2020生物导学提分教程人教必修三讲义第4章第2节种群数量的变化

第2节种群数量的变化[学习目标]1.构建种群增长模型的方法。2.用数学模型解释种群数量的变化。知识点一建构种群增长模型的方法知识梳理1.数学模型：用来描述一个系统或它的性质的eq\o(□,\s\up4(01))数学形式。2．构建方法典题分析题型一种群增长模型[例1]在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，某细菌每20min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)，Th后，该种群的个体总数是()A．m·2TB．m·220C．2eq\f(T,20)D．m·23Teq\a\vs4\al([解题分析])在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，细菌数量的增长不受种群密度增加的影响。由于该细菌每20min繁殖一代，则Th后，繁殖3T代。分裂一代后的数量为2m，分裂两代后的数量为m·22，则Th后分裂3T代，因此种群的个体数为m·23T，故选D。eq\a\vs4\al([答案])D知识点二种群数量变化曲线和应用知识梳理1.种群增长的“J”型曲线(1)含义在eq\o(□,\s\up4(01))理想条件下种群数量增长的形式，如果以eq\o(□,\s\up4(02))时间为横坐标，eq\o(□,\s\up4(03))种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线则大致呈“J”型。(2)数学模型①模型假设a．条件：eq\o(□,\s\up4(04))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eq\o(□,\s\up4(05))一定倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。②建立模型t年后种群数量表达式为eq\o(□,\s\up4(06))Nt＝N0λt。a．λ>1，种群密度eq\o(□,\s\up4(10))增大，为eq\o(□,\s\up4(11))增长型种群；b．λ<1，种群密度eq\o(□,\s\up4(12))减小，为eq\o(□,\s\up4(13))衰退型种群；c．λ＝1，种群数量eq\o(□,\s\up4(14))不变，为eq\o(□,\s\up4(15))稳定型种群。④曲线2．种群增长的“S”型曲线(1)曲线形成原因及曲线分析(2)农业生产中的应用④合理确定载畜量草原放牧、鱼的养殖等，最大量不能超eq\o(□,\s\up4(38))K值。3．种群数量的波动和下降(1)影响因素①自然因素：如eq\o(□,\s\up4(39))气候、食物、eq\o(□,\s\up4(40))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eq\o(□,\s\up4(41))波动中，在不利条件下，种群的数量还会急剧下降甚至消亡。eq\a\vs4\al([问题思考])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？提示：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．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？提示：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．K值是种群数量的最大值吗？提示：K值并不是种群数量的最大值；K值是环境容纳量，即在保证环境不被破坏的前提下所能容纳的最大值；在环境不遭到破坏的情况下，种群数量会在K值附近上下波动，种群所达到的最大值会超过K值，这个值存在的时间很短，会导致环境被破坏。典题分析题型二种群数量增长曲线分析[例2]在资源和空间有限的条件下，种群数量呈“S”型增长。如图是某藻类在不同环境温度下的种群增长曲线，下列有关叙述不正确的是()A．环境容纳量随环境温度不同而改变B．19.8℃条件下环境容纳量最小C．24.8℃条件下第5天左右的种群增长速率最大D．33.6℃条件下种群数量将维持在K值恒定不变eq\a\vs4\al([解题分析])环境容纳量随温度、气候等条件的变化而变化，A正确；图示三种温度条件下的环境容纳量相比，19.8℃条件下最小，B正确；24.8℃条件下，在第5天时，曲线的斜率最大，即种群增长速率最大，C正确；33.6℃条件下，种群发展到第4天时，种群数量在K值附近波动，D错误。eq\a\vs4\al([答案])D规律总结种群数量增长的“J”型曲线和“S”型曲线题型三种群数量的应用[例3]如图表示某一动物种群迁入适宜环境后的增长曲线图，下列有关说法错误的是()A．此种群的增长曲线是“S”型，该环境条件所能维持的最大种群数量大约是500只B．如果此种群是鱼类，则捕捞后的种群数量控制在曲线的b点最合适C．如果此种动物是老鼠，限制其种群数量的最好方法是尽量降低其K值D．种群的增长速率最快点在b点，种群数量到K值时，数量不变eq\a\vs4\al([解题分析])据图分析，此种群的增长曲线是“S”型，d点达到K值，为500左右，所以环境条件所能维持的最大种群数量大约是500只，A正确；b点种群数量为K/2，此时种群增长速率最大，因此鱼类捕捞后的种群数量控制在曲线的b点最合适，B正确；控制老鼠的种群数量最好的方法是尽量降低其K值，如减少资源和空间等，C正确；种群的增长速率最快点在b点，种群数量到K值时，数量保持相对稳定，而不是不变，D错误。eq\a\vs4\al([答案])D规律总结K值、K/2的不同表示方法(1)在“S”型曲线(图1)中，最高点是K值，拐点“b”对应的纵坐标的值为K/2。(2)在增长速率曲线图(图2)中，最高点表示在t1时刻，种群增长速率最大，此时的种群数量为K/2，t2点对应的种群数量为K值。