人教版新课标高中生物必修三教材知识点解析(生态系统的信息传递)

［教材优化全析］

全析提示

一、信息的概念

“信息”一词来源于拉丁文“informatio”，原意是指解释、陈述。狭义是指通讯系统中消息、情报、指令、数据和信号等的传送，用来消除对客观事物认识的不确定性。广义上可理解为事物存在的方式或运动状态以及各种方式、状态的表达。信息是现实世界物质客体间相互联系的形式。所以，信息以相互联系为前提，没有联系也就不存在什么信息。

二、生态系统中信息的种类

１.物理信息

生态系统中的光、声、温度、湿度、磁力等，通过物理过程传递的信息，成为物理信息。动物的眼、耳、皮肤，植物的叶芽以及细胞中的特殊物质（光敏色素等），可以感受到多样化的物理信息。

（1）声音

我们知道蚊子飞行时发出轻微的声音，雄蚊的音调高些。雄蚊听到雌蚊发出的信号后，便向雌蚊飞来，并进行交配。双翅目昆虫常成群在空中飞舞，嗡嗡作响，这就是两性间声音的通讯，以达到相互间信息的交流和引诱交配的目的。许多昆虫都有十分有效的声音信号通讯。蟋蟀、螽蟖、蝉类多是雄虫发出声音。

鸟儿唱歌的本领实在令人惊讶。你只要稍加注意，很快就会发现各种鸟的歌声信号的特点。绿头鸭和家鸭的雌体常发出“嘎、嘎、嘎、嘎……”的歌声，特别嘹亮，以招呼雄鸭。斑鸠则以“咕、咕咕、……”来呼唤雌体。四声杜鹃四声一度，似乎在催促人们“快快割麦”“快快割麦”，故又称“布谷鸟”。

哺乳动物也常用声音信号来报警。这种报警信号能传播到很远的距离。欧洲羚羊有一种特别的报警嘘叫声；许多灵长类动物在报警时会发出咆哮或尖尖的喊叫声。

（2）振动

如图5—4—1所示，雄园蛛以弹网信号与雌蛛通讯。雄园蛛在生殖季节走近蛛网，在网边以前足按一定的力度和节律牵动雌蛛所结网外周的蛛丝。雌蛛立即作出反应，也像有美食一样冲了过来。此时，雄园蛛暂退却到网外。雄园蛛等雌蛛回到网中，它又一次弹起蛛网。雌蛛已确认系雄蛛求偶信号，然后作好交配准备，安静地坐在网的中央。雄蛛一面不停地拨动蛛网，一面爬向雌蛛，与之交配。

对于生态系统而言，信息就是自然、社会间的普遍联系。

物理信息的来源可以是无机环境，也可以是生物。

不管是昆虫还是鸟类甚至是高等的哺乳类都可通过发出声音传递信息。

思维拓展

蜘蛛可以根据网振动的频率判断是同类还是食物、敌人等。

图5—4—1雄园蛛在网边牵动蛛网向雌园蛛发出信号（3）光

已知萤火虫有2000多种，这给夏夜的生态系统增添了千万个信源

（图5—4—2）。一般雄虫的闪光远比雌虫亮，但这并不意味着雌虫必受雄虫吸引而扑向雄虫。事实正相反，雌虫仅仅呆在地上看着天空雄虫的闪烁信号，然后以闪光回应。

雄虫在空中飞行发出闪光信号，使同一物种的雌虫得以辨知而发出回应闪光。雄虫则由在其每一组闪光的最后一个闪光发出后多久，雌虫才发出闪光以及这一回应闪光所持续多久的两项条件来辨认是否为同一种雌虫在地面草丛中等着它。有一种萤火虫Photinus pyralis，雄虫每隔5.8秒发光一次，在草丛中的雌虫的回应，每次发光间隔时间与雄虫一致，而且总是在雄虫发光2秒后。闪光信号频频交换，如果交换顺利，雄虫就很快落到草丛中去寻找雌虫。

图5—4—2夏夜萤火虫光的通讯信号充塞了田野有意思的是，萤火虫中也有闪光信息通讯的假冒事例，有些捕食者种类，雌虫利用其信号的手段来骗食。J.E.Lloyd（1975）报告，P.versicolor 雌虫会发出别种雌虫的回应闪光以骗取雄虫自投罗网。它精通此术，能以闪光信号吸引四种其他种的雄虫。当别的雄虫热切地接近它并欲行拥抱之际，正好走向死亡之渊。

植物是任何一类生态系统中的重要成员，它能把太阳能转变为化学能，是制造有机物质的生产者。太阳能只有通过植物和光合作用才能源源不断地输入并被固定在生态系统中。

近年来研究发现，植物的形态建成，即它的生长和分化的功能，是受阳光的信息控制的。光的信息作用是极其重要的。植物只需接受很短时间的光，就能决定植物的形态建成。例如，在黑暗中生长的马铃薯或豌豆黄化的幼苗，在生长过程中，每昼夜只需曝光5~10分钟，便可使幼苗的形态转为正常。这么短的时间，对光合作用的产物而言是微不足道的。与其说是光的能量作用，还不如说是光的信息作用。

