种群的数量变化（讲义）（原卷版）

《第1章种群及其动态》教学讲义[高中生物学选择性必修2]第2节种群的数量变化内容索引知识点总结必会知识一建构种群增长模型的方法必会知识二种群的“J”形增长必会知识三种群的“S”形增长必会知识四种群数量的波动必会知识五探究培养液中酵母菌种群数量的变化必会知识六种群数量增长的曲线分析题型概括必备技能一种群增长模型的建构必备技能二种群增长的“J”形曲线必备技能三种群增长的“S”形曲线必备技能四种群密度的调查方法必备技能五种群增长的“J”形曲线和“S”形曲线必备技能六探究培养液中酵母菌种群数量的变化练习提升必刷好题必会知识考点梳理拓展延伸易错警示必会知识一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，是联系实际间题与数学规律的桥梁，具有解释、判断、预测等重要功能。常见类型有数学公式、曲线图。2．建构种群增长模型的方法与步骤构建程序研究方法研究实例提出问题做出合理瑕设建立模型检验或修正观察研究对象，提出问题细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？提出合理的假设在资源和空间无限多的环境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，即建立数学模型①数学公式：Nn=2n(N代表细菌数量，n表示繁殖代数)②曲线图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必会知识二种群的“J”形增长1．概念：在理想条件下种群增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致呈“J”形。这种类型的种群增长称为“J”形增长。2．数学模型(1)模型假设①产生条件：食物和空间条件充裕，气候适宜，没有天敌和其他竞争物种等：②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入倍。(2)建立模型一年后该种群的数量：N1＝N0·λ两年后该种群的数量：N2＝N0·λ2t年后该种群的数量：Nt＝N0·λt(3)各参数的意义：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，λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数。(4)曲线图：以时间为横坐标，种群数量为纵坐标，可绘制出“J”形曲线，如图：3．特点和意义(1)特点：种群的增长率是一定的，种群数量没有上限。种群呈“J”形增长的增长率、增长速率如图所示。(2)意义：反映了种群增长的潜力或者趋势。必会知识三种群的“S”形增长1．概念：种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形。这种类型的种群增长称为“S”形增长。2．数学模型(1)模型假设①产生条件：自然条件(现实状态)一自然界的资源和空间总是有限的。②数量变化：当种群密度增大时，种内竞争就会加剧，其捕食者数量也会增加，导致该种群的出生率降低，死亡率升高。(2)建立模型：随着种群密度的增大，环境条件的限制作用愈加明显，当死亡率升高至与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平，此时种群数量逐渐接近环境容纳量(K值)，呈现“S”形曲线。(3)曲线图及曲线解读①适应期：个体数量很少，增长速率很慢，害虫防治最好在此时期进行。②加速期(对数期)和转折期：个体数量快速增加，K2③减速期和饱和期：随着种群密度增加，个体因食物、空间和其他生活条件的斗争加剧，同时天敌数量也增加，种群增长速率下降。当数量达到环境条件所能维持的最大值(K值)时，种群停止生长，种群增长速率为零，即出生率=死亡率，但种群数量达到最大。到达K值后，有的种群数量呈锯齿状波动。(4)环境容纳量(K值)①定义：一定的环境条件所能维持的种群最大数量。②影响K值的因素：食物、空间、气候、天敌、传染病和人类的活动等。一般来说，种群数量达到最大值(K值)以后保持稳定。但K值下是固定不变的，它会随环境的改变而改变。③应用项目资源的保护和利用有害生物的防治K值(环境容纳量)保护环境，减小环境阻力，增大K值：养殖量不能超过K值，否则会破坏环境，导致K值下降增大环境阻力(如为防鼠害而封锁粮食、清除生活垃圾、保护鼠的天敌等)，降低K值K2(增长速率最大捕捞(或捕获)后的种群数量维持在K2附及时控制种群数量，严防达到K2(若达到K2必会知识四种群数量的波动1．种群数量变化的形式种群数量有的呈季节性消长，有的呈不规则波动，有的呈周期性波动；当种群长久处于不利条件下，如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。非周期波动周期波动含义种群中个体数量随时间发生非周期性变化种群中个体数量随时间发生周期性变化据图判断方法两个波峰之间相隔时间不等两个波峰之间相隔时间相等成因环境的非周期性变化环境的周期性变化实例欧洲灰鹭、东亚飞蝗北极旅鼠、雪兔和猞猁2研究种群数量变化的意义(1)在对野生动植物资源、海洋鱼类的合理开发和利用方面：一般将种群数量控制在K2(2)在对野生生物资源的保护方面：采取相应措施，提高野生生物的环境容纳量，如建立自然保护区等来保护野生生物。(3)在农林害虫和有害动物的防治方面：降低其环境容纳量是防治的根本。例如，对家鼠的控制，可以采取安全储存粮食、硬化地面及饲养天敌等措施降低其环境容纳量，并严防鼠的数量达到K2必会知识五探究培养液中酵母菌种群数量的变化1．