第三章 第一節(jié) 第2課時

1、第2課時種群數量的變化學習目標1.了解數學模型，分析種群數量增長的“J”型曲線。2.理解種群數量增長的“S”型曲線。3.學會探究酵母菌種群大小的動態(tài)變化。方式一2019年8月9日湖南省林業(yè)廳發(fā)布信息：受持續(xù)晴熱干旱天氣影響，從7月中旬至8月初，長沙、益陽、常德、邵陽、婁底等多地發(fā)生蝗蟲災害，受災面積從23萬畝增加至31萬畝，并有進一步擴散蔓延趨勢，災害對竹產業(yè)造成一定影響。目前，湖南已采取三大措施遏制蝗蟲病害：誘殺成蝗；重點地區(qū)組織化學防治；加強監(jiān)測，調查產卵地，為明年防治打好基礎。有效遏制蝗蟲災害需要研究蝗蟲種群數量的變化規(guī)律，這節(jié)課我們來共同學習種群數量的變化。方式二地球上的每種生物都具有

2、很大的生殖潛力，如果這種生殖潛力不受食物、空間、天敵和氣候條件等的限制而任其發(fā)展的話，生物種群會在短期內達到驚人的數量。但是大多數情況下，種群的生存和發(fā)展受到資源、空間、天敵等因素的限制，所以其種群的數量增長不可能出現上述現象。那么，種群的數量變化有什么規(guī)律呢？一、種群數量增長的數學模型及影響種群數量波動的因素1種群數量增長的數學模型(1)建立數學模型：主要包括表達與驗證兩個過程。表達就是根據建模的目的和掌握的信息(如數據、現象)，將實際問題轉換成數學問題，用數學語言確切地表述出來。驗證就是用現實對象的信息檢驗得到的解答，以確認結果的正確性。(2)“J”型曲線含義：在環(huán)境資源不受限制的理想條件

3、下，種群內個體數量持續(xù)增長用坐標圖表示而形成的曲線。理想條件：食物充裕、空間充足、氣候適宜和沒有敵害等。影響種群數量變化的主要因素：出生率、死亡率和起始種群的個體數量3個因素。后代中第t代的數量表示式：NtN0t，其中N0表示種群的起始數量，表示該種群數量是前一年種群數量的倍數。(3)“S”型曲線含義：在自然界中各種環(huán)境條件(如空間、食物、天敵等)制約下，種群個體數量的增長過程用坐標圖表示而形成的曲線。特點：種群內個體數量達到環(huán)境條件所允許的最大值(K值)時不再增加。2影響種群數量波動的因素(1)環(huán)境因素在自然界中，如氣候、食物、天敵、疾病等因素都會使種群數量發(fā)生波動。在某些不利的條件下，種群

4、會急劇衰退，甚至滅亡，這種情況最易出現在個體大、出生率低、生長慢、成熟晚的生物種群中。(2)人為干擾：如在人類過度捕獵、種群棲息地遭到破壞的情況下，某些動物種群數量會出現長期下降，嚴重時甚至會出現種群滅亡。知識整合種群增長的“J”型曲線和“S”型曲線比較項目“J”型曲線“S”型曲線前提條件環(huán)境資源無限環(huán)境資源有限種群增長率保持穩(wěn)定隨種群密度上升而下降圖像模型種群增長速率K值無K值種群數量在K值上下波動聯系“J”型增長曲線“S”型增長曲線例1(2019陜西富平縣高二調研)科學家研究某區(qū)域中田鼠的種群數量變化，得到該種群在數年內的出生率和死亡率的比值曲線如圖(其中R出生率/死亡率)。在不考慮遷入遷

5、出的情況下，下列說法正確的是()A從圖中可知Od期間田鼠種群數量出現了周期性波動B田鼠種群數量在ad之間經歷了先上升后下降，其中cd期間一直在下降C該田鼠種群增長為“S”型增長，C點時種群密度最小D若不考慮其他因素，僅由圖可知，a、b兩點時對應的種群的年齡結構分別為增長型和衰退型答案B解析在Od范圍內，只能體現出一個變化過程，沒有呈現出周期性波動，A項錯誤；據圖可知，曲線在虛線1之上時，即R1，種群數量一直在增長，曲線在虛線1之下時，即R1，種群數量一直在下降，B項正確；根據B項分析可知，種群數量不是一直在增長，而且cd期間種群數量一直在下降，所以d點時種群密度最小，C項錯誤；a、b兩點時種群

