高中生物选择性必修二 第1章 第2节 种群数量的变化.docx

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高中生物选择性必修二第1章第2节种群数量的变化

第2节　种群数量的变化

一、种群数量的增长、变化曲线及其应用

1．建构种群增长模型的方法

（1）数学模型：

是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。

（2）构建数学模型的方法步骤：

观察研究对象，提出问题→提出合理的假设→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→通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正。

（3）根据教材中“细菌数量增长规律”分析：

若N表示细菌数量，n表示第n代，则细菌增长的方程式模型为Nn＝2n；曲线模型为：

2．种群的“J”形增长

（1）模型假设：

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（即理想条件）。

（2）建立模型

①参数的含义：

Nt：

t年后种群的数量；N0：

种群的起始数量；t：

时间（年数）；λ：

该种群数量是前一年种群数量的倍数。

②数学方程式：

Nt＝N0λt。

③曲线图（如下）

3．种群的“S”形增长

（1）模型假设：

自然界的资源和空间总是有限的。

（2）对曲线的分析

①a点以前是生物对环境的适应期，种群数量增长较慢的原因是个体数量少，因此增长速率很小。

②ab段是快速增长期，种群数量快速增长，

时增长速率达到最大，此时食物、空间相对充裕，天敌数量少。

③bc段，随着种群密度的增加，个体间因食物、空间和其他生活条件的争夺而导致种内竞争加剧，使种群出生率降低，死亡率升高。

④达到K值时，种群出生率等于死亡率，种群数量保持相对稳定。

（3）K值的含义：

又称为环境容纳量，指一定的环境条件所能维持的种群最大数量。

（4）应用

①野生大熊猫数量锐减的原因：

栖息地遭到破坏，食物减少和活动范围缩小，K值变小。

②应对措施：

建立自然保护区，改善栖息环境，提高环境容纳量。

4．种群数量的波动

（1）影响因素

（2）数量变化：

大多数种群的数量总是在波动中；处于波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。

长久处于不利的条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。

（1）“J”形曲线是发生在自然界中最为普遍的种群增长模式（　　）

（2）种群数量达到K值以后，种群受食物、空间等因素的限制，增长速率为零，种群数量不再发生变化（　　）

（3）对于“S”形曲线，同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响（　　）

（4）环境容纳量即为种群数量最大值（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×

1．“J”形曲线分析

种群“J”形增长模型：

Nt＝N0λt，λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数。

（1）请分析当λ>1、λ＝1、0<λ<1时，种群的数量变化和年龄结构的类型：

项目

种群数量变化

年龄结构

λ>1

增长

增长型

λ＝1

稳定

稳定型

0<λ<1

下降

衰退型

（2）已知种群增长率＝

。

请在下图中绘出“J”形增长的增长率曲线：

提示　如图所示

2．“S”形曲线分析

已知种群增长速率＝

。

请看图完成下列填空：

（1）图乙的g点相当于图甲的c点；fg段相当于图甲的ac段。

（2）图乙的h点相当于图甲的d点；gh段相当于图甲的cd段。

3．下图体现了“J”形和“S”形曲线之间的关系，二者之间的阴影部分代表什么？

提示　环境阻力（按自然选择学说，它就是在生存斗争中被淘汰的个体数量）。

归纳总结

　增长率、增长速率、λ值的辨析

（1）在“J”形曲线中增长率不变；在“S”形曲线中增长率逐渐减小。

不能认为“S”形曲线的开始部分是“J”形曲线。

（2）在“J”形曲线中种群增长速率不断增大；在“S”形曲线中种群增长速率先增大，在

时达到最大，然后逐渐减小。

（3）λ值为某时段结束时种群数量为初始数量的倍数，而非增长率。

在“J”形曲线中增长率和λ的关系是：

λ＝增长率＋1。

二、培养液中酵母菌种群数量的变化

1．实验目的：

初步学会酵母菌等微生物的计数及种群数量变化曲线的绘制。

2．实验原理

（1）用液体培养液培养酵母菌，种群的增长受培养液的成分、空间、pH、温度等因素的影响。

（2）在理想环境中，酵母菌种群的增长呈“J”形曲线；在有限的环境条件下，酵母菌种群的增长呈“S”形曲线。

在恒定培养液中当酵母菌种群数量达到K值后，还会转而下降直至全部死亡（是营养物质消耗、代谢产物积累及pH变化所致）。

（3）计算酵母菌数量可用抽样检测的方法。

3．实验步骤

（1）将10mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中。

（2）将酵母菌接种到试管中的培养液中，并放在适宜条件下培养。

（3）每天在固定的时间取样并计数酵母菌种群数量。

在显微镜下计数，估算10mL培养液中酵母菌种群的初始数量N0。

连续观察7天，记录数据。

（4）分析数据，以时间为横坐标，以酵母菌数量为纵坐标，画出坐标曲线，分析曲线走向，揭示酵母菌种群数量变化规律。

4．实验结果分析

根据实验数据可得如图所示的增长曲线。

开始时培养液的营养充足，空间充裕，条件适宜，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，营养消耗，pH变化，生存条件逐渐恶化，酵母菌死亡率高于出生率，种群数量下降。

