2018-2019版高中生物 第3章 生物群体的动态平衡学案（打包6套）北师大版必修3.zip

1第 3 章 生物群体的动态平衡章末整合(三)本章网络构建①______；②______；③______；④______；⑤______；⑥______；⑦______；⑧______；⑨______；⑩______。答案 ①重叠 ②分化 ③垂直结构 ④水平结构 ⑤出生率 ⑥死亡率 ⑦年龄结构 ⑧指数增长 ⑨非密度制约因素 ⑩次级演替规律方法整合方法一 比较法辨析物种、种群、群落典例 1 下列组合中，依次属于物种、种群和群落的是( )①所有的朱槿 ②一片水田中所有的稻螟虫 ③一片农田中的所有水稻、杂草和无机环境 ④一片森林中的全部动物和植物 ⑤南湖中的全部生物 ⑥某草原的全部生物和环境2A．①④⑥ B．①②⑤C．②③④ D．①⑤③答案 B解析 物种是分类的基本单位，朱槿是物种名；在一片水田中同种稻螟虫的所有个体的总和称为种群；南湖中的全部生物包括植物、动物、微生物，属于群落。某草原上所有的生物属于群落，加上无机环境就属于生态系统。方法链接1．种群是研究范围内同种生物的全部个体，它应包括该范围内各个年龄段的所有雄性个体和所有雌性个体。2．群落应是研究范围内有直接或间接关系的所有生物的总和。从生物的大体分类及生态系统的成分分析，生物群落应包含：植物、动物、微生物。3．物种和种群的比较：同一物种的不同个体可以分布在不同的区域形成不同种群，但这些种群间只存在地理隔离而不存在生殖隔离，当它们相遇时能进行正常的基因交流，因而种群是物种的存在形式和繁殖单位。(如图 1)4．个体、种群、群落之间的关系，如图 2 所示。迁移训练1．下列关于种群和群落的叙述中，不正确的是( )A．种群是构成群落的基本单位B．同一时间的一定区域内，全部同种生物个体形成种群，全部不同种生物个体形成群落C．自然群落两个种群所占有的生态位不会发生变化D．研究种群与群落之间的关系实质上也是在探究生命系统中“局部”与“整体”的关系答案 C解析 当两个种群生态位有重叠时，通过自然选择作用，生态位可以发生变化，从而减少或排除竞争，使它们共同生存下来。方法二 巧妙解读与年龄结构有关的图示典例 2 种群的年龄结构大致可分为图示甲、乙、丙三种类型，下列相关说法错误( )3A．我国在 20 世纪 50～60 年代出现生育高峰，因此造成 20 世纪 70 年代初期人口的年龄结构成为图甲所示类型B．在渔业生产中，要严格控制渔网孔眼大小以保护幼鱼，捕捞后，该水域中该鱼种群的年龄结构成为图甲所示类型C．农业生产上应用性引诱剂来干扰害虫交尾的措施，有可能使该种害虫的年龄结构成为图丙所示类型D．一个种群的年龄结构是稳定不变的答案 D解析 由于我国 20 世纪 50～60 年代出现生育高峰，使 20 世纪 70 年代我国人口的年龄结构情况是幼年个体数量多，造成人口数量增多，成为图甲所示的增长型；严格控制渔网孔眼大小以保护幼鱼，将使捕捞水域中该鱼种群的年龄结构成为图甲所示的增长型；用性引诱剂来干扰害虫正常交尾，使幼虫数量锐减，害虫的年龄结构将成为图丙所示的衰退型；年龄结构不是稳定不变的，而是处于一个动态的变化过程中。方法链接1．模式图(1)图解(2)析图种群 年龄结构情况出生率和死亡率情况种群数量变化趋势 所属类型A繁殖前期个体数多，繁殖后期个体数少＞ 增加 增长型B各年龄组的个体数比例适中 ≈波动 稳定型C繁殖前期个体数少，繁殖后期个体数多＜ 降低 衰退型2.曲线图4(1)图解(2)析图图甲繁殖前期个体数多，繁殖后期个体数少，出生率＞死亡率，种群数量增加，属增长型；而图乙则相反，应为衰退型。3．统计图(1)图解如图 A、B 为两个国家人口的年龄结构图，纵轴表示年龄，横轴表示各年龄段人口占总人口的百分比。(2)析图①男女比例在各个年龄段接近 1∶1。②A 国各个年龄段比例适中，为稳定型。③B 国幼年个体特别多，老年个体少，应为增长型。④B 国若需要控制人口，则最有效的措施是计划生育，而且几十年后可能面临老龄化问题。4．柱形图(1)图解(2)析图图 A 中繁殖前期个体数少，繁殖后期个体数多，为衰退型。图 B 中繁殖前期个体数多，繁殖后期个体数少，为增长型。图 C 中各时期比例适中，应为稳定型。迁移训练2．下图是某地区广东松的种群年龄结构调查结果，该种群的最终发展趋势是( )5A．该种群的数量增长曲线为“J”型B．种群密度下降C．环境阻力不变D．该种群年龄结构为增长型答案 B解析 从柱形图提供的数据可以看出：广东松种群的年龄结构是繁殖前期个体远远少于繁殖期和繁殖后期的个体，属于衰退型的年龄结构。因此该种群的最终发展趋势是种群密度下降，生物繁殖数量少的原因之一是环境阻力加大，在有环境阻力的情况下，该种群的数量增长曲线不可能为“J”型。方法三 巧妙辨析种群特征之间的联系典例 3 下列有关种群特征的叙述中，错误的是( )A．同一物种的不同种群出生率是会发生变化的B．出生率和死亡率是决定种群大小和密度的重要因素C．预测将来种群数量变化主要看性别比D．种群密度是指某个种群在单位空间或面积内的个体数量答案 C解析 预测将来种群发展趋势是依靠年龄结构。方法链接1．影响种群密度变化的因素有多种，它们的相互关系如下图：2．种群特征间的关系：(1)在种群的特征中，种群密度是最基本的特征。种群密度越高，一定范围内种群个体数量越多，即种群密度与种群数量呈正相关。(2)出生率、死亡率是决定种群大小和种群密度的直接因素。出生率高时，种群数量增加；反之，种群数量减少。(3)6年龄结构和性别比是通过影响出生率和死亡率间接影响种群密度和种群数量的，而性别比仅是通过影响出生率间接影响种群密度和种群数量，年龄结构是预测种群密度(数量)未来变化趋势的重要依据。