版高中生物 种群和群落第2节种群数量的变化学案新人教版.docx
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版高中生物种群和群落第2节种群数量的变化学案新人教版
第2节 种群数量的变化
1．说明建构种群增长模型的方法。
2．通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化，尝试建构种群增长的数学模型。
3．用数学模型解释种群数量的变化。
（重难点）
4．关注人类活动对种群数量变化的影响。
种群数量的增长曲线
1．建构种群增长模型的方法
（1）数学模型：
用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
（2）研究方法
观察研究对象，提出问题→提出合理的假设→用数学形式表达→检验或修正。
（3）研究实例
⇓
⇓
⇓
（4）数学模型的表达形式比较：
类型
优点
局限性
数学方程式
科学、准确
不够直观
曲线图
直观
不够精确
2.种群增长的“J”型曲线
（1）含义
理想条件下的种群，以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，大致呈“J”型。
（2）数学模型
①模型假设
a．条件：
食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等。
b．数量变化：
种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。
②建立模型：
t年后种群数量为：
Nt＝N0λt。
③模型中各参数意义：
N0为该种群的起始数量，t为时间（年），Nt表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。
3．种群增长的“S”型曲线
（1）含义：
种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线。
（2）成因
自然界的资源和空间总是有限的，当种群密度增大时，种内竞争就会加剧，以该种群为食的动物的数量也会增加，使该种群的出生率降低，死亡率增高。
当死亡率增加到与出生率相等时，种群的增长就会停止。
（3）K值
又称环境容纳量，在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量。
（4）应用
建立自然保护区，提高其环境容纳量是保护大熊猫的根本措施。
4．种群数量的波动和下降
（1）影响因素
①自然因素：
如气候、食物、天敌、传染病等。
②人为因素：
种植业、养殖业的发展，砍伐森林，猎捕动物，环境污染等。
（2）数量变化
大多数种群的数量总是在波动中，在不利的条件下，种群数量还会急剧下降甚至消亡。
（3）研究意义
有害动物的防治、野生生物资源的保护和利用，濒危动物种群的拯救和恢复。
探讨
：
在20世纪30年代，人们将环颈雉引入美国的一个岛屿，下图是在1937～1942年期间该种群数量的增长曲线图。
结合图示，分析以下问题：
（1）若某种群数量增长符合上图曲线需满足哪些条件？
提示：
①实验室条件下。
②当一个种群刚迁入一个新的适宜环境中最初的一段时间内的增长情况。
即食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等。
（2）该类曲线的数学表达式是什么？
请尝试绘出λ>1时种群数量Nt随t的变化曲线图？
提示：
Nt＝N0λt。
（3）上述曲线有无K值？
种群增长率会改变吗？
提示：
无K值，增长率不变。
探讨
：
某种群数量的“S”型增长曲线如下图所示，据图分析以下问题：
（1）图中的B点、C点时，种群的出生率均大于死亡率吗？
提示：
B点时，出生率大于死亡率；C点时出生率等于死亡率。
（2）“S”型增长曲线的增长率如何变化？
提示：
呈逐渐减小趋势。
（3）从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应采取什么措施？
提示：
降低有害动物种群的环境容纳量，如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌等等。
1．种群数量增长的“J”型曲线和“S”型曲线的比较
项目
“J”型曲线
“S”型曲线
增长
模型
前提
条件
理想状态：
资源无限、空间无限、不受其他生物制约
现实状态：
资源有限、空间有限、受其他生物制约
有无
K值
无K值
有K值
曲线形
成原因
无种内竞争，缺少天敌
种内竞争加剧，天敌数量增多
联系
两种增长曲线不同的主要原因是环境阻力大小不同，对种群增长的影响不同
2．“J”型曲线、“S”型曲线的增长速率
（1）增长速率：