注意事项

（1）本实验不需要设置对照实验，因不同时间取样已形成对照；需要做重复实验，目的是尽量减少误差。

（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）制片时，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。

多余培养液用滤纸吸去。

（4）制好装片后，应稍待片刻，待酵母菌全部沉降到计数室底部，再用显微镜进行观察、计数。

（5）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。

（6）如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当稀释培养液重新计数，以每小方格内含有4～5个酵母细胞为宜。

稀释培养液时要进行定量稀释，便于计算。

1．若测得的酵母菌种群数量偏高，原因是什么？

提示　

（1）取样时未振荡，取样于试管底部。

（2）计数的酵母菌中，有已死亡的个体。

2．如何才能区分计数的酵母菌是活的还是死亡个体？

提示　可以用染色法。

活细胞的细胞膜有选择透过性，所以不会被染色，而死细胞可被染色。

1．曲线图与数学方程式相比，能更直观地反映出种群数量的增长趋势。

2．在理想状态下，种群数量增长的数学模型为：

Nt＝N0λt，呈“J”形曲线。

3．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”形曲线增长。

4．“J”形增长曲线的增长率是不变的，“S”形增长曲线的增长速率是先增大后减小。

5．K值并不是固定不变的，当环境改变时，K值会发生变化。

6．影响种群数量的因素很多，因此种群的数量常常出现波动，在不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。

1．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。

建构数学模型一般包括以下步骤。

下列排列顺序正确的是（　　）

①根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达

②观察研究对象，提出问题

③通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正

④提出合理的假设

A．②④①③B．②③④①

C．④②①③D．①②③④

答案　A

解析　建构数学模型的正确步骤如下：

观察研究对象，提出问题→提出合理的假设→根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达→通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正。

2．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式，种群增长的数学模型有曲线图和数学方程式，下列关于种群“J”形增长的叙述，错误的是（　　）

A．数学方程式模型可表示为：

t年后种群数量Nt＝N0λt

B．条件是食物和空间充裕、气候适宜、没有敌害等

C．“J”形增长曲线中λ大于1

D．增长速率是固定的

答案　D

解析　“J”形增长曲线的数学方程式模型可表示为：

t年后种群数量Nt＝N0λt（λ表示该种群数量是前一年的λ倍），A项正确；食物和空间充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群数量持续增加，增长曲线大致呈“J”形，B项正确；由于种群一直在增长，后一年比前一年多，所以曲线中λ大于1，C项正确；种群的增长速率不是固定的，D项错误。

3．（2020·北京清华附中检测）自然界中的种群数量增长一般呈现出“S”形曲线的走势，在此增长趋势中（　　）

A．种群的增长与种群密度无关

B．达到K值时种群数量不再变化

C．种群的增长受到环境因素制约

D．同一种群的K值固定不变

答案　C

解析　种群数量增长的“S”形曲线是在种群密度增大，种内竞争加剧，天敌数量增加等情况下形成的，A项错误、C项正确；种群数量达到K值后并不是一成不变的，而是围绕K值上下波动，B项错误；同一种群的K值并不是固定不变的，当生存环境发生改变时，K值也会相应地改变，D项错误。