迁移训练3．某种群刚迁入一个新的栖息地后，种群数量开始增长。随着时间的推移，种群数量停止增长并维持相对稳定。在停止增长期间( )A．增长率大于零B．老年个体数量最多C．出生率及死亡率均为零D．种群密度最大答案 D解析 据题干信息：种群停止增长并维持相对稳定，故此刻增长率几乎等于零，种群密度最大；种群的年龄结构为稳定性。各个年龄阶段的个体数差不多；此刻出生率与死亡率几乎相等，但出生率与死亡率的数值不一定为零。方法四 “S”型曲线的变形分析典例 4 如图表示某种小型淡水鱼迁入新的湖泊后种群增长速率随时间变化的曲线，根据该曲线不能得出的结论是( )A．t 3时该种小型淡水鱼的年龄结构为增长型B．t 4时该种小型淡水鱼在新环境中逐渐消失C．该种小型淡水鱼在新的环境中呈逻辑斯蒂增长D．该种鱼在新湖泊中的环境容纳量约为 t2时该鱼数量的两倍答案 B解析 根据该种群增长速率随时间变化曲线可知 t4之前种群密度将增大，其年龄结构应为增长型，且增长速率先增大后减小，在 t4时不再增长，故种群应呈逻辑斯蒂增长，t 4时为种群的 K 值，t 2时增长速率最大，应对应“S”型增长曲线中的 K/2 值。方法链接首先我们应明确各曲线的特点，辨析纵、横坐标的含义，然后再结合种群的数量特征及其内在联系答题。7注意，种群增长率不同于种群增长速率。种群增长率＝(本次总数－上次总数)/上次总数；种群增长速率＝(本次总数－上次总数)/时间。如果某种群现有数量为 a，一年后，该种群数量为 b，那么该种群的增长率为(b—a)/a，增长速率为(b—a)/一年。由图 1 可知， T0～ T2时间内种群增长速率由小变大，达到最大值后又逐渐变小；图 1T1点种群增长速率最大，对应图 2T1点，曲线斜率最大；图 1T2点种群增长速率为零，对应图 2T2点，曲线的斜率为 0，种群数量最大。在图 2 中，根据“S”型曲线的特征，不难得出 T1对应的点，即为 K/2 值。在“S”型曲线中，随着种群的出生率降低，死亡率增高，种群增长率应该是一直下降的。迁移训练4．在营养、资源较好的培养基上接种少量细菌，每隔一段时间测量细菌的个体数量，绘制成曲线，如右图所示。下图中能正确表示细菌数量增长率随时间变化趋势的曲线是( )答案 A解析 从题干中获得的信息有：①将少量细菌接种在营养丰富的培养基上，②在一段时间内细菌数量增长相当于“J”型曲线，可得增长率不随时间变化。方法五 种群 K 值的相关应用典例 5 下图表示某处于平衡状态的生物种群因某些外界环境变化导致种群中生物个体数量改变时的四种情形，下列有关产生这些变化的原因的分析中，正确的是( )8(1)若图①所示为草原生态系统中某种群，则 a 点后的变化可能原因是过度放牧(2)若图②所示为某发酵罐中菌种数量，则 b 点后的变化原因可能是增加营养供应(3)图③中 c 点后发生的变化表明外界环境变化有可能导致种群数量减少直至灭绝(4)图④曲线可用于指导海洋捕捞A．只有一种说法正确 B．只有两种说法正确C．只有三种说法正确 D．四种说法都正确答案 D解析 图①K 值为自然环境对某种群的最大容纳量，a 点后的变化可能原因是人为过度放牧。图②b 点后 K 值变大，可能是增加营养供应的结果。图③中 c 点后种群数量下降，说明外界环境变化有可能导致种群数量减少直至灭绝。图④为种群数量曲线，可用于指导海洋捕捞。方法链接种群的 K 值，就是在一定环境中种群数量所达到的最大值。种群的实际数量在 K 值上下波动，另外环境的改变和破坏会引起 K 值发生变化。迁移训练5．自然界中的种群增长一般呈现出“S”形曲线的走势，在此增长趋势中( )A．种群的增长与自身密度无关B．达到 K 值时种群数量不再变化C．种群的增长受到环境因素制约D．同一种群的 K 值始终保持固定答案 C解析 种群的增长受自身种群密度的影响，密度增加到一定数值时，会抑制增长速率；由于受到环境等因素的影响，达到 K 值后，种群数量会在一定范围内波动，因此同一种群的 K 值会在不同的时间内发生变化。方法六 正确理解群落的结构典例 6 下列关于生物群落结构的叙述，不正确的是( )A．在垂直方向上，群落具有明显的分层现象B．动物在群落中的垂直分布依赖于植物C．在水平方向上，不同地段的生物种类分布有差异D．动物在群落中没有水平结构答案 D9解析 在生物群落中，各个生物种群分别占据了不同的空间，使群落具有一定的结构。生物群落的空间结构主要包括垂直结构和水平结构。在垂直方向和水平方向上，生物群落都具有明显的差异。由于动物都直接或间接地依赖于植物，因此，动物在垂直方向上有分层现象，在水平方向上也具有一定的结构。方法链接群落之所以具有一定的结构，是因为群落中各个种群占据了不同的空间，或者说群落结构是各个种群在一定空间的配置状况。无论是垂直结构还是水平结构都与生态因素的作用密切相关。群落的结构不是由组成它的各个种群所能包括的，只有在群落总体水平上才能显示出来。任何群落都有一定的空间结构。构成群落的每个生物种群都需要一个较为特定的生态条件，在不同的结构层次上，有不同的生态条件。因此，群落中的每个种群都选择生活在群落中的具有适宜生态条件的结构层次上，这就构成了群落的空间结构。小结 群落的结构越复杂，对生态系统中的资源的利用就越充分，如森林生态系统对光能的利用率就比农田生态系统和草原生态系统高得多。群落的结构越复杂，群落内部的生态位就越多，群落内部各种生物之间的竞争就相对不那么激烈，群落的结构也就相对稳定一些。迁移训练6．早在宋代，我国就产生了四大家鱼混养技术。下图表示某池塘中四大家鱼及其食物的分布，相关分析正确的是( )A．四大家鱼在池塘中的分布具有垂直分层现象B．此图表明四种鱼类在能量流动上的关系为：鲢鱼→鳙鱼→青鱼C．