高中人教版生物必修三配套文档：第4章第2节种群数量的变化含解析.doc

第2节种群数量的变化目标导读1.阅读分析教材P65细菌数量增长的实例，学会建构种群增长模型的方法。2.通过教材P6869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.结合教材P66图45，理解种群“J”型增长的数学模型。4.结合教材P67图46，理解种群“S”型增长的数学模型。重难点击根据实例建构种群增长的“J”型、“S”型数学模型，并据此解释种群数量的变化和指导实践。课堂导入方式一：2013年8月9日湖南省林业厅发布信息：受持续晴热干旱天气影响，从7月中旬至8月初，长沙、益阳、常德、邵阳、娄底等多地发生蝗虫灾害，受灾面积从23万亩增加至31万亩，并有进一步扩散蔓延趋势，灾害对竹产业造成一定影响。目前，湖南已采取三大措施遏制蝗虫病害：诱杀成蝗；重点地区组织化学防治；加强监测，调查产卵地，为明年防治打好基础。有效遏制蝗虫灾害需要研究蝗虫种群数量的变化规律，这节课我们共同学习种群数量的变化。方式二：地球上的每种生物都具有很大的生殖潜力，如果这种生殖潜力不受食物、空间、天敌和气候条件等的限制而任其发展的话，生物种群会在短期内达到惊人的数量。但是大多数情况下，种群的生存和发展受到资源、空间、天敌等因素的限制，所以其种群的数量增长不可能出现上述现象。那么，种群的数量变化有什么规律呢？一、建构种群增长模型的方法1.数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。2.建构方法项目研究方法研究实例提出问题观察研究对象，提出问题细菌每20 min分裂一次合理假设提出合理的假设在资源和空间无限的环境中，细菌的种群增长不会受种群密度增加的影响建立模型根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达时间(min)020406080细菌数量(个)2021222324时间(min)100120140160180细菌数量(个)2526272829Nn2n(N代表细菌数量，n表示第几代)修正检验通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正3.意义数学模型是联系实际问题与数学规律的桥梁，具有解释、判断、预测等重要功能。在科学研究中，数学模型是发现问题、解决问题和探索新规律的有效途径之一。合作探究1.同是数学模型，曲线图与方程式比较，分别具有怎样的特点？答案曲线图与方程式都是数学模型，方程式能准确反映种群数量变化，但不够直观；而曲线图能更直观地反映出种群数量的变化趋势，但不够精确。2.从曲线的走向分析可以预计：若在食物(养料)和空间条件充裕、气候适宜和没有敌害等理想条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响，往往会持续增长。1.在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，某细菌每20 min就分裂繁殖一代。现将该细菌种群(m个个体)接种到培养基上(资源、空间无限)，T h后，该种群的个体总数是()A.m2T B.m220 C.2 D.m23T答案D解析在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，种群呈“J”型增长。由于该细菌每20 min繁殖一代，则T h后，繁殖3T代，故T h后，该种群的个体总数为NtN02tm23T。一题多变判断正误(1)在一个培养基中，细菌的数量会一直按照上述数学模型增长。()(2)生物按何形式增长可以用实验计数法来检验或修正。()(3)自然界中的食物和空间无限，生物一般按指数形式增长。()答案(1)(2)(3)二、种群数量的变化曲线和应用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”型曲线理想条件下；实验室条件下；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；外来物种入侵早期阶段；无环境阻力状况。(2)公式：NtN0t。N0为该种群的起始数量，t为时间，表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。若1，种群密度增大，为增长型种群；1，种群密度减小，为衰退型种群；1，数量不变，为稳定型种群。(3)1时的曲线模型(4)特点：无K值，持续增加。2.种群增长的“S”型曲线(1)前提条件：资源、空间有限、受其他生物制约。