高中生物第四章种群第10课时种群的增长方式教案必修3.docx
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高中生物第四章种群第10课时种群的增长方式教案必修3
第10课时 种群的增长方式
学考要求
知识内容
必考要求
加试要求
种群指数增长和逻辑斯谛增长
b
b
环境容纳量
a
a
课时要求
（1）区别种群的指数增长和逻辑斯谛增长两种方式，阐明隐含在“J”形曲线和“S”形曲线中的信息。
（2）举例说出环境容纳量的概念。
一、种群的指数增长
1．概念
在资源无限、空间无限和不受其他生物制约的理想条件下，种群就会呈指数增长。
2．特点
起始增长很慢，但随着种群基数的加大，增长会越来越快，每单位时间都按种群的一定百分数或倍数增长，其增长势头强大。
指数增长曲线很像英文字母J，又称“J”形增长曲线。
思考 种群在指数增长过程中，增长率改变吗？
为什么？
答案 不改变。
增长率＝出生率－死亡率＝[今年的个体数/上一年的个体数－1]×100%，而在指数增长过程中，今年的个体数/上一年的个体数是一个恒定值。
探究——科学探究
下面是某种细菌在某条件下分裂繁殖的规律，阅读教材并结合图示信息，完成下列思考，体验建构数学模型的方法。
（1）若该细菌的营养和生存空间没有限制，请你仔细观察细菌分裂繁殖的规律，完善下表：
时间（min）
0
20
40
60
80
100
120
180
繁殖代数（代）
0
1
2
3
4
5
6
9
细菌数量（个）
1
2
4
8
16
32
64
512
（2）观察上表中细菌数量（N）和繁殖代数（n）之间的关系，写出相应的方程式：
N＝2n。
（3）根据所得到的方程式，在下面坐标系中画出细菌种群数量增长的曲线。
答案 如图所示
（4）我们从曲线的走向分析可以预计：
①在资源无限、空间无限和不受其他生物制约的理想条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响，即在理想条件下种群增长的曲线为“J”形。
②类比前述细菌种群数量模型构建过程，若在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等条件下，某种群的起始数量为N0，并且第二年的数量是第一年的λ倍（该种群每年的增长倍数都保持不变），则：
a．一年后种群数量N1＝N0×λ，两年后种群数量N2＝N0×λ2，t年后种群数量Nt＝N0×λt（t为时间，Nt表示t年后该种群的数量）。
b．若λ>1，请在坐标系中绘出数学方程式Nt＝N0λt中种群数量Nt随t的变化曲线图。
答案 如图所示
（5）总结：
①“J”形增长曲线形成的条件：
食物条件充裕，气候适宜，没有敌害等；②适用范围：
一般只适用于实验室条件下和种群迁入新的环境中最初一段时间内的增长。
例1 种群指数增长是有条件的，条件之一是（ ）
A．在该环境中只有一个种群
B．该种群对环境的适应比其他种群优越得多
C．环境资源是无限的
D．环境资源是有限的
答案 C
解析 种群指数增长的条件是资源、空间无限，没有敌害，气候适宜等。
例2 （2017·嘉兴学考教学测试）在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群数量增长的曲线是（ ）
答案 B
解析 在理想条件下，种群数量增长为指数增长。
种群以一定的速率增长，没有K值。
二、种群的逻辑斯谛增长
1．概念：
是指在资源有限、空间有限和受到其他生物制约条件下的种群增长方式，又称“S”形增长曲线。
种群的逻辑斯谛增长总是会受到环境容纳量（K）的限制。
2．特点：
种群起始呈加速增长，K/2时增长最快，此后便开始减速增长，到K值时便停止增长或在K值上下波动。
3．环境容纳量：
指在长时期内环境所能维持的种群最大数量，又称K值。