(3)图3中出生数与死亡数的差值最大的时候，种群增长最快，此时对应的种群数量为K/2；图4中出生数等于死亡数时，种群不再增长，种群数量达到K值。知识点三探究培养液中酵母菌种群数量变化知识梳理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eq\o(□,\s\up4(01))“J”型增长，随着时间推移，由于营养物质的eq\o(□,\s\up4(02))消耗、有害代谢产物的eq\o(□,\s\up4(03))积累、pH的eq\o(□,\s\up4(04))改变，酵母菌数量呈eq\o(□,\s\up4(05))“S”型增长。3．实验步骤4．实验结果分析酵母菌增长曲线图(如图1)及酵母菌增长速率曲线图(如图2)增长曲线的总趋势是eq\o(□,\s\up4(09))先增加再降低。原因是在开始时培养液的营养充足，空间充裕，条件适宜，因此酵母菌大量繁殖，种群数量剧增，随着酵母菌数量的不断增多，营养消耗，pH变化、有害产物积累等，使生存条件恶化，酵母菌eq\o(□,\s\up4(10))死亡率高于eq\o(□,\s\up4(11))出生率，种群数量下降。5．实验操作的注意事项(1)本实验不需要设置对照实验，因不同时间取样已形成相互对照，需要做重复实验，目的是减少误差，即对每个样品计数三次，取其平均值。(2)显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应遵循“数上线不数下线，数左线不数右线”的原则计数。(3)从锥形瓶中吸出培养液进行计数前，需将锥形瓶轻轻振荡几次，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减小误差。(4)每天计数酵母菌数量的时间要固定。(5)制片时，要先在计数室上盖上盖玻片，然后用吸管吸取培养液，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。(6)若视野中细胞数目多，培养液要进行定量稀释重新计数，以每个小方格内含有4～5个酵母菌为宜。(7)由于计数室中的菌悬液有一定的高度(0.1mm)，故需要让细胞沉降到计数室底部的网格线中，避免细胞分布在不同液层深度，导致计数时被遗漏。典题分析题型四实验操作注意事项及血细胞计数方法[例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，其中正确的是()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．将培养液静置一段时间后，用吸管从锥形瓶中吸取一定量的培养液C．在血细胞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，立即在显微镜下观察、计数eq\a\vs4\al([解题分析])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，C错误；应将培养液振荡均匀后，再吸取培养液，B错误；将计数板放在载物台中央，应先静置一段时间，待酵母菌沉降到计数室底部，再进行观察、计数，否则酵母菌不在一个平面上，在显微镜下就不能观察到所有细胞，使计数结果偏小，D错误。eq\a\vs4\al([答案])A[例5]在用血细胞计数板(2mm×2mm方格)对某一稀释50倍的样品进行计数时，发现在一个大方格内(盖玻片下的培养液厚度为0.1mm)酵母菌平均数为16个，据此估算10mL培养液中有酵母菌________个。eq\a\vs4\al([解题分析])16×[10/(2×2×0.1×10－3)]×50＝2×107(个)。eq\a\vs4\al([答案])2×107课堂小结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．①②③④B．②④①③C．④①②③D．③①②④答案B解析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．生态学家高斯在0.5mL的培养液中放入5个大草履虫，在培养至第5天后，大草履虫的数量基本维持在375个左右，对此实验认识不正确的是()A．高斯实验得到的K值受到培养液体积的限制B．高斯实验得到的K值是375个C．在相同条件下培养变形虫，K值也是375个D．重复此实验，K值有可能不同答案C解析K值受环境条件的影响，包括食物、空间等条件，而培养液容量既是食物条件限制，也是空间条件限制，A正确；大草履虫的数量基本维持在375个左右，说明375是环境的最大容纳量，B正确；不同的生物在相同的环境里，K值不一定相同，C错误；K值受到营养、温度等因素的影响，可能不同，D正确。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答案D解析自然条件下，由于受到环境资源、天敌以及传染病的限制，种群增长曲线最终呈S型，A正确；达到K值时种群数量不再增加，种群增长率为零，B正确；自然条件下，由于食物和空间有限，种群增长受自身密度的影响，C正确；“S”型曲线的增长速率先增大后减小，D错误。4．某同学在进行“培养液中酵母菌种群数量的变化”实验中，根据实验的结果绘制出了如下图所示的酵母菌种群数量变化曲线图，下列有关实验分析错误的是()A．在酵母菌种群数量增长的不同阶段，可能具有相同的增长速率B．当种群数量达到K值时，其年龄组成为稳定型C．DE段种群的增长速率为负值，其主要原因是营养物质的缺乏D．本实验中不存在对照，酵母菌个体数常用抽样检测法获得答案D解析AB段，酵母菌种群数量增长速率逐渐增大，BC段，酵母菌种群数量增长速率逐渐减小，因此在B点两侧，酵母菌种群数量可能具有相同的增长速率，A正确；当种群数量达到K值时，其数量保持相对稳定，因此其年龄组成为稳定型，B正确；DE段种群的增长速率为负值，其主要原因是营养物质的缺乏，C正确；本实验在时间上存在前后对照，D错误。5．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t0～t3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