(2)形成原因自然资源和空间有限种群密度增长达到平衡，数量趋于稳定，呈“S”型增长。(3)曲线模型(4)特点：有最大值即K值，K/2时斜率最大，增长速率最大。(5)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，又称“K”值。同一种群的K值不是固定不变的，会随着环境条件的改变而变化。3.农业生产中的应用(1)保护濒危动植物对于濒危动植物而言，由于环境污染、人类破坏等，导致此种生物的K值变小，通过建立自然保护区等措施提高环境容纳量，是保护这些生物的根本措施。(2)合理利用自然资源在“S”型曲线中，种群数量达到环境容纳量的一半时，种群增长速率最大，资源再生能力最强。因此，在野生生物资源合理开发利用方面，要保证捕捞或利用后，生物种群数量不得低于，这样既可获得最大利用量，又可保持种群的高速增长。(3)防止有害生物在农林害虫的防治方面，降低农林害虫的环境容纳量是防治的根本，杀虫效果最好的时期则在之前。合作探究1.在“S”型曲线中，有一段时期近似于“J”型曲线，这一段是否等同于“J”型曲线？答案不是。因为“J”型曲线是理想条件下的种群增长趋势，“S”型曲线是在环境有限的条件下种群的增长趋势。2.结合下图分析，同种生物的K值是固定不变的吗？哪些因素会影响动物种群的环境容纳量？答案同一种生物的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。生物自身的遗传特性和食物、栖所、天敌及其他生存条件均会影响动物的环境容纳量。3.请用达尔文的进化观点分析下图中的阴影部分所表示的含义是什么？答案经过生存斗争被淘汰的个体数量。4.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的比值()，并得到如图所示的曲线，则该种群在第几年时个体数量最少？答案第10年时种群数量最少。因为从第4年到第10年，一直小于1，说明种群数量一直在下降。2.如图表示种群在理想环境中和有环境阻力条件下的增长曲线，下列有关种群数量增长曲线的叙述中正确的是()A.图甲为“J”型增长，每年增加的个体数量始终不变B.图乙为“S”型增长，G点时增长速率达到最大值C.防治蝗灾应在害虫数量达到F点时进行D.渔业捕捞后剩余量应该在E点左右答案D解析图甲曲线的斜率代表种群的增长速率(即单位时间内种群个体的增加数目)，由题图曲线特征可以看出，在不同的时间点，曲线的斜率不同，即种群的增长速率不同，故A错误；图乙中G点时种群的数目不再变化，增长速率为0，故B错误；防治蝗灾应该在D点附近，超过D点，蝗虫增长速率加快，灭虫效果差，故C错误；渔业捕捞应该在超过时进行，且每次捕捞后的剩余量应保持在E点左右，此时种群的增长速率最快，故D正确。一题多变若如图表示某种小型淡水鱼迁入新的湖泊后种群增长速率随时间变化的曲线，请判断如下叙述的正误：(1)该种小型淡水鱼在新的环境中呈“J”型增长。()(2)该种鱼在新湖泊中的环境容纳量约为t2时该鱼数量的两倍。()(3)t4时该种小型淡水鱼在新环境中逐渐消失。()(4)t3时该种小型淡水鱼的年龄组成为衰退型。()答案(1)(2)(3)(4)解析(1)此曲线的纵坐标为“种群增长速率”，其种群为“S”型增长。(2)t2时刻对应的种群数量为。(3)t4时刻种群数量达到K值，并非在新环境中逐渐消失。(4)t3时刻年龄组成应为增长型。三、探究培养液中酵母菌种群数量的变化1.提出问题：培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？2.作出假设：培养液中的酵母菌数量开始一段时间呈“J”型增长，随着时间推移，由于营养物质的消耗、有害代谢产物的积累、pH的改变，酵母菌数量呈“S”型增长。3.探究步骤(1)将10 mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中。(2)将酵母菌接种到试管中的培养液。(3)将试管放在25 条件下培养。(4)每天取样计数酵母菌数量。用血细胞计数板在显微镜下计数，估算10 mL培养液中酵母菌的初始种群数N0，然后连续观察七天，记录每天的数值。(5)分析数据，以时间为横坐标，酵母菌数量为纵坐标，画出坐标曲线图，分析曲线走向，揭示酵母菌种群数量变化规律。4.实验结论在有限的环境条件下酵母菌种群数量呈“S”型增长。合作探究1.探究本实验需要设置对照实验吗？需要做重复实验吗？答案酵母菌在不同时间内的数量可以相互对照，不需另设对照实验，但需要做重复实验，以保证计数的准确性。2.从试管中吸出培养液进行计数前，为什么需将试管轻轻振荡几次？答案目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减少误差。