(共39张PPT)
第2节 种群的数量变化
一、建构种群增长模型的方法
二、种群的“J”形增长和“S”形增长
根据种群增长的“J”形曲线和“S”形曲线,比较二者异同。
三、种群数量的波动
在自然界中,对于大多数生物的种群来说,种群数量总是处于波动中。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。
预习反馈
1.判断
(1)在相对稳定的生态系统中,种群数量在K值上下波动。(
√
)
(2)在K/2时控制有害动物最有效。(
×
)
(3)建立自然保护区,改善栖息环境,以提高环境容纳量,是提高大熊猫种群数量的根本措施。(
√
)
(4)对于“S”形曲线,同一种群的K值是固定不变的,与环境因素无关。(
×
)
(5)研究种群数量的变化有利于对有害动物进行防治,以及对野生生物资源加以保护和利用。(
√
)
2.建立种群数量变化的数学模型一般不需要( )
A.观察研究对象,提出问题,作出合理的假设
B.根据实验数据,用适当的数学形式对种群数量变化进行表达
C.通过进一步实验或观察,对数学模型(公式或曲线)进行检验或修正
D.设置对照实验
解析:建立种群数量变化的数学模型的步骤:观察研究对象,提出问题→提出合理的假设→根据实验数据,用适当的数学形式对种群数量变化进行表达→通过进一步实验或观察对数学模型(公式或曲线)进行检验或修正。
答案:D
3.下列有关种群增长的模型的说法,不正确的是( )
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、没有天敌和其他竞争物种等
B.呈现“S”形增长的种群,随着时间的推移,其种群增长所受的环境阻力加大
C.种群增长数学模型的构建,通常包括以下步骤:观察并提出问题、作出假设、建立模型、检验或修正模型
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
解析:“J”形曲线的形成条件是理想的,不存在K值。
答案:D
4.生态学家高斯在0.5
mL的培养液中放入5个大草履虫,在培养至第5天后,大草履虫的数量基本维持在375个左右,对此实验认识不正确的是( )
A.高斯实验得到的K值受到培养液体积的限制
B.高斯实验得到的K值是375个
C.在相同条件下培养变形虫,K值也是375个
D.重复此实验,K值有可能不同
解析:K值受环境条件的影响,包括食物、空间等条件,而培养液容量既是食物条件限制,也是空间条件限制,A项正确;大草履虫的数量基本维持在375个左右,说明375是环境对大草履虫的最大容纳量,B项正确;不同的生物在相同的环境里,K值不一定相同,C项错误;K值受到营养、温度等因素的影响,重复此实验,K值可能不同,D项正确。
答案:C
三、探究培养液中酵母菌种群数量的变化
预习反馈
1.下列对探究酵母菌种群数量变化规律实验的叙述,正确的是( )
A.用血球计数板计数酵母菌个数时,取适量培养液直接滴加到计数室内
B.对于压在一个方格界线上的酵母菌的处理方法是计数四条边及其顶角的酵母菌数
C.对酵母菌的计数方法是抽样检测的方法
D.与一般的生物实验一样,该探究实验也需要单独设置对照组
答案:C
2.下列关于“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验的相关操作,正确的是( )
A.培养用具必须经过严格的灭菌处理,培养液则不需要灭菌
B.培养酵母菌时,必须除去培养液中的溶解氧
C.从瓶中吸出培养液进行计数之前,不必摇匀培养瓶中的培养液
D.为了方便酵母菌计数,培养后期的培养液应稀释后再计数
解析:培养用具与培养液都需灭菌。酵母菌是兼性厌氧菌,培养酵母菌不必去除培养液中的溶解氧。从瓶中吸出培养液进行计数之前,应摇匀培养瓶中的培养液,使酵母菌分布均匀。培养后期的培养液中酵母菌种群密度较大,应稀释后再计数。
答案:D
探究点一
探究点二
种群的增长曲线
情境导引
种群的“J”形和“S”形增长曲线各有什么特点?如何将这些特点应用于生产和生活实际?