单位时间内种群的增长量，增长速率＝（现有个体数－原有个体数）/增长时间＝（出生数－死亡数）/单位时间。
（2）两曲线对应的增长速率图示
“J”型曲线的增长速率 “S”型曲线的增长速率
3．种群数量增长曲线的应用
（1）K值的应用
①野生生物资源的保护：
保护野生生物生活的环境，减小环境阻力，增大K值。
②有害生物的防治：
增大环境阻力（如为防鼠害而封储粮食、消除生活垃圾、保护鼠的天敌等），降低K值。
③合理确定载牧量：
草场放牧，最大载畜量不能超过K值；鱼的养殖也不能超过K值，否则，会破坏生态系统的稳定性，导致K值下降。
（2）K/2值的应用：
①资源开发与利用：
种群数量达到K/2值时，种群增长速率最大，再生能力最强；对养殖的生物进行捕捞（捕获）时，捕捞后的种群数量要维持在K/2值处，以保证持续获取高产量。
②有害生物防治：
务必及时尽早控制种群数量，严防达到K/2值处。
1．下列图中，表示种群在无环境阻力状况下增长的是（ ）
【解析】 种群在无环境阻力状况下的增长是指在空间无限、资源无限和不存在任何天敌的情况下的增长。
在这样的条件下，种群会呈“J”型曲线增长，B图所示的增长便属于此种情况。
【答案】 B
2．下列关于种群增长曲线的叙述，正确的是（ ）
【导学号：
67330023】
A．呈现“J”型曲线的种群中无种群密度的改变
B．“S”型曲线的增长率最终变为0时，种群达到其环境容纳量
C．如果种群数量的年增长率为0，则种群中无繁殖现象
D．种群增长曲线同数学方程式一样，能精确反映种群数量的变化趋势
【解析】 “J”型曲线和“S”型曲线都直观地反映种群数量的增长趋势，但不能精确反映种群数量的变化；“J”型曲线中种群密度一直在增加；“S”型曲线有环境容纳量，达到环境容纳量时，种群增长率为0，但此时仍有出生和死亡，只是二者达到相对平衡。
【答案】 B
3．如图为某地东亚飞蝗种群数量变化的示意图，下列叙述错误的是（ ）
A．为有效防治蝗灾，应在b点之前及时控制种群密度
B．a～b段，该种群的增长率与种群密度之间呈负相关
C．利用性引诱剂诱杀雄虫改变性别比例可防止c点出现
D．在d～e段，该种群的增长率不变
【解析】 图示a点东亚飞蝗数量急剧上升，此时种群增长速率达到最大，病虫防治工作应在a点所示时间之前进行，A选项错误；图示a～b段种群数量仍然在上升，但种群增长率呈下降趋势；利用性引诱剂诱杀雄虫，使种群性别比例失调，从而出生率降低，种群密度降低。
在d～e段，种群数量相对稳定，增长率为0，B、C、D选项正确。
【答案】 A
探究培养液中酵母菌种群数量的变化
1．实验原理
（1）用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受培养液的成分、空间、pH、温度等因素的影响。
（2）在理想的无限环境中，酵母菌种群数量的增长呈“J”型曲线；在有限的环境下，酵母菌种群数量的增长呈“S”型曲线。
2．实验步骤
探讨
：
从试管中吸出培养液进行计数之前，需将试管轻轻振荡几次，试分析其原因。
提示：
这是为了使培养液中的酵母菌均匀分布，以保证估算的准确性。
探讨
：
怎样记录结果？
记录表怎样设计？
提示：
起始
1
2
3
4
5
6
7
甲
乙
丙
平均
探讨
：
培养液的量是有限的，其中酵母菌种群数量的变化曲线，是不是标准的“S”型曲线？
若不是，应该是怎样的？
尝试绘出其数量变化曲线。
提示：
不是。
因为培养液中的营养物质等是有限的，是不能循环的。
当消耗殆尽时种群数量变为零。
曲线如下图所示：
实验应注意的事项
（1）每天取样计数的时间要固定。
（2）计数时先将盖玻片放在计数室上，将培养液滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入，多余培养液用滤纸（吸水纸）吸去。
（3）血球计数板必须保持干燥，否则培养液将不能渗入计数室。
（4）清洗血球计数板的正确方法是浸泡和冲洗，不能用试管刷或抹布擦洗。
冲洗干净后不能用纱布或吸水纸擦干，应自然晾干或烘干或用吹风机吹干。
（5）用显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应只计数相邻两边及其顶角的酵母菌（类似于“样方法”）。
4．在一定量的酵母菌培养液中放入活酵母菌若干，抽样镜检，如图甲所示（图中小点代表酵母菌）。
将容器放在适宜温度下恒温培养5小时后，稀释100倍，再抽样镜检，如图乙所示。
根据实验结果判断，以下叙述正确的是（ ）
甲 乙
A．培养5小时后，酵母菌种群密度增加400倍左右
B．探究酵母菌的种群数量变化可以用标志重捕法
C．用血球计数板计数酵母菌数量时只统计方格内菌体
D．培养5小时后，酵母菌种群数量不一定达到K值
