新高中生物 第3章 生物群落的演替 第1节 生物群落的基本单位种群 第2课时 种群数量的变化学案.docx
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新高中生物第3章生物群落的演替第1节生物群落的基本单位种群第2课时种群数量的变化学案
第2课时 种群数量的变化
学习目标
知识概览（教师用书独具）
1．了解数学模型，分析种群数量增长的“J”型曲线。
（重点）
2．理解种群数量增长的“S”型曲线。
（重难点）
3．学会探究酵母菌种群大小的动态变化。
[自主预习·探新知]
1．种群数量增长的数学模型
（1）建立数学模型：
主要包括表达和验证两个过程。
①表达就是根据建模的目的和掌握的信息（如数据、现象），将实际问题转换为数学问题，用数学语言确切地表述出来。
②验证就是用现实对象的信息检验得到的解答，以确认结果的正确性。
（2）“J”型曲线
①含义：
在理想条件下，种群内个体数量持续增长用坐标图表示而形成的曲线。
②理想条件：
食物充裕、空间充足、气候适宜和没有敌害等。
③影响种群数量变化的主要因素：
出生率、死亡率和起始种群的个体数量三个因素。
④后代中第t代的数量表示式：
Nt＝N0λt，其中N0表示某种群的起始数量，λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数。
（3）“S”型曲线
①含义：
在自然界中各种环境条件（如空间、食物、天敌等）制约下种群个体数量的增长过程用坐标图表示而形成的曲线。
②特点：
种群内个体数量达到环境条件所允许的最大值（K值）时不再增加。
2．影响种群波动的因素
（1）环境因素
①在自然界中，如气候、食物、天敌、疾病等因素都会使种群数量发生波动。
②在某些不利的条件下，种群会急剧衰退，甚至灭亡，这种情况最易出现在个体大、出生率低、生长慢、成熟晚的生物种群中。
（2）人为干扰：
如在人类过度捕猎、种群栖息地遭到破坏的情况下，某些动物种群数量会出现长期下降，严重时甚至会出现种群灭亡。
3．探究酵母菌种群大小的动态变化
（1）材料选择：
酵母菌繁殖速度快、个体小，作为研究种群变化的材料，容易建立具有代表意义的数学模型。
（2）研究计划：
根据已经掌握的知识，设计酵母菌的培养条件；设计计数的时间和方法；设计记录结果的表格。
（3）总结交流：
用曲线表示酵母菌数量随时间的变化过程。
[基础自测]
1．判断对错
（1）研究种群数量的增长规律有利于对有害动物的防治以及对野生生物资源的保护和利用。
（√）
（2）在不考虑迁入或迁出的情况下，当出生率与死亡率相等时，种群数量就会停止增长。
（√）
（3）培养液中酵母菌的种群数量在培养早期呈“J”型增长。
（√）
（4）对于“S”型曲线，同一种群的K值是固定不变的，与环境因素无关。
（×）
提示：
同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。
2．在什么条件下种群数量会呈“J”型增长（ ）
A．当只有食物受到限制时
B．在适宜的环境中，食物开始出现不足，但还不至于影响到该物种在这里的生存
C．只是没有捕食者
D．只有在实验室内的实验条件下
D [食物有限是影响种群数量增长最重要的因素，在食物不能充分供应的情况下，种群不可能呈“J”型增长，A错误。
在一个适宜的环境中食物已开始出现不足，这虽然尚未影响到物种在这里的生存，但不可能使种群出现“J”型增长，因为“J”型增长的先决条件是资源无限，B错误。
仅仅失去捕食者的控制作用，种群仍不能实现“J”型增长，限制种群数量的其他因素都还可能在起作用，如食物不足、空间狭小等，C错误。
实验室内的实验条件下，可满足种群的“J”型增长所需要的理想条件，D正确。
]
3．下图为自然环境中典型的生物种群数量变化曲线。
下列有关叙述中正确的是（ ）
【导学号：
85732130】
A．ab段的曲线发生变化的原因是食物充足
B．cd段的曲线发生波动的原因是出生率的变化
C．防治虫害的合理手段是控制害虫数量，使之不超过a点
D．在草场中，应该使牲畜数量保持在c点，以最大限度地利用草场资源
C [种群数量快速增长的原因是食物充足，空间和气候条件等适宜，A项错误；cd段的曲线发生波动的原因是出生率和死亡率共同变化的结果，B项错误；防治虫害的合理手段是控制害虫数量，使之不超过a点，因为超过a点后就快速增长，C项正确；在草场中，牲畜数量保持在c点，超过了环境容纳量，会破坏草场资源，D项错误。
]
[合作探究·攻重难]
种群增长的曲线
[思考交流]
1．阅读材料1：
欧洲赤松（如图甲）在侵入某地区后，种群数量呈现指数增长。
图乙是根据花粉密度的变化间接得出的欧洲赤松的种群数量变化。