3.若一个小方格内酵母菌过多，难以数清，采取的措施是什么？答案可增大稀释倍数后再计数。4.对于压在小方格界线上的酵母菌，怎样计数？答案只计算相邻两边及其夹角的酵母菌。5.影响酵母菌种群生长的因素可能有哪些？答案养料、温度、pH及有害代谢废物等。3.某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验时，同样实验条件下分别在4个试管中进行培养(见表)，均获得了“S”型增长曲线。根据实验结果判断，下列说法错误的是()试管号培养液体积/mL105105起始酵母菌数/103个105510A.4个试管内的种群初始阶段都经历了“J”型增长B.4个试管内的种群同时达到K值C.试管内种群的K值与试管不同D.试管内的种群数量先于试管开始下降答案B解析培养液的体积是有限的，则整个培养过程中酵母菌呈“S”型增长。在培养初期，酵母菌之间不因数量较多而存在生存斗争，酵母菌呈“J”型增长。培养液中酵母菌数量达到K值的时间取决于培养液的体积和酵母菌的起始数量：酵母菌起始数量相同的试管(如和、和)，培养液体积越小的试管越先达到K值；而培养液体积相同的试管(如和、和)，酵母菌起始数量越大的试管越先达到K值。酵母菌数量开始下降的时间取决于酵母菌的起始数量和培养液的体积：培养液体积相同的试管(如和、和)，酵母菌起始数量越大的试管内种群数量越先下降；而酵母菌起始数量相同的试管(如和、和)，培养液体积越小的试管内种群数量越先下降。一题多变如图为某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验时，所测得的不同培养阶段酵母菌种群数量、葡萄糖浓度和乙醇浓度的变化曲线，请回答下列问题：(1)曲线AB段酵母菌呼吸发生的场所是 ；曲线BC段酵母菌呼吸的方式为 。(2)酵母菌种群数量从C点开始下降的主要原因除葡萄糖被大量消耗外，还有 、 。(3)在T1T2时段，单位时间内酵母菌消耗葡萄糖量迅速增加的主要原因有 、 。(4)某同学在T3时取样，统计的酵母菌种群数量明显高于D点对应的数量，原因可能有 、 和用血细胞计数板计数时出现错误等。答案(1)细胞质基质和线粒体有氧呼吸和无氧呼吸(2)乙醇含量过高培养液的pH下降(3)酵母菌进行无氧呼吸，产生的能量少酵母菌种群数量增多(4)取样时培养液未摇匀，从底部取样未染色，统计的菌体数包含了死亡的菌体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：根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达；观察研究对象，提出问题；通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正；提出合理的假设。下列排列顺序正确的是()A. B.C. D.答案B2.下图中表示种群在无环境阻力状况下增长的是()答案B3.种群的“J”型增长是有条件的，条件之一是()A.在该环境中只有一个种群B.该种群对环境的适应比其他种群优越得多C.环境资源是无限的D.环境资源是有限的答案C4.自然界中生物种群增长常表现为“S”型增长。下列有关种群“S”型增长的说法正确的是()A.“S”型增长仅表示了种群数量和食物的关系B.种群增长率在各阶段是不同的C.“S”型增长只表示了种群数量，与时间无关D.种群增长不受种群密度制约答案B5.某研究所调查发现：某种鱼迁入一生态系统后，其种群数量增长速率随时间变化的曲线如图所示，请分析回答问题：(1)在t0t3时间内，种群数量增长曲线呈 型；若在t3时种群数量为N，则在t1时种群数量为 。t1时该种群的年龄组成可能为 。(2)捕获该鱼的最佳时期为 时，原因是 。(3)在t3时期后，该鱼种群数量变化将呈现 状态，主要原因是 、 。答案(1)“S”增长型(2)t2在t1时种群增长速率最大，t2时捕获该鱼并使捕捞后维持在t1时的数量，获得的量较大且不影响该鱼类资源的再生(3)波动种内斗争加剧捕食者数量增加解析(1)t0t3时间内种群数量增长应呈现“S”型曲线，若在t3时种群数量为N，则t1时对应。t1时种群的年龄组成呈增长型。(2)由于t1时种群增长速率最大，资源更新能力最强，故t2时捕捞有利于获得较大捕获量且不影响资源更新。(3)在t3时期后种群数量变化将呈波动状态，原因是种内斗争加剧、天敌增加等。基础过关1.种群在理想和自然条件下分别表现出“J”型和“S”型增长。下列有关种群增长曲线的叙述中，正确的是 ()A.在种群“J”型增长模型(NtN0t)中，表示该种群的增长速率B.在自然条件下，种群的环境容纳量(即K值)是固定不变的C.