高中生物第4章种群和群落第2节种群数量的变化学案新人教版.docx

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。方式一2015年内蒙古3 000万亩草原遭遇蝗灾，部分街道蝗虫成群。灭蝗70%以上采用生物措施。截至7月15日，全区采用绿僵菌、苦参碱、烟碱苦参碱、牧鸡、牧鸭等完成防治面积507.5万亩。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、种群数量的增长、变化曲线及应用1建构种群数量增长的数学模型的方法(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)构建数学模型的方法步骤：提出问题提出合理的假设用适当的数学形式表达检验或修正。(3)数学模型的表达形式及优点数学方程式：优点是科学、精确。曲线图：优点是直观。2种群增长的“J”型曲线(1)含义：在理想条件下的种群，以时间为横坐标，以种群数量为纵坐标画出的曲线图，曲线大致呈“J”型。(2)“J”型增长的条件：食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等。(3)模型假设：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倍。(4)建立模型：t年后种群数量为：NtN0t。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(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，提高环境容纳量是保护大熊猫的根本措施。4种群增长的“J”型曲线和“S”型曲线比较项目“J”型曲线“S”型曲线前提条件环境资源无限环境资源有限种群增长率保持稳定随种群密度上升而下降图像模型种群增长速率K值无K值种群数量在K值上下波动联系“J”型增长曲线“S”型增长曲线5.种群数量的波动和下降(1)影响因素(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。问题探究1在20世纪30年代，人们将环颈雉引入美国的一个岛屿。在19371942年期间，这个种群数量的增长如图所示。某岛屿环颈雉种群数量的增长由资料分析可知：(1)如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线则大致呈“J”型。(2)若N0为该种群的起始数量，t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。t年后种群数量为：NtN0t。当1时，种群呈“J”型增长；当1时，种群保持稳定；当死亡率，种群数量增加。K/2时，出生率与死亡率的差值最大，种群增长速率最大。K/2K时，出生率仍死亡率，但差值在减小，种群数量增长缓慢。K值时，出生率死亡率，种群数量达到最大。3结合右图分析，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。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。1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。2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a点之前及时控制种群密度Bab段，该种群的增长率与种群密度之间成正相关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de段，该种群的增长率不变答案B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正确；图示ab段种群数量仍然在上升，但种群增长率呈下降趋势，B错误；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，C正确；在de段，种群数量相对稳定，增长率为0，D正确。知识拓展应用措施目的野生资源保护保护野生生物的生存环境，减小环境阻力增大K值有害生物防治增大环境阻力降低K值在种群数量达到K/2以前采取相应措施防止害虫数量快速增长资源开发与利用捕捞或收获后的种群数量应维持在K/2保证持续获取高产量二、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。问题探究1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。2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。3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。4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B4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。4某研究小组探究10 mL培养液中酵母菌种群数量的变化，利用血细胞计数板(规格为0.1 mm,1/400 mm2)进行计数。图甲是某天显微镜镜检结果(视野中每个黑点含2个酵母菌)，图乙是7天内酵母菌种群数量的变化曲线。下列叙述不正确的是()A图甲中酵母菌数量过多，需加水稀释后再统计B图甲中的酵母菌数量对应于图乙中的第3天C相同条件下再次实验，酵母菌种群数量的K值基本不变D酵母菌自身代谢状况也会影响实验数据的统计答案A解析图甲中酵母菌数量可分辨清楚，不用加水稀释，A错误；每小格平均有2个酵母菌，每小格体积为：0.1 mm1/400 mm21/4 000 mm3，所以1 mm3中有8 000个酵母菌，则10 mL中酵母菌总数为：8 000101038107800105，B正确；环境条件不变，则环境的最大容纳量不变，C正确；酵母菌自身的代谢产物会改变培养液的理化性质，影响酵母菌的生命活动，D正确。易错点拨计数时要注意盖玻片和培养液的放置先后顺序，盖玻片在前，培养液在后。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 BC 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，请分析回答下列问题：(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。40分钟课时作业学考达标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能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()AEF段 BDE段CCD段 DBC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，即随着种群对环境的适应，增长速率增大，当个体数目达到时，增长速率最大，之后随着种群密度增大，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值时，增长速率变为0，故选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，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。高考提能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()Aa点时组成该种群的个体全为幼年个体Bb点时的种群大小能够提供最大持续产量Cc点时该种群年龄组成为衰退型Dd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有关“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”的实验中，下列相关叙述正确的是()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。9资源的合理使用是使产量最大化，又不影响资源的持久利用。自然种群增长呈“S”型曲线。假设种群的K值为200，N表示种群数量，据表分析正确的是()曲线上的点N(KN)/KS1200.90S2500.75S31000.50S41500.25S51800.10A.环境阻力对种群增长的影响出现在S4点之后B防治蝗虫应在蝗虫数量达到S3点时进行C渔业捕捞后需控制剩余量在S3点D(KN)/K值为0.25时，种群增长速率最大答案C解析环境阻力对种群增长的影响早在S4之前就已经出现，A错误；防治蝗虫应在蝗虫数量达到S3点之前进行，B错误；S3点增长速度较快，既能使产量最大化，又不影响资源的持续利用，渔业捕捞后需控制剩余量在S3点，C正确；种群增长速率最大的点是S3，D错误。10某高级中学迁入新建校园14年，校园中鸟纲鹎科动物白头鹎在14年间的种群增长速率如表所示。据表分析可知()年份第2年第4年第6年第8年第10年第12年第14年增长速率0.661.522.833.692.911.200.03A这14年中白头鹎种群的数量呈“J”型增长B第12年时白头鹎种群的年龄组成为衰退型C研究时用样方法调查白头鹎的种群密度并经计算得出表中的数据D白头鹎在该中学的环境容纳量约为第8年时白头鹎种群数量的两倍答案D解析由于增长速率先增后减，所以这14年中白头鹎种群的数量呈“S”型增长，A错误；第12年时白头鹎种群的增长速率为1.2，所以年龄组成为增长型，B错误；研究时用标志重捕法调查白头鹎的种群密度，C错误。11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12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。13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，但作物价值也越大，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。真题体验14(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，正确的是()A种内竞争导致初始阶段增长缓慢B可用数学模型NtN0t表示C可用取样器取样法计数DK值约为120 000个答案D解析在酵母菌培养初期，酵母菌数量极少，酵母菌个体间几乎不存在种内斗争，所以A选项错误；由图像可知，在