4．根据逻辑斯谛增长曲线，要想既保证海洋鱼类资源的更新能力不受到破坏，又能获得最大捕鱼量，应让捕捞后鱼类的数量保持在K/2值，此时种群的增长速率最大。
探究1——科学探究
阅读材料，分析材料，完成下面的思考。
（1）生态学家高斯曾经做过这样一个实验：
在0.5mL培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24h统计一次大草履虫的数量，连续6天，得到一曲线模式图（如图）：
①该模型曲线为逻辑斯谛增长，其类似于英文字母S，因此又称“S”形增长曲线，此类曲线形成的原因：
a.资源和空间有限；b.受到其他生物制约。
②B点：
出生率大于死亡率，此时种群增长速率最大；C点：
出生率等于死亡率，此时种群的增长速率为零，种群数量趋于稳定，种群数量达到环境容纳量（K），即长时期内环境所能维持的种群最大数量。
③同一种群的K值是固定不变的吗？
同一物种的不同种群的K值一定相同吗？
影响K值大小的因素有哪些？
答案 不是；不一定；生物自身的遗传特性和所生存的环境条件。
（2）K值在实际生产生活中有着重要的指导意义，请分析：
①大熊猫栖息地遭到破坏后，食物和活动范围缩小，K值变小，而建立自然保护区，改善其栖息环境，可以提高环境容纳量。
②若要控制鼠害，我们可采取什么具体措施来降低其环境容纳量？
答案 养殖或释放天敌、打扫卫生、硬化地面、将食物贮存在安全处。
③若要持续从池塘中获得鱼类资源，则应该使捕捞后鱼类的数量维持在B点，原因是B点（K/2）时种群增长速率最大，这样既可获得最大利用量，又可保持种群的可持续发展。
（3）已知种群增长速率是指单位时间内种群数量的变化率（即时间—种群数量曲线的斜率），请在坐标系中绘出上述曲线的种群增长速率随时间的变化曲线，并思考：
答案 如图所示
①t2时种群数量为K/2，t2时该种群的年龄结构为增长型。
②t3时种群数量为K，t2～t3时间段内该种群数量的变化为增加。
探究2——比较异同
“J”形曲线和“S”形曲线的比较
（1）曲线图比较
（2）特征比较
项目
“J”形曲线
“S”形曲线
前提条件
理想状态：
资源无限、空间无限、不受其他生物制约
现实状态：
资源有限、空间有限、受其他生物制约
增长速率
种群增长率
K值有无
无K值
有K值
例3 （2015·浙江10月学考）种群的数量变化曲线如图中a、b1所示，下列叙述正确的是（ ）
A．当种群数量达到K值时出生率等于零
B．当某害虫种群数量达到K/2时，进行杀虫效果最佳
C．若空间充足，种群数量增长一定如曲线a所示
D．若曲线b1变成曲线b2，说明该种群生存环境变得恶劣
答案 D
解析 种群数量达到K值时，出生率等于死亡率，并不等于零；K/2时种群增长速率最大，若害虫数量达到K/2时再杀虫，不能达到好的效果，应在害虫种群数量远低于K/2时，进行杀虫效果最佳；指数增长是建立在资源无限、空间无限和不受其他生物制约的理想条件下，只是空间充足，种群数量增长不会符合“J”形曲线；b2与b1相比，K值降低了，说明该种群生存环境变得恶劣了。
例4 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．种群呈逻辑斯谛增长的过程中，在达到K值之前为指数增长
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 种群的“J”形曲线只在理想条件下才能出现，A项正确；种群呈逻辑斯谛增长的过程中，在达到K值之前，由于有环境阻力的存在，种群增长曲线不是标准的“J”形，B项错误；K值时出生率等于死亡率，种群数量不变，此时种群增长率为0，C项正确；环境条件变化时，种群的K值也会发生相应变化，D项正确。
1．下列有关种群指数增长的叙述，正确的是（ ）
A．指数增长的种群都有K值
