2021-2022版老教材生物人教版必修3学案：第2节 种群数量的变化

第2节种群数量的变化

课时素养目标

1.基于实例分析,通过归纳与概括.说出构建种群增长模型的方法。（科学思维）

2.通过分类与比较.明确种群的”「'型增长和“S”型增长的条件和特点。（科学思维）

3.设计实验方案,探究培养液中酵母菌种群数最的变化（科学探究）

（4.关注人类活动对种群数量变化的影响。（社会责任））

必备知识・自主学习

一、种群数量的变化

1.建构种群增长模型:

⑴构建方式：数学模型。

研究方法研究实例

彼察研究对象，提出问题每20min分裂

提出合理的假设在资源和空间无限多的环境中，细

菌种群增长不受密度增加的影响

用适当的数学形式

代表细菌数量，〃表示

对事物的性质进行

第几代

表达

⑵构建方法:|检验或修正|-----1观察、统计细菌数量检验修正模型

2.种群增长的“J”型曲线:

⑴模型假设：

①条件：理想状态一一食物和空间条件充裕,气候适宜，没有敌害等

条件。

②数量变化：种群的数量每年以一定倍数增长,第二年是第一年的人

倍。

⑵建立模型：

①数学模型公式：t年后种群数量表达式：Nt=N。入%

②参数意义：N。为起始数量，t为时间,即表示t年后该种群的数量,

人表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。

③曲线图：如果以时间为横坐标、种群数量为纵坐标画出曲线来表示,

曲线则大致呈二!二型。

(3)曲线特点：无限增长。

3.种群增长的“S”型曲线：

'①资源和空间是有限的

(1)形成条件［②种内竞争加剧

、③捕食者增多

⑵形成原因：

⑶曲线如图所示，表现为“S”型增长,种群数量达到环境容纳量后

停止增长。

(4)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。

⑸应用：

①保护濒危生物：建立自然保护区,改善栖息环境，从而提高环境容

纳量。

②控制有害生物：应降低其环境容纳量。

4.种群数量的波动和下降：

⑴影响因素：

①自然因素：气候、食物、天敌、传染病。

②人为因素：人类活动的影响。

⑵数量变化：大多数种群的数量总是在波动中，在不利条件之下，还

会急剧下降,甚至灭亡。

（3）研究意义：

①利用及保护野生生物资源。

②控制人工养殖及种植业中的种群数量。

③科学预测及防治有害生物。

④拯救和恢复濒危动物种群。

5.判一判：结合种群数量的变化及影响因素，判断下列说法的正误（正

确的打“J”，错误的打“X”）。

⑴不同种生物的K值各不相同，但同种生物的K值固定不变。

（X）

提示：K值会随着环境条件的改变而发生变化。

⑵种群数量的变化不仅受外部因素的影响也受自身内部因素的影响。

（V）

⑶研究种群数量的变化有利于对有害动物的防治以及对野生生物资

源的保护和利用。（6

⑷外来入侵物种进入一个新环境中必定表现为“J”型增长。

（X）

提示：种群数量增长受外界环境的影响，当环境不适合其生长时，外

来入侵物种不会表现出“J”型增长。

二、探究培养液中酵母菌种群数量的变化

1.实验原理：

⑴用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受培养液的成分、空间、pH、

温度等因素的影响。

⑵在理想的环境中，酵母菌种群的增长呈“J”型曲线;在有限的环

境中，酵母菌种群的增长呈“S”型曲线。

2.实验步骤：

关键能力-合作学习

知识点二…种一群的数量变化―

L种群的“J”型曲线和“S”型曲线的比较:

项目“S”型增长“J”型增长

前提条

环境资源有限环境资源无限

件

曲线

种世增

长

率

速曲

线

不变

保持

速率

增长

值，

无K

速率

增长

最大

时有

K/2

值，

有K

K值

曲线形

天敌

缺少

斗争，

无种内

多

量增

敌数

，天

争加剧

种内斗

成

原因

联系

数

种群

，对

不同

大小

阻力

环境

因为

要是

异主

的差

曲线

增长

两种

不同

影响

长的

量增

读:

析解

的分

曲线

S”型

2.“

M

第-

值时

率K/2

察

就

建/

时

K值

L

O

^

h

t\

时间

时间

甲

乙

M

值时

M2

U出

值时

原/

、生/

翱死

亡

姗率

王率

a

O

:

解读

分析

对比

三图

⑴心之前，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，当种群数量为K/2时，出生率远大于死亡率，种群增长速

率达到最大值。

⑵如〜t2,由于资源和空间有限，当种群密度增大时，种内斗争加居U，

天敌数量增加，种群增长速率下降。

(3)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Oo

3.“S”型曲线中K值和K/2值的应用:

应用措施目的

野生资保护野生生物的生存环境，减小环

增大K值

源保护境阻力

增大环境阻力降低K值

有害生

在种群数量达到K/2以前采取相应防止害虫数量快

物防治

措施速增长

资源开发捕捞或收获后的种群数量应维持保证持续

与利用在K/2获取高产量

4.K值的不同表示方法:

五

市

皿

及

{

O

时

时

间

间

图中A、B、C、D时间所对应的种群数量均为K值，A'、C'、D’时

间所对应的种群数量均为K/2值。

【知识拓展】入、增长率与增长速率

（1）“J”型增长中人和增长率的关系：

人为某时段结束时种群数量为初始数量的倍数，而非增长率。增长率

=（末数-初数）/初数

X100%=（No入t+1—No入t）/No入tX100%=（x-l）X100%o

①当人＞1时，增长率＞0,种群数量增加；

②当人=1时，增长率=0,种群数量稳定；

③当入〈1时，增长率〈0,种群数量下降。

⑵种群增长率和增长速率：

①增长率：单位数量的个体在单位时间内新增加的个体数，即增长率=

一定时间内增长的数量/初始数量X100%。

②增长速率：单位时间内新增加的个体数（即种群数量增长曲线的斜

率），即增长速率;一定时间内增长的数量/时间。

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N。增

长到数量则该种群的增长率和增长速率的计算公式分别为：

增长率=（末数-初数）/初数X100%=（N「N。）/N0X100%（无单位）；

增长速率=（末数-初数）/单位时间=（N「N°）/t（有单位，如个/年）。

⑶种群增长率曲线：

思考探究一一拓展探究

种群的最大数量是不是就是环境容纳量？为什么?

提示：不是。环境容纳量是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，而实际数量有可能超过K值，只不过超过K

值后，环境容纳不下，数量会再降下来。

典例示范

（2020•太原高二检测）假设在某草原上散养的某种家畜的种群数量呈

“S”型增长，该种群的增长速率随时间的变化趋势如图所示，下列叙

述中错误的是（）

A.种群增长速率为甲时，该家畜种群的年龄结构为增长型

B.种群增长速率为乙时，该家畜种群的数量达到最大

C.若要持续尽可能多地收获该家畜，可以在丙点时适当捕获

D.种群增长速率为丁时对应的种群数量可随环境的变化而发生变化

【解题思维】

【解析】选B。种群增长速率为甲时，该家畜种群的出生率大于死亡率,

其年龄结构为增长型，A正确。种群增长速率为丁时，该家畜种群的数

量达到最大（K值）；种群增长速率为乙时，该家畜种群的数量达到K/2,

B错误。在丙点时适当捕获，捕获后使种群处于最大增长速率附近，能

达到持续尽可能多地收获该家畜的目的，C正确。种群增长速率为丁时,

对应的种群数量(K值)可随环境的变化而发生变化，D正确。

【审答误区】

(1)对“S”型曲线的特点理解错误：在达到丁点之前种群数量一直在

增加，因此丁点时，种群数量最多。

(2)对K、K/2的应用理解错误：持续尽可能多地收获，应在K/2点之

后一段时间，在丙点。

【母题追问】

⑴如果控制家鼠等有害动物，应该在哪一点进行控制？

提示：应在K/2点之前，严防达到K/2点，在图中对应的是乙点之前。

⑵在图中乙点种群增长速率最高，为什么要在丙点收获才能获得较多

的产量？

提示：丙点种群数量较大，由于食物等因素导致种群增长速率开始下

降，此时开始捕获，可以获得较大产量，也可以使种群增长速率升高，

有利于种群数量的恢复。

【类题精练】

某研究所对一条河流生态系统进行了几年的跟踪调查，发现某种

鱼迁入此生态系统后的种群增长速率随时间的变化呈现如图所示曲

I。”‘2时间

则在匕时该种群的年龄组成类型、能反映该种群数量变化的曲线分别

是()

A.衰退型和①B.增长型和②

C.衰退型和③D.增长型和④

【解析】选B。种群增长的“J”型曲线中，增长速率不断增大；而“S”

型增长曲线，由于种内斗争和天敌数量变化，增长速率先增大后减小，

故据图可判断该图为“S型”曲线的增长速率变化曲线。如时种群增长

速率最大，此时的年龄组成应为增长型。

【补偿训练】

美国人为了清除水域内的藻类，从亚洲国家引进亚洲鲤鱼，导致

亚洲鲤鱼在美国泛滥成灾，下列有关说法正确的是（）

A.现阶段美国水域中亚洲鲤鱼种群的数量已达到环境容纳量

B.在美国水域，亚洲鲤鱼种群增长曲线为“J”型

C.亚洲鲤鱼在美国水域的环境容纳量是一个固定的数值

D.为控制亚洲鲤鱼的种群数量，防止其继续增长，应将其数量控制在

K/2

【解析】选A。现阶段美国水域中亚洲鲤鱼泛滥成灾，种群的数量已达

到环境容纳量，A正确。在美国水域，亚洲鲤鱼种群初期的增长曲线为

“J”型，后期泛滥成灾，种群增长受到食物、空间等限制，不能无限

增长，B错误。环境容纳量是指在环境条件不受破坏的情况下，环境所

能维持的种群最大数量，K值不是固定不变的，会受到环境的影响，当

环境遭受破坏时，K值下降，当生物生存环境改善时，K值上升，C

错误。为控制亚洲鲤鱼的种群数量，防止其继续增长，应将其数量控

制在K/2以下，K/2时种群增长最快，D错误。

.…知识点二一探究培养液生酵母菌种群数量的变化

1.实验结果与分析：

⑴酵母菌增长曲线图：

⑵趋势：先增加再减少。

⑶分析。

①增长：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，出生率高于死亡率，种群数量剧增。

②稳定和波动：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，酵母菌死亡率逐渐升高，当死亡率等于出生率时，种

群数量不再增长。

③衰退：随生存条件进一步恶化，酵母菌死亡率高于出生率，种群数

量下降。

2.实验中的注意事项：

⑴制片：制片时，要先在计数室上盖上盖玻片，然后用滴管吸取培养

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。

⑵计数：

①显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应遵循“计上不

计下，计左不计右”的原则计数。

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，减小误差。

③每天计数酵母菌数量的时间要固定。

④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。

⑤由于计数室中的培养液有一定的高度（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。

口思考探究、

拓展探究：（1）若试管中培养液的体积、浓度不变，接种的酵母菌数量

增加，则酵母菌种群数量达到最大时所需要的时间怎样变化？（科学

思维）

提示：酵母菌的数量增加，利用现有的资源和空间，其种群数量可以

较快达到最大值。

⑵若接种的酵母菌数量和培养液浓度不变，减少培养液的体积，则

酵母菌种群数量达到最大时所需要的时间怎样变化？（科学思维）

提示：培养液的体积减少，受到资源限制，其种群数量也可以较快达

到最大值。

典例示范

（2019•全国卷I）某实验小组用细菌甲（异养生物）作为材料来探究不

同条件下种群增长的特点，设计了三个实验组，每组接种相同数量的

细菌甲后进行培养，培养过程中定时更新培养基，三组的更新时间间

隔分别为3h、10h、23h,得到a、b、c三条种群增长曲线，如图所

示。下列叙述错误的是（

0培养时间/h23

A.细菌甲能够将培养基中的有机物分解成无机物

B.培养基更换频率的不同，可用来表示环境资源量的不同

C.在培养到23h之前，a组培养基中的营养和空间条件都是充裕的

D.培养基更新时间间隔为23h时，种群增长不会出现J型增长阶段

【解题思维】

【解析】选D。本题考查种群的数量变化。细菌甲为异养生物，能够将

培养基中的有机物分解成无机物，A项正确；培养基更换频率越快，细

菌可利用的资源就越多，所以培养基更换频率的不同，可用来表示环

境资源量的不同，B项正确；在培养到23h之前，a组培养基中的细

菌呈J型增长，说明培养基中的营养和空间条件都是充裕的，C项正确;