4．下列关于图中种群数量变化的说法，错误的是（　　）

A．种群“J”形曲线只有在理想条件下才能出现

B．种群呈“S”形增长过程中，在达到K值之前就是“J”形增长

C．自然状态下种群数量达到600时，种群的增长率为0

D．环境条件变化时，种群的K值也会发生相应变化

答案　B

解析　种群“S”形曲线是在资源空间有限的条件下种群的数量变化趋势，由于存在环境阻力，所以在达到K值之前与“J”形曲线不同，B错误。

5．某研究小组探究10mL培养液中酵母菌种群数量的变化，利用血细胞计数板（规格为0.1mm，1/400mm2）进行计数。

图甲是某天显微镜镜检结果（视野中每个黑点含2个酵母菌），图乙是7天内酵母菌种群数量变化曲线。

下列叙述不正确的是（　　）

A．图甲中酵母菌数量过多，需加水稀释后再统计

B．图乙中第4～7d酵母菌的出生率等于死亡率

C．相同条件下再次实验，酵母菌种群数量的K值基本不变

D．酵母菌自身代谢状况也会影响实验数据的统计

答案　A

解析　图甲中酵母菌数量可分辨清楚，不用加水稀释，A错误。

6．某研究所调查发现：

某种鱼迁入某一区域后，其种群数量增长速率随时间变化的曲线如图所示，请分析回答下列问题：

（1）在t0～t3时间内，种群数量增长曲线呈“______”形；若在t3时种群数量为N，则在t1时种群数量为______。

t1时该种群的年龄结构可能为____________。

（2）捕获该鱼的最佳时期为_______（填“t1”“t2”或“t3”）时，原因是______________。

（3）在t3时期后，该鱼种群数量变化将呈现______________________________________状态，主要原因是________________、________________。

答案　

（1）S　

　增长型

（2）t2　在t1时种群增长速率最大，t2时捕获该鱼并使捕捞后维持在t1时的数量，获得的量较大且不影响该鱼类资源的再生

（3）波动　种内竞争加剧　捕食者数量增加

A组　基础对点练

题组一　种群数量的增长、变化曲线

1．某同学在“研究细菌数量变化”时，提出的数学模型是Nn＝2n（N代表细菌数量，n代表细菌繁殖代数），他建立这个数学模型的合理假设是（　　）

A．细菌可以通过有丝分裂不断增加数目

B．在资源和生存空间没有限制的环境中，细菌种群数量的增长不受种群密度等的影响

C．细菌没有细胞核，结构简单，分裂速度快

D．细菌微小，需要的营养物质很少，繁殖速度快

答案　B

解析　题干中的数学模型只是对理想条件下细菌数量增长的推测，因此建立这个数学模型的合理假设是在资源和空间没有限制的环境中，细菌种群数量的增长不受种群密度等的影响。

2．在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，某细菌每20min就分裂繁殖一代。

现将该细菌种群（m个个体）接种到培养基上（资源、空间无限），th后，该种群的个体总数是（　　）

A．m·2tB．m·220　C．m·22tD．m·23t

答案　D

解析　细菌进行分裂生殖，一分为二，20min分裂繁殖一代，每小时繁殖三代，所以th共繁殖3t代，种群个体总数为m·23t。

3．（2020·天水高二检测）下列有关种群“J”形增长的叙述，正确的是（　　）

A．“J”形增长的种群都有K值

B．“J”形增长的种群生存条件是有限的

C．自然界中绝大多数种群呈“J”形增长

D．“J”形增长的种群个体数一定不断增加

答案　D

4．下图是黄海某种鱼的种群数量增长曲线。

下列相关叙述正确的是（　　）

A．a点时组成该种群的个体全为幼年个体

B．维持b点时的种群大小能够提供最大持续产量

C．c点时该种群年龄结构为衰退型

D．d点时该种群增长速率最大

答案　B

解析　曲线上各点的个体中均有不同年龄期的个体，只是比例不同，A项错误；b点时，种群数量为

，此时种群增长速率最大，若将种群数量维持在该水平上，将获得最大的持续产量，B项正确；c点时种群数量仍在上升，则该种群年龄结构为增长型，C项错误；d点时种群数量达到K值，出生率等于死亡率，增长速率为0，D项错误。

