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- 2021-09-17 发布
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第2节 种群数量的变化
学 习 目 标
核 心 素 养
1.掌握建构增长模型的方法
2.理解种群数量变化的“J”型和“S”型曲线
3.结合“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验,建构种群数量变化的数学模型
1.通过分析影响种群数量变化的因素,形成稳态与平衡观
2.通过“J”型增长和“S”型增长的数学模型的分析与比较,培养归纳、比较及运用模型分析问题的能力
3.通过“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验的学习,培养实验设计与实施及对实验结果的交流与评价能力
4.通过研究种群数量变化及对有害动物的防治、野生生物资源的保护和利用等,形成关注社会,主动承担社会责任的态度
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。
2.研究方法及实例
二、种群增长的“J”型曲线
1.含义
理想条件下的种群,以时间为横坐标,种群数量为纵坐标画出曲线来表示,大致呈“J”型。
2.数学模型
(1)模型假设
①条件:食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等。
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λ倍 。
(2)建立模型:t年后种群数量为Nt=N0λt。
(3)模型中各参数的意义:N0为该种群的起始数量,t为时间(年),Nt表示t年后该种群的数量,λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。
三、种群增长的“S”型曲线
1.条件:自然界中的资源和空间总是有限的。
2.形成原因
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,提高其环境容纳量是保护大熊猫的根本措施。
四、种群数量的波动和下降
1.影响因素
(1)自然因素:如气候、食物、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波动中,在不利的条件下,种群数量还会急剧下降甚至消亡。
3.研究意义
(1)有害动物的防治。
(2)野生生物资源的保护和利用。
(3)濒危动物种群的拯救和恢复。
五、探究培养液中酵母菌种群数量的变化
1.实验原理
(1)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。
(2)在理想的无限环境中,酵母菌种群数量的增长呈“J”型曲线;在有限的环境下,酵母菌种群数量的增长呈“S”型曲线。
2.实验步骤
判断对错(正确的打“√”,错误的打“×”)
1.种群数量变化不仅受外部因素的影响,也受自身内部因素的影响。 ( )
2.就食性而言,杂食性鸟类的数量波动小于其他食性的鸟类。 ( )
3.外来入侵物种进入一个新环境中必定表现为“J”型增长。
( )
4.种群数量变化的全部内容就是“J”型和“S”型增长。 ( )
提示:1.√ 2.√
3.× 外来物种进入新环境中,该种群也可能因不适应新环境而被淘汰。
4.× 种群数量的变化包括增长、波动、下降,甚至消亡。
种群增长数量曲线
[问题探究]
1.据图回答种群数量变化的相关问题
甲 乙
(1)尝试分析曲线a、b之间的阴影部分表示的含义。
提示:阴影部分表示由于环境阻力的存在,在生存斗争中被淘汰的个体数目。
(2)下列因素中能使图乙中曲线c变为曲线d的有哪些?(填序号)。
①过度放牧对某种牧草种群的影响 ②硬化地面、管理好粮食对鼠种群的影响 ③增加水中的溶氧量对鱼种群的影响 ④大量引进外来物种对本地物种的影响 ⑤引进某种害虫的天敌对害虫种群的影响
提示:①②④⑤。
2.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?
(1)判断:__________(填“是”或“否”)。
(2)理由:________________________________________________________
_____________________________________________________。
提示:(1)否 (2)“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
3.从环境容纳量的角度思考,对家鼠等有害动物的控制,应采取什么措施?
提示:降低有害动物种群的环境容纳量,如将食物储藏在安全处,断绝或减少它们的食物来源;室内采取硬化地面等措施,减少它们挖造巢穴的场所;养殖或释放它们的天敌等。
[归纳总结]
“S”型增长曲线的解读
图甲 图乙 图丙
三图对比分析解读:
(1)t1之前,种群数量小于K/2,由于资源和空间条件相对充裕,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。
(2)t1~t2,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。
(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0。
1.下图表示有限环境中某一种群的增长曲线。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,种群的增长速率最大
③如果不考虑迁入和迁出等其他因素,在K值时出生率等于死亡率
④假设该图表示鱼的种群数量变化趋势,当种群达到K值时开始捕捞,可持续获得最高产量
A.①② B.①④
C.①③ D.③④
C [K值为环境容纳量,其含义为特定环境条件所允许的种群数量的最大值,①正确;K值时种群数量最大,此时种群增长速率为0,即不考虑迁入和迁出等其他因素时,出生率等于死亡率,②错误、③正确;K/2值时,种群增长速率最大,在鱼群数量超过K/2时捕捞,并使剩余数量维持在K/2的水平,才可获得持续高产,④错误。]
(1)影响上题图中K值大小变化的因素有哪些?
(2)下图为种群增长速率随时间变化曲线,根据本题所述,可表示K值的点是a点还是b点?
提示:(1)食物、活动范围、气候条件等。
(2)b点。a点时种群增长速率最大,此时种群数量为K/2;b点时种群增长速率为0,此时种群数量达到最大,即K值。
2.(2017·全国卷Ⅰ)假设某草原上散养的某种家畜种群呈S型增长,该种群的增长率随种群数量的变化趋势如图所示。若要持续尽可能多地收获该种家畜,则应在种群数量合适时开始捕获,下列四个种群数量中合适的是( )
A.甲点对应的种群数量
B.乙点对应的种群数量
C.丙点对应的种群数量
D.丁点对应的种群数量
D [该种群数量变化曲线的纵坐标为种群增长率,横坐标为种群数量,曲线最高点时种群增长率最大,对应种群数量的K/2。为持续尽可能多地收获该种家畜,应在种群数量超过K/2时捕获,剩余量保持在K/2,此时种群数量增长率最大,可使种群数量迅速得以恢复。]
探究培养液中酵母菌种群数量的变化
[问题探究]
1.从试管中吸出培养液进行计数之前,需将试管轻轻振荡几次,试分析其原因。
提示:这是为了使培养液中的酵母菌均匀分布,以保证估算的准确性。
2.培养液的量是有限的,其中酵母菌种群数量的变化曲线,是不是标准的“S”型曲线?若不是,
应该是怎样的?尝试绘出其数量变化曲线。
提示:不是。因为培养液中的营养物质等是有限的,是不能循环的。当消耗殆尽时种群数量变为零。曲线如右图所示:
3.尝试绘出实验结果的记录表。
提示:
起始
1
2
3
4
5
6
7
甲
乙
丙
平均
[归纳总结]
实验中的注意事项
(1)每天取样计数的时间要固定。
(2)计数时先将盖玻片放在计数室上,将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(吸水纸)吸去。
(3)血球计数板必须保持干燥,否则培养液将不能渗入计数室。
(4)清洗血球计数板的正确方法是浸泡和冲洗,不能用试管刷或抹布擦洗。冲洗干净后不能用纱布或吸水纸擦干,应自然晾干或烘干或用吹风机吹干。
(5)用显微镜计数时,对于压在小方格界线上的酵母菌,应只计数相邻两边及其顶角的酵母菌(类似于“样方法”)。
1.温度在15~35 ℃时,酵母菌种群数量增长较快。下表是同学们进行相关探究实验得到的结果(单位:×106个/mL):
温度( ℃)
第1次
第2次
第3次
第4次
第5次
第6次
第7次
第8次
0 h
24 h
48 h
72 h
96 h
120 h
144 h
168 h
15
1.2
3.0
3.8
4.6
4.0
3.2
2.8
2.5
20
1.2
5.0
5.3
4.2
2.1
1.2
0.8
0.6
25
1.2
5.2
5.6
4.6
2.9
1.0
0.6
0.2
30
1.2
4.9
5.5
4.8
2.2
1.3
0.7
0.5
35
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
1.3
0.8
0.6
以下分析错误的是( )
A.可以用血细胞计数板在显微镜下对酵母菌进行计数
B.据表分析,酵母菌种群数量增长的最适温度约为25 ℃
C.不同温度条件下酵母菌种群数量达到K值的时间不同
D.每天取样检测一次即可,不需要固定取样的时间
D [每天取样检测一次即可,但需要固定取样的时间,否则无法进行比较酵母菌在每天某一特定时间的数量变化。]
2.如图表示在一个10 mL封闭培养体系中酵母细胞数量的动态变化。下列相关叙述正确的是( )
A.40~60 h时,λ<1[λ=t时种群数量/(t-1)时种群数量]
B.种内斗争导致0~10 h酵母细胞数量增长缓慢
C.调查酵母细胞种群密度时,应用抽样检测法
D.70 h后,该体系中酵母细胞活菌数将一直维持稳定
C [40~50 h时种群数量仍在增大,λ>1,50~60 h种群数量稳定,λ=1,A错误;0~10 h的初始阶段增长缓慢是由于种群数量太少,B错误;由于营养物质的消耗和有害代谢产物的积累,70 h后,该体系中酵母细胞活菌数可能下降,D错误。]
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 归 纳
1.在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下,种群数量呈“J”型增长,数学模型为Nt=N0λt。
2.正常情况下,自然界的资源和空间是有限的,种群数量会呈“S”型增长。
3.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称为环境容纳量,又称K值。
4.“J”型曲线的增长率是不变的,“S”型曲线的增长速率先增大后减小。
5.影响种群数量的因素很多,因此,大多数种群的数量总是在波动中;在不利条件下,种群数量还会急剧下降甚至消亡。
1.数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。调查某种一年生植物的种群时有下列情形,只有80%的种子能发育成成熟植株,每株植物平均产400粒种子,目前有a粒种子,则m年后种子数量为( )
A.0.8a·400m B.400a·0.8m
C.a·320m D.320am
C [由于每株植物每年产生400粒种子,只有80%发育成成熟植株,即320株,则m年后变为320m,现有a粒种子,则m年后种子数量为a·320m。]
2.如图为种群数量增长曲线,下列叙述正确的是( )
A.鱼类种群数量的增长不受自身种群密度的制约
B.气候条件的改变不会影响种群的环境容纳量
C.防治蝗灾应在害虫数量达到c点时进行
D.渔业捕捞后剩余量需控制在c点以保持最高的增长速率
D [由于环境资源有限,种群密度越大,种内斗争会越剧烈,从而会影响种群数量的增长;种群的环境容纳量受环境(包括气候条件)的影响;c点时种群的增长速率最大,不利于防治蝗灾;c点时种群的增长速率最大,渔业捕捞后剩余量需控制在c点,有利于种群数量得到快速恢复。]
3.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,其中错误的是 ( )
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.将培养液振荡摇匀后,用吸管从锥形瓶中吸取一定量的培养液
C.在血球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,待酵母菌沉降到计数室底部,在显微镜下观察、计数
C [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。]
4.向某天然牧场引入良种肉牛100头,任其自然放养,自然繁殖。如图表示种群数量增长速率随时间变化的曲线,下列叙述正确的是 ( )
A.在t0~t2时间内,种群数量呈“J”型增长
B.若在t2时种群的数量为N,则在t1时种群的数量约为N/2
C.捕杀肉牛的最佳时期为t1时
D.在t1~t2时,该肉牛的种群数量呈下降趋势
B [在t0~t2时间内,种群数量呈“S”型增长;t2时种群达到环境最大容纳量,即K值,所以t1时种群的数量约为N/2;捕杀肉牛的最佳时期为t2;在t1~t2时,种群增长速率下降,但种群数量仍然上升。]
5.用一定量的培养液在适宜条件下培养酵母菌,其数量随时间变化情况绘制如图甲,a表示每3 h换一次培养液的培养曲线,d表示不更换培养液的培养曲线。请回答下列问题:
甲 乙
(1)曲线a表示种群呈“________”型增长。理论上讲,呈现这种增长模型的条件是______、______、______等。
(2)曲线d表示的增长为“________”型增长。属于这种增长模型的种群随种群密度(个体数量)的增加,种群的增长速率的变化是________________。当种群个体数量达到最大值的一半时,种群的增长速率达到________。
(3)在实际情况下,塔斯马尼亚绵羊种群增长情况如图乙所示,说明在自然界中,种群数量变化会出现________现象。
解析:(1)曲线a对应的酵母菌种群,在每3 h更换一次培养液的情况下,处于理想状态,呈“J”型增长。呈现“J”型增长的种群必须处在食物和空间充裕、气候适宜和没有敌害等条件下。(2)曲线d对应的种群,由于不更换培养液,生活条件受到限制,呈“S”型增长。呈“S”型曲线增长的种群的增长速率先增后减,最后为零,其在种群个体数量达到环境容纳量的一半时达到最大。(3)题图乙显示种群数量达到K值时并非固定不变,而是在K值附近波动。
答案:(1)J 食物和空间充裕 气候适宜 没有敌害 (2)S 先增大,再减小,最后为零 最大 (3)波动
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