【解析】 用血球计数板计数时，除统计方格内菌体外还要统计相邻两边及其顶角上的菌体，5小时前每个小格内约有5个菌体，而5小时后每个小格内约有10个菌体，但这是稀释100倍后的值，所以5小时内种群密度增加200倍，此时酵母菌种群数量是否达到K值无法判断。
【答案】 D
5．将酵母菌分为a、b、c、d四组，在相同容积的培养瓶中用不同的方式培养，其种群增长曲线如图所示。
请据图回答下列问题。
【导学号：
67330024】
酵母菌种群增长的曲线
（1）该实验实际上是研究________________对酵母菌种群数量增长的影响。
请分析a组能否沿此趋势无限延伸？
________。
简述原因是_________________
________________________________________________________________
______________________________________________________________。
（2）随着更换培养液的时间间隔的延长，酵母菌种群的增长速率趋于降低，其可能的限制因素是_________________________________________________
________________________________________________________________
______________________________________________________________。
（3）为测定d条件下某时刻的培养液中酵母菌的数目，将500个红细胞与5mL该培养液混匀，然后制片观察，进行随机统计结果如下：
视野1
视野2
视野3
视野4
红细胞数
21
19
22
18
酵母菌个数
101
99
106
94
5mL该培养液中共含有酵母菌约________个。
【解析】
（1）探究酵母菌的种群数量变化实验，研究的是在不同环境条件下种群数量的变化；环境条件包括培养基的营养条件和培养的温度、pH等。
由于培养基提供的营养和培养瓶的空间是有限的，所以会导致种群数量的增长停止。
（2）由于更换培养液的时间间隔的延长造成的种群增长速率下降，说明原因是培养基的问题，营养物质不足、有害代谢产物没有及时排除。
（3）视野中红细胞的数量与酵母菌数量的比值为1∶5，所以共有酵母菌为500×5＝2500个。
【答案】
（1）环境因素（营养物质浓度或代谢废物的浓度或pH变化等合理答案即可） 不能 因为空间是有限的
（2）营养物质不足、有害代谢产物没有及时排除
（3）2500
1．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
建立数学模型一般包括以下步骤：
①根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达
②观察研究对象，提出问题
③通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正
④提出合理的假设
下列排列顺序正确的是（ ）
A．①②③④ B．②④①③
C．④①②③D．③①②④
【解析】 数学模型建构步骤：
“提出问题→提出假设→数学表达→检验或修正”。
【答案】 B
2．以下关于“J”型曲线与“S”型曲线的说法中，错误的是（ ）
A．“J”型曲线只适用于实验室条件下或种群迁入新的适宜环境后
B．两种增长方式的差异主要在于有无环境阻力对种群数量增长的影响
C．环境阻力主要有种内竞争的加剧、种间关系的影响以及无机环境的影响
D．“S”型曲线和“J”型曲线一样，增长率始终保持不变
【解析】 “J”型曲线的增长率是不变的，而“S”型曲线的增长率是逐渐下降的。
【答案】 D
3．向某天然牧场引入良种肉牛100头，任其自然放养，自然繁殖。
如图表示种群数量增长速率随时间变化的曲线，下列叙述正确的是（ ）
A．在t0～t2时间内，种群数量呈“J”型增长
B．若在t2时种群的数量为N，则在t1时种群的数量约为N/2
C．捕杀肉牛的最佳时期为t1时
D．在t1～t2时，该肉牛的种群数量呈下降趋势
【解析】 在t0～t2时间内，种群数量呈“S”型增长；t2时种群达到环境最大容纳量，即K值，所以t1时种群的数量约为N/2；捕杀肉牛的最佳时期为t2；在t1～t2时，种群增长速率下降，但种群数量仍然上升。
【答案】 B
4．为了探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，某同学进行了如下操作，其中错误的是（ ）
A．将适量干酵母放入装有一定浓度葡萄糖溶液的锥形瓶中，在适宜条件下培养
B．将培养液振荡摇匀后，用吸管从锥形瓶中吸取一定量的培养液
C．在血球计数板中央滴一滴培养液，盖上盖玻片，并用滤纸吸去边缘多余培养液
D．将计数板放在载物台中央，待酵母菌沉降到计数室底部，在显微镜下观察、计数