B．指数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指数增长
D．指数增长的种群个体数一定不断增加
答案 D
解析 指数增长的种群可无限增长，则种群没有K值，A错误；在食物充足、空间无限、无天敌的理想条件下，种群数量呈现指数增长，B错误；自然界中资源和空间是有限的，则绝大多数种群呈逻辑斯谛增长，C错误；指数增长的种群个体数量持续增长，D正确。
2．（2015·浙江学业水平考试）如图表示某动物种群的数量在一定条件下的增长曲线。
下列叙述正确的是（ ）
A．该种群呈指数增长
B．该种群的K值是300头
C．在第8年种群增长最快
D．第10年后种群出生率小于死亡率
答案 C
解析 图示曲线为“S”形，K值为600头，该种群呈逻辑斯谛增长；种群数量为K/2时，增长速率最大，即第8年种群增长最快；第10年时，种群数量仍在增长，出生率大于死亡率。
3．（2016·浙江10月学考）下列关于种群的叙述，正确的是（ ）
A．种群的性比率都为1∶1
B．种群内的个体都能互配繁殖
C．种群在理想环境下是逻辑斯谛增长
D．种群的老龄个体比例过大，预示种群密度将下降
答案 D
解析 有些种群的性比率不是1∶1，如鸡种群中雌∶雄要大于1∶1，A错误；一个种群内相同性别的个体不能交配繁殖，B错误；在理想条件下，种群会呈指数增长，C错误；如果一个种群中老龄个体比例过大，则该种群的年龄结构是衰退型，预示着该种群的密度会下降，D正确。
4.如图是巴西龟种群引入某池塘后，若干年内种群数量的增长曲线。
图中表示该种群个体数量增长最快的时间点是（ ）
A．t1B．t2
C．t3D．t4
答案 B
解析 种群数量的S形增长曲线中，种群数量为K/2时增长速率最大。
5．下列关于种群数量变化的叙述中不正确的是（ ）
A．1990年紫茎泽兰侵入我国四川凉山地区后，泛滥成灾，其增长曲线近似于“J”形
B．对农作物合理密植时，其数量不应大于K值
C．一个呈逻辑斯谛增长的种群，数量在K/2左右时增长速率最大
D．一个物种引入新的地区后，一定呈指数增长
答案 D
解析 紫茎泽兰侵入后，能泛滥成灾，说明环境条件适宜，所以开始一段时间其种群近似于指数增长，A正确；K值是环境容纳量，所以合理密植时，其数量不应超过K值，B正确；一个呈逻辑斯谛增长的种群，种群增长速率先增加后减少为0，在K/2时种群增长速率最大，C正确；在种群增长有限制的情况下，不可能呈指数增长，D错误。
题组一 种群的指数增长和逻辑斯谛增长
1．搁置一段时间的洗碗水，在其他条件都适宜的情况下，碗内微生物数量变化在开始一段时间内最可能呈（ ）
A．指数增长
B．逻辑斯谛增长
C．指数增长或逻辑斯谛增长
D．无规律增长
答案 A
解析 碗内微生物在开始一段时间内，其生活的空间和资源可以认为是无限的，因此其增长曲线最可能是“J”形曲线。
2．（2016·浙江名校协作体高三上联考）下列属于种群逻辑斯谛增长方式形成条件的是（ ）
A．食物（养料）充足B．没有敌害
C．没有竞争D．空间有限
答案 D
解析 食物（养料）充足、没有敌害，没有竞争等理想环境下，种群数量增长呈现“J”形曲线，A、B、C项错误；在资源和空间有限的情况下，种群数量增长呈现“S”形曲线，即逻辑斯谛增长方式，D项正确。
3．（2017·温州高三模拟）某种细菌在理想条件下的种群数量变化如图所示，据图分析正确的是（ ）
A．该种群起始增长很慢，但随着种群基数加大，增长越来越快
B．该种群的数量在环境容纳量（K值）上下波动
C．该种群的K值随着时间变化而不断改变
D．图中为“J”形曲线，又称逻辑斯谛增长曲线
答案 A
解析 理想条件下的种群数量呈现“J”形曲线，一开始细菌要适应环境，增长很慢，随着种群基数加大，增长越来越快，A项正确；K值是出现在“S”形增长曲线中，“J”形增长曲线没有K值，B、C项错误；“S”形增长曲线为逻辑斯谛增长曲线，D项错误。
