第十一节 种群数量的变化.docx
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第十一节种群数量的变化
种群数量的变化
主讲：
黄冈中学生物高级教师 童金元
问题探讨：
1、n代细菌的数量是多少？
计算公式是什么？
2、72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？
一、构建种群增长模型的方法
数学模型：
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：
动动手尝试建立一个数学模型：
细菌种群的增长曲线
二、种群增长的“J”型曲线
1、实例
（1）某海岛上环颈雉种群数量的变化：
（2）澳大利亚野兔的种群数量变化：
插入动画
2、“J”型增长的数学模型
（1）模型假设：
理想状态——食物充足，空间不限，气候适宜，没有敌害等条件下，种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。
（2）建立模型：
t年后种群的数量为Nt=N0λt
三、种群增长的“S”型曲线
“J”型增长能一直持续下去吗？
（不能）
例：
生态学家高斯的实验：
种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线，称为“S”型曲线。
讨论：
大草履虫的增长呈“S”型曲线的原因有哪些？
1、产生条件
存在环境阻力：
自然条件（现实状态）——食物等资源和空间总是有限的，种内斗争不断加剧，捕食者数量不断增加。
导致该种群的出生率降低，死亡率增高。
当出生率与死亡率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平。
2、增长特点
种群数量达到环境所允许的最大值（K值）后，将停止增长并在K值左右保持相对稳定。
K值：
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。
讨论：
从环境容纳量（K值）的角度思考：
（1）对濒危动物如大熊猫应采取什么保护措施？
建立自然保护区，改善大熊猫的栖息环境，提高环境容纳量。
（2）对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？
可以采取措施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，等等。
四、种群数量的波动和下降
种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的，因此，凡是影响上述种群特征的因素，都会引起种群数量的变化。
研究种群数量变化的意义：
1、有利于野生生物资源的合理利用及保护。
2、为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。
3、通过研究种群数量变动规律，为害虫的预测及防治提供科学依据。
典型例题
例1、下图，表示野兔进入某草原后的种群增长情况，对该图的叙述不正确的是（ ）
A．AB段兔群数量较少的原因是性别比例失调
B．BC段兔群的年龄组成为增长型
C．CD段兔群的生存斗争在进一步加剧
D．DE段兔群的增长率几乎为0
答案：
A
解析：
AB段兔群数量较少的原因是野兔进入草原后有短暂的适应期，并非性别比例失调；BC段兔群的年龄组成为增长速度较快；CD段由于资源空间限制，兔群的生存斗争在进一步加剧；DE段兔群的出生率等于死亡率，增长率几乎为0，种群达到最大环境容纳量。
例2、下图中曲线Ⅱ表示的是牛被引入某孤岛后的种群数量变化。
如果当初被引入的是羊，则羊的种群数量变化曲线为（ ）
A．Ⅰ B．Ⅲ C．Ⅳ D．Ⅴ
答案：
A
解析：
当一个物种被引入孤岛后，由于生活条件优越，食物充足，天敌少，在短时间内种群数量增长，表现出“J”型增长曲线。
一段时间后，由于环境阻力的增加，种群的数量增长最终表现出“S”型增长曲线。
羊和牛都是以草为食的食草动物，羊的个体较牛小，同等面积的草地养活羊的数量多于牛的数量，所以羊的种群数量变化较牛早，且数量较牛多，但趋势相同，所以出现图中I所示的变化曲线。