1.如图表示的是种群数量增长中的两个经典曲线。请据图思考下列问题。
探究点一
探究点二
(1)图甲中的阴影部分代表什么含义?
提示:代表环境的阻力或被环境所淘汰的个体数目。
(2)图乙表示一个种群的K值不是恒定不变的,下列哪些因素可以使原来的环境容纳量(K2)变成新的环境容纳量(K1)?
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:①②④⑤。
探究点一
探究点二
2.增长率是指一段时间内种群数量增加的部分占初始种群数量的比例。计算公式为:增长率=种群数量差/初始总数×100%。增长速率是指种群数量在单位时间内的增长的数量。计算公式为:增长速率=种群数量差/时间。请用图示形式,归纳展示“J”形和“S”形增长曲线的增长率和增长速率。
探究点一
探究点二
提示:
探究点一
探究点二
3.根据“S”形增长曲线的特点,请分析养鱼要获得每日的最大捕获量,则需要将鱼群的个体数量控制在哪个数值上;如果长期内获得较大的捕获量,则需要将鱼群控制在哪个数值上。
提示:获得最大日捕获量需要将鱼群的个体数量控制在K值上;如果长期获得较大的捕获量,则需要将鱼群数量控制在K/2上。
探究点一
探究点二
典例剖析
(多选)(2020辽宁抚顺高二期末)下图曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示某野生动物种群数量在达到环境容纳量后所发生的三种可能变化,有关叙述正确的是( )
A.因环境阻力的存在,该种群数量不能呈“J”形增长
B.曲线Ⅰ说明该种群栖息地可能受到轻度破坏
C.形成曲线Ⅱ后,若建立保护区可以提高该种群数量
D.形成曲线Ⅲ最可能的原因是该种群的天敌数量增多
探究点一
探究点二
解析:在自然条件下,由于环境阻力的存在,该种群数量不会呈“J”形增长,A项正确;环境容纳量与环境条件有关,环境改善,环境容纳量增大,环境破坏,环境容纳量减小,且环境破坏越严重,环境容纳量越小,曲线Ⅰ、Ⅱ变化可知,环境改变,特定种群的环境容纳量会发生变化,B、C两项正确;形成曲线Ⅲ最可能的原因是栖息地的破坏等,天敌多不会导致种群灭绝,两者数量会处于动态平衡,D项错误。
答案:ABC
探究点一
探究点二
归纳提升
1.种群数量增长的“J”形曲线和“S”形曲线
探究点一
探究点二
探究点一
探究点二
2.“S”形曲线的K值
(1)K值及其变动示意图
同一种生物的K值不是固定不变的,会受到环境的影响。在环境不遭受破坏的情况下,K值会保持相对稳定;当种群数量偏离K值时,会通过负反馈机制使种群数量回到一定范围内。环境遭受破坏时,K值会下降;生物生存的环境改善时,K值会上升。
探究点一
探究点二
(2)K值的应用
①野生生物资源的保护:保护野生生物生活的环境,减小环境阻力,增大K值。
②有害生物的防治:增大环境阻力(如为防鼠害而封储粮食、清除生活垃圾、保护鼠的天敌等),降低K值。
(3)K/2的应用
①资源的开发与利用:种群数量达到环境容纳量的1/2时,种群增长速率最大,再生能力最强,故应把握K/2处的黄金开发点,即大于K/2时收获多余量,以维持种群数量在K/2左右,可实现“既有较大收获量又可保持种群数量高速增长”,符合可持续发展的原则。
②有害生物的防治:务必及时控制种群数量,严防其增至K/2处,如蝗虫的防控。若种群数量增至K/2处,可导致该有害生物成灾,如蝗灾。
探究点一
探究点二
活学活练
1.下面两种曲线是同一生物在同样条件下的培养结果。以下分析错误的是( )
A.图1、图2都可以表示该种群在有限环境条件下的增长规律
B.图1中A点与图2中的C点对应