4．如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（ ）
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、迁出等其他因素，在K值时，出生率等于死亡率 ④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
A．①②B．①③
C．②④D．①④
答案 B
解析 题干中曲线为种群“S”形增长曲线，K表示环境条件所允许的最大容纳量，种群增长速率变化规律是先增大后减小，在K/2时增长速率最大，K值时增长速率为零，即不考虑其他因素干扰时，出生率等于死亡率。
若该曲线代表鱼的种群生长曲线，为获得最大捕捞量，又不影响资源再生，应当使种群数量捕捞后保持在K/2值左右。
5．如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负荷量约为（ ）
A．100只B．200只
C．300只D．400只
答案 D
解析 第10年时，种群的增长速率最大，此时种群数量为K/2＝200只。
因此，该种群在此环境中的环境负荷量约为400只。
6．（2017·湖州高二期末）下图是种群的逻辑斯谛增长曲线。
下列有关叙述错误的是（ ）
A．种群在b点时增长最快
B．种群在b～c段死亡率大于出生率
C．K值就是种群在该环境中的稳定平衡密度
D．逻辑斯谛增长总是会受到环境容纳量的限制
答案 B
解析 种群数量为K/2时，种群数量增长最快，A项正确；b～c段种群数量仍在增长，死亡率小于出生率，B项错误；K值就是种群在该环境中的稳定平衡密度，是在一定的环境条件下，一定空间所能维持的种群最大数量，C项正确；逻辑斯谛增长的K值是最大环境容纳量，总是会受到环境容纳量的限制，D项正确。
题组二 环境容纳量
7．下图表示出生率、死亡率和种群密度的关系，据此分析正确的是（ ）
A．在K/2时控制有害动物最有效
B．图示规律可作为控制人口增长的依据
C．该图可用于实践中估算种群最大净补充量
D．在K/2时捕捞鱼类最易得到最大日捕获量
答案 C
解析 K/2时种群的增长速率最大，此时不利于对有害动物的控制，A项错误；控制人口数量的关键是控制出生率，B项错误；K/2时捕捞得到的不是最大日捕获量，得到最大日捕获量应在K时，D项错误；根据该图可以估算种群最大净补充量，用于指导实际生产，C项正确。
8．下列有关环境容纳量的叙述，错误的是（ ）
A．环境容纳量是指种群的最大数量
B．种群的数量可以暂时超过环境容纳量
C．环境容纳量会因环境的改变而发生变化
D．种群指数增长没有环境容纳量
答案 A
解析 环境容纳量又称K值，种群数量围绕K值上下波动，种群数量可以短时间高于或低于环境容纳量，A项错误。
9．如图所示为种群数量增长曲线，下列叙述正确的是（ ）
A．当种群数量达到e点后，种群数量不再发生变化
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．K值会因环境条件的改变而改变
答案 D
解析 当种群数量达到K值时，种群密度趋于稳定，但是种群数量会有一定的波动，A项错误、D项正确；环境阻力在d点时比较明显，但在d点之前环境阻力就已经出现了，B项错误；c点时种群的增长速率最快，不利于防治蝗灾，C项错误。
题组三 综合应用
10．（2016·浙江4月学考）下列关于种群的叙述，错误的是（ ）
A．种群密度的变动受性比率的影响
B．环境容纳量代表种群的最大密度
C．年龄结构可预测种群未来数量的变化
D．出生率受种群的遗传特性和环境的影响
答案 B
解析 环境容纳量（K值）是指在长时期内环境所能维持的种群最大数量。
由于种群数量高于K值时便下降，低于K值便上升，所以K值就是种群在该环境中的稳定平衡密度，而不是最大密度。