题图中三组起始段曲线是重合的，c组曲线在种群数量达到K/2之前，

其增长曲线符合J型增长，种群增长出现J型增长阶段，D项错误。

【母题追问】

⑴若培养液更新时间间隔为7h,试描述所得曲线的大致位置。

提示：介于曲线a和b之间。

⑵若实验进行到23h后，不再更新培养液，a、b、c三组曲线的变化

趋势是怎样的？

提示：上升一段时间后下降。

类题精练

（2020•江苏高考）下列关于“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变

化”实验的叙述，错误的是（）

A.将酵母菌接种到培养液中，并进行第一次计数

B.从静置的培养液中取适量上清液，用血细胞计数板计数

C.每天定时取样，测定酵母菌细胞数量，绘制种群数量动态变化曲线

D.营养条件是影响酵母菌种群数量动态变化的因素之一

【解析】选B。本题主要考查酵母菌的培养与计数方法。将酵母菌接种

到培养液后，需要对酵母菌进行初次计数，以获得酵母菌种群密度初

始值，A正确；每次计数前，都需要轻缓地将培养液摇匀，使其中的酵

母菌分布均匀，再取适量培养液用血细胞计数板计数，B错误；需要定

时取样和计数，用于绘制酵母菌种群数量的动态变化曲线，C正确；酵

母菌种群数量的动态变化受营养条件、代谢废物、空间等的影响，D

正确。

【补偿训练】

（2020•唐山高二检测）有关“探究培养液中酵母菌数量的动态变化”

的实验，正确的叙述是（）

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

【解析】选D。环境的改变会影响K值的大小，而pH为环境因素中较

为重要的一项，因此会影响K值的大小，A错误。酵母菌个体微小，不

能采用样方法，应采用抽样检测的方法，B错误。应先将盖玻片放在计

数室上，用滴管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入，C

错误。影响酵母菌种群数量变化的因素除营养条件外，还有温度、pH

等，D正确。

核心素养•情境探究

【生活情境】人口的数量常常随环境资源的改变而发生波动。如图为

人口自动调控图（注：环境中的人口容纳量是指环境资源能承载的最大

人口数量）。请据图回答下列问题：

探究：

⑴在自然界中，人口数量为什么不可能无限增长？（科学思维）

提示：由于受到食物、空间等因素的限制，人口数量不可能无限增长。

（2）由图可以看出，当人口数量大于人口容纳量时，人类生存的环境阻

力将会怎样变化？（科学思维）

提示：当人口数量大于人口容纳量时，人口过多，资源大量消耗，人

类生存的环境阻力将随之增加。

课堂检测-素养达标

1.关于种群的数量变化，下列叙述正确的是O

①种群的数量变化仅受自然因素影响

②种群的“J”型增长过程中，增长率不变

③种群的“S”型增长过程中，增长速率下降时，种群数量开始减少

④在理想条件下，种群数量呈“J”型增长，K值逐渐增大

⑤呈“S”型增长的种群在数量达到K值时，增长速率为0

【解析】选②⑤。种群的数量变化受自然因素和人为因素影响，①错

误；种群的“J”型增长过程中，增长率不变，增长速率越来越大，②

正确；种群的“S”型增长过程中，增长速率下降时，种群数量仍会增

加，③错误；在理想条件下，种群数量呈“J”型增长，不存在K值，

④错误；呈“S”型增长的种群在数量达到K值时，种群数量相对稳定，

增长速率为0,⑤正确。

2.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，下列排列顺序正确的是（）

①观察研究对象，提出问题

②提出合理的假设

③根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达

④通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正

A.①②③④B.②①③④

C.③④①②D.②③①④

【解析】选A。建构数学模型的一般步骤是：提出问题-►作出假设T用

数学形式表达T检验或修正，故A项正确。

3.下列关于种群数量变化的叙述，错误的是（）

A.在理想条件下，种群数量增长可用一定的数学模型表示

B.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.研究一个呈“S”型增长的种群的增长速率可预测其K值

【解析】选B。理想条件下，种群表现为“J”型增长；一个物种引入

新