内容正文:
第九单元 生物与环境
第32讲 种群及其动态
【思维导图】
考点一 种群的数量特征和种群密度的调查方法
【夯实基础】
一、种群的概念和数量特征
1.种群的概念
种群是在一定的 空间范围 内,同种生物的 所有个体 形成的集合。
【概念解读】
种群概念的“一全”“二单”“三同”
(1)“一全”指全部个体。包括各个年龄段的、有性别差异的雌雄个体。
(2)“二单”指基本单位。种群是生物繁殖的基本单位,也是生物进化的基本单位。
(3)“三同”指同一物种、同一时段、同一区域的全部个体。种群具有一定的时间和空间限制,离开该条件的种群是不存在的。
【判断对错】
某农田中所有成熟小麦植株,构成小麦种群。 (×)
2.种群的数量特征
数量特征
概念
种群密度
种群在 单位面积 或 单位体积 中的个体数
出生率、
死亡率
单位时间内新产生或死亡的个体数目占该种群 个体总数 的比值
迁入率、
迁出率
单位时间内 迁入或迁出 的个体占该种群个体总数的比值
年龄结构
种群中 各年龄期 的个体数目的比例
性别比例
种群中 雌雄个体 数目的比例
【判断对错】
(1)薇甘菊入侵导致松树种群死亡率较高属于种群的数量特征。 (√)
(2)年龄大小、随机分布、种群密度均属于种群的数量特征。 (×)
【提示】 年龄大小是个体所具有的特征,随机分布不属于种群的数量特征。
(3)种群的年龄结构为增长型时,该种群的出生率一定大于死亡率,种群数量必然增加。 (×)
【提示】 年龄结构并不完全决定种群的数量变化,只能预测种群密度的变化趋势。由于受气候、食物、天敌等因素的影响,年龄结构为增长型的种群,其数量可能会下降。
(4)性别比例是通过影响种群的出生率和死亡率间接影响种群密度的。 (×)
【提示】 性别比例是通过影响种群的出生率间接影响种群密度的。
3.种群数量特征间的相互关系
二、种群密度的调查方法
1.逐个计数法
用于分布范围 较小 、个体 较大 的种群,如调查某山坡上的珙桐密度。
2.估算法
(1)黑光灯诱捕法:对于 有趋光性 的昆虫,可以用黑光灯进行灯光诱捕来调查种群密度。
(2)样方法
调查对象: 植物 或活动能力弱、活动范围小的动物。
调查程序:
【归纳提升】
利用样方法估算种群密度的注意事项
(1)确定样方法的调查对象时,一般选择双子叶草本植物,而不选择丛生或蔓生的单子叶草本植物。
(2)植物的大小不同,样方的面积也应不同。如乔木的样方面积为100 m2,灌木为16 m2,草本植物为1 m2。
(3)对于方形地块常用五点取样法,狭长地块常用等距取样法。
(4)计数时若有正好在边界线上的,应遵循“计上不计下,计左不计右”的原则。
【判断对错】
用样方法调查某植物种群密度,选取的样方越大,调查结果越准确。 (×)
【思维延伸】
下表表示某兴趣小组调查某植物的种群密度的结果:
样方
N1
N2
N3
N4
N5
种群密度/
(株·m-2)
8
7
10
x
9
其中N4中该植物的分布情况如右图所示,该样方的种群密度是多少? 计数时应遵循“计上不计下,计左不计右”的原则,该样方的种群密度是8株·。 。
(3)标记重捕法
调查对象: 活动能力强、活动范围大 的动物。
调查程序:
【归纳提升】
利用标记重捕法估算种群密度的误差分析
【判断对错】
调查森林中松鼠的种群密度时,因部分松鼠未被捕获,会导致估算结果比实际种群密度偏小。 (×)
【提示】 只要初捕、重捕过程符合随机抽样原则,未被捕获的个体不会纳入公式计算,不直接影响估算的结果。
【思维延伸】
标记重捕法主要适用于活动能力强、活动范围大的动物,为什么活动能力弱的动物不宜用标记重捕法? 活动能力弱的动物被标记后不能充分融入其他未标记的动物中,会导致重捕时误差较大 。
