学年高中生物苏教版必修三教学案第三章 第一节 第2课时 种群数量的变化 Word版含答案.docx
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学年高中生物苏教版必修三教学案第三章第一节第2课时种群数量的变化Word版含答案
第2课时 种群数量的变化
学习目标：
1.人类活动对种群数量变化的影响
2．构建种群的增长模型的方法
3．探究培养液中酵母菌种群数量的变化
4．用数学模型解释种群数量的变化
[教材梳理]
一、种群数量的变化
1．建立数学模型的过程
（1）表达：
是根据建模的目的和掌握的信息（如数据、现象），将实际问题转换成数学问题，用数学语言确切地表述出来。
（2）验证：
是用现实对象的信息检验得到的解答，以确认结果的正确性。
2．“J”型曲线
（1）含义：
以时间为横坐标、种群数量为纵坐标，将种群的连续增长用坐标图表示而形成的曲线。
（2）条件：
食物充裕、空间充裕、气候适宜和没有敌害等。
（3）数学模式：
Nt＝N0·λt
3．“S”型曲线
（1）含义：
在自然条件下，种群数量增长到环境容纳量时不再增长的过程用坐标图表示而形成的曲线。
（2）条件：
气候、食物、天敌、疾病等自然因素的限制。
（3）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。
二、血球计数板及其使用
1．血球计数板
（1）构造：
血球计数板正面中央有两个方格网，方格网上有9个大方格，只有中间的一个大方格为计数室，供计数用。
（2）容积：
计数室长和宽各为1mm，深度为0.1mm，体积为0.1mm3。
（3）规格：
有两种。
①一种是大方格分为16个中方格，每个中方格又分为25个小方格。
②另一种是大方格分为25个中方格，每个中方格又分为16个小方格。
两种类型的每个大方格都由400个小方格组成。
2．用血球计数板计数酵母菌
（1）样品：
酵母菌悬液。
（2）稀释：
稀释样品，目的是为了方便计数。
（3）用擦镜纸擦净血球计数板，在中央的计数室上加盖专用的盖玻片。
（4）滴液：
在盖玻片边缘滴入酵母液，用滤纸吸去多余的悬液。
（5）计数：
以25×16的计数板为例，计数4个角及中央共5个中方格（80个小方格）内的酵母菌。
（6）每个样品计数3次，取其平均值。
3．计算
1mL悬液中的酵母菌数量＝
×400×104×稀释倍数。
[牛刀小试]
1．判断下列说法的正误
（1）数学模型的应用能较明确地表达生命活动的动态过程，进而深入了解生命活动的本质。
（√）
（2）建立种群动态变化数学模型的目的是阐明种群个体的生命活动规律。
（×）
（3）J型曲线是理想曲线，自然界根本不存在。
（×）
（4）J型曲线的种群增长率保持不变。
（√）
（5）S型曲线的限制因素既有生物因素，也有环境因素。
（√）
（6）S型曲线在K值时，种群增长速率最大。
（×）
（7）S型曲线中当种群数量达到K值时，种群数量就不再发生改变。
（×）
（8）人为的干扰往往使自然种群数量发生一定的变化。
（√）
2．在图中，表示种群在无环境阻力状况下增长的是（ ）
解析：
选B 理想状态下种群呈J型曲线增长。
3．下列有关种群增长的S型曲线的叙述，错误的是（ ）
A．通常自然界中的种群增长曲线最终呈S型
B．达到K值时种群增长速率为零
C．种群增长受自身密度的影响
D．种群的增长速率逐步降低
解析：
选D 在整个种群S型增长变化过程中，增长速率先增大、后减小，故D项叙述错误。
4.如图是一个鼠群迁入一个新的生态系统后的生长曲线图。
试分析在曲线中哪一段表示食物最可能成为鼠群繁殖速率的限制因素（ ）
A．EF段 B．DE段
C．BD段D．CB段
解析：
选A 该种群呈S型曲线增长，CB段表示生长的延滞期，BD、DE段表示种群进入指数增长期，EF段曲线平滑，接近于平行，表示环境阻力的增大，繁殖速率开始下降，出生率与死亡率相当，这时食物最可能成为鼠群繁殖的限制因素。
5．思考探究
（1）分析种群数量增长呈S型的原因。
提示：
自然界的资源和空间总是有限的，当种群密度增大时，种内斗争就会加剧，天敌数量增加，这些原因使种群出生率降低，死亡率增高。
当死亡率等于出生率时，种群的数量不再增加。
（2）种群数量达到K值后，数量能维持恒定不变吗？
为什么？
提示：
不能。
由于环境是时刻发生变化的，故其容纳量也会发生变化，其数量会发生波动。
[重难突破]
一、J型和、S型增长曲线的分析
1．种群增长的J型曲线
（1）前提条件（判断依据）：
若出现以下五种情况即可判断为J型曲线：
①理想条件下；②实验室条件下；③食物和空间条件充裕、气候适宜和没有敌害等几个条件同时满足；④外来物种入侵早期阶段；⑤无环境阻力状况。
