第1章 第2节 第1课时 种群的“J”形增长和“S”形增长-【优学精讲】2024-2025学年高中生物选择性必修2教用Word(人教版)

第2节　种群数量的变化 第1课时　种群的“J”形增长和“S”形增长 [课标内容] 1．通过阐释种群数量变化培养建模及模型分析能力。2.举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长。3.明确环境容纳量原理在保护濒危物种中的应用。 一、数学模型 1．概念：用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 2．类型：数学公式、曲线图。 ↓ ↓ 准确，但不够直观　直观，但不够准确 二、种群的“J”形增长 1．模型假设 (1)条件：____________________条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等。 (2)数量变化：种群的数量每年以________________增长，第二年的数量是第一年的λ倍。 2．建立模型 (1)数学公式：t年后种群数量为________________________________。N0为该种群的起始数量，t为时间，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)曲线图 　曲线特点：无限增长 三、种群的“S”形增长 1．条件 2．曲线图 (1)增长速率先增大后逐渐减小。 (2)种群数量为K/2时增长速率最____________________。 (3)种群数量为K时增长速率为0。 3．K值又称环境容纳量 (1)含义：一定的环境条件所能维持的__________________。 (2)形成原因 (3)应用：建立自然保护区，改善生物的栖息环境，从而提高______________，如提高野生大熊猫的种群数量。 [答案自填] 食物和空间　一定的倍数　Nt＝N0λt　食物　空间　快　种群最大数量　种内竞争　出生率　死亡率　出生率＝死亡率　环境容纳量 (1)“J”形增长曲线是发生在自然界中最为普遍的种群增长模式。(　　) (2)λ值即“J”形增长曲线的增长率。(　　) (3)“J”形增长曲线的K值一直增加。(　　) (4)在理想条件下，影响种群数量增长的主要因素是环境容纳量。(　　) (5)环境容纳量即为种群数量最大值。(　　) 提示：(1)×　“S”形增长曲线是发生在自然界中最为普遍的种群增长模式。 (2)×　λ值≠增长率。增长率＝(λ－1)×100%。 (3)×　“J”形增长曲线无K值。 (4)×　在理想条件下，种群数量会呈“J”形增长，其没有环境容纳量。 (5)×　环境容纳量指一定的环境条件所能维持的种群最大数量。 【知识框架】 核心点一　建构某种细菌种群的增长模型 下表是一个细菌在营养和生存空间不受限制的条件下，在不同时间产生后代的数量，据表回答有关问题： 时间/min 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 代数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量/个 20 2 64 512 (1)填写上表：计算一个细菌在不同时间产生后代的数量。 (2)第n代细菌数量的计算公式是什么？ (3)72 h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ (4)在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗？分析其原因。 (5)以时间为横坐标、细菌数量为纵坐标，请在下面坐标图中画出细菌的数量增长曲线。 提示：(1)4　8　16　32　128　256 (2)设细菌初始数量为N0，第一次分裂产生的细菌数为第一代，数量为N0×2，第n代细菌数量为Nn＝N0×2n。 (3)2216个。 (4)不会；因为培养瓶中的营养物质和空间都是有限的。 (5)如下图所示 1．下列关于建构种群增长模型方法的说法，错误的是(　　) A．曲线图能直观地反映出种群数量的增长趋势 B．数学模型就是用来描述一个系统或它的性质的曲线图 C．数学模型可描述、解释和预测种群数量的变化 D．在数学建模过程中也常用到假说—演绎法 解析：选B。曲线图能直观地反映出种群数量的增长趋势，A正确；数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式，可能是曲线图，也可能是数学公式等，B错误；数学模型可描述、解释和预测种群数量的变化，C正确；建构数学模型的一般步骤是提出问题→作出假设→用数学形式表达→检验或修正，在数学建模过程中也常用到假说—演绎法，D正确。 2．