实验原理(1)酵母菌属于兼性厌氧型微生物，且生长周期短，繁殖速度快，易于研究种群数量的变化。(2)用液体培养基(培养液)培养酵母菌，酵母菌种群的增长受培养液的成分、pH以及空间、培养温度等因素的影响。(3)计算酵母菌种群数量时，可用抽样检测的方法。(4)可以分别以培养液中的酵母菌种群数量和时间为纵、横坐标作曲线，从而掌握酵母菌种群数量的变化情况。2．探究目的：初步学会用血细胞计数板对酵母菌等微生物进行计数及学习种群数量变化曲线的绘制。3．实验与步骤4．计数方法——抽样检测法(血细胞计数板计数)先将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入，多余的培养液用滤纸吸去。稍待片刻，待酵母菌全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央，计数一个小方格内的酵母菌数量，再以此为根据，估算试管中的酵母菌总数。5．实验结果根据实验数据可得如图所示的增长曲线，酵母菌种群数量变化的总趋势是先增加后减少，原因是开始时培养液中的营养充足，条件适宜，生存空间宽广，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加、营养物质的消耗、H的变化等，生存条件逐渐恶化，酵母菌的死亡率大于出生率，种群数量下降。6．注意事项(1)酵母菌在不同时间的数量可以形成自身前后对照，不需另设对照实验，但需要做重复实验求平均值，以保证实验结果的准确性。(2)由于酵母菌是单细胞微生物，在进行酵母菌计数时，必须在显微镜下进行，且不能准确计数只能估算。(3)从试管中吸取培养液进行计数前，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，以保证估算的准确性，减少误差。(4)每天同一时间，各组取出本组的试管，用血球计数板计数酵母菌个数，并进行记录，连续观察7天。(5)若一个小方格内酵母菌过多，难以数清，要将培养液稀释一定倍数，再重新计数。(6)出芽的酵母菌，芽体达到母细胞大小的一半时，即可作为两个菌体计数。(7)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夹角的酵母菌，原则是“计上不计下，计左不计右”。(8)计数一个样品要从两个计数室中计得的平均数值来计算，对每个样品可计数3次，再取其平均值。计数时应不时地调节焦距，才能观察到不同深度的菌体。必会知识六种群数量增长的曲线分析1．“J”形曲线和“S”形曲线的比较项目“J”型曲线“S”型曲线前提条件理想状态：食物、空间条件充裕；气候适宜；没有敌害、竞争物种、病原体等其他生物的制约传染病等现实状态：(1)食物、空间有限：受其他生物因素、非生物因素的制约实例野兔、环颈雉在引入地繁殖初期高斯实验增长率不变越来越小坐标曲线种群增长率曲线种群增长速率曲线有无K值无K值，种群数量持续增长有K值，种群数量可在K值附近上下波动适用范围一般只适用于实验室条件下和入侵物种迁人新环境中最初一段时间内的增长一般为自然条件下种群的增长形成原因无种内斗争，缺少无敌，食物、空间条件允裕，气候适宜种内斗争加剧，捕食者数量增多等二者关系两种增长曲线的差异主要是环境阻力的有无对种群增长的影响不同，“J”形曲线增加环境阻力→“S”形曲线2．增长率和增长速率的界定(1)种群增长率：指一定时间内增加的个体数量与初始个体数量的比值，即增长率＝eq\f(一定时间内增加的个体数量,初始个体数量)。“J”形曲线增长率为恒定值，“S”形曲线增长率是逐渐下降的。(2)种群增长速率：指单位时间内新增加的个体数量(种群数量增长曲线的斜率)，即增长速率＝eq\f(一定时间内增加的个体数量,时间)。“J”形增长的种群增长速率一直上升，其曲线呈“J”形，“S”形增长的种群增长速率曲线呈“钟形”。(3)两者比较如图所示：假设某一种群的数量在某一单位时间t(如一年)内，由初始数量N0增长到Nt，则该种群的增长率和增长速率的计算公式分别为：增长率＝eq\f(末数－初数,初数)＝eq\f(Nt－N0,N0)(无单位)，增长速率＝eq\f(末数－初数,单位时间)＝eq\f(Nt－N0,t)(有单位，如：个/年)3．“S”形增长的常考曲线解读(1)“变式法”解读“S”形曲线三图对比分析解读：①t1之前，种群数量小于K2，由于资源和空间相对充裕，种群数量增长较快，当种群数量为K②t1～t2，种群密度继续增大，由于资源和空间有限，种内竞争加剧，天敌数量增加，种群增长速率下降。③出生数等于死亡数，此时种群数量达到K值，种群增长速率为0。(2)K值的几点注意事项①有关K值的两个“可变”K值是可变的。K值会随着环境的改变而发生变化，如图甲所示，当环境遭到破坏时，K值会下降，达到一个新的K值；当环境条件改善时，K值会上升。达到K值后种群数量仍是可变的，会在K值附近上下波动。②K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，所能维持的种群数量最大值；种群所能达到的最大值会超过K值，但这个值存在的时间很短，因为这时环境已遭到破坏。③图乙模型中，猎物种群数量超过N2，则引起捕食者种群数量增加：捕食者种群数量超过P2，则引起猎物种群数量减少。两者相互作用，使猎物和捕食者的数量分别在N2和P2水平上保持动态平衡，因此判断猎物和捕食者的K值分别为N2和P2。(3)K值的不同表示方法图中点A、B、C、D所对应的种群数量为K，点A'、C'、D'所对应的种群数量为分。必备技能典例精讲模型秒杀巧思妙解必备技能一种群增长模型的建构[例1]下列与种群数量模型有关的叙述，错误的是(