【解析】 在探究酵母菌种群数量变化的实验时，将盖玻片放在计数板上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入到计数板小方格内。
【答案】 C
5．如图所示为某种群在不同生态环境中的增长曲线模式图，请据图回答：
（1）如果种群生活在一个理想的环境中，种群数量是按a曲线增长，但实际上，在自然环境中________和________都是有限的。
种群达到一定数量后势必加剧________，使种群数量增长受到影响，不能按a曲线方式增长。
（2）在一定环境中，除上述影响外，种群数量还受其他环境因素的限制。
如无机环境方面主要是__________________的影响。
种群数量增长按b曲线方式增长，最多达到K点为止，此时种群增长速率为________。
（3）此外，还有直接影响种群兴衰的两对变量是该种群的__________和__________、__________和__________。
年龄组成是通过影响______________而间接对种群动态变化起作用。
【解析】 “J”型增长曲线是在食物和空间条件充足，气候适宜，没有敌害等理想条件下形成的，而在自然情况下，空间、食物都是有限的，当种群达到一定数量后，必定加剧种内斗争，种群数量不会继续增加，而是在K值附近波动，此时种群的增长曲线呈现“S”型。
出生率和死亡率、迁入率和迁出率是影响种群数量变化的直接因素，年龄组成可以间接地影响出生率和死亡率进而影响种群数量变化。
【答案】
（1）生活资源（食物） 空间 种内斗争
（2）阳光、温度、水分 0
（3）出生率 死亡率 迁入率 迁出率 出生率和死亡率
课堂小结：
网络构建
核心回扣
1.曲线图与数学方程式相比，能更直观地反映出种群数量的增长趋势。
2．在理想状态下，种群数量增长的数学模型为：
Nt＝N0λt，呈“J”型增长曲线。
3．正常情况下，自然界的资源和空间是有限的，种群数量增长会呈“S”型增长曲线。
4．“J”型增长曲线的增长率是不变的，而“S”型增长曲线的增长率是逐渐减小。
5．K值并不是固定不变的，当环境改变时，K值会发生变化。
6．影响种群数量的因素很多，因此种群的数量常常出现波动，在不利条件下，种群数量会急剧下降甚至消亡。
学业分层测评（十二）
（建议用时：
45分钟）
[学业达标]
1．下列有关种群“J”型增长的叙述，正确的是（ ）
A．“J”型增长的种群都有K值
B．“J”型增长的种群生存条件是有限的
C．自然界中绝大多数种群呈“J”型增长
D．“J”型增长的种群个体数一定不断增加
【解析】 “J”型曲线没有最大值，A项错误；“J”型增长是在理想条件下进行的，种群的生存条件是无限的，B项错误；由于自然界中的资源和空间有限，故大多数种群呈现“S”型增长，C项错误；“J”型增长由于空间和资源无限，种群个体数一直增加，D项正确。
【答案】 D
2．自然界中生物种群的增长常表现为“S”型增长曲线。
有关说法正确的是
（ ）
A．“S”型曲线表明种群数量变化是先多后少
B．“S”型增长不受种群密度制约
C．“S”型曲线表示了种群数量和天敌的关系
D．“S”型曲线的形成是多种生态因素作用的结果
【解析】 “S”型曲线表示种群数量变化将达到最大值（K值）并趋于稳定；“S”型增长中种群的增长受种群密度、环境因素等的制约；种群数量与天敌的关系常表示为“捕食”曲线，而不是“S”型曲线。
【答案】 D
3．下图为自然环境中典型的生物种群数量变化曲线。
下列有关叙述中正确的是（ ）
A．ab段的曲线发生变化的原因是食物充足
B．cd段的曲线发生波动的原因是出生率的变化
C．防治虫害的合理手段是控制害虫数量，使之不超过a点
D．在草场中，应该使牲畜数量保持在c点，以最大限度地利用草场资源
【解析】 种群数量快速增长的原因是食物充足，空间和气候条件等适宜；cd段的曲线发生波动的原因是出生率和死亡率共同变化的结果；防治虫害的合理手段是控制害虫数量，使之不超过a点，因为超过a点后就快速增长；在草场中，牲畜数量保持在c点，超过了环境容纳量，会破坏草场资源。
【答案】 C
4．经调查，第一年某种昆虫种群数量为N0，如果在理想的条件下，每年的增长率0.2保持不变，则第三年该种群数量为（ ）
A．1.2N0 B．1.44N0
C．2.2N0D．3.6N0
【解析】 由于是在理想条件下，种群数量的增长模型为Nt＝N0λt，由于λ＝1＋0.2＝1.2，t＝2，所以第三年的种群数量为1.44N0。
【答案】 B
5．下图表示有限环境中某一种群的曲线，有关叙述正确的是（ ）
A．种群在不同的环境条件下，K值是不变的
B．在K值时，种群的增长率最大
C．假设这是一个鼠的种群，可通过降低K值，来减少鼠害
D．假设这是鱼的种群，当种群达到K值时开始捕捞，可持续获得最高产量
【解析】 种群在不同的环境条件下，K值是不同的。
在K值时种群的增长率为零。
对有害生物种群防治，可通过降低K值来减少危害。