C.图1中B点与图2中的D点对应
D.图1、2中的B、C点都可以表示种群达到了环境容纳量
探究点一
探究点二
解析:通过分析曲线可知,两条曲线中的种群个体数量最终都达到一个最大值,所以它们都属于“S”形增长,环境条件是有限的,A项正确;图1中,曲线斜率最大的点A点增长速率最大,对应图2中的C点,B项正确;图1中的B点增长速率为0,对应图2中的D点,C项正确;图1、2中表示种群达到了环境容纳量的点分别是B、D点,D项错误。
答案:D
探究点一
探究点二
2.关于下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“S”形增长过程中,在达到K/2之前就是“J”形增长
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
探究点一
探究点二
解析:种群“J”形曲线只有在理想条件下才能出现;种群呈“S”形增长过程中,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,所以不是“J”形增长;种群数量达到600即K/2时,出生率等于死亡率,种群数量不变,此时种群增长率为0;环境条件变化时,种群的K值也会发生相应变化。
答案:B
探究点一
探究点二
探究培养液中酵母菌种群数量的变化
情境导引
实验室中对酵母菌的培养需注意哪些事项?对培养液中的酵母菌进行计数应怎么操作?
思考并回答下列问题。
1.从试管中吸出培养液进行计数之前,需将试管轻轻振荡几次,试分析其原因。
提示:使培养液中酵母菌分布均匀,以减少误差。
2.探讨:(1)本实验需要设置对照吗?(2)需要做重复实验吗?
提示:(1)不需要,实验前后互为对照。
(2)需要重复实验,以提高实验数据的准确性。
3.对于压在小方格界线上的酵母菌应当怎样计数?
提示:只计相邻两边及其顶角上的酵母菌,一般遵循“计上不计下,计左不计右”的原则。
探究点一
探究点二
典例剖析
为了探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化,某同学进行了如下操作,其中正确的是( )
A.将适量干酵母放入装有一定浓度葡萄糖溶液的锥形瓶中,在适宜条件下培养
B.将培养液静置一段时间后,用吸管从锥形瓶中吸取一定量的培养液
C.在血细胞计数板中央滴一滴培养液,盖上盖玻片,并用滤纸吸去边缘多余培养液
D.将计数板放在载物台中央,立即在显微镜下观察、计数
探究点一
探究点二
解析:应将培养液振荡均匀后,再吸取培养液,B项错误;在探究酵母菌种群数量变化的实验时,将盖玻片放在计数板上,用吸管吸取培养液,滴于盖玻片边缘,让培养液自行渗入到计数板小方格内,C项错误;将计数板放在载物台中央,应先静置一段时间,待酵母菌沉降到计数室底部,再进行观察、计数,否则酵母菌不在一个平面上,在显微镜下就不能观察到所有细胞,使计数结果偏小,D项错误。
答案:A
探究点一
探究点二
归纳提升
1.酵母菌的计数方法
(1)仪器:血细胞计数板(如下图)。
探究点一
探究点二
如上图所示,一个大方格的容积为0.1
mm3,每个大方格又分为16个中方格,共有25×16个小方格。
(2)用计数公式计算1
mL菌液中的总菌数时,设四个中方格中的总菌数为A,稀释倍数为B,由于1
mL=1
000
mm3,所以1
mL菌液的总菌数=
×1
000×B=40
000AB。
探究点一
探究点二
2.实验操作的注意事项
(1)本实验不需要设置对照实验,因不同时间取样已形成相互对照,需要做重复实验,目的是减少误差,即对每个样品计数三次,取其平均值。