【高考联接】
一、种群的数量特征及其内在联系(高频)
(2025·湖北卷,T15)花鼠取食偏好红松球果,且具有分散贮食和遗忘贮藏点的特性。研究人员在2019—2023年间,对某地红松林中花鼠种群数量和红松结实量开展调查,发现2022年红松结实量最高,与其余四年的结实量存在显著差异;其余四年之间的结实量没有显著差异。花鼠种群5年的调查结果如下表。根据上述材料,下列推测合理的是()。
2019年
2020年
2021年
2022年
2023年
性比
(雌∶雄)
0.77
0.76
0.78
1.16
0.98
幼年组
14
21
26
47
37
成年组
62
56
60
54
62
老年组
2
2
3
5
3
A.花鼠能促进红松种子的传播
B.红松结实量受到花鼠种群数量的调控
C.花鼠的种群数量波动与其性比之间没有关联
D.从年龄结构分析,上述花鼠种群属于衰退型种群
【答案】 A
【解析】 花鼠分散贮食红松种子时会遗忘部分贮藏点,未被取食的红松种子可能萌发,促进了红松种子的传播,A合理;2022年红松结实量显著高于其余四年,而其余四年的结实量无显著差异,且由表中数据可看出,2019年与2020年花鼠种群数量相差不大,2022年与2023年花鼠种群数量相差不大,故无法得出红松结实量受到花鼠数量的调控的结论,B不合理;2022年性比(雌多雄少)与幼年组数量激增相关,说明性比变化影响繁殖率,C不合理;由题表可知,花鼠种群幼年组个体数量大于老年组,且幼年组个体数量总体呈增长趋势,因此年龄结构为增长型,D不合理。
二、种群密度及调查方法(高频)
1.(2025·安徽卷,T5改编)种群数量调查的具体方法因生物种类而异。下列叙述错误的是()。
A.采用标记重捕法时,调查过程中两次捕捉的间隔时间越长统计结果越准确
B.利用红外触发相机的自动拍摄技术,主要是对恒温动物进行野外种群数量调查研究
C.对鲸进行种群数量监测时,可利用声音的稳定、非损伤、低干扰特征进行个体识别
D.黑光灯诱捕的方法可用于调查某种趋光性昆虫的种群密度
【答案】 A
【解析】 一般来说,调查过程中两次捕捉的间隔时间如果过长,可能会导致部分标记物脱落等,从而造成统计结果不准确,A错误;恒温动物的体温相对恒定,红外触发相机可利用其体温与环境的温度差异进行自动拍摄,主要用于对恒温动物进行野外种群数量调查研究,B正确;鲸在水中活动,可利用声音(如鲸的叫声等)的稳定、非损伤、低干扰特征进行个体识别,从而对鲸进行种群数量监测,C正确;黑光灯诱捕的方法常用于调查有趋光性的昆虫的种群密度,是一种根据昆虫趋光特点估算它们种群密度的方法,D正确。
2.(2025·陕晋宁青卷,T20节选)过度放牧会导致土地退化,禁牧封育是防治荒漠化和开展风沙治理的重要措施。研究人员在黄土高原半干旱区对不同禁牧封育年限的群落开展调查,其中开展植物种群密度调查时常用样方法。研究区域的植物分布不均匀,理论上样方设置较合理的是图中的 (填“A”“B”或“C”),其原因是
。
注:深色方块代表样方的相对位置。
【答案】 B 该区域的植物分布不均匀,B种样方设置做到了随机取样,调查数据更加科学严谨,可最大程度减小误差
【解析】 使用样方法调查种群密度时,取样的关键是要做到随机取样,不能掺入主观因素,由于研究区域的植物分布不均匀,图A和图C样方集中在某一区域或某条线路上,均没有做到随机取样,会导致样本不具代表性,最终使误差偏大。
考点二 种群数量的变化及影响因素
【夯实基础】
一、种群数量变化的研究方法
1.研究方法:建立 数学 模型,即用来描述一个系统或它的性质的 数学形式 。
2.建立步骤
3.表达形式
(1)数学方程式:科学、准确,但不够直观。
(2)曲线图:直观,但不够 精确 。