鲢鱼和鳙鱼、青鱼和草鱼在混合放养时都是共生关系D．若浮游动物大量死亡，鲢鱼数量将以“J”型曲线持续增长答案 A解析 四大家鱼分布在池塘中的不同水层，表现出垂直分层现象。方法七 群落的演替原因分析典例 7 东北东部山地的阔叶红松林受破坏之后，形成一片空地，叫做“林窗” ，这时候往往最先进入的是杨树、白桦等。但随着时间的推移，周围的红松林会慢慢在这片区域生长繁殖并逐渐替代了杨树和白桦重新成为林地中的优势种。下列有关说法正确的是( )A．杨树、白桦在受破坏的空地上生长繁殖引起的群落演替属于初级演替B．红松林重新取代杨树和白桦说明红松林在竞争中处于优势C．在群落演替的初期，不存在种群间的竞争关系10D．在群落演替的过程中，群落的物种组成不会发生变化答案 B解析 红松林受破坏后原有的土壤和繁殖体还存在，这种演替属于次级演替；红松林取代杨树和白桦的原因是红松林在竞争中处于优势；在群落演替的整个过程中都存在种群间的竞争关系；在演替的过程中，群落的物种组成会发生改变。方法链接1．群落演替的原因(1)环境不断变化，为群落中某些物种提供有利的繁殖条件，而对另一些物种生存产生不利影响。(2)生物本身不断进行繁殖、迁徙。(3)群落内部由于生命活动造成内部环境改变。(4)种内和种间关系不断发生变化。(5)人类活动的干扰。特别提醒 ①群落是一个动态系统，它是不断发展变化的。任何环境下的演替都是最终达到一个成熟阶段，这时候群落和周围环境处于相对平衡的稳定状态。此时物种与环境之间高度协调，能量和物质的利用率很高，生态系统稳定性高。②决定群落演替的根本原因存在于群落内部，即内因是群落演替的决定因素。2．群落的演替有一定的方向性在群落演替过程中，一般来说，群落的营养结构复杂、物种多样性提高、稳定性增强，群落内生物量、有机物总量、土壤腐殖质总量都逐渐增加。3．顶级群落当一个群落演替到与当地的气候和土壤条件处于平衡状态的时候，演替就不再进行。只要没有外力干扰，将达到长期持续稳定的状态，这时的群落称为顶级群落。顶级群落不容许其他某些可能成为优势种的植物侵入。通常顶级群落就是森林，由于低温、过湿或干旱而不能形成森林时，顶级群落就是草原群落或荒漠群落，在低温低湿的气候条件下，顶级群落是苔原。迁移训练7．下列关于群落演替的叙述中，错误的是( )A． “远芳侵古道，晴翠接荒城”描述的也是一种群落演替现象B．群落的初级演替在海洋和陆地均可发生C．自然状态下，演替的总趋势是物种多样性的增加和种群稳定性的提高D．只有群落的结构受到干扰或破坏时，才会出现群落的演替答案 D解析 农田荒废后，也会出现群落演替现象，但它不是受到干扰或破坏时产生的。1第 1 课时 种群的特征[目标导读] 1.结合教材 P69模拟实验，归纳出利用标志重捕法调查种群数量的计算公式。2.通过教材 P70调查，尝试用样方法调查种群密度。3.通过对教材 P68～72 种群特征的讨论比较，能够列举出种群的特征、并理解其内在联系。[重难点击] 1.种群的基本特征及内在联系。2.样方法和标志重捕法。一 种群和种群数量种群是研究生物群体稳态的基本层次，其最显著的特征就是种群数量。请结合下列内容探究：1．种群概念(1)上面图 1、图 2 中长江里的鲤鱼群体或长江豚群体都可以称为一个种群。(2)试判断下列各项所述是否为种群，并说明理由。①某池塘中所有的鱼。判断：否(是或否)。理由：鱼的种类很多，所有的鱼不是同一个物种。②一块农田中全部长出种子的玉米。判断：否(是或否)。理由：全部长出种子的玉米不是全部的玉米个体。③甲、乙两地同一物种的鸟。判断：否(是或否)。理由：不在同一个自然区域，不能随机交配。(3)根据以上推断，种群是不是同种生物个体的简单集合？请说明理由。答案 不是。种群是同种生物在特定环境空间内和特定时间内所有个体的集群。其是由个体组成，但并非是个体数量的简单相加，二者间的关系是部分与整体的关系。(4)判断下列各项中，个体具备的特征有①③⑦，种群具备的特征有：②④⑤⑥。①性别 ②种群数量 ③出生日期 ④年龄结构⑤出生率和死亡率 ⑥性别比 ⑦体重(5)下图表示个体、种群、物种之间的关系，请判断 A、B、C 的名称。22．图 1 中的鲤鱼种群数量较多，图 2 中的长江豚种群数量较少，确定种群数量的方法有很多，不同的种群采取的方法不同。讨论下列情景适用的方法：(1)若要调查某动物园内圈养梅花鹿种群的数量，可采用的方法：直接观察，逐个计数。(2)要调查某树林中一种活动迅捷、难以捕捉的鸟类的数量，可采用的方法：统计该种鸟的鸟巢数量，再根据每窝鸟的平均数量来间接推断这种鸟的数量。(3)如果要调查某块蝗灾较严重的草地上蝗虫的数量，能否利用上述两种方法？应该用什么方法？答案 蝗虫数量大、分布广，没有明显的生活痕迹或标记，因此不能利用上面的方法。应该采用近似的方法来估算其数量。3．标志重捕法是经常使用的一种估算种群数量的方法，请结合教材 P69模拟实验分析相关问题：(1)模拟实验方法步骤：①将若干个白色粉笔头放入塑料盆中。②从塑料盆中随机取 30 个粉笔头，放在盘中，并用红墨水染色。③把染色后的粉笔头重新放入盆中，并与未染色的粉笔头混匀。④再从盆中随机逐个取 20 个粉笔头，数一数染过色的有多少。实验结果：a.理论数值：若设实验初始放入塑料盆中白色粉笔头的数量为 N，混匀后再从盆中随机取得染色粉笔头数目为 5。b．由数学知识 N∶30＝20∶5，得 N＝120。c．实际数值：从盒中数出全部粉笔头数为 121。(2)由模拟实验归纳标志重捕法的基本步骤和计算公式。①标志重捕法的基本步骤捕获一部分个体→进行标志后放回原来环境→一段时间后重捕→根据重捕到的个体中标志个体数占总捕获数的比例估计种群密度。小贴士 用于标志动物的标志物的要求：a.标志物不能影响动物正常的生命活动。