(2)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。
(3)从锥形瓶中吸出培养液进行计数前,需将锥形瓶轻轻振荡几次,目的是使培养液中的酵母菌均匀分布,减小误差。
(4)每天计数酵母菌数量的时间要固定。
探究点一
探究点二
(5)制片时,要先在计数室上盖上盖玻片,然后用吸管吸取培养液,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。
(6)若视野中细胞数目多,培养液要进行定量稀释重新计数,以每个小方格内含有4~5个酵母菌为宜。
(7)由于计数室中的菌悬液有一定的高度(0.1
mm),故需要让细胞沉降到计数室底部,避免细胞分布在不同液层深度,导致计数时被遗漏。
探究点一
探究点二
3.若观察时间足够长,培养液中酵母菌的数量及增长速率的变化趋势
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)
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,生存条件恶化,酵母菌死亡率高于出生率,种群数量下降。
探究点一
探究点二
活学活练
1.下列关于探究培养液中酵母菌种群数量的变化实验的操作,正确的是( )
A.改变培养液的pH不影响K值的大小
B.培养酵母菌时,必须去除培养液中的溶解氧
C.为保证数据准确,对培养后期的培养液计数前不能做稀释处理
D.酵母菌种群数量在不同时间的增长速率可能相同
解析:改变培养液pH会影响K值的大小,A项错误。酵母菌在有氧条件下可以进行有氧呼吸,不需要去除溶解氧,B项错误。为了方便酵母菌计数,对培养后期的培养液应先稀释后再计数,C项错误。酵母菌种群数量在不同时间的增长速率可能相同,D项正确。
答案:D
探究点一
探究点二
2.将10
mL酵母菌培养液放在适宜的温度下培养,并于不同时间内等量均匀取样4次,分别测定样品中酵母菌的数量和pH,结果如下表所示。据表分析不正确的是( )
A.培养过程中酵母菌始终出生率>死亡率
B.样品的取样先后顺序为2、4、1、3
C.对酵母菌而言,10
mL该培养液的环境容纳量可能为1.21×107个
D.若进行第5次均匀取样,10
mL样品中的酵母菌数量有可能低于1.21×107个
探究点一
探究点二
解析:将10
mL酵母菌培养液放在适宜温度下培养,可根据培养液pH的变化来确定取样顺序,因为酵母菌的代谢活动消耗营养物质,不断产生CO2等代谢产物使培养液pH不断下降,因此取样顺序为2、4、1、3。从表中数据分析可知,样品1与样品3的酵母菌数量相同,说明酵母菌数量可能已经达到最大值,此时,出生率=死亡率;已知
1
mm3=10-3
mL,10-3
mL酵母菌培养液中,酵母菌数量的最大值为
1
210个,则10
mL酵母菌培养液中,酵母菌数量为
1
210×103×10=1.21×107(个),10
mL该培养液的环境容纳量可能为1.21×107个。继续培养,随着环境条件恶化,种群进入衰退期,出生率会小于死亡率,种群数量将不断下降,所以继续取样,酵母菌的种群数量有可能低于1.21×107个。
答案:A第1章种群及其动态
第2节 种群的数量变化
课后篇巩固提升
基础巩固
1.下列有关种群增长的“S”形曲线的叙述,错误的是( )
A.通常自然界中种群的增长曲线最终呈“S”形
B.达到K值后种群的增长速率也可能为负值
C.种群增长的开始阶段不受自身密度的影响
D.相同的种群K值也可能不同
答案C