6、數量都在增長，若不考慮其他因素，僅由圖可知，a、b兩點時對應的種群年齡結構均為增長型，D項錯誤。例2如圖為某地東亞飛蝗種群數量變化的示意圖，下列敘述錯誤的是()A為有效防治蝗災，應在a點之前及時控制種群密度Bab段，該種群的增長率與種群密度之間呈正相關C利用性引誘劑誘殺雄蟲改變性別比例可防止c點出現D在de段，該種群的增長率不變答案B解析圖示a點東亞飛蝗數量急劇上升，此時種群增長速率達到最大，病蟲防治工作應在a點所示時間之前進行，A項正確；圖示ab段種群數量仍然在上升，但種群增長率呈下降趨勢，B項錯誤；利用性引誘劑誘殺雄蟲，使種群性別比例失調，從而降低出生率，種群密度降低，C項正確；在de段，

7、種群數量相對穩(wěn)定，增長率為0，D項正確。歸納總結應用措施目的野生資源保護保護野生生物的生存環(huán)境，減小環(huán)境阻力增大K值有害生物防治增大環(huán)境阻力降低K值在種群數量達到K/2以前采取相應措施防止害蟲數量快速增長資源開發(fā)與利用捕撈或收獲后的種群數量應維持在K/2保證持續(xù)獲取高產量二、探究酵母菌種群大小的動態(tài)變化1材料選擇：酵母菌繁殖速度快、個體小，作為研究種群數量變化的材料，容易建立具有代表意義的數學模型。2實驗原理(1)可用液體培養(yǎng)基(培養(yǎng)液)培養(yǎng)酵母菌，培養(yǎng)基中種群的增長受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響。(2)在理想的無限環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈“J”型曲線；在有限的環(huán)境中，酵母菌種

8、群的增長呈“S”型曲線。(3)可采用抽樣檢測的方法，進行顯微鏡計數。3提出問題：培養(yǎng)液中酵母菌種群的數量是怎樣隨時間變化的？4作出假設：培養(yǎng)液中的酵母菌數量在開始一段時間呈“J”型增長，隨著時間推移，由于營養(yǎng)物質的消耗、有害代謝產物的積累、pH的改變，酵母菌數量呈“S”型增長。5探究步驟(1)用天平稱量0.1 g活性干酵母，放入盛有500 mL質量分數為5%的葡萄糖溶液的錐形瓶中，置于適宜的條件下培養(yǎng)。定時取樣，用血球計數板計數，計算出酵母菌的種群數量。(2)以時間為橫坐標，以1 mL培養(yǎng)液中的酵母菌數量為縱坐標，畫出坐標曲線圖，分析曲線走向，揭示酵母菌種群數量變化規(guī)律。6實驗結果(1)酵母菌

9、增長曲線圖(如圖1)及轉化后的增長速率曲線圖(如圖2)(2)分析增長曲線的總趨勢是先增加再降低。原因是在開始時培養(yǎng)液的營養(yǎng)充足、空間充裕、條件適宜，因此酵母菌大量繁殖，種群數量劇增，隨著酵母菌數量的不斷增多，營養(yǎng)消耗、pH變化、有害產物積累等，使生存條件惡化，酵母菌死亡率高于出生率，種群數量下降。7注意事項(1)從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數前，需將試管輕輕振蕩幾次，目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，減少誤差。(2)若一個小方格內酵母菌過多，難以數清，可增大稀釋倍數后再計數。(3)對于壓在小方格界線上的酵母菌，只計算相鄰兩邊及其夾角的酵母菌。例3某小組進行“探究酵母菌種群大小的動態(tài)變化”實驗時，同

10、樣實驗條件下分別在4個試管中進行培養(yǎng)(見下表)，均獲得了“S”型增長曲線。根據實驗結果判斷，下列說法錯誤的是()試管號培養(yǎng)液體積/mL105105起始酵母菌數/103個105510A.4個試管內的種群初始階段都經歷了“J”型增長B4個試管內的種群同時達到K值C試管內種群的K值與試管不同D試管內的種群數量先于試管開始下降答案B解析在培養(yǎng)初期，酵母菌之間不存在生存斗爭，酵母菌呈“J”型增長；培養(yǎng)液中酵母菌數量達到K值的時間取決于培養(yǎng)液的體積和酵母菌的起始數量：酵母菌起始數量相同的試管(如和、和)，培養(yǎng)液體積越小的試管越先達到K值，而培養(yǎng)液體積相同的試管(如和、和)，酵母菌起始數量越大的試管越先達到