光信息对不同植物种子的作用也是不一样的。例如烟草和莴苣的种子，在萌发时必须要有光信息，这些种子常称为“需光种子”；另外一类植物，如瓜类、茄子、番茄和苋菜的种子萌发，见光则受到抑制，这类种子称为“嫌光种子”。图5—4—3的实验是用一种半休眠状态的莴苣种子进行的。这种种子在黑暗中的萌发率为50％。图中表明，在600~690 nm 全析提示

萤火虫就是以光信号进行通讯的，萤火虫的闪光信号非常精致。

思维拓展

适应是相对的。

要点提炼

太阳是一切生态系统获得能量的最终来源。阳光是生态系统重要的生态因素之一，它发出的信息对各类生物都产生深远的影响。

全析提示

光作为信息对同一种植物种子的萌发作用有两重性：既有促进作

红光区下，种子处于萌发的高潮。这表明红光这种光波信号对种子萌发有促进作用；但是，当种子一进入720~780 nm远红光区，萌发便受到明显的抑制。这表明了远红光的光波信号能引起种子萌发的受阻。

图5—4—3莴苣种子对不同光信号的反应

2.化学信息

生物在生命活动过程中，还产生一些可以传递信息的化学物质，诸如植物的生物碱、有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素等，这就是化学信息。

（1）植物产生的次生代谢物质在植物生长过程中，通过信息抑制其他植物的生长、发育并加以排除的现象，常称为异株克生现象。

通过少量次生物质的信息作用，就可引起其他植株生长的改变，可使其水、矿物营养物质的吸收大大减退。因而，强烈地改变着生态系统的结构和组成。如黄瓜中某些品系在化学物质的信息作用下，可以阻止87％左右的杂草生长，维持其在农田生态系统中的优势。

在加利福尼亚牧场的草地上以唇形科中的白叶鼠尾草和加利福尼亚蒿两种植物占优势。Muller（1966）证明，这些植物散发出单萜的香味，主要是樟脑和1，8—桉树脑。在它周围2 m范围内，能抑制许多不同类型植物的生长。在其植株下及周围小块地可成为完全的光秃区，好似动物的领域。

这种情况，有时发生在同一个物种之内。如Helianthus anus和Leptilon canadense亦产生自毒化学物质。在这些植物的早期生长中，这种毒素可能降低同一物种幼小个体的成活力。然而，当这种毒素在土壤中积累时，它们就能使植物自身死亡，减少生态系统内部空间的拥挤。

在寄生植物和寄主植物之间，还表现有另一种不同的情况。黄独脚金是玄参科植物，寄生于甘蔗、玉米或棉花上。向日葵列当是列当科植物，寄生于向日葵、蚕豆、烟草等植物上。这些寄生植物的种子细小如尘埃，随风扩散，它们并非在任何地方都可以发芽。而只有在接收到寄主植物根部分泌物的信号后，才萌动、发芽；若接收不到寄主植物的这种信息，寄生植物种子在土壤中呆上10年也不丧失其发芽的能力。

（2）动物

从原生动物到哺乳动物都能分泌一些化学信号物质，用以传递信息。这些物质称为信息素（或称外激素）。动物中有很多分泌物是针对其他物种的，这种分泌物就称为异种信息素或种间外激素。

性信息素：是由性成熟的雌性或雄性昆虫分泌出的微量化学物质。一只昆虫体内只含有几微克，甚至更少的量。这种信息素能将同种异性个体诱来交配，繁衍后代。自家蚕信息素被揭示以来，已知有250余种昆虫有性诱现象。用，又有抑制作用。

次生物质是相对于基础代谢产物而言的，基础代谢产物是指蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物等，对生物的生长、发育和繁殖都是必不可少的，其代谢途径在各个物种中基本相同。次生物质不同，它们对维持基本的生命过程并无直接关系，对植物基础代谢也不重要。

种间竞争。

种内竞争。

次生物质常具有一定的色、香、味等，这就构成了它们生化交互作用中的化学信号。这些次生物质的存在常能影响其他生物的生命活动。

要点提炼

昆虫、鱼类以及哺乳类等生物

追踪信息素：可指引同一种群中的其他个体找到食物源。如散白蚁中的信息物质为顺3，顺6，反8十二碳三烯醇1。白蚁对这种信息物质非常敏感，即使在10 mL正己烷中放入少于1×10-12g的信息物质，亦能引起同种个体的跟踪。