（1）从图乙看出，该种群增长属于什么模型？
提示：
“J”型。
（2）写出其数学模型，并说出各参数的含义。
提示：
Nt＝N0λt，N0表示种群起始数量，λ表示该种群数量是前一年数量的倍数。
（3）说出形成该模型的条件。
提示：
形成“J”型增长的条件是环境资源不受限制，如食物充裕、空间充足、气候适宜和没有敌害等。
2．阅读材料2：
生态学家在一个玻璃容器内，装入一定量的符合小球藻生活的营养液，接种少量的小球藻，每隔一段时间测定小球藻的个体数量，绘制成如图曲线。
（1）该种群属于什么模型？
提示：
“S”型。
（2）说出曲线中出生率和死亡率的关系。
提示：
①0～K/2时，出生率＞死亡率，差值逐渐增大，种群数量增加。
②K/2时，出生率与死亡率的差值最大，种群增长速率最大。
③K/2～K时，出生率＞死亡率，但差值逐渐减小，种群数量增长缓慢。
④K值时，出生率＝死亡率，种群数量达到最大。
（3）说出种群数量增长出现K值的原因。
提示：
自然界的资源和空间总是有限的。
3．结合下图分析，同一种群的K值是固定不变的吗？
哪些因素会影响动物种群的环境容纳量？
提示：
不是，生物自身因素的限制和气候、食物、天敌疾病等因素均会影响动物的环境容纳量。
[归纳总结]
1．列表法比较种群增长的“J”型曲线和“S”型曲线
曲线
比较
“J”型曲线
“S”型曲线
坐标曲线
增长
（速）率
注：
“λ”表示第二年的种群数量是第一年的λ倍
值处增长最快，达到K值时的增长速率为0
有无K值
无，持续增加
有K值
形成条件
理想状态——食物充裕、空间充足、气候适宜、没有敌害等理想条件下
种群密度增大、环境资源缺乏、代谢产物积累，捕食者数量增加等
适用范围
实验室条件下或种群迁入适宜的新环境后最初的一段时间
自然种群
2．曲线法解决“J”型增长和“S”型增长的联系
（1）图示：
（2）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
3．“S”型曲线中K值和K/2值的应用
应用
措施
目的
野生资源保护
保护野生生物的生存环境，减小环境阻力
增大K值
有害生物防治
增大环境阻力
降低K值
在种群数量达到K/2以前采取相应措施
防止害虫数量快速增长
资源开发与利用
捕捞或收获后的种群数量应维持在K/2
保证持续获取高产量
特别提醒：
有关种群数量变化的两点提醒
（1）K值是一定环境的最大容纳量，此时种群出生率与死亡率相等。
（2）K值不是一成不变的：
K值会随着环境的改变而发生变化，当环境遭到破坏时，K值会下降；反之，K值会上升。
[典例通关]
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：
图示曲线呈“S”型，K值是环境容纳量；
（2）关键知识：
种群数量为K值时种群的增长速率为0，种群数量为K/2值时种群的增长速率最大，有利于种群数量的恢复。
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值的点是哪个？
（1）提示：
食物、活动范围、气候条件等。
（2）提示：
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。
[活学活用]
1．自然界中生物种群增长常表现为“S”型增长曲线，下列有关种群“S”型增长的正确说法是（ ）
A．种群中的个体数量不会超过K值
B．种群数量在
时出生率大于死亡率
C．“S”型增长曲线表示了种群数量与时间无关
D．种群增长不受种群密度制约
B [种群中的个体数量在K值上下波动，A错误；种群数量在
时出生率大于死亡率，增长速率最大，B正确；“S”型增长曲线表示了种群数量与时间关系，C错误；种群密度、环境、营养物质等都会影响种群增长，D错误。
]
2．对下列四种曲线图的叙述中，正确的是（ ）
【导学号：
85732131】
A．若①的纵坐标代表种群的增长率，则此曲线可对应种群的“S”型增长
B．若②的纵坐标代表种群增长速率，此曲线可对应种群的“J”型增长
C．若③的纵坐标代表种群增长速率，则A点对应K值，B点对应
D．曲线④可表示随时间变化的“S”型增长速率
B [若①的纵坐标代表种群的增长率，则此曲线可对应种群的“J”型增长，A错误；增长速率＝（增长后的值－增长前的值）÷时间，②的纵坐标代表种群增长速率，此曲线可对应种群的“J”型增长，B正确；若③的纵坐标代表种群增长速率，则为“S”型曲线的增长速率，A点对应
，B点对应K值，C错误；曲线④可表示随时间变化的“S”型增长率，③可表示随时间变化的“S”型增长速率，D错误。
]
误区警示：
混淆增长率和增长速率
此类试题学生往往因混淆种群增长率和增长速率而错选。
种群增长率≠增长速率。
增长率＝一定时间内增长的数量/初始数量。