)A．数量增长曲线比数学公式更能直观反映种群数量的增长趋势B．构建相应的模型后需通过实验或观察等进行检验或修正C．“J”形曲线的条件是食物和空间充裕、气候适宜、没有敌害等D．Nt=N0必备技能二种群增长的“J”形曲线[例2]研究人员调查了8年间某养兔场种群数量的变化情况，并据此绘制了如图的入值变化曲线，以下叙述正确的是(

)A．第8年兔种群密度小于起始种群密度B．第2～4年兔种群的年龄结构为增长型C．8年间免种群数量呈“S”形增长D．第0～2年入保持不变，说明该段时间种群数量保持相对稳定必备技能三种群增长的“S”形曲线[例3]如图表示有限环境中某一种群增长的曲线。下列有关叙述正确的是(

)①K值是环境条件所允许达到的种群数量最大值②在K值时，种群的增长率最大③如果不考虑迁入迁出等其它因素，在K值时出生率等于死亡率④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A．①② B．①③ C．②④ D．③④必备技能四种群增长的“J”形曲线和“S”形曲线[例4]图示种群在理想环境中呈“J”型增长，在有环境阻力条件下呈“S”型增长。下列叙述中正确的是(

)A．图中的阴影面积与环境阻力呈正相关B．种群增长过程中环境阻力出现在d点之后C．防治蝗灾应在害虫数量达到c点时进行D．渔业捕捞时最好将剩余量控制在d点必备技能五种群数量的波动[例5]若某生态系统中生活着多种植食性动物，其中某一植食性动物种群数量的变化如图所示。若不考虑该系统内生物个体的迁入与迁出，下列关于该种群数量变化的叙述，错误的是()A．若a点时环境因素发生一定程度改变，但食物量不变，则a点以后该种群数量变化不符合“S”形增长B．若该种群出生率提高，则种群数量可能会增加，但一般不会大幅超过b点C．天敌的大量捕食会导致该种群数量下降，下降趋势与b~c段相似D．年龄结构变动会导致该种群数量发生波动，波动趋势与c~d段相似必备技能六探究培养液中酵母菌种群数量的变化[例6]酵母菌是探究种群数量变化的理想材料，血球计数板是酵母菌计数的常用工具，如图表示一个计数室及显微镜下一个中方格菌体分布情况。下列有关叙述错误的是(