5．下图表示某物种迁入新环境后，种群增长速率随时间的变化关系。

在第10年时经调查该种群数量为200只，估算该种群在此环境中的环境容纳量约为（　　）

A．100只B．200只　C．300只D．400只

答案　D

解析　第10年时种群增长速率最大，对应于种群数量的

，故该种群在此环境中环境容纳量为400只，D正确。

6．下列关于种群数量变化的叙述，错误的是（　　）

A．种群数量的变化主要由迁入率和迁出率、出生率和死亡率直接影响

B．种群数量的变化包括增长、波动、稳定、下降等

C．在自然界中，种群的增长一般呈“J”形曲线

D．处于波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发

答案　C

解析　在自然界中，受环境条件的限制，种群的增长一般呈“S”形曲线，C项错误。

题组二　探究培养液中酵母菌种群数量的变化

7．（2019·大庆铁人中学高二期末）用血细胞计数板计数培养液中酵母菌种群数量的动态变化时，进行如图所示的操作。

下列相关叙述正确的是（　　）

A．图示操作顺序正确，对计数结果无影响

B．图示对酵母菌计数采用的方法为抽样检测法

C．取酵母菌培养液时，直接从试管中部吸取即可

D．实验结束后，血细胞计数板用试管刷蘸洗涤剂擦洗、晾干

答案　B

8．（2019·泰安高二检测）将10mL酵母菌培养液放在适宜的温度下培养，并于不同时间内等量均匀取样4次，分别测定样品中酵母菌的数量和pH，结果如表所示。

据表分析错误的是（　　）

样品

1

2

3

4

酵母菌数量（个/mm3）

1210

820

1210

1000

pH

4.8

5.4

3.7

5.0

A.培养过程中酵母菌始终是出生率>死亡率

B．样品的取样先后次序为2、4、1、3

C．对酵母菌而言，10mL该培养液的环境容纳量可能为1.21×107个

D．若进行第5次均匀取样，10mL样品中的酵母菌数量有可能低于1.21×107个

答案　A

9．在“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验中，图1是一块规格为1mm×1mm×0.1mm的血细胞计数板正面示意图，图2是计数室某一个方格中酵母菌分布示意图。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．该血细胞计数板上有2个计数室，玻片厚度为0.1mm

B．制片时，先用吸管滴加样液，再将盖玻片放在计数室上

C．该方格中酵母菌的数量应计为9个

D．实验中被台盼蓝溶液染成蓝色的酵母菌为死细胞

答案　D

解析　血细胞计数板盖玻片下液体的厚度为0.1mm，A错误；制片时，先将盖玻片放在计数室上，再用吸管滴加样液，B错误；该方格中酵母菌的数量应计为7个，只计数内部和相邻两边及其夹角处的酵母菌，C错误；由于活细胞的细胞膜具有选择透过性，实验中被台盼蓝溶液染成蓝色的酵母菌为死细胞，D正确。

10．用一定量的培养液在适宜条件下培养酵母菌，将其数量随时间变化情况绘制如图甲。

a表示每3h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：

（1）曲线a表示种群呈“______________”形增长。

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“_______”形增长。

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K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。

（4）在研究种群数量时，需要调查种群密度。

田鼠的种群密度可通过标记重捕法调查。

在1hm2范围内，第一次捕获并标记40只田鼠，第二次捕获30只，其中有标记的15只。

该种群密度是______只/hm2。

若标记的田鼠有部分被鼬捕食，则会导致种群密度估算结果_______。

答案　

（1）J　食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种

（2）S　先增大，再减小，最后为零　最大

（3）波动

（4）80　偏大

B组　综合强化练

11．下列关于种群数量变化的叙述中，不正确的是（　　）

A．在理想条件下，种群数量增长的数学模型为Nt＝N0λt

B．一个物种引入新的地区后，一定呈“J”形增长

C．对家鼠等有害动物的控制，要尽量降低其K值

D．一个呈“S”形增长的种群，数量在

左右时增长速率最大

答案　B

12．如图为某种群数量增长的“J”形曲线和“S”形曲线。

若不考虑迁入和迁出，下列有关叙述错误的是（　　）

A．某种群迁入大量同种个体可使该种群K值提高

B．在b点，曲线Y对应的种群数量大小为环境容纳量的一半

C．c点时种群增长速率为零，出生率等于死亡率

D．理想条件下，种群数量增长的曲线可用图中“曲线X”表示，没有K值

答案　A

13．如图为两种生物种群的生长曲线，以下说法错误的是（　　）

A．按甲曲线增长的种群增长率始终不变

B．按乙曲线增长的种群到a点后种内竞争最为激烈

C．按乙曲线增长的不同种群在同一环境下，b点时的增长速率不同，但均为最大值

D．甲曲线的数学模型为Nt＝N0λt，其中λ代表增长率

答案　D

解析　甲曲线的数学模型为Nt＝N0λt，其中λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。

14．在调查某林场松鼠的种群数量时，计算当年种群数量与前一年种群数量的比值（λ），并得到如图所示的曲线。

据此图分析下列结论，错误的是（　　）

A．前4年该种群数量基本不变，第5年调查的年龄结构可能为衰退型

B．第4～8年间种群数量下降，原因可能是食物短缺和天敌增多

C．第8年的种群数量最少，第8～16年间种群数量增加，且呈“S”形曲线增长

D．如果持续第16～20年间的趋势，后期种群数量将呈“J”形曲线增长

答案　C

解析　前4年λ＝1，说明种群增长率为0，种群数量保持不变，第5年λ<1，说明种群数量下降，年龄结构为衰退型，A项正确；影响种群数量的因素有气候、食物、天敌、传染病等，B项正确；第8～10年间λ<1，种群数量减少，第10～16年间λ>1，说明种群数量增加，C项错误；由题中曲线图的趋势可知，如果持续第16～20年间的趋势，λ>1，且基本不变，后期种群数量将呈“J”形曲线增长，D项正确。