例3、为了保护鱼类资源不受破环，并能持续获得最大捕鱼量，根据种群增长的“S”型曲线，应使被捕鱼群的种群数量保持在1/2K水平，这是因为在这个水平上（ ）
A．种群数量相对稳定
B．种群增长量最大
C．种群数量最大
D．环境条件所允许的种群数量
答案：
B
解析：
根据种群增长的“S”型曲线，当被捕鱼群的种群数量保持在1/2K值水平的时候，从曲线上看正好相当于“J”型曲线，种群增长量最大，或者说种群的个体数量增长最快。
不是C项所说的“种群数量最大”，更不是D项所说的“环境条件所允许的种群数量最大”。
当然也远远没有达到A项所说的“种群数量相对稳定”的水平。
-返回-
同步测试
一、单项选择题
1、在下列哪种条件下，种群可能呈“J”型增长（D ）
A．当食物受到限制时
B．在物种适宜的环境中，食物开始出现不足，但远不至于影响到该物种在这里生存
C．在一个没有捕食者的生态系统中
D．在实验室内的实验条件下
2、下列有关种群增长的“S”型曲线的叙述，错误的是（D ）
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
3、若某种群有成鼠a头（计算时作为亲代），每头雌鼠一生产仔16头，各代雌雄性别比例均为1∶1，子代幼鼠均发育为成鼠，所有个体的繁殖力均相等，则从理论上计算，第n代产生的子代数为（ C）
A．a×8n－1 B．a×8n＋1
C．a×8n D．a×8n－2
4、生态学家高斯（Gause）在0.5mL培养液中放入5个大草履虫．存培养第5天之后大草履虫的数量基本维持在375个左右，将此数值定为K值。
关于K值的描述，正确的是（A ）
A．高斯实验得到的K值仅适用大草履虫在该培养条件下
B．高斯实验得到的K值也适用大草履虫在其它培养条件
C．不同的物种在相同的环境条件下，K值相同或近似
D．相同的物种在相同的环境条件下，K值有可能不同
5、下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（A ）
A．K是环境条件所允许达到的种群数量最大值
B．在K值时，种群的增长率最大
C．如果不考虑迁入迁出等其他因素，在K值时出生率大于死亡率
D．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
6、关于种群数量变化的叙述，错误的是（C ）
A．种群数量的变化包括增长、波动、稳定和下降等
B．种群数量的变化主要是由迁入、迁出、出生和死亡引起的
C．在自然界中，种群的增长一般呈“J”型曲线
D．在自然界中，种群的增长一般呈“S”型曲线
7、从理论上分析，草原灭鼠应注意避免鼠群增长曲线处于“S”型曲线的（A ）
A．即将增长的水平 B．1/4K的水平
C．1/2K的水平 D．K的水平
8、当种群数量达到K值时，可能出现的情况是（D ）
A．生态因素对该种群的影响没有作用
B．种群的增长率大于零
C．食物不再是限制物种发展的因素
D．出生率等于死亡率
9、渔业生产中，合理使用网眼尺寸较大的网具进行捕捞，有利于资源的可持续利用。
下列不正确的解释是（D ）
A．更多幼小的个体逃脱，得到生长和繁殖的机会
B．减小捕捞强度，保持足够的种群基数
C．维护良好的年龄结构，有利于种群数量的恢复
D．改变性别比例，提高种群出生率
10、如图所示某种鱼迁入一生态系统后，种群数量增长率随时间变化的曲线，下列叙述正确的是（ B）
A．在t0～t1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时种群的数量为N/2
c．捕获该鱼的最佳时期为t2时
D．在t1～t2时，该鱼的种群数量呈下降趋势
显示提示
提示：
1、在充足的食物和足够空间条件下，种群可能成J型增长。
这种条件只能在实验室内完成。
2、A项中由于空间和资源的限制，因此自然界中的种群增长曲线通常呈“S”型；对于“S”型曲线来说，种群在1/2K时增长速率最大，然后种群的增长率随种群密度的上升而下降，当达到环境所允许的最大值（环境答纳量，K值）时，增长率降为0，所以B项的说法正确；种群数量的增加除受环境因素影响外，随着种群密度的增加，种内斗争也会加剧，影“向种群数量的增长，因此项说法也是正确的；种群数量的增长速率是先逐渐升高，当种群数量大于1/2K时，种群增长速率开始降低。
3、该种群有成鼠a头，由于雌雄性别比例均为1∶1，则有雌鼠a/2，每头雌鼠一生产仔16头，把亲代当做第一代则有鼠a头，第二代有鼠（a/2）×16=a×8=a81，第三代为（8a/2）×16=a82，依此类推，第n代有鼠为a8n-1，其子代有鼠a8n。
4、本实验是针对某一物种在固定容器、固定培养液中即环境空间一定的条件下呈现出的数量变化；无论是改变生物还是环境条件，生物在相应环境中的K值都会发生变化；相同的物种在相同的环境条件下，K值有可能相同。
5、K是环境条件所允许达到的种群数量最大值；在K值时，种群的增长率为0；如果不考虑迁入迁出等其他因素，在K值时出生率基本上等于死亡率；假设这是鱼的种群，当种群达到K/2值时开始捕捞，可持续获得最高产量。
6、C在自然界中，由于资源和空间有限，当种群密度增大时，种内竞争就会加剧，以该种群为食的动物数量也会增加，这就会使种群的出生率降低，死亡率增高。
当死亡率增加到与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平。
7、草原灭鼠应在鼠群开始增长时就得进行，否则数群达到一定数量后，增长率过大难以消灭。
8、当种群数量达到K值时，由于种群受到多种因素的影响，出生率基本上等乎死亡率，增长率为0。
9、控制网眼大小可维持种群数量，但不能改变种群的性别比例。
本题考查的是生物种群数量的调控问题。
10、种群在有限环境条件下，增长率先逐渐增大，达到最大之后又逐渐减小，直至为0；在t1时种群的数量为N/2，增长率最大，为捕获该鱼的最佳时期。
二、简答题。
11、将一个水族箱用屏障在中间隔成A、B两部分，然后在A、B两侧分别放入数量相同的少量水蚤（小型甲壳动物）和草履虫，给予充足的食物，并满足其他生活条件，观察它们的生长。
h小时后，两个种群的个体数量都发展到环境条件所允许的最大值（即K值）时，继续供给草履虫食物，但不再给水蚤食物，并把屏障撤掉。
请分析回答：
（1）在0～h小时内，两个种群的增长均呈___________型曲线。
（2）达到K值时，种群数量不再增加的主要原因是______________________。
（3）在h小时后，草履虫数量逐渐减少，引起这一变化的主要生物因素是___________，水蚤数量变化的趋势为___________。
显示答案
11、
（1）“S”
（2）空间的限制
（3）水蚤的捕食 先增加后减少，最终趋向稳定
解析：
本题涉及种群在有限空间内的数量变化规律及环境容纳量方面的知识；由于水蚤与草履虫之间存在着吃与被吃关系，所以，把屏障撤掉后，草履虫限制了水蚤的数量变化，二者相互影响，最终呈“S”变化。
12、下图为种群在不同环境条件下的增长曲线，据图回答问题。
（1）A曲线呈“J”型，表示种群在___________环境中的增长。
（2）B曲线呈“S”型，表示种群在___________环境中的增长，阴影部分表示___________。
用达尔文进化理论解释，这是___________的结果。
（3）若“S”曲线表示某个鼠群迁入一个新的生态系统后的增长曲线，那么K点以后，曲线出现平区的原因是______________________。
（4）根据种群变动的曲线，解释为什么投药灭鼠在短期内能控制鼠害，但很快又会鼠灾泛滥的原因______________________。
对此，应采取哪些有效措施？
___________________
显示答案
12、
（1）无环境阻力
（2）有环境阻力 由于环境阻力，导致种群个体数实际增长与理论值的差异 生存斗争
（3）由于食物短缺等因素的限制，种群在达到环境负荷量以后在一段时间内不再增加。
（4）原因：
①老鼠种群的抗药性增强；②毒杀一部分个体，剩余的个体数目在环境负荷量以下，会呈指数式增长，很快会恢复到原来数量。
措施：
原则上是降低环境负载能力，无污染，具可行性。
如①严密封储粮食；②清除生活垃圾；③生物防洽，保护老鼠天敌等。
（其他方法，符合以上原则即可）
解析：
本题考查种群数量变化的两种曲线的特点以及在生产实践中的灵活应用。
-END-
课外拓展
生态入侵
众所周知，生态入侵的三大绿魔分别是祸害于我国西南部的紫茎泽兰、东南部河道的水葫芦、沿海滩涂的大米草。
三大绿魔疯狂肆虐，给我国的生态造成巨大灾难。
负责生态重建的科学家们正在不遗余力地努力根治，给人们带来了鼓舞和希望。
用紫茎泽兰制染料与板材
云南大理巍山的民间手工艺者，凭借传统的扎染工艺，对紫茎泽兰汁染黄色布料进行了尝试，发现染出来的颜色鲜艳明亮、不易褪色。
于是大理的扎染厂开始大量收购紫茎泽兰，如今每年要消耗数万吨紫茎泽兰，也给农民带来一笔不小的收益。
据专家介绍，用植物染料使扎染成本低得多，而且不会危害人体健康。
这种民间手工艺品受到日本、欧洲客户的喜爱。
紫茎泽兰有一种特殊的气味，用它染出的布料有驱除蚊虫的特别功效，染过的废料还可以做肥料。
云南省林业勘察设计院专家将传统的刨花板生产工艺和植物化学处理有机结合在一起，成功祛除紫茎泽兰内部固有的特殊气味，然后制成高压微粒板（非木质刨花板），达到了国家刨花板标准。
去年初，专门为此建立的华坪县紫茎泽兰高压微粒板厂正式投入生产，已有数万张板材投放市场，受到人们的欢迎。
变水葫芦为食品和药品
水葫芦迅速蔓延，堵塞河道，泛滥成灾，人们把水葫芦看成是“水上绿魔”。
根据趋利避害原则，把打捞上来的水葫芦通过发酵转化，以它的蛋白质含量而制成饲料：
根据水葫芦中含有大量氮磷钾的特点，制作有机、无机复合肥；从水葫芦中提取营养素，加工提炼成食品、保健品、药品及饲料添加剂。
如果有关水葫芦的开发利用方式能形成产业，必将吸引更多的人去打捞水葫芦，在遏制水葫芦过多地破坏生态平衡的同时，促使许多地方的污水得到治理。
目前，有关企业开发了一种水葫芦饮料，因其清爽圆润的口感和含有丰富微量元素，曾在短短的时间内卖出十几万瓶。
从大米草里提取多糖
大米草原产美国，由于它具有保滩护堤、促淤造陆的显著功能，各国曾纷纷大规模引种。
但是，它出人意料地疯长，变成了全球性的“食人草”。
我国北起辽宁锦西、南至广西合浦的80多个县均有分布，是亚洲种植大米草最多的国家，因此造成生态损失每年在576亿元左右。
上海寿祺多糖食品研究所与福州中卫多糖科技公司的专家们经过长期的实地研究，认为大米草含有丰富的蛋白质和大量的维生素、微量元素，是提取活性多糖的最佳原料。
于是，他们采用双酶水解和超低温冷冻升华干燥新工艺，在大米草中提取多糖并获得成功。
这使我国步入根治大米草危害的世界领先行列。
据测定，每亩滩涂可产1吨大米草，每35吨大米草可提炼1吨多糖，相信这是一条改变“食人草”为益人草的有效途径。
-END-
高考解析
例1、某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验时，同样实验条件下分别在4个试管中进行培养（见下表），均获得了“S”型增长曲线。
根据实验结果判断，下列说法错误的是（ ）
A．4个试管内的种群初始阶段都经历了“J”型增长
B．4个试管内的种群同时达到K值
C．试管Ⅲ内种群的K值与试管Ⅱ不同
D．试管Ⅳ内的种群数量先于试管Ⅱ开始下降
答案：
B
解析：
Ⅰ和Ⅲ试管中培养液多，营养物质多，其内种群的K值大于试管Ⅱ和Ⅳ的。
4个试管内种群的起始阶段因空间和食物等比较充裕，属于“J”型增长。
接种量不同，种群的增长速率不同，不能同时达到K值，接种量大的先达到稳定期继而先进入衰亡期。
例2、有关“探究培养液中酵母菌数量动态变化”的实验，正确的叙述是（ ）
A．改变培养液的pH值不影响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
答案：
D
解析：
营养条件、pH值和温度的变化都会影响种群数量。
例3、下图表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。
下列有关种群数量增长曲线及其应用的叙述中正确的是（ ）
A．当种群数量达到e点后，增长率为0
B．种群增长过程中出现环境阻力是在d点之后
C．防治蝗灾应在害虫数量达到c点时进行
D．渔业捕捞后需控制剩余量在b点
答案：
A
解析：
当种群数量达到e点后，种群数量不再变化，增长率为0；种群增长过程中出现环境阻力是在c点之后；防治蝗灾应在害虫数量达到b点时进行；渔业捕捞后需控制剩余量在c点。
-END-
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