在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，某细菌每20 min就分裂繁殖一代。现将该细菌种群(t个个体)接种到培养基上(资源、空间无限)，m小时后，理论上该种群的个体总数是(　　) A．t·2m　 B．t·220　 C．t·22m　 D．t·23m 解析：选D。在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，m个小时细菌繁殖代数为3m，则m小时后种群的数量为t·23m。 核心点二　种群的数量变化 [探究1] 高斯把5个大草履虫置于0.5 mL的培养液中，每隔24小时统计一次大草履虫的数量，经过反复实验，得出了如下图所示的结果。从下图可以看出，大草履虫的数量在第二天和第三天增长较快，第五天以后基本维持在375个左右。 (1)大草履虫数量增长变化是一个怎样的过程？ (2)为什么高斯得出的实验结果不是“J”形曲线？产生该差异的原因有哪些？ (3)在实验第5天后，大草履虫的数量基本维持在375个左右，这个数值意味着什么？ (4)由曲线图可知，大草履虫数量增长速率最快的时间大致在哪天？对应的种群数量是多少？ 提示：(1)种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线为“S”形。 (2)大草履虫种群的数量之所以呈“S”形增长，是因为随着大草履虫数量增多，它们对食物和空间的竞争越来越激烈，导致出生率降低，死亡率升高。产生该差异的原因是资源和空间有限。 (3)这个数值是该环境条件所能维持的大草履虫种群的最大数量，即环境容纳量，又称K值。 (4)大草履虫数量增长速率最快的时间约为第2.5天，此时种群数量大致为K/2。 [探究2] 下图是种群数量变化的不同类型的曲线，请根据要求回答相关问题： (1)尝试分析图中曲线a、b之间的阴影部分表示的含义。 (2)在“S”形曲线中，有一段时期近似于“J”形曲线，判断这一段是否等同于“J”形曲线，并说明理由。 提示：(1)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个体数目。 (2)不等同于“J”形曲线。“J”形曲线是在理想条件下的种群增长趋势，“S”形曲线是在资源和空间有限的条件下种群的增长趋势。 1．种群数量增长的“J”形曲线和“S”形曲线的比较 比较项目 “J”形曲线 “S”形曲线 增长模型 前提条件 理想状态：(1)食物和空间条件充裕；(2)气候适宜；(3)没有天敌和其他竞争物种等；(4)无迁入、迁出 现实状态：(1)食物、空间有限；(2)不断变化的自然条件；(3)有种内竞争和种间竞争 增长率 增长速率 有无K值 无K值 有K值 联系 两种增长曲线的差异主要是环境阻力的有无 2.有关λ的典型曲线解读 (1)第0～4年：λ>1且恒定，种群数量呈“J”形增长。 (2)第4～5年：尽管λ减小，但仍大于1，种群数量一直增加。 (3)第5～9年：λ＝1，种群数量维持相对稳定。 (4)第9～10年：λ<1，种群数量不断减少。 (5)第10～11年：λ＝0.5，仍小于1，种群数量不断减少。 (6)第11～12年：尽管λ在增大，但仍小于1，故种群数量持续减少，至第12年时种群数量达到最少。 (7)第12～13年：λ>1，种群数量开始不断增加。 3．“S”形曲线的解读和分析方法 (1)三种模型 　(1)λ≠增长率 λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数，而非增长率。增长率＝(末数－初数)/初数×100%＝(N0λt＋1－N0λt)/N0λt×100%＝ (λ－1)×100%。 (2)K值≠种群数量能达到的最大值 种群数量能达到的最大值是种群数量在某一时间点出现的最大值，这个值存在的时间很短，可以大于K值。 1．(教材P8“思考·讨论”改编) 20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937—1942年，这个种群数量的增长如下图所示。下列推测正确的是(　　) A．用样方法调查该地环颈雉种群密度 B．该时间段环颈雉没有因病死亡个体 C．该岛屿上没有生物与环颈雉竞争 D．该时间段环颈雉的食物比较充足 解析：选D。环颈雉活动能力强、活动范围广，调查环颈雉的种群密度应采用标记重捕法，A错误；题图所示时间段内环颈雉种群数量存在下降区段，可能存在环颈雉个体因病死亡，B错误；岛屿上存在与环颈雉竞争的生物，只是环颈雉的食物和空间条件充裕且缺乏天敌而整体上呈“J”形增长，C错误，D正确。 2．(2024·广东佛山高二联考)下图表示某种害虫迁入某一生态系统后，种群数量随时间变化的曲线。下列有关叙述错误的是(　　) A.防治害虫最好在c点之前进行 B．