二、种群数量的增长
项目
“J”形增长
“S”形增长
形成
原因
① 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
② 资源、空间 有限
数学
模型
Nt=N0λt
(注N0:③ 该种群的起始数量
t:时间
Nt:t年后该种群的数量
λ:该种群数量是前一年种群数量的④ 倍数 )
—
曲线
模型
增长速率=
增长率=
曲线
特点
(1)种群的数量以一定的倍数连续增长,不受自身种群大小和环境条件的制约。
(2)种群的增长率=⑤ λ-1 ,是定值
(1)在种群数量达到⑥ K/2 时,增长速率最大。
(2)后期由于⑦ 种内竞争 加剧,天敌数量⑧ 增加 等因素,出生率⑨ 降低 ,死亡率⑩ 升高 ,种群数量增长减缓。
(3)当出生率和死亡率相等时,种群数量稳定在 K 值(环境容纳量)
K值、
K/2
及应用
无K值
【判断对错】
(1)种群“J”形增长曲线中的增长率和增长速率均恒定不变。 (×)
【提示】 种群“J”形增长曲线中的增长率是定值,但增长速率会发生变化。
(2)增大大熊猫自然保护区的面积可提高环境容纳量。 (√)
(3)种群数量呈“S”形增长时,环境阻力仅在种群数量接近K值时才开始发挥作用。 (×)
(4)某种群的K值因环境改善而增大后,该种群数量会立即跃升至新K值并保持稳定。 (×)
【拓展延伸】
(1)“λ”曲线
①a段:λ>1 且恒定,种群数量呈“J”形增长。
②b段:λ虽然下降,但仍大于1,此段种群出生率大于死亡率,则种群数量一直增长。
③c段:λ=1,种群数量维持相对稳定。
④d段:λ<1,种群数量逐年下降。
⑤e段:虽然λ呈上升趋势,但仍未达到1,故种群数量逐年下降。
(2)K值的变化
①K值并不是种群数量的最大值,K值是环境容纳量,即一定的环境条件所能维持的种群最大数量。种群所达到的最大值会超过K值,但这个值存在的时间很短,因为此时环境条件已遭到破坏。
②在环境条件稳定,K值一定的情况下,种群数量也不是一成不变的,会在K值附近上下波动。当种群数量偏离K值的时候,负反馈调节会使种群数量回到K值。
③K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值可能会下降;当环境条件状况改善时,K值可能会上升。
(3)K值的三种表示方法
各图中t1时所对应的种群数量为 K/2 ,t2时所对应的种群数量为 K 值。
三、种群数量的波动
1.大多数生物的种群数量总是在波动中。处于波动状态的种群,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.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 。
3.当一个种群的数量过少,种群可能会由于近亲繁殖等而 衰退、消亡 。
四、影响种群数量变化的因素
种群的数量变化包括 增长、波动、稳定、下降 等,其主要影响因素如下:
繁殖策略是生物在长期进化过程中形成的,用于提高繁殖成功率和后代生存机会的一系列行为、生理和生态适应方式。田鼠凭借“短寿命、高繁殖”的繁殖策略,即便遭遇天敌捕食或环境波动,种群数量也能快速恢复;大熊猫却因“个体大、繁殖慢”的特性,一旦种群数量降至临界值,就面临灭绝风险。这两种截然不同的模式,正是生物在长期进化中形成的r对策与K对策。一般来说,K对策的动物生长速度慢、成熟晚、寿命长、体型大、每次产仔少、亲代对后代的护理多,如大型哺乳类、鸟类、爬行类等;r对策的动物生长速度快、成熟早、寿命短、体型小、每次产仔多、亲代对后代的护理少或无护理,如昆虫、鱼类、两栖类、啮齿类等。繁殖策略可以直接影响种群的数量和分布,还会使种群的年龄结构和性别比例发生变化。繁殖策略的选择促进了物种的适应性进化。成功的繁殖策略可以提高种群的基因流动,加速遗传变异的积累,使生物更好地应对环境挑战,增加物种适应未来环境变化的能力。