11．资源的合理使用是使产量最大化，又不影响资源的持久利用。
自然种群增长呈“S”形曲线，假设种群的K值为200，N表示种群数量，据表分析正确的是（ ）
曲线上的点
N
（K－N）/K
S1
20
0.90
S2
50
0.75
S3
100
0.50
S4
150
0.25
S5
180
0.10
A.环境阻力对种群增长的影响出现在S4点之后
B．防治蝗虫应在蝗虫数量达到S3点时进行
C．渔业捕捞后需控制剩余量在S3点
D．（K－N）/K值为0.9时，种群增长速率最大
答案 C
解析 在种群数量变化的“S”形曲线中，环境阻力始终存在，A错误；根据表中数据可知，在S3点时该种群（K－N）/K值为0.5，增长速率最大，即为K/2值，对蝗虫等害虫的防治，需将其数量控制在K/2值（S3点）以下，最好是S1，B错误；为了获得最大效益，渔业捕捞应控制剩余量在K/2值，C正确；（K－N）/K值为0.5时，种群增长速率最大，D错误。
12．下图为种群数量增长的三种曲线，下列有关叙述错误的是（ ）
A．b曲线与a曲线产生差别的原因是存在环境阻力
B．过度放牧后的巴音布鲁克大草原，新疆细毛羊的数量增长曲线为c曲线
C．合理密植农作物时，其数量大于b曲线的最大值即K值
D．2013年，美国白蛾作为外来物种入侵济南周边区域的森林，从美国白蛾侵入以后到人们采取措施灭杀之前，美国白蛾的增长曲线可能为a曲线
答案 C
解析 a曲线为种群数量增长的“J”形曲线，b曲线为种群数量增长的“S”形曲线，b曲线与a曲线产生差别的原因是存在环境阻力；过度放牧后的巴音布鲁克大草原，生态环境变得恶劣，草原的环境容纳量K值会变小，新疆细毛羊的数量增长曲线对应c曲线；合理密植农作物时，其数量会接近或等于b曲线的最大值即K值；外来物种入侵的开始一段时间内，由于空间充足、营养丰富、没有天敌等，种群数量可能呈现指数增长。
13．在资源和空间有限的条件下，种群数量呈逻辑斯谛增长。
如图是某藻类在不同环境温度下的种群增长曲线，下列有关叙述错误的是（ ）
A．环境容纳量随环境温度不同而改变
B．19.8℃条件下环境容纳量最小
C．24.8℃条件下第5天左右的种群增长速率最大
D．33.6℃条件下种群数量将维持在K值恒定不变
答案 D
解析 由题图可以看出，在温度不同的情况下，该藻类的个体数最大值不同，所以环境容纳量随环境温度不同而改变，A正确；在三条曲线中，19.8℃条件下环境中所容纳的最大个体数是最小的，所以在19.8℃条件下环境容纳量最小，B正确；曲线斜率表示种群的增长速率，由图中曲线可以看出，24.8℃条件下第五天时的曲线斜率是最大的，也就是此时种群的增长速率是最大的，C正确；K值是环境的最大容纳量，会随环境变化而变化，而不是恒定不变的，D错误。
14．如图所示为某种群在不同生态系统中的增长曲线模式图，请据图回答下列问题：
（1）如果种群生活在一个理想的环境中，种群数量是按a曲线增长，但实际上，在自然环境中____________和____________都是有限的。
种群达到一定数量后势必加剧____________________，使种群数量增长受到影响，不能按a曲线方式增长。
（2）在一定环境中，除上述影响外，种群数量还受其他环境因素的限制。
如无机环境方面主要是__________________的影响。
种群数量增长按b曲线方式增长，最多达到K点为止，此时种群增长速率为____________。
（3）直接影响种群兴衰的变量是该种群的__________和__________。
年龄结构是通过影响________________而间接对种群数量的动态变化起作用的。
答案
（1）生活资源（食物） 空间 种内斗争
（2）阳光、温度、水分 0 （3）出生率 死亡率 出生率和死亡率