b.不能过分醒目，过分醒目易被捕食。c.保留时间不短于研究时间。②计算公式＝个 体 总 数 N初 次 捕 获 的 标 志 数 M 再 次 捕 获 个 体 数 n再 次 捕 获 的 标 志 个 体 数 m归纳提炼种群数量调查方法3生物类别 采用方法种群数量少，分布范围小，个体较大，易观察 直接计数法种群数量较少，但不易直接观察，有明显的生活痕迹或标记间接推断法种群数量极多，分布范围广，难以准确统计 估算法(标志重捕法)活学活用1．某研究机构对我国北方某块草原的一种主要害鼠——布氏田鼠进行了调查。随机布设100 个鼠笼，放置 1 夜后，统计所捕获的鼠数量、性别等，进行标志后放归；3 日后进行重捕与调查。所得到的调查数据如下表。捕获数/只 标志数/只初捕 32 32重捕 36 4(1)该草原布氏田鼠的种群数量约为__________只。(2)要使上面所计算的种群个体总数和实际相符，理论上在调查期必须满足的两个条件是________。A．有较多个体迁出调查区B．调查区内没有较多个体死亡C．调查区内没有较多个体出生D．有较多个体迁入调查区(3)事实上田鼠在被捕捉过一次后更难捕捉，上述计算所得的数量与实际种群数量相比可能会偏__________。答案 (1)288 (2)B、C (3)高解析 (1)根据公式 N＝ ，计算出个体总数为 288 只。(3)由于第一次捕捉到的个体被标M·nm志后，第二次很难捕捉到，导致第二次捕捉的个体中被标志的个体减少，在公式 N＝ 中M·nm由于分母 m 的值减小，使得 N 值比实际情况偏高。二 种群密度及其调查方法种群数量只能表示种群的大小，而种群内个体分布的疏密要用种群密度来表示。1．种群密度(1)观察探究点一中的图 1 和图 2 可以得知，单位面积(或单位体积)内鲤鱼和长江豚的个体数目差异很大，我们把这个衡量种群数量的最基本的参数称作种群密度。4(2)下列说法是对种群密度的描述的是 B 。A．长江中所有的鲤鱼B．长江中单位体积内鲢鱼的数量C．长江中单位体积内鱼的数量2．种群密度的取样调查——样方法(1)调查对象：植物或活动范围小的动物。(2)调查步骤(3)注意事项①随机取样；②样方大小适中；③样方数量不宜太少；④宜选用双子叶植物。归纳提炼1．种群大小与种群密度之间的关系种群大小＝种群密度×种群所处的面积或体积。2．样方法的计数原则若有正好长在边界线上的个体，只计数样方相邻两条边上及顶角处的个体。同种植物无论大小都应计数。3．种群密度的特点(1)不同物种，种群密度不同。(2)同一物种，种群密度可变。活学活用2．下列关于样方法调查结论的处理措施，正确的是( )A．多次取样，取其平均值B．随机选一个样方，其密度就是整个种群的密度C．取样方计算时，选生物密度大的区域更科学D．得出的结论与其他同学不一致则舍弃5答案 A解析 用样方法调查种群密度时，需要多次取样，取其平均值，A 项正确、B 项错误；样方法的关键是随机取样，C 项错误；不同的人所选取的样方不同，数据可能有所不同，D 项错误。三 种群的其他特征种群密度是种群的一个重要特征，种群还具有其他特征。请阅读教材 P71～72 ，并结合下面的信息，回答相关问题。1．2011 年上海市常住人口为 23 019 148 人，与第五次全国人口普查时的人数相比，共增加 6 281 414 人，增长 37.53%。平均每年增加 628 141 人，年平均增长率为 3.24%。全市常住人口中，外省市来沪常住人口为 8 977 000 人。下图是该市人口的出生率和死亡率的变化曲线。(1)出生率是指在单位时间内种群新生个体数占种群数量的百分比；死亡率是指单位时间内种群死亡个体数占种群数量的百分比。(2)列表比较出生率和死亡率类型项目 出生率 死亡率理想条件 最大出生率 最低死亡率分类特定条件 生态出生率 生态死亡率影响因素性成熟速度、每次产仔(卵)数、每年生殖次数、繁殖年龄的长短等生理条件、捕食者、疾病、气候条件等关系 出生率高、死亡率低的种群，必然种群数量增高，种群密度增加应用举例长期以来，我国人口的出生率一直高于死亡率，因此将“控制人口增长，实行计划生育”定为基本国策(3)请在图中绘出该地人口增长率曲线。答案 如图6(4)从曲线看，上海人口数量的变化趋势是迅速增长，原因是出生率上升，死亡率下降，人口增长率＝出生率－死亡率。(5)由此看出，出生率和死亡率与种群大小和种群密度的关系是前者决定后者。(6)由此看出，出生率和死亡率对种群密度的影响是直接的还是间接的？直接的。2．种群的年龄结构是指一个种群中各年龄组的个体数在种群中所占的比例，大致可以分为下列三种类型。(1)请阅读教材信息完善表格内容。种群特征 出生率与死亡率 种群密度变化趋势 类型繁殖前期个体数大于繁殖期、繁殖后期个体数出生率死亡率 增大 增长型各时期的个体数比例适中出生率＝死亡率 稳定 稳定型繁殖前期个体数小于繁殖期、繁殖后期个体数出生率300 6分析表中数据可知，此云杉种群的年龄结构属于______。答案 (1)随机取样 (N 1＋N 2＋N 3＋N 4＋N 5)/5 (2)A (3)增长型解析 调查植物种群密度的常规方法是取样调查，在对植物种群密度的取样调查中，常常采用样方法；取样的关键是要注意随机取样，计算种群密度的方法是取平均值。从题干提供的表格信息：繁殖前期个体很多，繁殖后期个体较少，可以确定此云杉种群的年龄结构属于增长型。1第 2 课时 种群数量的变动[目标导读] 1.阅读教材，分析大肠杆菌数量增长的过程，建立种群数量指数增长的数学模型。2.结合教材 P73～74 的探究，尝试建构种群逻辑斯蒂增长的数学模型。3.通过对“S”型曲线的分析，学会用种群增长模型分析实际问题，并指导实践。