11、K值；酵母菌數量開始下降的時間取決于酵母菌的起始數量和培養(yǎng)液的體積：培養(yǎng)液體積相同的試管(如和、和)，酵母菌起始數量越大的試管種群數量越先下降，而酵母菌起始數量相同的試管(如和、和)，培養(yǎng)液體積越小的試管種群數量越先下降。例4某研究小組探究10 mL培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化，利用血球計數板(規(guī)格為0.1 mm,1/400 mm2)進行計數。圖甲是某天顯微鏡鏡檢結果(視野中每個黑點含2個酵母菌)，圖乙是7天內酵母菌種群數量的變化曲線。下列敘述不正確的是()A圖甲中酵母菌數量過多，需加水稀釋后再統(tǒng)計B圖乙中第47d酵母菌的出生率等于死亡率C相同條件下再次實驗，酵母菌種群數量的K值基本不變D酵母

12、菌自身代謝狀況也會影響實驗數據的統(tǒng)計答案A解析圖甲中酵母菌數量可分辨清楚，不用加水稀釋，A項錯誤；圖乙中第47d酵母菌的數量基本不變，說明出生率與死亡率相等，B項正確；環(huán)境條件不變，則環(huán)境容納量不變，C項正確；酵母菌自身的代謝產物會改變培養(yǎng)液的理化性質，影響酵母菌的生命活動，從而影響實驗數據的統(tǒng)計，D項正確。易錯易混計數時要注意蓋玻片和培養(yǎng)液的放置先后順序，蓋玻片在前，培養(yǎng)液在后。1數學模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數學形式。建立數學模型一般包括以下步驟：根據實驗數據，用適當的數學形式對事物的性質進行表達；觀察研究對象，提出問題；通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正；提出合理的假設

13、。下列排列順序正確的是()A BC D答案B2下圖中表示種群在無環(huán)境阻力狀況下增長的是()答案B3種群的“J”型增長是有條件的，條件之一是()A在該環(huán)境中只有一個種群B該種群對環(huán)境的適應比其他種群優(yōu)越得多C環(huán)境資源是無限的D環(huán)境資源是有限的答案C4自然界中生物種群增長常表現為“S”型增長。下列有關種群“S”型增長的說法正確的是()A“S”型增長僅表示了種群數量和食物的關系B種群增長率在各階段是不同的C“S”型增長只表示了種群數量，與時間無關D種群增長不受種群密度制約答案B5某研究所調查發(fā)現：某種魚遷入一生態(tài)系統(tǒng)后，其種群數量增長速率隨時間變化的曲線如圖所示，請分析回答下列問題：(1)在t0t3

14、時間內，種群數量增長曲線呈_型；若在t3時種群數量為N，則在t1時種群數量為_。t1時該種群的年齡結構可能為_。(2)捕獲該魚的最佳時期為_時，原因是_。(3)在t3時期后，該魚種群數量變化將呈現_狀態(tài)，主要原因是_、_。答案(1)“S”增長型(2)t2在t1時種群增長速率最大，t2時捕獲該魚并使捕撈后維持在t1時的數量，獲得的量較大且不影響該魚類資源的再生(3)波動種內斗爭加劇捕食者數量增加解析(1)t0t3時間內種群數量增長呈現“S”型曲線，若在t3時種群數量為N，則t1時對應。t1時種群的年齡結構呈增長型。(2)由于t1時種群增長速率最大，資源更新能力最強，故t2時捕撈有利于獲得較大捕獲

15、量且不影響資源更新。(3)在t3時期后種群數量變化將呈波動狀態(tài)，原因是種內斗爭加劇、天敵增加等。 對點訓練題組一種群數量增長的數學模型1下列關于種群數量變化的敘述，錯誤的是()A種群的數量變化受多種因素的影響，所以常常會出現波動B種群數量的變化主要由遷入率和遷出率、出生率和死亡率引起C在自然界中，種群的增長一般呈“J”型增長D在自然界中，種群的增長一般呈“S”型增長答案C解析在自然界中，種群的增長一般呈“S”型增長。2如圖所示為一個鼠群遷入一個新的生態(tài)系統(tǒng)后的增長曲線。試分析在曲線中哪段表示食物最可能成為鼠群繁殖速度的限制因素()AEF段 BDE段CCD段 DBC段答案A3(2019江蘇啟東中