根据生物栖息环境和进化策略可把生物分为r选择生物(如东亚飞蝗)和K选择生物(如大熊猫),r选择生物适应不稳定、多变的环境,K选择生物适应稳定的环境。下图表示上述两类生物的种群数量变化曲线,图中Nt和Nt+1表示种群的上代和下代,图中虚线表示Nt+1/Nt=1,S为种群数量的平衡点,X为K选择生物的灭绝点。下列相关叙述错误的是()。
A.在S点之前,随种群密度增大,r选择生物的种群数量大致呈现“S”形增长
B.图中S点相当于种群的K值,种群密度大于S点后会引起种群密度持续下降
C.若K选择生物种群密度下降至接近X点,应分析下降原因并不断给予保护
D.在防治东亚飞蝗时,需要长期控制其密度,不能期望通过一次杀灭达到目的
【答案】 B
【解析】 从图中可以看出,在S点之前,r选择生物的Nt+1/Nt>1,种群数量增加,随着种群密度增大,Nt+1/Nt的值先增大后减小,即增长速率先增大后减小,所以r选择生物的种群数量大致呈现“S”形增长,A正确;图中S点为种群数量的平衡点,当种群密度大于S点后,Nt+1/Nt<1,种群数量会减少,因为存在负反馈调节,种群密度不会持续下降,而是在S点附近波动,B错误;X点为K选择生物的灭绝点,若某K选择生物种群密度下降至接近X点,说明种群处于濒危状态,此时应分析下降原因并不断给予保护,防止该种群灭绝,C正确;东亚飞蝗属于r选择生物,具有适应多变环境、繁殖能力强等特点,所以在防治东亚飞蝗时,需要长期控制其密度,不能期望通过一次杀灭达到目的,D正确。
【归纳小结】
种群数量变化的解释学说有多种,如“繁殖策略”“种群密度效应”等,不管哪种学说,种群数量变化都非单一因素作用的结果,而是内在调控机制与外在驱动机制共同作用的动态过程。内在调控机制是种群在长期进化中形成的、基于自身生理代谢、遗传特性及种内关系的主动调节,外在驱动机制是环境中生物因素(种间关系)与非生物因素(气候、地形等)对种群数量的被动影响。内在调控机制与外在驱动机制并非独立作用,而是通过“资源—生理—遗传—种间关系”的关联形成调控网络,共同决定种群数量变化。
【高考联接】
一、“J”形增长和“S”形增长曲线分析
(2025·黑吉辽内蒙古卷,T18改编)某山体公园自然条件下猕猴种群的环境容纳量约为840只。1986年后,游客的投喂和以保护为目的的固定投食,致使猕猴种群数量快速增长,引发了人猴冲突。为减少冲突事件的发生,研究人员做了相关调查,结果如下图。下列叙述错误的是()。
A.调查期间,若现有条件不变,猕猴种群数量不会持续增长
B.2013年人猴冲突事件减少,是因为猕猴种群数量接近自然条件下的环境容纳量
C.2016年后,猕猴种群数量超过自然条件下环境容纳量的主要原因是人为投食
D.为保护猕猴和减少人猴冲突,应适时迁出部分猕猴族群达到人与动物和谐相处
【答案】 B
【解析】 公园内空间有限,随着猕猴种群密度增大,猴群数量会受到栖息空间的制约,种群数量不会持续增长,A正确;人猴冲突是因为人为投食导致猕猴种群数量快速增长,冲突减少更可能是因为猕猴种群数量增长趋缓或人为管理措施干预(如控制投食、加强管理等),而非因为其数量接近自然条件下的环境容纳量,B错误;2016年后,猕猴种群数量显著超过自然条件下的K值(840只),人为投食是猕猴种群数量突破自然环境限制超过K值的主要原因,C正确;迁出部分猕猴可降低种群密度,减少猕猴对人类食物的依赖和竞争,从而缓解人猴冲突,D正确。
二、种群数量变化的影响因素(高频)
(2025·陕晋宁青卷,T11)入侵物种线虫甲和本土物种线虫乙常引起松树成片死亡。为探究两者的竞争关系,在相同实验条件下对甲和乙混合培养,部分结果如下表。下列叙述错误的是()。
组别
甲初始数量/条
乙初始数量/条
存活物种
1
9♂+9♀
10♂+10♀
甲
2
6♂+6♀
10♂+10♀
甲
3
4♂+4♀
10♂+10♀
甲
4
3♂+3♀
10♂+10♀
乙
A.相同条件下甲单独培养时的K值比混合培养时大
B.实验中仅存活一种线虫的原因是两者生态位相似
C.设置相同雌雄比是为排除性比对实验结果的干扰
D.结果表明野外释放乙是生物防治甲入侵的有效措施
【答案】 D
【解析】 混合培养时,甲和乙因存在种间竞争关系,会相互抑制对方的数量增长,所以相同条件下甲单独培养时的K值比混合培养时大,A正确;生态位是指一个物种在群落中的地位和作用,包括所处的空间位置,占用资源的情况,以及与其他物种的关系等,当两种生物生态位相似时,它们对资源的竞争会非常激烈,往往会导致其中一种生物被淘汰,所以实验中仅存活一种线虫的原因是两者生态位相似,B正确;在该实验中,性别比例是无关变量,无关变量保持相同且适宜是为了排除其对实验结果的干扰,C正确;从表中的实验结果可知,只要甲的初始数量没有低于一定值,存活的就是甲,当甲的初始数量低于一定值时,存活的才是乙,说明野外释放乙并不一定能有效防治甲入侵,防治效果还与两者的初始数量等有关,D错误。
科学方法系列 建立数学模型
【方法解读】
建构模型是高中生物学的重要学习方法,关于下列数学模型的说法,错误的是()。
A.图甲可表示萌发的种子中自由水与结合水比值随时间变化的情况
B.图甲可表示植物根尖成熟区细胞吸收K+的速率随O2浓度变化的情况
C.图乙可表示种群数量呈“S”形增长的增长速率,P点对应的种群数量为K/2
D.图乙可表示生长素类调节剂的促进生长作用,PM段表示浓度较高时抑制生长
【答案】 D
【解析】 若图乙表示生长素类调节剂的促进生长作用,OP段随着生长素类调节剂浓度的增大,促进生长的作用逐渐增强,PM段随着生长素类调节剂浓度的增大,促进生长的作用在减弱,但仍然是促进作用,D错误。
【高考联接】
(2025·江西卷,T17节选)捕捞强度与持续获得的鱼产量密切相关,其关系可用图 (填“甲”“乙”或“丙”)表示。
【答案】 甲
【解析】 一般认为,中等强度的捕捞有利于持续获得较大的鱼产量,捕捞量过大或者过小,均不利于持续获得最大鱼产量。据图分析,只有甲图显示了在中等捕捞强度下能持续获得较大鱼产量。
思维训练系列 分析循环因果关系
【思维解读】
在生物学上,许多生理或生态过程的 因果关系 是循环性的,也就是说,一定的事件作为引起变化的 原因 ,所导致的 结果 又会成为 新的条件 ,施加于原来作为原因的事件,使之产生 新的结果 ,如此循环往复。反馈调节(在一个系统中,系统本身工作的效果,反过来又作为信息调节该系统的工作)即循环因果关系的经典呈现,不管是正反馈,还是负反馈,都是如此。但二者在概念上略有侧重,循环因果关系中,两个事件互为因果,强调关系的循环性;而反馈调节侧重原先的效果事件反馈作用于前置条件,强调的是一种调节方式。
【高考联接】
(2025·黑吉辽内蒙古卷,T22节选)躯干四肢疼痛信息需依次经脊髓背根神经节、脊髓、丘脑三级神经元,传递至大脑躯体感觉皮层产生痛觉(如图)。回答下列问题:
局部组织损伤时,会释放致痛物质(缓激肽等),使感受器产生电信号。该信号沿上图所示通路传至大脑躯体感觉皮层产生痛觉的过程 (填“是”或“不是”)反射;该信号传递至下一级神经元时,需经过的信号转换是 ;该信号也可以从传入神经纤维分叉处传向另一末梢分支,引起P物质等的释放,加强感受器活动,通过 (填“正反馈”或“负反馈”)调节造成持续疼痛。
【答案】 不是 电信号→化学信号→电信号 正反馈
【解析】 反射需要经过完整反射弧(感受器→传入神经→神经中枢→传出神经→效应器)。痛觉的产生仅有感受器→传入神经→神经中枢部分环节,无传出神经和效应器参与,所以躯体感觉皮层产生痛觉的过程不是反射。神经元间通过突触传递信号的过程是电信号传到突触前膜,引发神经递质释放(化学信号),神经递质作用于突触后膜再转为电信号。因此该信号传递至下一级神经元时,需经过的信号转换是电信号→化学信号→电信号。该信号从传入神经纤维分叉处传向另一末梢分支,引起机体释放P物质等加强感受器活动,使疼痛持续且加剧,是正反馈调节(正反馈可使生理过程不断加强、偏离原有平衡状态)。
实验 探究培养液中酵母菌种群数量的变化
【夯实基础】
一、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 成分、空间、pH、温度 等因素的影响。
2.在理想的环境中,酵母菌种群呈 “J” 形增长;自然界中资源和空间条件总是有限的,酵母菌种群呈 “S” 形增长。
3.计数酵母菌数量可用 抽样检测 的方法。
二、实验流程
【注意事项】
(1)溶液要进行定量稀释,每天计数酵母菌数量的时间要固定。
(2)从试管中吸出培养液进行计数前,需将试管轻轻振荡几次,目的是使培养液中的酵母菌分布均匀,减小误差。
(3)制片时,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,多余培养液用滤纸吸去。
(4)制好装片后,应稍等片刻,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。
(5)用显微镜计数时,对于压在小方格界线上的酵母菌,应遵循“计上不计下,计左不计右”的原则。
三、血细胞计数板及相关计算
1.血细胞计数板
血细胞计数板由一块厚玻璃片特制而成,其中央有两个计数室。每个计数室划分为9个大方格(如图A所示),每个大方格的面积为1 mm2,加盖玻片后的厚度为0.1 mm。因此,每个大方格的容积为0.1 mm3。计数室的刻度有两种:一种为中央大方格以细线等分为25个中方格(如图B所示),每个中方格又等分为16个小方格,供细胞计数用;另一种是中央大方格以细线等分为16个中方格,每个中方格又等分为25个小方格。不管计数室是哪一种,它们都是由400个小方格组成的,故每个小方格的面积是1/400 mm2。
2.计算公式
(1)在计数时,先统计(如图B所示)5个中方格中的总菌数,求得每个中方格的平均值,再乘以25,就得出一个大方格的总菌数,然后再换算成1 mL菌液中的总菌数。
(2)设5个中方格中总菌数为A,菌液稀释倍数为B,则0.1 mm3菌液中的总菌数为(A/5)×25×B。已知1 mL=1 cm3=1 000 mm3,1 mL菌液的总菌数=(A/5)×25×10 000×B=50 000A·B。
【高考联接】
实验过程和结果分析
(经典高考真题)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】 振荡培养的主要目的是加速二氧化碳溶解于培养液中,增大培养液中的二氧化碳量,A错误;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,稍待片刻后再计数,B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个较为合适,C错误。
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