（2）公式：
Nt＝N0·λt（N0为该种群的起始数量，t为时间，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。
若λ>1，种群密度增大，为增长型种群；λ<1，种群密度减小，为衰退型种群；λ＝1，数量不变，为稳定型种群）。
（3）J型曲线增长率：
J型曲线的增长率为一个常数（λ－1），可用图甲表示。
2．种群增长的S型曲线
（1）达到K值不再增加的原因：
资源和空间有限，当种群密度增大时，种内斗争加剧，天敌数量增加，导致出生率下降，死亡率上升，最终达到平衡。
（2）S型曲线增长速率：
S型曲线的增长速率可用图乙表示，由图可知，种群增长速率先增大后减小，最后变为0（即K值时），t1对应K/2值，t2对应K值。
乙
3．种群数量两种增长方式的差异
两种增长方式的差异，主要在于环境阻力对种群数量增长的影响，按照达尔文自然选择学说，就是通过生存斗争淘汰的个体，可用图丙表示。
丙
图中的阴影部分是表示在生存斗争中被淘汰的个体数；当种群数量＝K值时，出生率≈死亡率。
二、研究种群数量变化的意义
研究种群数量变化的意义主要体现在两方面：
一是野生生物资源的合理开发利用，二是农林害虫等有害动物的防治，如下表（以灭鼠及捕鱼为例说明）：
灭鼠
捕鱼
K/2（有最大增长速率）
灭鼠后，鼠的种群数量在K/2附近，这样鼠的种群数量会迅速增加，无法达到灭鼠效果
使鱼的种群数量维持在K/2，捕捞后，鱼的种群数量迅速回升
K（环境最大容纳量）
降低K值，改变环境，使之不适合鼠生存
保护K值，保证鱼生存的环境条件，尽量提升K值
[实验探究]
探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化
1．实验原理
（1）酵母菌属兼性厌氧型微生物，有氧时产生二氧化碳和水，无氧时产生二氧化碳和酒精。
（2）用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受培养基的成分、空间、pH、温度等因素的影响。
（3）在理想条件下，酵母菌增长曲线呈“J型”；在有限的环境下，酵母菌增长曲线呈“S型”。
2．过程
（1）将10mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中。
（2）将酵母菌接种于试管中的培养液中并混合均匀。
（3）将试管在28℃条件下连续培养7d。
（4）每天采用抽样检测方法计数酵母菌，计数方法如下：
计数 计数室内酵母菌（多取几个计数室取平均值）设为a
计算
列表记录如下：
时间
起始
1
2
3
4
5
6
7
数量
N0
（5）画出酵母菌增长曲线图（如图）及转化后的增长速率曲线。
3．注意事项
（1）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。
（2）从试管中吸出培养液进行计数前，需将试管轻轻振荡几次，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减少误差。
[考向聚焦]
[例1] 把添加少量饲料的一定量的自来水，均分到两个大小相同的水槽甲和乙中，再分别投放少量并且相等的同种草履虫。
以后只对乙水槽给予一次适量的饲料补充，在其他培养条件相同且适宜的情况下，分别对甲、乙水槽中草履虫进行培养。
以下哪项预期结果合理（ ）
[解析] 据题意，在一定量的自来水中添加少量饲料，此时培养液中营养物质较少。
在补充饲料之前，甲、乙水槽中的草履虫数量变化相同，乙水槽补充饲料后，草履虫种群数量增加较甲水槽快，由于空间和营养物质是有限的，补充饲料后草履虫的数量仍呈现S型曲线增长。
[答案] B
[例2] 在“探究酵母菌种群大小的动态变化”的实验中：
（1）对酵母菌进行计数可以采用________的方法，从试管中吸出培养液进行计数之前，要________________。
如果实验时发现血球计数板的一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取的措施是________________。
（2）如果提出的问题是“培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的”，试针对这一问题作出假设：
__________________________________________________________________。
（3）某一组同学为了探究“温度（5℃、28℃）对酵母菌种群数量变化是如何影响的”设计了实验方案，进行了为期7天的实验，每天定时取样一次，并在实验前设计了记录实验数据的表格，如下：