)A．每次选取计数室四个角和中央的五个中格计数，目的是重复实验以减小误差B．需要先盖盖玻片再滴加样液，等酵母菌全部沉降后方可计数C．每天定时取样前要摇匀培养液，目的是使酵母菌均匀分布，减小误差D．若五个中格酵母菌平均数为上图所示，则估算酵母菌的总数为6×106个/mL必刷好题基础演练能力提升巅峰突破1．建立数学模型是生态学研究的重要方法，如图坐标系中的曲线可表示生态学中相关研究对象的变化规律。以下描述最准确的是(

)A．曲线1和2可分别表示在t1前某增长型种群的死亡数和出生数随种群数量的变化B．若X和Y分别表示年龄和数量，则曲线2表示的年龄结构为衰退型C．曲线2可以表示“J”形增长曲线增长率随时间的变化D．曲线2可表示使用性引诱剂诱杀某害虫种群的雄性个体后的种群数量变化2．关于“S”型曲线的叙述，错误的是(

)A．t0～t1之间，种群数量小于K/2，由于资源和空间相对充裕，种群数量增长较快，增长速率不断增加B．t1～t2之间，由于资源和空间有限，当种群密度增大时，种内斗争加剧，天敌数量增加，种群增长速率下降C．t2时，种群数量达到K值，此时出生率等于死亡率，种群增长速率为0D．为有效防治蝗灾，应在t1时及时控制其种群密度3．如图所示为甲、乙两种群数量的变化模型。下列相关叙述正确的是()A．图示种群数量的变化模型与血糖平衡调节模型的类型相同B．图中K值反映的是环境容纳量，该K值不受季节因素的影响C．图示反映甲种群不存在环境阻力，而乙种群始终存在环境阻力D．图中C点时乙种群的增长速率最大，而甲种群的增长速率为定值4．图中曲线乙表示某种群的数量变化曲线。下列叙述错误的是(

)A．曲线乙显示该种群的数量增长方式为“S”形增长B．若某条件引起该种群的数量发生曲线丙所示变化，则导致这一变化的原因最可能是该种群迁入了大量同种个体C．一般情况下，气候是影响曲线乙中ab段波动的外界因素之一D．若某条件引起该种群的数量发生曲线甲所示变化，则导致这一变化的原因可能是食物来源变少5．种群增长率是指单位时间内新增加的个体数占种群个体总数的比率，可表示为(Nt＋1Nt)/Nt×100％。调查某种群一段时间内某些特征的变化，得到如下A、B两条曲线，下列叙述正确的是(

)A．该种群在第6年时种群数量到达K值B．该种群的年龄结构可分为生殖前期、生殖期和生殖后期C．若曲线B表示种群增长率，且X=1，则Nt+1/Nt=2D．若曲线A、B分别表示出生率、死亡率，则6年内种群数量不断下降6．某地乌鸦连续10年的种群数量增长情况如图所示，后一年的种群数量是前一年的λ倍。下列叙述正确的是()A．第3年乌鸦种群数量最大B．第3年以前乌鸦种群呈指数增长C．第6年以前乌鸦种群数量一直增加D．第5年和第7年的乌鸦种群数量相同7．下列关于环境容纳量的叙述，错误的是(

)A．环境条件不受破坏情况下，环境容纳量是一定空间中所能维持的种群最大数量B．同一种群的环境容纳量不是固定不变的，受环境因素的影响C．草原上放养的牲畜过多使植被被破坏，其牲畜的环境容纳量不变D．建立大熊猫自然保护区的目的是提高大熊猫种群的环境容纳量8．生物实验小组的同学将酵母菌接种到装有10mL培养液的锥形瓶中，培养并定时取样计数。当酵母菌总数为a时，种群数量不再增加。下列有关叙述错误的是(

)A．估算培养液中酵母菌种群数量的常用方法称为抽样检测法B．该酵母菌种群增长曲线为“S”形，种群数量