16、學高二檢測)下列關于環(huán)境容納量的敘述，正確的是()A環(huán)境容納量是指種群的最大數量B種群的內源性調節(jié)因素不會改變環(huán)境容納量的大小C在理想條件下，影響種群數量增長的因素主要是環(huán)境容納量D植食動物在自然環(huán)境條件下，一年四季的環(huán)境容納量以冬季最大答案B解析環(huán)境容納量是在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數量。在某些時候種群的數量可能超過環(huán)境容納量，但通過調節(jié)后又恢復到正常數量，A項錯誤；種群的內源性調節(jié)因素會改變種群密度的大小，但不會改變環(huán)境容納量的大小，B項正確；在理想條件下，不存在影響種群數量增長的因素，C項錯誤；冬季環(huán)境不適合植物的生長，因此，植食動物在冬季的環(huán)境容納量會下降

17、，D項錯誤。4(2019榆林高二模擬)種群在理想和自然條件下分別表現出“J”型和“S”型增長。下列有關種群增長曲線的敘述中，正確的是 ()A在種群“J”型增長模型(NtN0t)中，表示該種群的增長速率B在自然條件下，種群的環(huán)境容納量(即K值)是固定不變的C在魚類養(yǎng)殖中，在接近K值時進行捕撈有利于該種群的可持續(xù)發(fā)展D在“S”型曲線中，種群密度不同時，可能具有相同的種群增長速率答案D解析在NtN0t中，表示該種群數量是一年前種群數量的倍數，并不等同于種群的增長速率；種群的K值受環(huán)境因素影響，在優(yōu)越環(huán)境中，K值將增大；在魚類養(yǎng)殖中，使捕撈后的剩余量接近時，種群的增長速率最大，有利于該種群的可持續(xù)發(fā)展

18、；在“S”型曲線中，種群增長速率先快后慢，最后為0，故處于不同的種群密度下可能具有相同的增長速率。5如圖是黃海某種魚的種群數量增長曲線。下列相關敘述正確的是()Aa點時組成該種群的個體全為幼年個體Bb點時的種群大小能夠提供最大持續(xù)產量Cc點時該種群年齡結構為衰退型Dd點時該種群增長速率最大答案B解析曲線上各點的個體中均有不同年齡段的個體，只是比例不同而已，A項錯誤；b點時，種群數量為K/2，此時種群增長速率最大，若將種群數量維持在該水平上，將獲得最大的持續(xù)產量，B項正確；c點時種群數量仍在上升，則該種群年齡結構為增長型，C項錯誤；d點時種群數量達到K值，出生率等于死亡率，增長速率為0，D項錯誤

19、。題組二影響種群數量波動的因素6下列關于種群數量變化的敘述中，不正確的是()A在理想條件下，種群數量增長的數學模型為：NtN0tB一個物種引入新的地區(qū)后，一定呈“J”型增長C對家鼠等有害動物的控制，要盡量降低其K值D一個呈“S”型增長的種群，數量在左右時增長速率最大答案B解析在理想條件下，種群呈“J”型增長；一個物種引入一個新的地區(qū)，可能呈“J”型增長，也可能不適應當地的自然環(huán)境而被淘汰。7環(huán)保工作者對某地區(qū)最主要的草食動物野兔種群數量進行連年監(jiān)測，得到如圖所示的數量增長變化()曲線(t年種群數量/(t1)年種群數量)。據圖分析下列敘述正確的是()A第1年至第3年該種群的出生率相同B第4年初至

20、第5年中期，種群數量呈“S”型增長C第3年末種群數量與第5年中期種群數量相等D野兔的種群數量在第6年末達到K值答案B解析在第13年間，由于基本上等于1，種群增長率為0，出生率等于死亡率，種群數量基本穩(wěn)定，但出生率不一定相同，A項錯誤；在第4年初至第5年中期，種群數量先增加的快，后增加的慢，在第5年中期達到K值，種群數量呈“S”型增長，B項正確，D項錯誤；因為第3年末到第5年中期大于1，第3年末種群數量小于第5年中期種群數量，C項錯誤。8.如圖表示種群在理想環(huán)境中和有環(huán)境阻力條件下的增長曲線，下列有關種群數量增長曲線的敘述正確的是()A圖甲為“J”型增長，每年增加的個體數量始終不變B圖乙為“S”