增长速率＝一定时间内增长的数量/时间。
探究酵母菌种群大小的动态变化
[思考交流]
1．从试管中吸出培养液进行计数前，为什么需将试管轻轻振荡几次？
提示：
目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减少误差。
2．若一个小方格内酵母菌过多，难以数清，采取的措施是什么？
提示：
可增大稀释倍数后再计数。
3．对于压在小方格界线上的酵母菌，怎样计数？
提示：
只计算相邻两边及其夹角的酵母菌。
4．影响酵母菌种群生长的因素可能有哪些？
提示：
养料、温度、pH及有害代谢废物等。
[归纳总结]
1．实验原理
（1）可用液体培养基（培养液）培养酵母菌，培养基中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，酵母菌种群的增长呈“J”型曲线；在有限的环境中，酵母菌种群的增长呈“S”型曲线。
（3）可采用抽样检测的方法，进行显微镜计数。
2．实验器材
活性干酵母，显微镜、天平、锥形瓶、滴管、试管、血球计数板、质量分数为5%的葡萄糖溶液、载玻片、盖玻片、台盼蓝染液或亚甲基蓝溶液等。
3．提出问题：
培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？
4．作出假设：
培养液中的酵母菌数量开始一段时间呈“J”型增长，随着时间推移，由于营养物质的消耗、有害代谢产物的积累、pH的改变，酵母菌数量呈“S”型增长。
5．探究步骤
（1）用天平称量0.1g活性干酵母，放入盛有500mL质量分数为5%的葡萄糖培养液的锥形瓶中，置于适宜的条件下培养。
定时取样，用血球计数板计数，计算出酵母菌的种群数量。
（2）以时间为横坐标，以1mL培养液中的酵母菌数量为纵坐标，画出坐标曲线图，分析曲线走向，揭示酵母菌种群数量变化规律。
6．实验结果
（1）酵母菌增长曲线图（如图1）及转化后的增长速率曲线图（如图2）
（2）分析
①增长曲线的总趋势是先增加再降低。
②原因是在开始时培养液的营养充足，空间充裕，条件适宜，因此酵母菌大量繁殖，种群数量剧增，随着酵母菌数量的不断增多，营养消耗，pH变化、有害产物积累等，使生存条件恶化，酵母菌死亡率高于出生率，种群数量下降。
7．注意事项
（1）结果的记录最好用记录表（如下表）。
时间/d
1
2
3
4
5
6
……
数量/个
（2）每天计数酵母菌数量的时间要固定。
特别提醒：
探究酵母菌种群数量变化实验中的两个注意点
（1）本实验中是有对照组的，除了设置养料或温度等条件不同形成对照外，接种的酵母菌要相同。
（2）计数时要注意盖玻片和培养液的放置先后顺序，盖玻片在前培养液在后，而不是培养液在前。
[典例通关]（教师用书独具）
某研究小组探究10mL培养液中酵母菌种群数量的变化，利用血球计数板（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的变化曲线。
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．图甲中的酵母菌数量对应于图乙中的第3天
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
【技巧点拨】
（1）估算每一小格中的酵母菌数量；
（2）完成数据转化。
A [图甲中酵母菌数量可分辩清楚，不用加水稀释，A错误；每小格平均有2个酵母菌，每小格体积为：
0.1mm×1/400mm2＝1/4000mm3，所以1mm3中有8000个酵母菌，则10mL中酵母菌总数为：
8000×10×103＝8×107＝800×105个，B正确；环境条件不变，则环境容纳量不变，C正确；酵母菌自身的代谢产物会改变培养液的理化性质，影响酵母菌的生命活动，D正确。
]
[活学活用]
在“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验中，有关操作错误的是（ ）
A．吸取培养液前应将培养瓶轻轻振荡
B．用血球计数板对酵母菌计数
C．将培养液滴在计数室上后，再盖上盖玻片
D．将培养后期的样液稀释后再取样
C [培养过程中，酵母菌可能会集中在试管底部，取样时如果取的是试管底部，则实验数据会偏大，如果取的是试管上部，则实验数据会偏小，因此取样前要轻轻振荡试管使酵母菌分布均匀，A正确；利用血球计数板在显微镜下直接计数是一种常用的细胞计数法，B正确；先将盖玻片放在计数室上，在盖玻片的边缘滴加培养液，待培养液从边缘处自行渗入计数室，吸去多余培养液，再进行计数，C错误；由于后期培养液中菌体数量多，不易计数，所以为了便于计数先要进行稀释再计数。
D正确。
]
（备选习题）