[重难点击] 根据实例建构种群增长的“J”型、 “S”型数学模型，并据此解释种群数量的变化和指导实践。一 种群的指数增长 如图所示，在自然界中，种群的数量由于受到各种因素的影响总是变动着的。试结合下面的材料，阅读教材，探讨种群在理想条件下的数量变化规律。1．若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 n(代) 0 1 2 3 4 5 6 92细菌数量 N(个) 1 2 4 8 16 32 64 512(1)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＝2 n。这种增长，我们称为指数增长。(2)根据所得到的方程式，在给出的坐标系中画出细菌种群数量增长的曲线。答案(3)上述得到的方程式和曲线图，实际上是在用某种恰当的数学形式来表达种群数量的变化实质。请思考同数学方程式相比，曲线图有什么优点？答案 同数学方程式相比，曲线图能更直观地反映出种群数量的增长趋势。(4)在一个培养基中，细菌的数量会一直按照上述数学模型增长吗？为什么？如何验证你的观点？答案 不会。因为培养基中的营养物质有限，空间等也有限，细菌不可能无限繁殖。可以用实验计数法来检验或修正。2．在 20 世纪 30 年代，人们将环颈雉(如图甲)引入美国的一个岛屿，下图乙是在1937～1942 年期间该种群数量的增长曲线图。(1)从图乙看出，自然界确实有类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式，即在理想条件下种群增长的曲线为“J”型。(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3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：①一年后种群数量 N1＝ N0×λ，两年后种群数量 N2＝ N0×λ 2， t 年后群数量 Nt＝ N0×λ t(用t 表示时间， Nt表示 t 年后该种群的数量)。②若 λ1，请绘出数学方程式 Nt＝ N0λ t中种群数量 Nt随 t 的变化曲线图。答案小贴士 1 种群增长率指在一段时间内，结束时种群数量相对于初始种群数量的增加部分占初始数量的比例。2“J 型”曲线中年增长率公式可表示为种群增长率＝ Nt－ Nt－1 /Nt－1 ＝ λ －1，由于 λ 是个定值，则种群增长率也是个定值。若 λ ＝1，种群数量不变；0 λ 1，种群数量则减小；λ ＝0，雌体没有繁殖，种群在下一代中灭亡。归纳提炼指数增长的解读项目 指数增长条件 无限环境的理想条件模型假设①食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等，增长率不随种群密度的变化而变化；②没有迁入和迁出。一生只繁殖一次，世代不相重叠(即子代产生时，亲代已死亡)图像模型种群增长率增长特点①连续增长；②增长率：种群数量连续增长，第二年是第一年的 λ 倍(注：Nt＝ N0λ t)，λ＞1活学活用41．下图表示在良好的生长环境下，小球藻分裂繁殖中的个体数量、鸡产蛋数量(每天一个)和竹子自然生长的高度，这三种现象与时间的关系依次是( )A．乙、甲、丁 B．甲、丙、丁C．丙、甲、乙 D．丁、乙、丙问题导析答案 C解析 小球藻是分裂繁殖，速度快，生长环境良好，说明资源充足，所以呈指数增长；鸡每天产一个蛋，所以随时间(天数)的增加，产蛋数增长如图甲；竹子自然生长的高度，受到遗传因素(基因)的控制，所以长高到一定程度不再长高，因而呈逻辑斯蒂增长。二 种群的逻辑斯蒂增长指数增长是理想条件下细菌数量增长的特点。在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢？试结合教材实验进行探究。1．探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化(1)提出问题培养液中酵母菌种群的数量是怎样变化的？(2)作出假设酵母菌的种群数量变化可能是加速增长、减速增长和波动这三种形式不同顺序的组合。(3)探究步骤①将 10 mL 无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中；②将酵母菌接种到试管中的培养液里；5③将试管放在 25 ℃条件下培养；④每次取材料的时间间隔要相等(例如 1 h)，用显微镜计数。并将实验结果填入自己设计的记录表中。⑤分析数据，画出曲线。进行数形转换，以时间为横坐标，酵母菌数量为纵坐标，画出坐标曲线图，分析曲线走向，揭示酵母菌种群数量变化规律。2．思考与讨论(1)从试管中吸出培养液进行计数之前，为什么要轻轻振荡几次？使酵母菌均匀分布，计数准确。(2)该探究需要设置对照及重复实验吗？不需要设置对照实验，但需要重复实验。随着时间的延续，酵母菌种群数量的变化在时间上形成前后自身对照，所以无需设置对照实验。但要获得准确的实验数据，必须重复实验，求得平均值。(3)若一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应采取的措施是什么？增大稀释倍数后再计数。(4)对于压在小方格界线上的酵母菌，怎样计数？只计算相邻两边及其顶角的酵母菌。3．将实验结果绘制成曲线如下，请分析：(1)该模型曲线类似于英文字母 S，因此称为“S”型曲线。该曲线大致分为四个阶段：①ab—调整期：最初阶段，酵母菌到了新环境有一个适应的过程，增长缓慢。②bc—加速增长期：酵母菌适应了环境，这时种群数量少，营养、空间充足，出生率显著大于死亡率，增长加快。③cd—减速增长期：种群数量增加，对食物和空间的争夺加剧，出生率下降，死亡率上升，增长变缓。④de—稳定期：增长速度继续变缓，最终出生率等于死亡率，种群的数量不再增加，达到动态平衡。此时种群的数量达到最大值 K。(2)K 的含义及其应用6①当种群数量 N 小于 K/2 时，种群快速增长；当种群数量 N 达到 K/2 时，种群增长速度最大；当种群数量 N 大于 K/2 时，种群开始减速增长；当 N 接近于 K 时，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，种群不再增长。②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。③K 值在实际生产生活中有着重要的指导意义，请分析：a．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 K 值，从根本上保护大熊猫。b．若要控制鼠害，我们可采取什么具体措施以便降低 K 值？答案 养殖或释放天敌、打扫卫生、硬化地面、将食物储存在安全处。c．若要持续从池塘中获得鱼类资源，则应该使捕捞后鱼群的数量维持在 K/2，原因是 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性发展。(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—种群中的个体数曲线的斜率)，请在下面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 ①t 2时种群数量为 K/2，t 2时该种群的年龄结构为增长型。②t 3时种群数量为 K，t 2～t 3该种群数量的变化为增加。归纳提炼“J”型和“S”型曲线总结7活学活用2．如图所示为某种群的数量变化曲线，判断下列说法的正误：(1)B、b 点种群增长速率最大，种群数量在 K/2 左右，此时种内斗争也最激烈( )(2)c 点种群增长速率明显减小只是由种内斗争引起的( )(3)处理好这种生物与环境的协调与平衡，需要考虑 K 值的大小( )(4)当这种生物与环境达到协调与平衡后，在 E 点达到 K 值，K 值将固定不变( )(5)进行海洋渔业捕捞后，鱼类的数量应维持在 b 点( )(6)C～D 段种群数量仍在增长( )答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)√解析 种群增长速率最快的点是在种群数量 K/2 左右，之后，食物、空间、生存条件、天敌等多方面因素导致种内斗争更加剧烈，出生率下降、死亡率升高，在 K 值时二者相等，最后种群数量呈现波动状态。海洋渔业捕捞应保持可持续发展策略，使捕捞后鱼类的数量维持在能使种群数量迅速恢复。K2当堂检测81．下列关于种群数量变化的叙述中，不正确的是( )A．在理想条件下，种群数量增长可用一定的数学模型表示B．一个物种引入新的地区后，一定呈指数增长C．对家鼠等有害动物的控制，要尽量降低其 K 值D．研究一个呈逻辑斯蒂增长的种群的增长速率可预测其 K 值答案 B解析 一个物种引入新的地区后，当地环境可能不适宜其生长繁殖，故其增长也不一定呈指数增长。呈逻辑斯蒂增长的种群，其增长速率最大值一般出现在 K/2 时，只要统计此时的种群数量就可估算出 K 值。2．如图为某地东亚飞蝗种群数量变化的示意图，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成正相关C．利用性引诱剂诱杀雄虫改变性别比可防止 c 点出现D．在 d～e 段，该种群的增长率不变答案 B解析 图示 a 点东亚飞蝗数量急剧上升，此时种群增长速率达到最大，病虫防治工作应在 a点所示时间之前进行，A 项正确；图示 a～b 段种群数量仍然在上升，但种群增长率呈下降趋势，B 项错误；利用性引诱剂诱杀雄虫，使种群性别比失调，从而出生率降低，种群密度降低，C 项正确；在 d～e 段，种群数量相对稳定，增长率为 0，D 项正确。3．在有 0.5 mL 培养液的培养瓶中放入 5 只大草履虫，然后每隔一天统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出如图所示的结果，对这一结果的分析，错误的是 ( )A．大草履虫的生长呈现出逻辑斯蒂增长B．从大草履虫放入瓶内第一天起进入指数增长期C．在第四天至第六天中，种群的出生率约等于死亡率9D．该瓶中大草履虫种群的 K 值约为 400答案 B解析 根据图像可看出，这是典型的“S”型曲线。大草履虫放入瓶内第一天产生的新个体很少，这是因为大草履虫要对新环境有一个短暂的调整或适应过程。从第 2 天开始，草履虫进入到指数增长期。4、5、6 天由于食物减少、空间不充足，大草履虫的种内斗争加剧，种群数量相对稳定。4．如图为种群在不同环境条件下的增长曲线，据图回答问题。(1)A 曲线呈“J”型，表示种群在____________________中的增长。(2)B 曲线呈“S”型，表示种群在______________中的增长，阴影部分表示________________________________________________________________________________________________________________________________________________。用达尔文进化理论解释，这是______________________的结果。