21、型增長，G點時增長速率達到最大值C防治蝗災應在害蟲數量達到F點時進行D漁業(yè)捕撈后剩余量應該在E點左右答案D解析圖甲曲線的斜率代表種群的增長速率(即單位時間內種群個體的增加數目)，由題圖曲線特征可以看出，在不同的時間點，曲線的斜率不同，即種群的增長速率不同，故A項錯誤；圖乙中G點時種群的數量不再變化，增長速率為0，故B項錯誤；防治蝗災應該在D點附近進行，超過D點，蝗蟲增長速率加快，滅蟲效果差，故C項錯誤；漁業(yè)捕撈應該在超過(E點)時進行，且每次捕撈后的剩余量應保持在E點左右，此時種群的增長速率最快，故D項正確。題組三探究酵母菌種群大小的動態(tài)變化9有關“探究酵母菌種群大小的動態(tài)變化”的實驗中，下列

22、相關敘述正確的是()A改變培養(yǎng)液的pH不影響K值(環(huán)境容納量)大小B用樣方法調查玻璃容器中酵母菌數量的變化C取適量培養(yǎng)液滴于普通載玻片后對酵母菌準確計數D營養(yǎng)條件并非影響酵母菌種群數量變化的唯一因素答案D解析營養(yǎng)條件、pH和溫度等的變化都會影響種群數量。調查酵母菌種群數量的變化用抽樣檢測的方法，對酵母菌準確計數用血球計數板。10(2019廣東，4)如圖表示在一個10 mL封閉培養(yǎng)體系中酵母細胞數量的動態(tài)變化，關于酵母細胞數量的敘述，正確的是()A種內競爭導致初始階段增長緩慢B可用數學模型NtN0t表示C可用取樣器取樣法計數DK值約為120 000個答案D解析在酵母細胞培養(yǎng)初期，酵母細胞數量極少

23、，酵母細胞個體間幾乎不存在種內斗爭，A項錯誤；由圖像可知，在070 h時間段內，為“S”型曲線，而數學模型NtN0t只適用于“J”型曲線，B項錯誤；酵母細胞等微生物只有用顯微鏡才能看清，所以一般使用血球計數板計數法，C項錯誤；由圖像可知，該環(huán)境下的最大值為酵母細胞的K值，K值約為121 00010120 000(個)，D項正確。綜合強化11某高級中學遷入新建校園14年，校園中鳥綱鵯科動物白頭鵯在14年間的種群增長速率如表所示。據表分析可知()年份第2年第4年第6年第8年第10年第12年第14年增長速率0.661.522.833.692.911.200.03A.這14年中白頭鵯種群的數量呈“J”

24、型增長B第12年時白頭鵯種群的年齡結構為衰退型C研究時用樣方法調查白頭鵯的種群密度并經計算得出表中的數據D白頭鵯在該中學的環(huán)境容納量約為第8年時白頭鵯種群數量的兩倍答案D解析由于種群的增長速率先增后減，所以這14年中白頭鵯種群的數量呈“S”型增長，A項錯誤；第12年時白頭鵯種群的增長速率為1.20，所以年齡結構為增長型，B項錯誤；研究時應用標志重捕法調查白頭鵯的種群密度，C項錯誤。12如圖為某小組進行“探究酵母菌種群大小的動態(tài)變化”實驗時，所測得的不同培養(yǎng)階段酵母菌種群數量、葡萄糖濃度和乙醇濃度的變化曲線，請回答下列問題：(1)曲線AB段酵母菌呼吸發(fā)生的場所是_；曲線BC段酵母菌呼吸的方式為_

25、。(2)酵母菌種群數量從C點開始下降的主要原因除葡萄糖被大量消耗外，還有_、_。(3)在T1T2時間段，單位時間內酵母菌消耗葡萄糖量迅速增加的主要原因有_、_。(4)某同學在T3時取樣，統(tǒng)計的酵母菌種群數量明顯高于D點對應的數量，原因可能有_、_和用血球計數板計數時出現錯誤等。答案(1)細胞質基質和線粒體有氧呼吸和無氧呼吸(2)乙醇含量過高培養(yǎng)液的pH下降(3)酵母菌進行無氧呼吸，產生的能量少酵母菌種群數量增多 (4)取樣時培養(yǎng)液未搖勻，從底部取樣未染色，統(tǒng)計的菌體數包含了死亡的菌體13某野外調查小組對某地區(qū)種群進行深入調查，獲得了下面有關信息資料。如圖表示某物種遷到一個新環(huán)境后，其種群數量的變化情況。(1)從曲線的走勢來看，該種群剛遷入時，經歷了一個快