解析 “J”形曲线是在食物和空间条件充足、气候适宜、没有敌害等理想条件下形成的，而在自然情况下，空间、食物、其他条件都是有限的，当种群达到一定数量后，必定加剧种内斗争，种群数量不会继续增加，而是在K值附近稳定地波动，此时种群的增长曲线呈“S”形。
在一定环境中，除生活资源和空间影响外，种群数量还受其他环境因素的限制，如无机环境方面主要是受阳光、温度、水分的影响。
种群数量增长按“S”形曲线最多达到K值，此时种群增长速率为0。
出生率和死亡率是影响种群数量的直接因素，年龄结构可以通过影响出生率和死亡率而间接影响种群数量。
15．如图是某物种迁移到一个新环境后，某种群数量的变化情况。
（1）从曲线的走势来看，该种群刚迁入时，经历了一个快速的增长时期，曲线呈现出近似________增长；当种群数量越来越多，由于____________________有限，曲线呈现出____________________增长；最后曲线呈现出有规律的________。
（2）该种群的环境容纳量（K值）大约对应于图中____________点。
（3）该物种的进入可能会对当地其他生物的K值产生影响，说出一种影响并加以解释。
________________________________________________________________________。
（4）在生物圈中，人口的K值是有限的，人口增长过快对生态环境会产生沉重的压力，为此我们应采取什么样的对策？
________________________________________________________________________。
答案
（1）指数 资源和空间 逻辑斯谛 波动
（2）b
（3）有多种可能，答出一种即可，如：
与其他生物竞争资源和空间，因而使其他生物的K值降低；对其他生物的资源和空间影响不大，因而基本不影响其他生物的K值
（4）控制人口增长，加大资源和环境的保护力度
解析
（1）当一个种群迁入一个新环境中时，由于食物、空间等都很充足，种群数量短时间内呈类似指数增长，但随着种群个体数的增加，环境阻力增大，所以呈逻辑斯谛增长，最后会处于一个动态的波动状态。
（2）“S”形曲线达到环境容纳量以后，种群数量在环境容纳量的上下波动。
（3）外来物种的入侵可能与当地物种在资源和空间上发生冲突，也可能对当地物种影响不大。
各种情况都应考虑全面。
（4）只要是既对人类有利又能控制人口增长的措施都可作为答案。
【自助加餐】
16．自然界中某种群死亡率如图中曲线Ⅱ，出生率如图中曲线Ⅰ，下列分析正确的是（ ）
A．种群在C点之前呈指数增长，C点之后呈逻辑斯谛增长
B．种群数量增长最快的时期是C点时期
C．C点时期此种群的个体总数达到其生活环境负荷量（K值）
D．曲线表明种群数量变化受食物的影响
答案 C
解析 C点时出生率等于死亡率，增长率为零，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正确。
17．下图为某地东亚飞蝗种群变化示意图，下列叙述错误的是（ ）
A．为有效防治蝗灾，应在A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正相关
C．利用性引诱剂诱杀雄虫改变性比率可防止C点出现
D．在D～E段，该种群的增长率不变
答案 B
解析 从东亚飞蝗的种群数量变化趋势来看，O点到B点所对应的时间段，种群的增长大致呈“S”形，A点的数量大约在环境容纳量的一半，此时蝗虫种群有最快的增长速率，故防治时间应在A点之前，A正确；“S”形曲线增长的种群增长率一直是下降的，故与种群密度变化不呈正相关关系，B错误；利用性引诱剂诱杀雄虫改变性比率后，蝗虫种群内的雌雄比例失调，导致种群内出生率下降，可防止种群增长至C点，C正确；在D～E段，种群数量相对稳定，增长率为0，D正确。
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