2.种群在理想和自然条件下分别表现出“J”形和“S”形增长。下列有关种群增长曲线的叙述,正确的是( )
A.在种群“J”形增长模型(Nt=N0·λt)中,λ表示该种群的增长速率
B.在自然条件下,种群的环境容纳量(即K值)是固定不变的
C.在鱼类养殖中,在接近K值时进行捕捞有利于该种群的可持续发展
D.在“S”形曲线中,种群密度不同时可能具有相同的种群增长速率
答案D
3.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后,接种少量的小球藻,每隔一段时间测定小球藻的个体数量,绘制成曲线。下列能正确表示小球藻种群数量增长速率随时间变化趋势的曲线是( )
解析玻璃容器是有限的环境,在该环境中小球藻会呈现出“S”形增长,其增长速率先增加,达到最大值后再减小,直到变为0。
答案D
4.如图表示出生率、死亡率和种群密度的关系,据此分析得出的正确表述是( )
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
解析K/2时种群增长速率最大,控制有害动物应在K/2之前最有效,A项错误;我国控制人口增长的主要措施是实行计划生育,通过降低人口出生率来减少净补充量,B项错误;可通过出生率和死亡率来估算种群最大净补充量,C项正确;K值时种群密度最大,此时进行捕捞最易得到最大日捕获量,D项错误。
答案C
5.某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验时,分别在4支试管中进行培养(具体见下表),其他实验条件相同,均获得了“S”形增长曲线。据此分析错误的是( )
试管号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
培养液体积/mL
10
5
10
5
起始酵母菌数/个
10
5
5
10
A.4支试管内的种群达到K值的时间是Ⅳ=Ⅰ>Ⅱ=Ⅲ
B.4支试管内的种群在K/2时增长最快
C.试管Ⅲ内种群的K值与试管Ⅱ不同
D.试管Ⅳ内的种群数量先于试管Ⅱ的开始下降
解析由表格可知培养液的体积不同,起始酵母菌数不同,因此4支试管内的种群到达K值的时间不同。Ⅳ号试管内的环境阻力最大,因为试管内培养液体积最小,起始酵母菌数最多,因此最先达到K值;由于有毒物质积累,试管Ⅳ内的种群数量也最先开始下降。
答案A
6.经调查,第一年某种昆虫的种群数量为N0,如果在理想的条件下,每年的增长率α=1.3保持不变,则第三年该种群的数量为( )
A.1.3N0 B.1.69N0
C.2.3N0
D.5.29N0
解析在Nt=N0λt中,λ代表的是第二年的种群数量是第一年的倍数,不代表增长率,增长率=增加的个体/原来的个体数。设第1年的个体数为X1,第二年的个体数为X2,则α=(X2-X1)/X1=1.3,求得X2/X1=2.3,即λ=2.3。第一年用N0表示,则第三年就是(2.3)2×N0=5.29N0。
答案D
7.图甲和图乙是种群数量增长的两种常见模型,请回答下列问题。
(1)甲曲线形象直观,也可以用公式法精确地表示,其公式为 ,其中λ表示该种群数量是前一年的倍数。该λ主要取决于 (填种群特征)。?
(2)乙曲线的形成原因是 ,K值的含义是 。?
(3)在图丙中画出乙曲线的种群增长速率。
(4)“探究酵母菌种群大小的动态变化”实验就是一个验证过程。酵母菌种群数量的动态变化与培养条件密切相关。在营养条件不受限制时,种群数量增长曲线能在较长时间内保持“J”形。随着培养液中 的减少、 的增加,种群数量增长受到环境的限制,种群数量增长曲线为“S”形。?