根据上述表格，有人认为该同学设计的实验方案不能够准确反映酵母菌种群数量的变化，请改进此方案中的不足之处：
_____________________________________________________。
（4）另一组同学为探究培养液中酵母菌种群数量的变化，设计了3组实验（见下表）。
每隔24小时取样并计数，实验结果略。
试管编号
培养液
（mL）
无菌水
（mL）
酵母菌
母液（mL）
温度（℃）
A
10
0.1
28
B
10
0.1
5
C
10
0.1
28
①上述实验目的是：
探究________对酵母菌种群动态变化的影响。
②用显微镜定期测酵母菌数目，结果仅A管中第3天开始个体数目迅速增加，第5天开始个体数目达到最大，第6天结束实验。
请将A、B、C三组预期结果的走势图表示在图中。
[解析]
（1）对酵母菌计数应采用抽样检测法，为了保证取样时酵母菌分布均匀，取样时需将试管轻轻振荡几下，若取样中酵母菌数量太多应适当稀释。
（2）假设应是针对种群数量变化与时间的关系。
（3）为了保证计数的准确，应多次取样求其平均值。
（4）由图表分析变量有温度和营养成分。
由于A组条件适宜，酵母菌种群呈现S型增长；B组温度不适宜，C组缺少营养，因此都无法达到正常生长状态。
[答案]
（1）抽样检测 将试管轻轻振荡几次 适当稀释菌液
（2）在一定时间范围内酵母菌种群的数量随时间呈S型增长（或在一定时间范围内，酵母菌种群的数量随时间推移逐渐增大，达到一定程度以后，酵母菌种群数量维持相对稳定，或其他表达了“酵母菌种群的数量”与“时间”关系的合理叙述） （3）每天检测时应多次取样，求平均值 （4）①温度和营养成分 ②如图
[网络构建]
[关键语句]
1．建立数学模型主要包括表达和验证两个过程。
2．在理想条件下，种群数量的变化主要取决于出生率、死亡率和起始种群的个体数量。
3．在理想条件下，种群数量增长的数学模型为：
Nt＝N0·λt，呈“J”型曲线。
4．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，称为环境容纳量，用K表示。
5．当种群数量达到环境容纳量时，种群数量有时会稳定在一定的水平，不再增长，呈“S”型曲线。
6．血球计数板主要用于计数血液中的红细胞、白细胞和血小板，也可计数其他液体中的微小颗粒。
1．下列关于种群的说法中，不正确的是（ ）
A．一个种群中个体的数量会因环境条件的变化而发生变化
B．种群内个体间通过自由交配可以产生可育后代
C．种群中个体间的斗争会由于出生率大于死亡率而加剧
D．充裕的食物和生存空间以及适宜的温度使得种群数量呈J型曲线增长
解析：
选D 只有在食物和生存条件充裕以及没有敌害等理想条件下，种群数量才会呈“J”型曲线增长。
种群中个体的数量会因环境条件变化而发生变化。
2．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：
选C 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，可通过降低K值来减少危害。
对鱼的种群，捕捞后的数量应保持在K/2，才可持续获得最高产量。
3．在调查某林场松鼠的种群数量时，计算当年种群数量与一年前种群数量比值为λ，并得到如图所示的曲线。
据此图分析得到的下列结论中错误的是（ ）
A．前4年该种群数量基本不变，第4年调查年龄组成可能为衰退型
B．4～8年间种群数量在下降，可能原因是食物的短缺和天敌增多
C．第8年时种群数量最少，8～16年间种群数量增加，且呈S型曲线增长
D．如果持续16～20年间趋势，后期种群数量将呈J型曲线增长
解析：
选C 种群数量最少应是在第10年，8～10年间λ值仍小于1，种群数量继续降低。
4．某学生在“探究酵母菌种群数量的动态变化”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，然后是稳定型，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：
选C 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。
5．如图为一动物种群迁入一个适宜环境后的增长曲线图，据图回答问题。
（1）图中表示种群数量最大的一点是___________________________________________。
（2）图中表示种群增长速率最快的一点是_______________________________________。