(3)若“S”型曲线表示某个鼠群迁入一个新的生态系统后的增长曲线，那么，K 点以后曲线保持不变的原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)根据种群变动的曲线，解释投药灭鼠在短期内能控制鼠害，但很快又会鼠灾泛滥的原因是_______________________________________________________________________________________________________________。对此，应采取哪些有效措施？_____________________。答案 (1)无环境阻力(2)有环境阻力 由于环境阻力，导致种群个体数实际增长与理论值的差异 生存斗争(3)由于食物短缺等因素的限制，种群在达到环境容纳量以后在一段时间内相对稳定(4)①老鼠种群的抗药性增强；②毒杀一部分个体，剩余的个体数目在环境容纳量以下很快又恢复到原来数量 原则上是降低环境负载能力，无污染，具可行性。如：①严密封储粮食；②清除生活垃圾；③生物防治，保护老鼠天敌等(其他方法符合以上原则也可)40 分钟课时作业[学考达标]10知识点一 种群的指数增长1．下列图中，表示种群在无环境阻力状况下增长的是 ( )答案 B解析 种群在无环境阻力状况下的增长是指在空间无限、资源无限和不存在任何天敌的情况下的增长。在这样的条件下，种群会呈指数增长，B 图符合。2．经调查，第一年某种昆虫种群数量为 N0，如果在理想的条件下，每年的增长率为 0.2 保持不变，则第三年该种群数量为( )A．1.2 N0 B．1.44 N0C．2.2 N0 D．3.6 N0答案 B解析 根据题意，在理想的条件下，种群数量持续增加，种群数量呈现指数增长。第一年某种昆虫种群数量为 N0，每年的增长率为 0.2 保持不变，第二年的数量是第一年的 1.2 倍，则第三年该种群数量 Nt＝ N0(1.2)2＝1.44 N0。知识点二 种群的逻辑斯蒂增长3．关于自然界中生物种群增长的“S”型曲线的说法，正确的是( )A．种群增长不受种群密度的制约B． “S”型曲线表示种群数量与食物的关系C．达到 K 值后，种群数量保持不变D． “S”型曲线表示种群数量与时间的关系答案 D解析 种群增长受种群密度的制约，不会无限增长，A 错误； “S”型曲线表示种群数量与时间的关系，B 错误、D 正确；达到 K 值后，种群增长速率为 0，种群数量保持相对稳定，而不是不变，C 错误。4．假设某草原上散养的某种家畜种群呈逻辑斯蒂增长，该种群的增长率随种群数量的变化趋势如图所示。若要持续尽可能多地收获该种家畜，则应在种群数量合适时开始捕获，下列四个种群数量中合适的是( )A．甲点对应的种群数量 B．乙点对应的种群数量11C．丙点对应的种群数量 D．丁点对应的种群数量答案 D解析 在由甲点到丙点时，种群数量的增长率上升，种群数量在增长；丁点时种群增长率虽然下降，但种群增长率仍然大于 0，种群数量仍然在增加，在该点时开始捕获，捕捞后使得种群数量降到 时，种群增长率达到最大，更新能力更强，可实现持续发展。K25．种群在理想和自然条件下分别表现出指数和逻辑斯蒂增长。下列有关种群增长曲线的叙述中，正确的是 ( )A．在种群指数增长模型( Nt＝ N0λ t)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”型曲线中，种群密度不同时可能具有相同的种群增长速率答案 D解析 在 Nt＝ N0λ t中， λ 表示该种群数量是一年前种群数量的倍数，并不等同于种群的增长速率；种群的 K 值受环境因素影响，在优越环境中，K 值将增大；在鱼类养殖中，使捕捞后的剩余量接近 K/2 时，种群的增长速率最大，有利于该种群的可持续发展；在“S”型曲线中，种群增长速率先快后慢，最后为 0，故处于不同的种群密度下可以具有相同的增长速率。[高考提能]6．(2018·湖南茶陵三中高二上月考)环保工作者对某地区最主要的草食动物——野兔种群数量进行连年监测，得到如图所示的数量增长变化( λ )曲线( λ ＝ t 年种群数量/( t－1)年种群数量)。据图分析下列叙述正确的是( )A．第 1 年至第 3 年该种群的出生率相同B．第 4 年初至第 5 年中期，种群数量呈逻辑斯蒂增长C．第 3 年末种群数量与第 5 年中期种群数量相等D．野兔的种群数量在第 6 年末达到 K 值答案 B解析 在第 1～3 年间，由于 λ 基本上等于 1，种群增长率为 0，出生率等于死亡率，种群数量基本稳定，但出生率不一定相同，A 项错误；在第 4 年初至第 5 年中期，种群数量先增加的快，后增加的慢，在第 5 年中期达到 K 值，种群数量呈逻辑斯蒂增长，B 项正确；第 3年末种群数量小于第 5 年中期种群数量，因为第 3 年末到第 5 年中期 λ 大于 1，C 项错误；12野兔的种群数量应该在第 5 年中期达到 K 值，D 项错误。7．假定当年种群数量是一年前种群数量的 λ 倍，如图表示 λ 值随时间变化的曲线示意图。下列相关叙述错误的是 ( )A．0～a 年，种群数量不变，其年龄结构为稳定型B．a～c 年，种群数量下降，其年龄结构为衰退型C．b～d 年，种群数量增加，种群呈指数增长D．d～e 年，种群数量增加，种群呈指数增长答案 C解析 当 λ 小于 1 时，种群的数量是逐渐减少的，所以 a～c 年，种群的数量应该是逐渐减少的，c 年时种群的数量最小，故 C 项错误。8．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”型B．对农作物合理密植时，其数量不应大于 K 值C．一个呈逻辑斯蒂增长的种群，数量在 左右时增长速率最大K2D．