报警信息素：昆虫受到惊扰时，释放出信息素以作警告信号。如小黄蚁在受到干扰时，释放出的报警信息素是个混合物，有香茅醇、十三烷和十三烷酮等，有效半径可达10 cm。玉米田蚁放出的萜烯信息素在极低浓度下就可引起蚂蚁向四处逃散。豌豆蚜所释放的主要成分是反—法呢烯，这是个种间信息素，有19个属的蚜虫报警信息素都是这类物质。

聚集信息素：这类信息素可诱集同种个体到一定取食地点或交配的场所。危害树干的一些鞘翅目昆虫有这种信息素。

皮肤腺被广泛地认为是哺乳动物的重要信息源。哺乳动物发出的通讯物质是复杂的，有多种化合物存在。豚鼠会阴腺中鉴定出30种化合物。更有甚者，一些哺乳动物用以传递信息的尿液中，能分析出成百上千种挥发和不挥发的物质。

为了便于信息的释放和寄存，皮肤腺常处于随时可被采用的状态。沙鼠腹腺毛常伸出，当动物向前移动时便将皮脂留存在物体上。黑尾鹿行走时，把趾间腺分泌物留在地上。一些有蹄类紧靠树干或树枝、草丛摩擦眶前腺，以留下信息。羊属将上枕腺产物分散于草丛中。河狸利用腺体涂抹泥丘和突出水面的物体。熊科和美洲野牛属排尿后，在尿上翻滚，随后，又到树干上跻身，留存气味。

3.行为信息

动物的特殊行为，对于同种或异种生物也能够传递某种信息，即生物的行为特征可以体现为行为信息。

社会性昆虫，如蜜蜂、白蚁等生活中基本的特点是信息的频繁传递。蜜蜂除具有光、声、化学等信号通讯外，舞蹈行为是它们信息传递的又一个重要方面。von Frisch（1967）研究并发现了蜜蜂舞蹈“语言”丰富的内涵。他描述了蜜蜂中主要的两种舞蹈：一种是圆圈舞，蜜蜂在巢穴表面兜着狭小的圆圈；另一种是摆尾舞，它们先是跳一个半圆，继而又做直线移动，然后朝反方向转一个半圆。在直线移动时，尾部向两旁极力摆动。

图5—4—4一只采集了花蜜的蜜蜂在跳圆圈舞，

后面有三只蜜蜂在获取信息

体中都存在能传递信息的化学物质——信息素。

思维拓展

哺乳动物的信息与其复杂的生命现象相联系。它们发出的气味源就很多。尿和粪便常带有许多信息。

全析提示

皮肤作为躯体的最外层与外环境相联系，形成了多种鳞被、羽毛、毛发、色素细胞和腺体等，分别用于发出多种信号的通讯。

思维拓展

没有信息的往来传递，就难以想象几万、几十万，有时超过百万只的个体群能有分工、有协作、行动中有条不紊成为一个整体。

全析提示

圆圈舞是采集了花蜜的蜜蜂向同伴传达在蜂箱近距离内采蜜的信号。摆尾舞是招呼同伴到百米以外去采蜜的信号。

图5—4—5蜜蜂在跳摆尾舞，有四只蜜蜂在获取信息摆尾舞的摆尾速度与蜜源距离有关。当距离为100 m时，在15秒内，蜜蜂跳舞的直线移动重复9~10次；若1000 m时，重复减为4~5次；达到10000 m时，直线移动只有1次左右（图5—4—6）。实验证明，表示距离的主要信号是摆尾动作在直线移动时所消耗的时间。

图5—4—6摆尾舞信号内涵——蜜源距离

三、信息传递在生态系统中的作用

蝙蝠通过自身发出声波，对目标进行“回声定位”，靠此它才能正常的取食与飞行；有些植物种子的萌发和植株的开花由光信息决定；烟草释放的信息素不管是白天还是晚上都是为它自己服务的，有利于它自己生命活动的正常进行。

在草原上，当草原返青时，“绿色”为食草动物提供了可以采食的信息；森林中，狼能够依据兔留下的气味去猎捕后者，兔同样也能够依据狼的气味或行为特征躲避猎捕。

四、信息传递在农业生产中的应用

事实上，地球上许多被子植物的传粉都是由动物完成的。利用模拟的动物信息吸引大量的传粉动物，就可以提高果树的传粉效率和结实率。

利用音响设备发出不同的声音信号诱捕或躯赶某些动物，使其结群或远离农田；利用昆虫信息素诱捕和警示有害动物，降低害虫的种群密度。还可以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下降，从而减少有害动物对农作物的破坏。思维拓展

这一事实揭示了蜜蜂具有精确的时感。这样，彼此的信息传递才能被准确领会和掌握。

全析提示

（1）生命活动的正常进行，离不开信息的作用；生物种群的繁衍，也离不开信息的传递。

（2）信息还能够调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。

要点提炼

（1）提高农产品或畜产品的产量。

（2）对有害动物进行控制。