某研究性学习小组探究培养液中小球藻（一种单细胞绿藻）种群数量的变化，以下是该实验的记录表（部分）。
相关叙述错误的是（ ）
时间（天）
起始
1
2
3
4
5
6
7
培养液中小球藻的数量（106个/mL）
0.90
1.00
3.21
3.92
5.40
3.78
4.321
5.26
实验期间室温（℃）
9～13
8～18
8～18
3～15
3～14
4～16
10～17
A．对小球藻进行计数，常用的方法是抽样检测法
B．可用数学式Nt＝N0λt表示小球藻种群数量增长情况
C．实验前4天，培养瓶的颜色变化是绿色逐渐加深
D．第5～6天，小球藻种群数量发生明显波动的可能原因是温度低抑制了酶的活性
B [小球藻是一种单细胞绿藻，对小球藻进行计数，常用的方法是抽样检测法（或血细胞计数板计数法、显微计数法），A正确；根据实验数据，该实验中小球藻种群不呈“J”型增长，故不能用数学式Nt＝N0λt表示该实验中小球藻种群数量增长情况，B错误；前4天，培养瓶中小球藻数量越来越多，颜色变化是绿色逐渐加深，C正确；第5～6天，实验室温度较低，抑制了酶的活性，小球藻的种群数量发生明显波动，D正确。
]
[当堂达标·固双基]
1．“S”型曲线和“J”型曲线是反映种群增长的数学模型，下列不属于“J”型曲线形成条件的是（ ）
A．食物（养料）充足 B．没有敌害
C．没有竞争D．资源、空间有限
D [当食物（养料）和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群的增长呈现“J”型；在资源、空间有限的环境条件下形成的是“S”型增长曲线。
]
2．下列有关种群增长的“S”型曲线的叙述，错误的是（ ）
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
D [由于空间和资源等条件的限制，自然界中的多数生物种群的数量增长曲线通常呈“S”型，A正确；种群数量达到K值时，种群出生率等于死亡率，种群增长率为0，B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，影响种群数量的增长，C正确；当种群数量小于K/2时，种群数量的增长速率是先逐渐升高，当种群数量大于K/2后，种群增长速率开始降低，D错误。
]
3．如图是调查小组同学从当地主管部门获得的某物种种群数量的变化图，据此图分析，正确的是（ ）
【导学号：
85732132】
A．第20～30年间种群以稳定的速率增长
B．该种群在这30年间的增长符合“S”型增长模型
C．第20年时，该种群的种群数量达到环境容纳量
D．在这30年中，该种群数量最少的年份是第15年
C [在第20～30年间λ＝1，种群数量不变，种群增长速率为0，A错误；“S”型增长曲线的种群增长速率先增加后减少为0，种群数量先增加后基本不变，与图中不符，B错误；第20年～30年间，该种群的种群数量不变，达到环境容纳量，C正确；第10年到第20年之间λ<1，则种群数量越来越少，在这30年中，该种群数量最少的年份是第20年，D错误。
]
4．如图是种群数量增长曲线，下列有关叙述正确的是（ ）
A．自然界中会存在类似曲线Ⅰ的种群增长形式
B．在曲线Ⅱ中的b点，种群的年龄结构为增长型
C．目前我国人口呈现老龄化，人口发展处于c～d段
D．酿酒过程中，将酵母菌的种群数量控制在K/2可获得最大效益
A [外来物种入侵时，由于在当地没有天敌，在刚开始时其种群增长形式与曲线Ⅰ相似，A项正确。
在曲线Ⅱ中的b点，种群数量达到最大，种群的年龄结构为稳定型，B项错误。
目前我国人口数量仍在不断增长，只是老年人的比例增加，C项错误。
酿酒过程中，将酵母菌的种群数量保持在b点时，产生的酒精较多且较快，可获得最大效益，D项错误。
]
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结构、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）年龄结构 性别比例 出生率和死亡率
[核心语句归纳]
1．建立数学模型主要包括表达与验证两个过程，数学模型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”型曲线。
3．正常情况下，自然界的资源和空间是有限的，种群数量增长会呈“S”型曲线。
4．K值并不是固定不变的，当环境改变时，K值会发生变化。
5．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，种群数量会急剧下降，甚至消亡。
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