解析(1)甲曲线是“J”形曲线,可以用公式Nt=N0λt来精确地表示,其中λ表示种群数量是前一年的倍数,其大小取决于种群的出生率和死亡率。(2)乙曲线是“S”形曲线,环境阻力导致形成此种曲线,曲线的K值表示环境容纳量。(3)乙曲线的种群增长速率在K/2之前是逐渐增大的,在K/2之后是逐渐降低的。(4)在“探究酵母菌种群大小的动态变化”实验中,在营养条件不受限制时,种群数量增长曲线能在较长时间内保持“J”形。随着培养液中营养物质的减少、代谢产物的增加,种群数量增长受到环境的限制,种群数量增长曲线为“S”形。
答案(1)Nt=N0λt 出生率和死亡率
(2)存在着环境阻力(其他合理答案也可) 环境容纳量
(3)
(4)营养物质 代谢产物
能力提升
8.(2020辽宁朝阳高二期末)下图表示某种兔迁入环境后种群增长速率随时间变化的曲线。第3年时用标记重捕法调查该兔种群的密度,第一次捕获50只全部标记后释放,一个月后进行第二次捕捉,共捕获50只,标记的10只。则下列数字最接近K值的是( )
A.250只
B.300只
C.500只
D.600只
解析由题目信息可知该种群的增长是“S”形增长,且第三年的种群增长速率最大,说明第三年的种群数量为K/2。根据标记重捕法得到数据,可计算得出第三年种群个体总数的估算值=50×50/10=250(只)。由此可推知该地区的K值为500。
答案C
9.(多选)下图为某种群的数量变化曲线,K1为长期处于相对稳态时该种群数量达到环境条件允许的最大值,B点由于某种因素的改变,最大值由K1变为K2。导致K1变为K2的原因可能的是( )
A.该种群迁入了大量同种个体
B.该种群的天敌大量迁出
C.该种群的生物发生了基因突变
D.该地区引入了新物种
解析该种群迁入了大量同种个体,会使种内竞争加剧,K值不会增加,A项错误;该种群的天敌大量迁出,生存环境得到改善,K值可能增加,B项正确;该种群的生物发生了基因突变,可能更加适应环境,K值可能增加,C项正确;该地区引入了新物种,如果该新物种捕食该种群的天敌,或者为该种群提供食物,K值可能增加,D项正确。
答案BCD
10.(多选)(2020山东平度一中高二期末)科研小组对某地甲、乙两个种群的数量进行了多年的跟踪调查,并研究/Nt随时间的变化趋势,结果如图所示(图中Nt表示第t年的种群数量,表示第t+1年的种群数量)。下列分析正确的是( )
A.甲种群在0~t3段的年龄结构不是一直为增长型
B.乙种群在0~t1段的种群数量呈“J”形增长
C.乙种群在t2时数量最少
D.甲种群在t3后数量相对稳定可能是生存条件得到了改善
解析题中的/Nt表示增长倍数λ,若/Nt>1,种群数量较上一年增加;若/Nt<1,种群数量较上一年下降;若/Nt=1,种群数量较上一年不变。据图可知,甲种群在0~t3段的种群数量先减少再增加,而增长型的种群数量一直增加,A项正确;乙种群在0~t1段的/Nt>1且恒定,种群数量呈“J”形增长,B项正确;乙种群在t2~t3段的种群数量仍在下降,C项错误;甲种群在t3后种群数量呈“J”形增长,D项错误。
答案AB
11.为探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化,某研究性学习小组按下表完成了有关实验,并定期对培养液中的酵母菌进行计数,绘制出了酵母菌数量变化曲线图。请回答下列问题。
试管编号
温度/℃
A
10
—
0.1
28
B
10
—
0.1
5
C
—
10
0.1
28
(1)请写出该同学研究的课题名称: 。?
(2)此实验组设计的变量是 。?
(3)为什么在接种、培养和计数的整个实验过程中,都要遵守无菌操作规范? 。?
(4)A试管培养液中酵母菌第 天的增长速率最大;第3天后A试管培养液中酵母菌数量增长减缓甚至不增长的原因是 。?
(5)A试管与B试管中酵母菌数量达到的最大值称为 ,A试管中该数值比B试管大的原因是 。?
(6)图中缺少C试管酵母菌的数量变化曲线,请你根据自己的推测在上图中补充画出该曲线。
答案(1)温度、营养物质对酵母菌生长的影响 (2)温度、营养物质 (3)排除杂菌对实验的干扰 (4)2 培养基中营养物质的大量消耗,代谢废物的积累,pH的改变,使环境阻力增大 (5)环境容纳量(K值) A试管的培养温度更适合酵母菌的繁殖,环境阻力小 (6)如下图。