15．自然界中某种群死亡率如图中曲线Ⅱ所示，出生率如图中曲线Ⅰ所示，下列分析正确的是（　　）

A．种群在c点之前呈“J”形增长，在c点之后呈“S”形增长

B．种群数量增长最快的时期是c点时期

C．c点时此种群的个体总数达到其生活环境容纳量（K值）

D．曲线表明种群数量变化受食物的影响

答案　C

解析　由题图可知，种群在c点之前增长率一直下降，增长曲线不是“J”形曲线，若为“J”形曲线，则增长率不变，c点之后增长率小于零，种群数量下降，也不为“S”形曲线，A项错误；种群数量增长最快的时期应该是增长速率最大的时候，即K/2时，c点时增长速率为零，B项错误；c点时出生率等于死亡率，增长速率为零，种群数量达到最大值，即种群的个体总数达到环境容纳量，C项正确；曲线只表明了种群的出生率和死亡率的变化，不能得出种群数量变化受食物的影响，D项错误。

16．某小组在探究培养液中酵母菌种群数量的变化时，同样实验条件下分别在4个锥形瓶中进行如图所示的培养，均获得了“S”形增长曲线。

下列叙述错误的是（　　）

A．4个锥形瓶中酵母菌种群数量达到K值的时间一般不同

B．可采用抽样检测的方法对酵母菌进行计数

C．Ⅳ内的种群数量先于Ⅱ内的达到最大值

D．4个锥形瓶中酵母菌种群的K值各不相同

答案　D

解析　Ⅰ、Ⅲ锥形瓶中培养液的体积相同，虽然起始酵母菌数不同，但种群的K值相同，Ⅱ、Ⅳ锥形瓶中酵母菌种群的K值也相同，D错误。

17．（2019·邢台模拟）图甲是种群在不同环境条件下的增长曲线，图乙是研究人员对某草场进行生态学调查后绘制的某昆虫种群λ值的变化曲线（未发生迁入和迁出）。

请分析回答：

（1）图甲中A曲线表示的种群生活在____________________________________的环境中。

（2）图甲中B曲线呈“________”形，阴影部分表示____________________的个体数量。

（3）图乙中该昆虫在0～5年间，种群数量呈现图甲中________（填“A”或“B”）形曲线增长，可推测该昆虫种群的年龄结构类型是________。

（4）该昆虫种群数量在第15年时________（填“是”或“不是”）最小值，在第20～25年间种群数量________（填“增多”“不变”或“减少”）。

答案　

（1）食物及空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种（或理想条件下）　

（2）S　在生存斗争中被淘汰　（3）A　增长型　（4）不是　不变

解析　

（1）题图甲中A曲线表示种群的数量呈“J”形增长，由此可推知该种群在食物及空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种的理想环境中生活。

（3）图乙中该昆虫在0～5年间，种群λ>1且保持不变，可推知该种群数量在此期间呈“J”形增长，即图甲中A曲线。

由此可推测，该昆虫种群的年龄结构类型是增长型。

（4）图乙中在10～20年间，λ值都小于1，表示该昆虫种群数量一直在减少，所以该昆虫在第15年时的种群数量不是最小值；在第20～25年间，λ值都等于1，表示该昆虫的种群数量基本保持不变。

18．将酵母菌分为a、b、c、d四组，在相同容积的培养瓶中用不同的方式培养，其种群增长曲线如图所示。

请据图回答下列问题：

（1）该实验实际上是研究________对酵母菌种群数量增长的影响。

请分析a组能否沿此趋势无限延伸？

__________________。

简述原因。

（2）在下图绘出d组10～80h的种群增长速率的曲线图。

（3）随着更换培养液的时间间隔的延长，酵母菌种群的增长速率降低，写出其可能的限制因素。

答案　

（1）环境因素（营养物质浓度或代谢废物的浓度或pH变化等合理答案即可）　不能　因为空间（和营养）是有限的

（2）如图所示

（3）营养物质不足或有害代谢产物（或有害产物）积累或pH改变

解析　

（1）探究酵母菌的种群数量变化实验，研究的是在不同环境条件下种群数量的变化；环境条件包括培养基的营养条件和培养的温度、pH等。

由于培养基提供的营养和培养瓶的空间是有限的，所以会导致种群数量的增长停止。