在鱼类养殖中，在接近K值时进行捕捞有利于该种群的可持续发展D.在“S”型曲线中，种群密度不同时可能具有相同的种群增长速率答案D解析在NtN0t中，表示该种群数量是一年前种群数量的倍数，并不等同于种群的增长速率；种群的K值受环境因素影响，在优越环境中，K值将增大；在鱼类养殖中，使捕捞后的剩余量接近K/2时，种群的增长速率最大，有利于该种群的可持续发展；在“S”型曲线中，种群增长速率先快后慢，最后为0，故处于不同的种群密度下可以具有相同的增长速率。2.如图所示为一个鼠群迁入一个新的生态系统后的增长曲线。试分析在曲线中哪段表示食物最可能成为鼠群繁殖速度的限制因素()A.EF段 B.DE段 C.CD段 D .BC段答案A解析一个种群迁入一个新环境后的初期，由于生活空间大，生活资源十分丰富，天敌少，竞争者少，种群将呈“J”型增长。随着种群数量的增加，种群密度上升，生活空间和食物资源减少，种内竞争加剧，从而使种群增长减缓，并趋于停止。3.下列关于种群数量变化的叙述，错误的是()A.种群的数量变化受多种因素的影响，所以常常会出现波动B.种群数量的变化主要由迁入率和迁出率、出生率和死亡率引起C.在自然界中，种群的增长一般呈“J”型增长D.在自然界中，种群的增长一般呈“S”型增长答案C解析种群的“J”型增长，只有在空间无限、资源无限、不存在任何天敌的条件下才有可能，一个种群进入一个新环境，一定时间内会出现“J”型增长，但当种群数量达到环境条件所允许的最大值(K值)时，种群将停止增长，此时就会出现“S”型增长。4.在一个玻璃容器内，装入一定量的符合小球藻生活需求的营养液，接种少量的小球藻，每隔一段时间测定小球藻的个体数量，绘制成曲线，如图所示。下列4图中能正确表示小球藻种群数量增长速率随时间变化趋势的曲线是()答案D解析由于小球藻的种群增长曲线为“S”型，其增长速率在不同时间应有较大差异，即随种群对环境的适应增长速率增大，当个体数目达到处，增长速率最大，之后随种群密度增大，种内斗争加剧，天敌增多等，从而导致增长速率下降，当个体数目达到K值处增长速率变为0，因而应选D。5.环保工作者对某地区最主要的草食动物野兔种群数量进行连年监测，得到如图所示的数量增长变化()曲线(t月种群数量/(t1)月种群数量)。据图分析下列叙述正确的是()A.第1年至第3年该种群的出生率相同B.第4年初至第5年中期，种群数量呈“S”型增长C.第3年末种群数量与第5年中期种群数量相等D.野兔的种群数量在第6年末达到K值答案B解析在第13年间，由于基本上等于1，种群增长率为0，出生率等于死亡率，种群数量基本稳定，但出生率不一定相同，A错误；在第4年初至第5年中期，种群数量先增加的快，后增加的慢，在第5年中期达到K值，种群数量呈“S”型增长，B正确；第3年末种群数量小于第5年中期种群数量，因为第3年末到第5年中期大于1，C错误；野兔的种群数量应该在第5年中期达到K值，所以D错误。6.下列关于种群数量变化的叙述中，不正确的是()A.在理想条件下，种群数量增长的数学模型为：NtN0tB.一个物种引入新的地区后，一定呈“J”型增长C.对家鼠等有害动物的控制，要尽量降低其K值D.一个呈“S”型增长的种群，数量在左右时增长速率最大答案B解析在理想条件下，种群呈“J”型增长；一个物种引入一个新的地区，可能呈“J”型增长也可能不适应当地的自然环境而被淘汰；我们可以通过硬化地面等措施来降低环境容纳量以控制家鼠的种群数量。7.下图是黄海某种鱼的种群数量增长曲线。下列相关叙述正确的是()A.a点时组成该种群的个体全为幼年个体B.b点时的种群大小能够提供最大持续产量C.c点时该种群年龄组成为衰退型D.d点时该种群增长速率最大答案B解析曲线上各点的个体中均有不同年龄期的个体，只是比例不同而已，A错误；b点时，种群数量为，此时种群增长速率最大，若将种群数量维持在该水平上，将获得最大的持续产量，B正确；c点时种群数量仍在上升，则该种群年龄组成为增长型，C错误；d点时种群数量达到K值，出生率等于死亡率，增长速率为0，D错误。8.如图是探究影响酵母菌种群数量变化因素时获得的实验结果。有关分析正确的是()A.O点时酵母菌的接种量会影响酵母菌的发酵速率B.M点前酵母菌不进行细胞呼吸C.N点时酵母菌种群增长速率最大D.P点以后酵母菌数量下降只与酒精浓度有关答案A解析酵母菌种群的数量会影响发酵速率，由于接种量会影响种群的数量，所以也会影响发酵速率；M点前酵母菌进行的是有氧呼吸，不产生酒精；N点时种群数量已达到最大值，增长速率为0；P点种群数量的减少与酒精浓度、营养物质的减少等多种因素有关。9.有关“探究培养液中酵母菌数量的变化”的实验中，正确的是()A.