，一組只栽菖蒲，一組混栽等量的茭白和菖蒲，一組空白對照(不栽植物)。該實驗的自變量是植物的種類，每個實驗裝置中的植物株數(shù)屬于無關變量，應該保持相等且多數(shù)，以避免產生實驗誤差。(4)一方面浮床植物在生長過程中能利用水中的氮、磷污染物，減少藻類生長所需的無機鹽；另一方面又能通過遮光來抑制水體中藻類的生長繁殖，因此該工程能有效防止“水華”發(fā)生，提高水體的透明度。(5)根據(jù)以上分析可知，該實驗的因變量是污水中氮、磷含量的變化；從表中數(shù)據(jù)可以看出，兩種植物不論單獨種植還是等量混合種植，凈化效果均明顯高于對照組。答案：(1)吸收水中的化學元素(2)城市環(huán)境協(xié)調與平衡原理、整體性原理、物質循環(huán)再生原理等(3)一組只栽茭白，一組只栽菖蒲，一組混栽等量的茭白和菖蒲，一組空白對照(不栽植物)相等且多數(shù)(4)一方面浮床植物在生長過程中能利用水中的氮、磷污染物，減少藻類生長所需的無機鹽；另一方面又能通過遮光作用來抑制水體中藻類的生長繁殖(5)污水中氮、磷含量的變化兩種植物不論單獨種植還是等量混合種植，凈化效果均明顯高于對照組(或菖蒲對總磷的去除效果明顯高于菰和菖蒲混合種植)