（3）该种群的增长速率由缓慢到增大是在迁入第______年后开始的。
（4）此动物种群增长的曲线呈________型。
（5）种群数量达到环境条件所允许的最大值的一点是________________，既要获得最大的捕获量，又要使动物资源的更新不受破坏，应该使该动物种群的数量保持在____________点上。
解析：
种群增长在无限环境中呈指数增长，曲线呈“J”型；而在有限环境中的增长，曲线呈“S”型，环境中有一个最大种群容纳量。
种群增长速率取决于某点切线斜率的大小，斜率大，增长速度快。
由于环境容纳量是一定的，达到最大容纳量后数量已不再增加，所以在资源利用时既要获得最大的捕获量，又要使动物资源的更新不受破坏，应使种群数量保持在b点最为合适。
答案：
（1）d
（2）b （3）2 （4）“S” （5）d b
（时间：
30分钟；满分：
50分）
一、选择题（每小题2分，共20分）
1．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。
下列排序正确的是（ ）
A．①②③④ B．②④①③ C．④①②③ D．③①②④
解析：
选B 数学模型的建构步骤包括：
提出问题→作出假设→建立模型→检验或修正。
2．搁置一段时间的洗碗水，在其他条件都适宜的情况下，碗内微生物数量变化在开始一段时间内最可能的是呈（ ）
A．“J”型曲线增长
B．“S”型曲线增长
C．“J”型或“S”型曲线增长
D．无规律增长
解析：
选A 碗内微生物在开始一段时间内，其生活的空间和资源可以认为是无限的，因此其增长曲线最可能是“J”型曲线。
3．在含有5mL培养液的培养瓶中放入少量酵母菌菌种，然后每隔一天统计一次酵母菌的数量。
经过反复实验，得出如图所示的结果。
对这一结果的分析，错误的是（ ）
A．酵母菌的生长呈现出S型增长
B．酵母菌种群在第4天增长速率达到最大
C．在第4天至第6天中，种群的出生率等于死亡率
D．该瓶内酵母菌种群的K值为400
解析：
选B 酵母菌种群在第4天时，增长速率为0；种群数量达到K值后，其出生率和死亡率相等，种群数量不再继续增加，而是在K值上下波动。
4．在培养瓶内饲养黄腹果蝇，其种群数量变化如图所示。
下列叙述错误的是（ ）
A．第30天种群的增长率达到最大值
B．种群数量在K值上下的波动是出生率和死亡率改变造成的
C．即使持续输入营养，种群数量也不呈现“J”型增长
D．若第40天时引入黑腹果蝇，将可能导致黄腹果蝇的K值下降
解析：
选A 第30天种群数量达到K值，种群增长率为0，A错误；种群的出生率和死亡率不断变化，使得种群数量在K值上下波动，B正确；即使持续输入营养，但由于空间有限，种群数量仍然呈现“S”型增长，C正确；若第40天时引入黑腹果蝇，形成竞争关系，则可能导致黄腹果蝇的K值下降，D正确。
5．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
调查发现某种一年生植物（当年播种、当年开花结果）的种群中存在下列情形：
①因某种原因导致该植物中大约只有80%的种子能够发育成成熟植株；②该植物平均每株可产生400粒种子；③该植物为自花传粉植物。
目前种子数量为a，则m年后该植物的种子数量N可以表示为（ ）
A．400a·0.8m B．0.8a·400m
C．a·320mD．320am
解析：
选C 据题意可知：
该种群一年后种子的数量为a×80%×400，则两年后种子的数量为a×80%×400×80%×400＝a×（80%×400）2，三年后种子的数量为a×80%×400×80%×400×80%×400＝a×（80%×400）3，以此类推，m年后种子的数量为a×（80%×400）m＝a×320m。
6．用牛奶瓶培养黑腹果蝇，观察成虫数量的变化，结果如下表：
时间（天）
1
5
9
13
17
21
25
29
33
37
成虫数
（只）
6
10
28
71
131
207
270
302
327
341
根据表中数据分析，下列结论正确的是（ ）
A．第13～25天，成虫数量增长快的主要原因是个体生长加快
B．第17～29天，成虫增长率上升、死亡率下降
C．第21～37天，成虫增长率的下降与种群密度的改变有关
D．第1～37天，成虫数量呈J型增长
解析：
选C 据图可知，随培养时间的延长，个体数量不断增加，但增加速率先上升后下降。
当个体数量达到一定程度后，种内斗争加剧，所以种群增长速率下降。
7．（2016·汕头高二期末）将若干只雌、雄鼠放在一定大小的笼子中饲养，让它们自由交配繁殖，并且给予足够的饲料和水，则笼内鼠的数量和饲养时间之间的关系最可能是图中的（ ）
A．aB．bC．cD．d
解析：