对鱼的种群，捕捞后的数量保持在K/2，才可持续获得最高产量。
【答案】 C
6．有关“探究培养液中酵母菌数量动态变化”的实验，正确的叙述是
（ ）
A．改变培养液的pH值不影响K值（环境容纳量）大小
B．用样方法调查玻璃容器中酵母菌数量的变化
C．取适量培养液滴于普通载玻片后对酵母菌准确计数
D．营养条件并非影响酵母菌种群数量变化的唯一因素
【解析】 养分、空间、温度和有毒排泄物等是影响种群数量持续增长的限制因素；pH变化影响微生物的生长，样方法是调查植物种群密度的方法，对酵母菌计数时先将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。
多余培养液用滤纸吸去。
稍待片刻，待细菌细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央，按样方法计数几个小方格内的酵母菌数量，求平均值，再以此为根据，估算试管中的酵母菌总数。
取适量培养液滴于普通载玻片后对酵母菌准确计数的操作方法错误。
【答案】 D
7．种群在理想环境中，呈“J”型曲线增长（如图中甲）；在有环境阻力条件下，呈“S”型曲线增长（如图中乙）。
下列有关种群增长曲线的叙述正确的是
（ ）
A．若该图表示草履虫种群增长曲线，当种群数量达到e点后，增长速率接近0
B．种群中出现环境阻力是在d点之后
C．若该图表示蝗虫种群增长曲线，则虫害的防治必须在c点进行
D．K值是环境的最大容纳量，不随环境的变化而变化
【解析】 “J”型曲线和“S”型曲线的交叉阴影部分是环境阻力的影响，因此环境阻力应该出现在c点之后。
防治害虫越早越好，当到c点时，是蝗虫繁殖速率最快的时候，这个时候防治效果甚微，应该在b点之前防治。
K值是环境最大容纳量，会随环境改变而改变。
【答案】 A
8．某学生在“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验中，根据实验结果绘制出如图所示的曲线图。
下列有关分析错误的是（ ）
A．实验过程中酵母菌种群的年龄组成先是增长型，后是稳定型，最后变为衰退型
B．种群数量在不同时间的增长速率可能相同
C．本实验中不存在对照
D．每次取样前应将培养瓶振荡摇匀
【解析】 由题意可知，种群数量先增加，然后维持稳定，最后减少，表明种群的年龄组成先是增长型，然后是稳定型，最后变为衰退型；本实验在不同时间的取样起到相互对照的作用；为了实验的准确性，在每次取样前都应将培养瓶振荡摇匀，使酵母菌均匀分布。
【答案】 C
9．图示是某种兔迁入新环境后种群增长速率随时间的变化曲线。
第3年时用标志重捕法调查该兔的种群密度，第一次捕获50只全部标记后释放，一个月后进行第二次捕捉，在第二次捕获的兔中，未标记的有60只、标志的有20只。
估算该兔种群在这一环境中的K值是（ ）
A．150只B．200只
C．300只D．400只
【解析】 第3年种群的数量是（80×50）/20＝200（只）。
由种群增长速率的特点可知，第3年的数量等于K/2，故该兔种群在这一环境中的K值为400只。
【答案】 D
10．某野外调查小组对某地区种群进行深入调查，获得了下面有关信息资料。
如图表示某物种迁到一个新环境后，其种群数量的变化情况。
（1）从曲线的走势来看，该种群刚迁入时，经历了一个快速的增长期，曲线呈现出近似________增长；当种群数量越来越多，由于环境条件有限，曲线呈现出________增长；最后曲线呈现出有规律的________。
（2）该种群的环境容纳量（K值）大约对应于图中的哪个点？
________。
（3）如果此种群是鱼类，应如何捕捞才能使效益最高？
______________________________________________________________。
（4）某一地区2010年人口普查时有10万人，2011年比2010年增长1%。
请预测按照此增长速率，2016年该地区的人口将有多少？
________（写出计算式即可）。
在生物圈中，人口的K值是有限的。
人口增长过快对生态环境会产生沉重的压力。
为此我们应采取的对策是_____________________________________
______________________________________________________________。
【解析】
（1）由于种群刚迁入时的增长较快，曲线呈现出近似“J”型增长，而由于环境阻力的存在曲线呈“S”型增长，最后呈波动趋势。
（2）环境的最大容纳量应该位于波动的中间值。
（3）捕捞后在
（d点）左右时种群的增长速率是最大的。
（4）由于此种群的λ是固定不变的，为（1＋1%），代
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