改变培养液的pH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答案D解析营养条件、pH和温度等的变化都会影响种群数量。能力提升10.某研究性学习小组通过资料查找发现：在1535 范围内，酵母菌种群数量增长较快。为了探究酵母菌种群增长的最适温度，他们设置了5组实验，每隔24 h取样检测一次，连续观察7 d。相关探究实验的结果如表所示：(单位：106个/mL)温度()第1次第2次第3次第4次第5次第6次第7次第8次0 h24 h48 h72 h96 h120 h144 h168 h151.23.03.84.64.03.22.82.5201.25.05.34.22.11.20.80.6251.25.25.64.62.91.00.60.2301.24.95.54.82.21.30.70.5351.21.51.82.02.21.30.80.6请据表分析回答下列问题：(1)实验过程中，每隔24 h取一定量的酵母菌培养液，用血细胞计数板在显微镜下进行细胞计数，并以多次计数的平均值估算试管中酵母菌种群数量，这种方法称为 法。(2)据表分析，酵母菌种群数量增长的最适温度约是 。在上述实验条件下，不同温度下酵母菌种群数量随时间变化的相同规律是 。(3)请在坐标中画出上述实验过程中不同温度条件下培养液中酵母菌种群数量达到K值时的柱形图。(4)为了使实验数据更加准确，需要严格控制实验中的 等无关变量。同一温度条件下，若提高培养液中酵母菌起始种群数量，则该组别中酵母菌到达K值的时间将 (填“增加”“减少”或“保持不变”)；若其他条件保持不变，适当提高培养液的浓度，则该组别的K值将 (填“增加”“减少”或“保持不变”)。答案(1)抽样检测(2)25在一定时间范围内，酵母菌的种群数量随培养时间的延长而不断增长；达到最大值后，随时间的延长酵母菌的种群数量逐渐下降(或酵母菌的种群数量先增后减)(3)如图(柱形分布合理、数值大致正确即可)(4)培养液的营养物质种类和浓度、pH、溶氧量、接种量减少增加解析(1)利用血细胞计数板在显微镜下直接计数是一种常用的细胞计数法，一般用于单细胞微生物数量的测定，根据在显微镜下观察到的细胞数目来计算单位体积的细胞的总数目，故这种方法称为抽样检测法。(2)由表中数据可知，在25 时，酵母菌种群数量增长最大，因而酵母菌种群数量增长的最适温度是25 。根据表格中的数据可知：随时间的增加，种群数量是先增加后减少。(3)根据表中数据可画出柱形图，注意柱形图的分布以及数值比例情况。(4)在实验中，无关变量与自变量都会对实验因变量产生影响，为排除干扰，在实验过程中要保证无关变量的一致性。该实验的无关变量有培养液的营养物质种类和浓度、pH、溶氧量、接种量等。同一温度条件下，若提高培养液中酵母菌起始种群数量，将增加种群繁殖量，则该组别中酵母菌到达K值的时间将减少；若其他条件保持不变，适当提高培养液的浓度，即培养液中营养物质适当增加，酵母菌的数量会因此而增加，则该组别的K值将增加。11.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 。答案(1)“J”型“S”型波动(2)b点(3)捕捞后种群数量控制在d()点左右(4)Nt10(11%)6万控制人口数量，加大资源和环境保护力度解析(1)由于种群刚迁入时的增长较快，曲线近似“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)由于此种群的是固定不变的，为(11%)，代入公式NtN0t，即可得出计算式。12.稻田中除了水稻外，还有杂草、田螺等生物。(1)调查稻田中田螺种群密度时可以采用样方法，选取样方的关键是 。根据下面的取样调查表可估算出稻田中田螺的种群密度为 (只/m2)。样方编号123456样方面积/m2111111田螺数量/只151815191514(2)稻田中经控制后的有害生物密度与所需的防治成本有关，并影响作物的价值。图中曲线 (填“”或“”)表示将有害生物控制在不同密度时的防治成本。若将有害生物密度分别控制在图中A、B、C三点，则控制在 点时收益最大。答案(1)随机取样16(2)B解析(1)样方法中取样的关键是做到随机取样，不能掺有人的主观因素；田螺的种群密度取各样方的平均值：(151815191514)/616(只/m2)。(2)作物价值与防治的成本之间的差值为收益。经控制后的有害生物的密度越小，防治成本越高，但作物价值也大，反之，经控制后的有害生物的密度越大，防治成本越低，但作物价值也越低。所以防治成本为曲线 。A、B、C三点中B点防治最好，此时二者差值最大，即收益最大。走进高考13.(2015广东，4)下图表示在一个10 mL封闭培养体系中酵母细胞数量的动态变化，关于酵母细胞数量的叙述，正确