选C 在有限的条件下，种群将呈“S”型增长，此种群的数量受笼子中生存空间的限制。
8．[多选]将酵母菌分为a、b、c、d四组，用不同方式培养，其种群增长曲线如图所示，下列叙述不正确的是（ ）
A．K值随环境条件的改变而改变
B．更换营养液的周期越长，种群平均增长率越大
C．a种群在20h～40h之间处于生长的对数期
D．d种群在60h～100h之间，酵母菌体积增长较快
解析：
选BD 在特定有限环境中，所允许某特定种群个体数量的最大值（即K值）是不变的；由图中曲线可以看出更换营养液周期越长，种群对营养需求的斗争越激烈，繁殖速率减小，平均增长率减小；a种群在20h～40h之间营养充足，环境压力极小，种群处于生长对数期；d种群在60h～100h之间，种群数量达到最大容量，因生存斗争剧烈，酵母菌生长缓慢。
9．如图所示为自然环境中生物种群数量变化曲线，下列有关叙述错误的是（ ）
A．cd段波动主要是出生率和死亡率变动所致
B．“竭泽而渔”会使鱼虾数量下降至b以下，可能会使生态系统的发展停滞甚至崩溃
C．灭鼠时如果仅杀死一半老鼠，效果可能适得其反
D．自然界的生物的环境容纳量只能在一定范围内波动，不会被突破
解析：
选D cd段种群数量曲线围绕最大值K上下波动，是出生率和死亡率变动所致；如果捕杀老鼠后，其数量在b点附近，老鼠反而会大量增长；在一个特定环境中K值基本是稳定的，但是如果环境发生了很大的变化，K值也会被突破，并且会随着环境资源量的改变而改变。
如建立大熊猫自然保护区，改善大熊猫的生存环境，从而提高其环境容纳量。
10．如图表示出生率、死亡率和种群密度的关系，据此分析得出的正确表述是（ ）
A．在K/2时控制有害动物最有效
B．图示规律可作为控制人口增长的依据
C．该图可用于实践中估算种群最大净补充量
D．在K/2时捕捞鱼类最易得到最大日捕获量
解析：
选C K/2时种群的增长速率最大，此时不利于对有害动物的控制。
控制人口数量的关键是控制出生率。
K/2时捕捞得到的不是最大日捕获量，得到最大日捕获量应在K时。
根据该图可以估算最大净补充量，用于指导实际生产。
二、非选择题（共30分）
11．（10分）如图所示为某一经济动物种群迁入一个适宜的环境后的增长曲线图，请回答：
（1）图中表示种群数量最大的一点是________。
（2）图中表示种群增长速率最快的一点是________。
（3）该种群的增长速率由缓慢到逐渐加快是在迁入__________年后开始的，环境阻力迅速增强是在迁入第________年后开始的。
（4）既要获得最大的捕获量，又要使该动物资源的更新能力不受破坏，应使捕获后的该动物种群的数量保持在图中________点所代表的水平上。
解析：
由题目可获得的信息有：
①某一经济动物种群迁入一个适宜的环境；②种群的增长曲线图。
解答本题，要明确种群增长曲线图以及种群增长的规律，然后结合各小题进行分析。
在S型曲线中，K值是环境的最大容纳量，K/2值时增长速率最大，越接近K值，环境的阻力越强。
答案：
（1）d
（2）b （3）2 5 （4）b
12．（12分）某生物兴趣小组开展探究实验，课题是：
“培养液中酵母菌种群数量与时间的变化关系”。
实验材料：
酵母菌菌种和无菌马铃薯培养液、试管、血球计数板（2mm×2mm方格）、滴管、显微镜等。
根据以上叙述回答下列问题：
（1）根据所学知识，该课题的实验假设是：
开始时，在资源和空间充裕的环境中，酵母菌呈J型增长，随着时间的推移，由于________________________，酵母菌呈S型增长。
（2）本实验没有另外设置对照实验，原因是_______________________________________
_____________________________________________________。
该实验是否需要重复实验？
____________，试解释原因____________________________________________________。
（3）如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取的措施是_______________。
（4）试在该实验的基础上，根据你对影响酵母菌种群生长因素的推测，进一步确定一个探究实验的课题：
______________________________________________________。
解析：
（1）在有限的空间培养酵母菌一定时间后，由于营养物质的消耗，有害代谢产物的积累，pH不适宜，从快速J型
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