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，其数量不应超过此量，B 正确；一个呈逻辑斯蒂增长的种群，种群增长速率先增加后减少为 0，在 时种群增长速率最大，CK2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。9．某研究小组探究 10 mL 培养液中酵母菌种群数量的变化，利用血细胞计数板(规格为 0.1 mm,1/400 mm2)进行计数。图甲是某天显微镜镜检结果(视野中每个黑点含 2 个酵母菌)，图乙是 7 天内酵母菌种群数量的变化曲线。下列叙述不正确的是( )A．图甲中酵母菌数量过多，需加水稀释后再统计B．图甲中的酵母菌数量对应于图乙中的第 3 天13C．相同条件下再次实验，酵母菌种群数量的 K 值基本不变D．酵母菌自身代谢状况也会影响实验数据的统计答案 A解析 图甲中酵母菌数量可分辨清楚，不用加水稀释，A 项错误；每小格平均有 2 个酵母菌，每小格体积为：0.1 mm×1/400 mm2＝1/4 000 mm3，所以 1 mm3中有 8 000 个酵母菌，则 10 mL 中酵母菌总数为：8 000×10×103＝8×10 7＝800×10 5，B 项正确；环境条件不变，则环境的最大容纳量不变，C 项正确；酵母菌自身的代谢产物会改变培养液的理化性质，影响酵母菌的生命活动，D 项正确。10．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：(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)年龄结构是通过影响____________________而间接对种群动态变化起作用的。答案 (1)生活资源(食物) 空间 种内斗争(2)阳光、温度、水分 0(3)出生率和死亡率解析 “J”型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现“S”型。年龄结构可以间接地影响出生率和死亡率进而影响种群数量。11．如图表示不同种群在不同环境中的增长曲线，据图回答下列问题：(1)图中曲线表示种内斗争最激烈的是________段，t 3后种群数量不能无限增长的原因是14__________________________________，同一种群的 K 值是固定不变的吗？请判断并说明：______________________________。(2)若此图表示池塘中某鱼类种群的增长曲线，希望长期获得较高的鱼产量，每次捕捞后该种鱼的数量需保持在________点左右，原因是____________________________________。(3)若此图表示某地老鼠种群数量变化，如果灭鼠时只采用杀死的办法，采取措施后老鼠的数量会很快恢复到原有的数量。请你依图提出更有效的控制鼠害的方案：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)现将酵母菌菌种培养在盛有无菌马铃薯培养液的固定容器中，若探究培养液中酵母菌种群数量的变化，利用血球计数板(2 mm×2 mm)、滴管、显微镜等器具，测定容器中酵母菌数量的方案是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)cd 受到食物、空间等因素的限制 不是。因为受到环境(食物、天敌、气候等)因素的影响(2)b 既能捕获一定数量的个体，又能使鱼类种群数量尽快的增长和恢复(3)增加老鼠生存环境阻力(可从食物来源、生活场所、天敌等方面考虑)，使其环境容纳量降低(4)用滴管吸取培养液，滴在盖玻片边缘，让培养液自行渗入；放在显微镜下分别计数几个小方格内的酵母菌的数量并算出一个方格的平均值；以此为依据，估算容器中的酵母菌总数[个性拓展]12．为研究酵母菌种群密度的动态变化，某同学按下表所列条件进行了 A、B、C 和 D 共 4 组实验，用 1 000 mL 锥形瓶作为培养器皿，棉塞封口，在 25 ℃下静置培养，其他实验条件均相同，定时用血球计数板计数。根据实验结果绘出的酵母菌种群密度变化曲线如图，请分析回答以下问题：实验组 A B C D培养液中葡萄糖质量分数/% 4.0 4.0 0.8 0.8培养液体积/mL 200 800 200 800(1)图中曲线①、②和③分别是__________组、__________组和________组的结果。15(2)B 组和 A 组的实验结果不同的原因是 B 组_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)D 组和 B 组的实验结果不同的原因是 D 组__________________________________________________________________________________________________________________。(4)在整个实验过程中，直接从静置的培养瓶中取培养原液计数的做法是错误的，正确的方法是____________________________和________________________。(5)实验结束后，用试管刷蘸洗涤剂擦洗血球计数板的做法是错误的，正确的方法是________________________________________________________________________。答案 (1)B A D(2)培养液较多，与空气接触面积较小，故供氧较少(3)葡萄糖浓度较低，故营养物质供应较少(4)摇匀培养液后再取样 培养后期的样液稀释后再计数(5)浸泡和冲洗