学年高中生物第四章种群和群落第2节种群数量的变化学案新人教版必修3.docx
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学年高中生物第四章种群和群落第2节种群数量的变化学案新人教版必修3
第2节 种群数量的变化
学习目标
知识概览（教师用书独具）
1.掌握建构种群增长模型的方法。
2．理解种群数量变化的“J”型和“S”型曲线。
（难点）
3．结合探究培养液中酵母菌种群数量的变化，建构种群数量变化的数学模型。
（重点）
[自主预习·探新知]
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
[基础自测]
1．判断对错
（1）数学模型中数学表达式比曲线图更精确、更直观。
（ ）
（2）在理想条件下，影响种群数量增长的因素主要是环境容纳量。
（ ）
（3）外来物种入侵进入一个新环境中必定表现为“J”型增长。
（ ）
（4）气候、食物、天敌、传染病等都是影响种群数量变化的外界因素。
（ ）
（5）培养液中酵母菌的种群数量在培养早期时呈“J”型增长。
（ ）
提示：
（1）× 数学表达式科学、准确，但不够直观。
（2）× 理想条件下为“J”型增长，无环境容纳量。
（3）× 外来物种入侵进入一个新环境后，若环境条件不适于其生存，可能会导致其数量减少，甚至灭亡。
（4）√
（5）√
2．下列图中，表示种群在无环境阻力状况下增长的是（ ）
【导学号：
62672149】
B [种群在无环境阻力状况下的增长是指在空间无限、资源无限和不存在任何天敌的情况下的增长。
在这样的条件下，种群会呈“J”型曲线增长，B图所示的增长便属于此种情况。
]
3．自然界中的种群数量增长一般呈现出“S”型曲线的走势，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
C [本题考查学生对种群数量变化规律的理解。
种群数量增长的“S”型曲线是在种群密度增大，种内斗争加剧，天敌数量增加等情况下形成的，A错误、C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错误。
]
4．（备选习题）某学生在“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验中，根据实验结果绘制出如图所示的曲线图。
下列有关分析错误的是（ ）
【导学号：
62672150】
A．实验过程中酵母菌种群的年龄组成先是增长型，后是稳定型，最后变为衰退型
B．种群数量在不同时间的增长速率可能相同
C．本实验中不存在对照
D．每次取样前应将培养瓶振荡摇匀
C [由题意可知，种群数量先增加，然后维持稳定，最后减少，表明种群的年龄组成先是增长型，然后是稳定型，最后变为衰退型；本实验在不同时间的取样起到相互对照的作用；为了实验的准确性，在每次取样前都应将培养瓶振荡摇匀，使酵母菌均匀分布。
]
[合作探究·攻重难]
种群增长的曲线
[思考交流]
1．在20世纪30年代，人们将环颈雉引入美国的一个岛屿，下图是在1937～1942年期间该种群数量的增长曲线图。
结合图示，分析以下问题：
（1）若某种群数量增长符合上图曲线需满足哪些条件？
提示：
①实验室条件下。
②当一个种群刚迁入一个新的适宜环境中最初的一段时间内的增长情况。
即食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等。
（2）该类曲线的数学表达式是什么？
请尝试绘出λ>1时种群数量Nt随t的变化曲线图？
提示：
Nt＝N0λt。
（3）上述曲线有无K值？
种群增长率会改变吗？
提示：
无K值，增长率不变。
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等。
（1）“J”型曲线和“S”型曲线的比较
①区别
类型
“J”型曲线
“S”型曲线
前提条件
理想状态：
食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害、疾病等
自然条件：
食物、空间有限、存在天敌等
曲线模型
种群增长速率曲线
特点
无K值，增长速率逐渐增大
有K值，K/2时增长速率最大
②联系
解读：
两种增长方式的差异主要在于环境阻力的影响，按照达尔文的自然选择学说，就是通过生存斗争淘汰的个体（如图）。
两种增长方式的变化：
“J”型曲线
“S”型曲线
（2）种群数量增长曲线的应用
①K值的应用
a．野生生物资源的保护：
保护野生生物生活的环境，减小环境阻力，增大K值。
b．有害生物的防治：
增大环境阻力（如为防鼠害而封储粮食、消除生活垃圾、保护鼠的天敌等），降低K值。
c．合理确定载牧量：
草场放牧，最大载畜量不能超过K值；鱼的养殖也不能超过K值，否则，会破坏生态系统的稳定性，导致K值下降。
②K/2值的应用
a．资源开发与利用：
种群数量达到K/2值时，种群增长速率最大，再生能力最强；对养殖的生物进行捕捞（捕获）时，捕捞后的种群数量要维持在K/2值处，以保证持续获取高产量。
b．有害生物防治：
务必及时尽早控制种群数量，严防达到K/2值处。
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．①③D．③④
[技巧点拨] ①图示信息：
曲线呈S型。
②种群数量为K值时，增长速率为0，种群数量为K/2时，增长速率最大。
[解析] 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。
[答案] C
（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值的点是哪个？
提示：
（1）食物、活动范围、气候条件等。
（2）b。
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。
易错提醒：
（1）K值时捕捞鱼类，因为此时种群数量最大，可获得最大捕捞量。
（2）捕捞后使鱼类种群数量保持在K/2值，此时种群增长速率最大，鱼群可迅速恢复数量，可持续获得高产量。
[活学活用]
1．如图是某调查小组的同学从当地主管部门获得的某种群数量的变化图，据此不能得出的结论是（ ）
A．第1～5年间种群呈“J”型增长
B．第20～30年间种群增长率为0
C．第30年时种群的数量最大
D．第15～20年间种群数量不断减少
C [图中第1～5年间，λ大于1，且一直不变，种群呈“J”型增长，A正确；第20～30年间λ等于1，增长率为0，B正确；第10年时种群的数量最大，C错误；第15～20年间，λ小于1，种群数量不断减少，D正确。
]
2．如图为某地东亚飞蝗种群数量变化的示意图，下列叙述错误的是（ ）
A．为有效防治蝗灾，应在b点之前及时控制种群密度
B．a～b段，该种群的增长率与种群密度之间呈负相关
C．利用性引诱剂诱杀雄虫改变性别比例可防止c点出现
D．在d～e段，该种群的增长率不变
A [图示a点东亚飞蝗数量急剧上升，此时种群增长速率达到最大，病虫防治工作应在a点所示时间之前进行，A选项错误；图示a～b段种群数量仍然在上升，但种群增长率呈下降趋势；利用性引诱剂诱杀雄虫，使种群性别比例失调，从而出生率降低，种群密度降低。
在d～e段，种群数量相对稳定，增长率为0，B、C、D选项正确。
]
根据信息鉴别“J”型增长和“S”型增长
解答种群数量增长类试题时要抓住关键信息，若题干明确告知“无环境阻力”“理想条件下”“外来物种入侵的早期阶段”“食物和空间条件充裕、气候适宜和没有敌害等几个条件同时满足”等信息时，表明此时种群呈现“J”型增长；若题干出现“有环境阻力”“自然界中”“自然条件下”“资源和空间有限”等信息时，表明此时种群数量呈“S”型增长。
探究培养液中酵母菌种群数量的变化
[思考交流]
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
[关键点拨]
（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”）。
[活学活用]
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
（℃）
0h
24h
48h
72h
96h
120h
144h
168h
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的变化。
]
2．在一定量的酵母菌培养液中放入活酵母菌若干，抽样镜检，如图甲所示（图中小点代表酵母菌）。
将容器放在适宜温度下恒温培养5小时后，稀释100倍，再抽样镜检，如图乙所示。
根据实验结果判断，以下叙述正确的是（ ）
甲 乙
A．培养5小时后，酵母菌种群密度增加400倍左右
B．探究酵母菌的种群数量变化可以用标志重捕法
C．用血球计数板计数酵母菌数量时只统计方格内菌体
D．培养5小时后，酵母菌种群数量不一定达到K值
D [用血球计数板计数时，除统计方格内菌体外还要统计相邻两边及其顶角上的菌体，5小时前每个小格内约有5个菌体，而5小时后每个小格内约有10个菌体，但这是稀释100倍后的值，所以5小时内种群密度增加200倍，此时酵母菌种群数量是否达到K值无法判断。
]
[当堂达标·固双基]
1．模型建构是研究生命活动规律的常用方法，下列各项中，属于建构数学模型的是（ ）
A．制作细胞的三维结构模型
B．制作DNA双螺旋模型
C．建立血糖调节模型
D．建构种群增长模型
D [A项、B项均属物理模型，C项属于概念模型，D项属于数学模型。
]
2．（2018·全国卷Ⅰ）种群密度是种群的数量特征之一。
下列叙述错误的是（ ）
A．种群的S型增长是受资源因素限制而呈现的结果
B．某林场中繁殖力极强老鼠种群数量的增长会受密度制约
C．鱼塘中某种鱼的养殖密度不同时，单位水体该鱼的产量有可能相同
D．培养瓶中细胞种群数量达到K值前，密度对其增长的制约逐渐减弱
D [自然界的资源总是有限的，当种群密度增大时，种内斗争就会加剧，以该种群为食的动物的数量也会增加，致使种群的出生率降低，死亡率增高，出现S型增长，A正确；老鼠较强的繁殖力极有可能导致其种群密度快速增加，进而致使种内斗争加剧，种群数量的增长随之受到限制，B正确；鱼塘中某种鱼的养殖密度较低时，单条鱼的重量较大，当养殖密度较高时，单条鱼的重量较小，故单位水体该鱼的产量有可能相同，C正确；培养瓶中细菌种群数量达到K值前，随着种群密度的加大，密度对种群数量增长的制约逐渐增强，D错误。
]
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．下图所示是某种群在不同生态环境中的增长曲线，请仔细分析图中曲线并回答下列问题：
（1）如果种群处于一个理想的环境中，没有资源和空间的限制，种群内个体的增长曲线是__________，用达尔文进化的观点分析，这是由于生物具有__________的特性。
（2）如果将该种群置于有限的自然环境中，种群内个体数量的增长曲线是__________，用达尔文的进化观点分析，图中的阴影部分表示___________________________________________________________。
（3）影响种群密度的主要因素是种群的______________、______________、______________。
[解析]
（1）种群增长曲线有“J”型曲线和“S”型曲线。
没有资源和空间限制时为“J”型曲线，形成的主要原因是生物都有过度繁殖的特性。
（2）在有限的自然环境下，种群的增长受到多种因素的制约，增长曲线为“S”型曲线，这种结果是过度繁殖和生存斗争引起的，图中阴影部分即为被淘汰的个体。
（3）影响种群密度的主要因素是种群的年龄组成、性别比例、出生率和死亡率。
[答案]
（1）a 过度繁殖
（2）b 通过生存斗争被淘汰的个体数量
（3）年龄组成 性别比例 出生率和死亡率
（备选习题）
一个种群在t年后的个体数量符合公式Nt＝N0λt，无需符合的条件是（ ）
A．气候适宜 B．出生率等于死亡率
C．没有敌害D．食物和空间条件充裕
B [由Nt＝N0λt可知此种群的数量呈“J”型增长，满足条件为气候适宜、无敌害，食物和空间条件充裕等。
]
[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。
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