c点对应的时刻种群增长速率最大 C．环境阻力在c点出现，在e点达到最大 D．e点出现的主要原因是出生率约等于死亡率 解析：选C。曲线的斜率表示种群的增长速率，故a到c点种群增长速率增大，到c点时增长速率最大，防治害虫应在该点之前进行，A、B正确；环境阻力在开始就存在，种群较小时，环境阻力较小，并不是在c点时才开始出现环境阻力，种群数量达到最大时即e点时环境阻力最大，C错误；e点出现的主要原因是出生率约等于死亡率，种群处于稳定期，D正确。 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．建构相应的模型后需通过实验或观察等进行检验或修正 解析：选C。数学模型中的曲线图能更加直观地反映出种群的变化趋势，而数学公式更加准确，A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，在时间上形成前后对照，不需要设置对照实验，B正确；“J”形增长的数学模型中，λ表示种群数量是前一年种群数量的倍数，且为大于1的恒定值，不是自变量，C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正确。 2．(教材P12“概念检测”T1改编)在自然界，种群数量的增长既是有规律的，又是复杂多样的。下列相关表述正确的是(　　) A．将一种生物引入一个新环境中，在一定时期内，这个生物种群就会出现　“J”　形增长 B．种群的　“S”　形增长不适用于草履虫等单细胞生物 C．由于环境容纳量是有限的，种群增长到一定数量就会保持稳定 D．若某种群的数量呈　“S”　形增长，则种群密度影响其增长速率 解析：选D。将一种生物引入一个新环境中，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，这个生物种群才会出现“J”形增长，A错误。在自然界，大多数种群的数量呈“S”形增长，B错误。种群增长到一定数量不一定会保持稳定，C错误。 3．(2024·山东潍坊高二期末)研究人员对某地区不同物种三个种群的数量进行跟踪调查，并计算其λ(该种群数量是前一年种群数量的倍数)，结果如下图所示。下列说法正确的是(　　) A．甲可能是外来入侵物种 B．乙有固定的λ值，增长曲线为“J”形 C．丙在t1与t3时的年增加个体数量基本相等 D．丙在t2～t4时间段内种群数量逐渐减少 解析：选A。甲的λ一直不变，且大于1，说明种群数量持续性增加，增长曲线为“J”形，甲很可能是外来入侵物种，A正确；乙的λ一直不变，但小于1，说明种群数量不断减少，增长曲线不是“J”形，B错误；丙在t1与t3时的λ相等，且大于1，说明种群数量年增长的倍数相同，但在t1与t3之间，λ大于1，说明种群数量一直在增加，故t3时的年增加个体数量大于t1时的，C错误；丙在t2～t4时间段内λ先大于1而后小于1，说明种群数量先上升后下降，D错误。 4．(2024·北京高二期末)下图为种群数量增长曲线，有关叙述错误的是(　　) A．“J”形和“S”形曲线均是数学模型的一种表现形式 B．“J”形曲线所示种群增长速率仅由种群的内在因素决定 C．bc段种群增长速率逐渐减小，出生率小于死亡率 D．改善空间和资源条件有望使K值提高 解析：选C。“J”形和“S”形曲线均是数学模型的一种表现形式，优点是比较形象直观，缺点是不够准确，A正确；“J”形曲线是在食物和空间条件充裕、无天敌等理想条件下种群的增长曲线，此时种群数量增长快慢由种群内在因素决定，B正确；“S”形种群增长速率先增大后减小，在c点种群增长速率为0，bc段种群增长速率逐渐减小，但种群数量增加，出生率仍大于死亡率，C错误；K值是环境容纳量，同一种生物的K值不是固定不变的，其会受到环境的影响，因此改善空间和资源条件有望使K值提高，D正确。 5．(2024·山东菏泽高二期末)下图表示某物种迁入呼伦贝尔草原后的种群增长速率的变化，经调查，第5年时的种群数量为200只。下列有关分析正确的是(　　) A．该物种迁入呼伦贝尔草原后种群数量呈“J”形增长 B．理论上该种群在此草原中的环境容纳量约为400只 C．由于天敌、有限的生活空间和资源等，第5年到第9年种群数量减少 D．若该物种为东方田鼠，在第5年时进行防治效果最好 解析：选B。从题图中可以看出，该种群增长速率先增大后减小，不符合“J”形增长，A错误；第5年种群增长速率最快，种群数量为K/2＝200只，所以，理论上该种群在此草原中的环境容纳量约为400只，B正确；第5年到第9年种群增长速率大于0，所以第5年到第9年种群数量是增加的，C错误；防治有害动物应该在K/2之前进行，第5年时种群数量为K/2，种群增长速率最大，此时进行防治比较困难，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $