1.2 种群数量的变化（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物选择性必修2 生物与环境（人教版2019）

第2节　种群数量的变化 [课标要求]1.尝试建立数学模型解释种群的数量变动。　2.讨论不同条件下种群增长的类型。　3.探究培养液中某种酵母菌种群数量的动态变化。 知识点1　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．建立数学模型 3．数学模型类型及特点 除数学公式外，__曲线图__也是数学模型的另一种表现形式，对于反映种群数量的增长趋势，两种模型中更精确的是__数学公式__，更直观的是__曲线图__。 知识点2　种群数量的“J”形与“S”形增长 1．种群的“J”形增长 (1)含义 在__理想__条件下的种群增长，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，大致呈“J”形。 (2)数学模型 ①模型假设 ②建立模型：t年后种群数量为__Nt＝N0λt__。 ③各参数的意义：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表示该种群数量是前一年种群数量的倍数。 2．种群的“S”形增长 (1)条件：自然界中的__资源和空间__总是有限的。 (2)含义：种群经过一定时间的增长后，数量__趋于稳定__，增长曲线呈“__S__”形。 (3)形成原因 (4)K值：又称__环境容纳量__，即一定的环境条件所能维持的种群__最大数量__。 (5)应用：(以野生大熊猫种群为例)建立自然保护区，改善其栖息环境，从而提高其__环境容纳量__是保护大熊猫的根本措施。 知识点3　种群数量的波动 1.种群数量的波动 在自然界，大多数种群的数量总是在__波动__中。处于此类状态的种群，在某些特定条件下可能出现__种群爆发__，如蝗灾、鼠灾、赤潮等。 2．种群数量的下降或消亡 (1)当种群长久处于__不利__条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的__下降__。 (2)种群的延续需要有一定的__个体数量__为基础，当一个种群的数量过少，种群可能会由于__近亲繁殖__等原因而衰退、__消亡__。 (3)对那些已经低于种群延续所需要的__最小种群数量__的物种，需要采取有效的措施进行保护。 知识点4　探究培养液中酵母菌种群数量的变化 1.实验原理 酵母菌是单细胞生物，生长周期短，增殖速度快，可以用__液体培养基__培养酵母菌。 2．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？ 3．酵母菌计数 (1)计数方法：__抽样检测__法。 (2)计数操作 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→待酵母菌__全部沉降到计数室底部__时，将计数板放在载物台的中央，计数__一个小方格__内的酵母菌数量，再以此为依据，__估算__试管中的酵母菌总数。 4．实施计划：首先通过显微镜观察，估算出10 mL培养液中酵母菌的初始数量(N0)，在此之后连续观察7天，分别记录下这7天的数值。 5．实验结果：酵母菌增长曲线图(如图1)及酵母菌增长速率曲线图(如图2)如下： 增长曲线的总趋势是__先增加再降低__， 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。 1．基础判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)数学公式、曲线图模型均属于数学模型。(√) (2)自然界中大多数种群数量增长呈“J”形。(×) (3)不同种生物的K值各不相同，但每种生物的K值固定不变。(×) (4)影响种群数量变化的因素可能来自外部，也可能来自种群内部。(√) (5)应先向计数室滴加样液，再盖盖玻片。(×) 2．教材习题改编小练(教材P12“概念检测”改编) 下列与种群数量变化相关的叙述，正确的是(　　) A．种群的“S”形增长只适用于草履虫等单细胞生物 B．由于环境容纳量是有限的，种群增长到一定程度必然会保持稳定 C．将某种生物引入一个新环境中，在一定时期内该生物种群就会出现“J”形增长 D．生活于同一区域的不同种群，其环境容纳量可能不同 答案　D 解析　种群的“S”形增长可适用于多种生物，A项错误；种群增长到一定程度，既可能在一段时间内维持数量相对稳定，也可能处于波动中，甚至会出现种群数量下降或消亡，B项错误；引入一个新环境中的生物未必会出现“J”形增长，也可能会因不适应环境而出现种群数量下降或消亡，C项错误。 1．(教材P7“问题探讨”)假设在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20 min 就通过分裂繁殖一代。思考并回答下列问题： (1)假设只统计一个细菌增殖数量，请依次填出表中空白处的数据。 分裂时间/min 0 20 40 60 80 100 120 … 分裂次数 0 __ __ __ __ __ __ … 细菌数量/个 __ __ __ __ __ __ __ … (2)请将上述数据转化成曲线模型(以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标)，该模型应符合种群增长的“________”形。 (3)在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照上述模式增长吗？为什么？ 提示　(1)(见表格横线处) 分裂时间/min 0 20 40 60 80 100 120 … 分裂次数 0 _1__ _2__ _3__ _4__ _5__ _6__ … 细菌数量/个 _20 _21__ _22__ _23__ _24__ _25__ _26__ … (2)曲线模型(如图所示，该模型呈“J”形) (3)不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。 探究点1　种群数量的“J”形与“S”形增长 1．据图回答种群数量变化的相关问题。 (1)“S”形增长曲线的前半部分是否就是“J”形曲线？ (2)尝试分析曲线a、b之间的阴影部分表示的含义。 (3)曲线b的形成过程中何时出现了环境阻力？ (4)自然界中多数种群增长曲线更符合________(填“a”或“b”)，理由是。 (5)下列因素中，可能使图乙中曲线c变为曲线d的有________(填序号)。 ①过度放牧对某种牧草种群的影响　②硬化地面、管理好粮食对鼠种群的影响　③增加水中的溶氧量对鱼种群的影响　④大量引进外来物种对本地物种的影响　⑤引进某种害虫的天敌对害虫种群的影响 提示　(1)不是。 (2)阴影部分表示由于环境阻力的存在，在生存斗争中被淘汰的种群个体数。 (3)始终存在环境阻力。 (4)b　自然界的资源和空间是有限的，在有限的环境中，如果种群的初始密度很低，种群数量初期会呈现迅速增长，但随着种群密度的增加，种内竞争会加剧。种群出生率降低，死亡率升高，当种群数量增加到一定程度，就会停止，从而呈现“S”形增长 (5)①②④⑤ 2．请结合“S”形增长曲线及其斜率变化，研究种群增长速率变化规律，并完成填空。 1．“J”形增长和“S”形增长的比较 项目 “J”形增长 “S”形增长 特点 种群数量以恒定倍数连续增长，Nt＝N0λt 种群数量的增长经历慢→快→慢，最终达到K值后基本保持稳定 适用范围 实验条件下或理想环境中种群的增长 一般为自然状态下种群的增长 模型解读 【例1】 如图为有关种群增长曲线的模型图，下列相关说法错误的是(　　) A．种群呈现“J”形增长的前提条件是食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等 B．呈现“S”形增长的种群，随着时间的推移，种群增长所受的环境阻力加大 C．在自然界中，种群的增长曲线一般是“S”形曲线 D．种群增长的“J”形曲线有K值，只是K值较大，图中没有表示出来 答案　D 解析　“J”形曲线的形成条件是环境适宜、食物和空间等充足，只要条件适宜种群数量就会无限增长，不存在K值；而“S”形曲线是在自然界中资源和空间有限的条件下形成的，由于存在环境阻力，所以存在K值。 【例2】 (2023·辽宁)在布氏田鼠种群数量爆发年份，种内竞争加剧，导致出生率下降、个体免疫力减弱，翌年种群数量大幅度减少；在种群数量低的年份，情况完全相反。下列叙述错误的是(　　) A．布氏田鼠种群数量达到K/2时，种内竞争强度最小 B．布氏田鼠种群数量低的年份，环境容纳量可能不变 C．布氏田鼠种群数量爆发年份，天敌捕食成功的概率提高 D．布氏田鼠种群密度对种群数量变化起负反馈调节作用 答案　A 解析　布氏田鼠种群数量达到K/2时，种群增长速率最大，但不能说明种内竞争最小，A项错误；布氏田鼠种群数量低的年份，环境容纳量可能不变，因为环境容纳量主要受到环境的影响，B项正确；布氏田鼠种群数量爆发年份，由于数量增加，天敌捕食成功的概率提高，C项正确；由题干可知，布氏田鼠种群密度对种群数量变化起负反馈调节作用，D项正确。 K值中某时刻的种群最大值 种群的数量在某些时段可能会由于环境条件变化或内部因素影响而偶尔超越K值或偶尔在K值以下，即在K值上下波动，故K值并非任一时刻种群的最大值，如图中B、C、D所对应的纵坐标的值均非K值。 探究点2　探究培养液中酵母菌种群数量的变化 1．某生物兴趣小组开展探究实验，课题是“探究培养液中酵母菌种群数量与时间的变化关系”。 实验材料、用具：酵母菌无菌培养液、试管、血细胞计数板、滴管、显微镜等。 (1)本实验没有另外设置对照实验，原因是________________。该实验是否需要重复进行？________。试解释原因：___________________________________ _____________________________________。 (2)在吸取培养液进行计数前，要轻轻振荡几次试管，目的是________。如果一个小方格内的酵母菌过多，难以数清，应采取的措施是_____________________。 (3)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”形曲线？若不是，应该是怎样的？尝试绘出其数量变化曲线。 提示　(1)该实验在时间上形成前后自身对照　需要　为提高实验的准确性 (2)使酵母菌分布均匀　稀释培养液 (3)不是。因为培养液中的营养物质等是有限的。 2．为了探究环境因素对培养液中酵母菌种群数量变化的影响，某生物小组的同学按下表完成了有关实验，并定期对培养液中的酵母菌进行如图所示的计数操作。思考并回答下列问题： 试管 编号 培养液/mL 无菌水/mL 酵母菌母 液/mL 温度/℃ A 10 － 0.1 28 B 10 － 0.1 5 C － 10 0.1 28 (1)该小组研究的课题是__探究营养物质、温度对酵母菌种群数量变化的影响__。 (2)在如图所示的操作中有一个明显的错误，其正确操作应该是__先将盖玻片放在计数室上，再用吸管吸取酵母菌样液，滴于盖玻片的边缘，让其自行渗入__。 3．由于在实验的过程中会有大量酵母菌死亡，而用血细胞计数板计数时，无法区分酵母菌的死活，这会对计数结果产生什么影响？ 导致计数结果偏大。 1．血细胞计数板的结构 血细胞计数板(如图1所示)由一块厚玻璃片特制而成。一块血细胞计数板有两个计数室，每个计数室(大方格)的面积为1 mm2，加盖玻片后，计数室底部与盖玻片的距离是0.1 mm，即计数室深度为0.1 mm，所以每个大方格的容积为0.1 mm3。计数室通常有两种规格(如图2所示)：一种是将一个计数室(大方格)分为25个中格，每个中格又分为16个小格；另一种是将一个计数室(大方格)分为16个中格，每个中格又分为25个小格。不管何种规格的计数室，都包含400个小格。 2．实验成功关键及数据统计 (1)成功关键 ①每天取样计数的时间要固定。 ②制片时，先将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取培养液滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入，多余的培养液用滤纸(或吸水纸)吸去。 ③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。 (2)数据统计 ①出芽的酵母菌，芽体达到母细胞大小一半时，即可作为两个菌体计算。 ②每个样品应计数三次，取平均值。 ③若一个小方格中酵母菌数量过多，可先对样品进行适当稀释后，再重新制片，观察计数。 ④对于压在中方格边线上的酵母菌，只计数相邻两边(记上不记下、记左不记右)及其夹角上的个体。 (3)计算公式 [注]1 mL＝1 cm3＝1 000 mm3 【例3】 某生物兴趣小组开展探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”实验，回答下列相关问题。 (1)根据所学知识，该实验假设开始一段时间酵母菌种群的数量增长大致符合“J”形曲线，随着时间的推移，由于__________________，酵母菌种群数量总体呈“S”形增长。 (2)该实验是否需要重复实验？_______________________________________ _______________。 试解释原因：_____________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________。 (3)在吸取培养液进行计数前，要轻轻振荡几次试管，目的是_____________ ___________________________________________________________。 如果一个小方格内的酵母菌过多，难以数清，应采取的措施是______________ _________________________________________________________。 (4)在该实验的基础上，根据你对影响酵母菌种群数量变化的因素的推测，进一步确定一个探究实验。______________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 解析 (1)在实验开始时食物和空间充裕，酵母菌种群的数量增长大致符合“J”形曲线，随着时间的推移，酵母菌数量越来越多，但因为资源和空间有限等，酵母菌的数量逐渐趋于稳定，酵母菌种群数量总体呈“S”形增长。(2)为提高实验的准确性，需要进行重复实验。(3)从试管中吸取培养液进行计数前，要轻轻振荡几次试管，目的是使培养液中的酵母菌分布均匀，以减少误差。如果一个小方格内的酵母菌过多，难以数清，应将培养液稀释后再计数。(4)养分、空间、温度、pH和有毒代谢物等都是影响酵母菌种群数量变化的因素。 答案 (1)资源和空间有限(答案合理即可) (2)需要　为提高实验的准确性 (3)使酵母菌分布均匀　稀释培养液 (4)探究酵母菌种群数量与培养液pH的变化关系。(答案合理即可) 【例4】 (2022·江苏)将小球藻在光照下培养，以探究种群数量变化规律。下列相关叙述正确的是(　　) A．振荡培养的主要目的是增大培养液中的溶氧量 B．取等量藻液滴加到血细胞计数板上，盖好盖玻片，稍待片刻后再计数 C．若一个小格内小球藻过多，应稀释到每小格1～2个再计数 D．为了分析小球藻种群数量变化总趋势，需连续统计多天的数据 答案　D 解析　小球藻可进行光合作用，振荡培养的主要目的是加速二氧化碳溶解于培养液中，以增大培养液中的二氧化碳量，A项错误；正确操作为：在血细胞计数板上盖好盖玻片，取等量藻液滴加到盖玻片边缘，让其自行渗入计数室，多余培养液用滤纸吸去，稍待片刻后计数，B项错误；若一个小格内小球藻过多，应进行稀释，一般稀释到每小格4～5个左右较为合适，C项错误；为了分析小球藻种群数量变化总趋势，需连续统计多天的数据，D项正确。 核心知识小结 [要点回眸] [答题必备] 1.种群数量变化包括种群增长、波动、下降、消亡等。 2．在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条件下，种群数量呈“J”形增长，数学模型为Nt＝N0λt。 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”形增长。 4．一定的环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K值。 5．不同种群或同一种群在不同环境条件下环境容纳量可不同。 6．大多数种群的数量总是处在波动中，当种群长久处于不利条件下，种群数量还会持续性地或急剧地下降甚至消亡。 1．下列与种群数量模型有关的叙述，错误的是(　　) A．数量增长曲线比数学公式更能直观反映种群数量的增长趋势 B．建立种群增长的数学模型一般不需要设置对照实验 C．“J”形增长的数学模型Nt＝N0λt中，λ可以看成自变量 D．构建相应的模型后需通过实验或观察等进行检验或修正 答案　C 解析　数学模型中的曲线图比数学公式更能直观地反映出种群数量的增长趋势，而数学公式更加准确，A项正确；建立种群增长的数学模型时，研究的是种群数量随时间推移的变化，不需要设置对照实验，B项正确；“J”形增长的数学模型中的λ表示种群数量是前一年种群数量的倍数，不是自变量，C项错误；建立数学模型后需要通过实验或观察等进行检验或修正，D项正确。 2．关于如图所示的种群数量增长曲线的叙述，正确的是(　　) A．ac段种群增长率不断升高、ce段种群增长率不断降低 B．种群增长过程中出现环境阻力是在d点之后 C．建立自然保护区等措施可使e点上移，以此达到保护濒危野生动物的目的 D．图中c点增长速率最大，不同时期种群的增长速率一定不同 答案　C 解析　种群数量呈“S”形增长时，种群增长率逐渐下降，A项错误；种群数量呈“S”形增长时，环境阻力一直存在，即a点就已存在环境阻力，B项错误；建立自然保护区可增大被保护种群的环境容纳量，使K值增大(e点上移)，此措施可以保护濒危野生动物，C项正确；种群数量为K/2(c点)时，增长速率最大，不同时期种群的增长速率可能相同，D项错误。 3．(2022·重庆)乔木种群的径级结构(代表年龄组成)可以反映种群与环境之间的相互关系，预测种群未来发展趋势。研究人员调查了甲、乙两地不同坡向某种乔木的径级结构，结果如图。下列叙述错误的是(　　) 注：Ⅰ和Ⅱ为幼年期，Ⅲ和Ⅳ为成年期，Ⅴ和Ⅵ为老年期 A．甲地Ⅲ径级个体可能在幼年期经历了干旱等不利环境 B．乙地阳坡的种群密度比甲地阳坡的种群密度低 C．甲、乙两地阳坡的种群年龄结构分别为稳定型和衰退型 D．甲、乙两地阴坡的种群增长曲线均为“S”形 答案　B 解析　由甲地个体数的柱形图可知，甲地Ⅲ径级个体数量明显少于其他径级，推测其在幼年期可能经历了干旱等不利环境，A项正确。乙地阳坡的种群密度为(10＋15＋20＋25＋30＋40)＝140个/500 m2，甲地阳坡的种群密度为(20＋20＋5＋20＋25＋20)＝110个/500 m2，故乙地阳坡的种群密度比甲地阳坡的种群密度高，B项错误。甲地阳坡各径级的个体数相当，属于稳定型；乙地阳坡的老年期个体数>中年期个体数>幼年期个体数，属于衰退型，C项正确。甲、乙两地阴坡的种群数量均有幼年时期个体数多(增长快)、老年时期数量趋于稳定的特点，故二者种群增长曲线均为“S”形，D项正确。 4．血细胞计数板是对细胞进行计数的重要工具，下列叙述正确的是(　　) A．每块血细胞计数板的正中央有1个计数室 B．计数室的容积为1 mm×1 mm×0.1 mm C．盖盖玻片之前，应用吸管直接向计数室滴加样液 D．计数时，不应统计压在小方格角上的细胞 答案　B 解析　每块血细胞计数板的正中央有2个计数室，A项错误；每个计数室的容积为1 mm×1 mm×0.1 mm，B项正确；向血细胞计数板中滴加样液前应先盖上盖玻片，让样液自行渗入计数室，若先滴加样液，统计结果会偏大，C项错误；计数时，需统计小方格内以及小方格相邻两边及其夹角上的细胞，D项错误。 5．自然界中种群的数量特征是种群最重要的特征之一，如图表示某动物种群在不同条件下数量变化情况的曲线图，回答下列问题： (1)该模型属于________模型的表现形式之一，该形式较为直观、形象。 (2)若图中A段种群增长近似于“J”形曲线，该模型需要满足的条件是______ __________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)该种群的环境容纳量是________(填“K1”或“K2”)，判断理由是_________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)对于自然界大多数生物种群来说，其种群数量总是处于图示[D]________状态，种群数量也会出现[C]急剧下降，其原因可能是_______________________ ________(答出1点即可)。 解析 (1)曲线图是数学模型的表现形式之一，它更能直观地反映出种群的增长趋势，数学模型还包括数学公式等。(2)若A段曲线表示的种群数量变化类似于“J”形增长，其模型成立的前提是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。(3)环境容纳量是指一定环境条件下所能维持的种群最大数量，而不是指种群所能达到的最大数量。图中K2为该种群在特定环境中所能达到的最大数量，K1为环境容纳量。(4)自然界大多数生物种群的数量总是处于波动中。当种群长久处于不利状态，如遭遇人类乱捕滥杀或栖息地被破坏等，种群数量就会出现持续性的或急剧的下降，甚至衰退、消亡。 答案 (1)数学　(2)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　(3)K1　环境容纳量是指一定环境条件下所能维持的种群最大数量，而不是指种群所能达到的最大数量　(4)波动　遭遇人类乱捕滥杀或栖息地被破坏 学科网（北京）股份有限公司 $$