2021高考生物人教版一轮教师用书第九单元第30讲　种群的特征和数量的变化

第九单元　生物与环境

第30讲　种群的特征和数量的变化

考点一　种群的特征及种群密度的调查方法

1.种群的数量特征

(1)种群密度

①概念:种群在单位面积或单位体积中的个体数。

②调查方法

a.样方法

Ⅰ.适用对象:植物或活动范围小的动物。

Ⅱ.调查程序

确定调查对象

选取样方

计数

计算种群密度:所有样方种群密度的平均值

b.标志重捕法

Ⅰ.适用对象:活动能力强、活动范围大的动物。

Ⅱ.调查程序

确定调查对象

　　↓

捕获并标记个体,计数为M

　　↓

重捕,计数为n,其中被标记个体数为m

　　↓

种群密度估算公式如下:

N(种群数量)=

(2)年龄组成

①概念:一个种群中各年龄期的个体数目的比例。

②类型、特点及种群密度的变化(连线)

提示:A—c—Ⅰ　B—b—Ⅲ　C—a—Ⅱ

(3)出生率和死亡率、迁入率和迁出率及性别比例

2.种群的空间特征

[纠误诊断]

(1)每毫升河水中有9个大肠杆菌,属于种群的空间特征。(　×　)

提示:每毫升河水中有9个大肠杆菌,属于种群的数量特征。

(2)若某动物的婚配制为一雌一雄,生殖期个体的雌雄比越接近1∶1,则出生率越高。(　√　)

(3)田鼠的种群密度是由出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的。(　√　)

(4)五点取样法适合调查灌木类行道树上蜘蛛的种群密度。(　×　)

提示:行道树灌木丛为长方形,调查其中蜘蛛的种群密度应采取等距取样法。

(5)某小组用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度时,应选择植物生长茂盛处取样。(　×　)

提示:调查该种群密度时,应做到随机取样。

(6)从理论上讲,第二次被捕捉时动物躲避捕捉的能力增强,所以调查的种群数量比实际数量要偏小。(　×　)

提示:标志重捕法的计算公式:种群数量=第一次捕捉的数量×第二次捕捉的数量/第二次捕捉的被标记的个体数量,第二次捕捉的被标记的个体数量偏小,调查的种群数量比实际数量要偏大。

1.种群的数量特征之间的关系可用下图表示,据图回答有关问题:

(1)图中②、④分别表示种群的什么特征?

提示:②表示出生率和死亡率、迁入率和迁出率,④表示性别比例。

(2)年龄组成可预测种群数量变化趋势,说明理由。

提示:因为不同年龄组成的种群中,老年、成年、幼年的个体数不同,因此可预测其未来的出生率与死亡率,进而可预测种群数量未来的变化趋势。

2.人们常利用性外激素诱杀雄性害虫,这是通过哪种措施控制害虫的种群密度?

提示:该措施是通过改变害虫性别比例来降低出生率,从而降低种群密度。

题型一　种群的数量特征及关系分析

1.某岛屿上生活着一种动物,其种群数量多年维持相对稳定。该动物个体从出生到性成熟需要6个月,如图为某年该动物种群在不同月份的年龄结构(每月最后一天统计种群各年龄组的个体数)。关于该种群的叙述,错误的是(　B　)

A.天敌的迁入可影响该种群的年龄结构

B.该种群10月份的出生率不可能为零

C.该种群年龄结构随季节的更替而变化

D.大量诱杀雄性个体会影响该种群密度

解析:迁入的天敌对不同年龄段个体的捕食可能具有选择性,从而影响该种群的年龄结构;由图可知,未成熟个体从 2月底到6月逐渐增多,从6月到12月逐渐减少至12月变为0,而该动物个体从出生到性成熟需要6个月,因此该种群出生时间大概为2月底到6月,到12月都成熟,10月份出生率可能为0;且该种群的年龄结构随着季节更替而变化;大量诱杀某种动物的雄性个体,会导致性别比例的失调,导致出生率明显降低,种群的密度减小。

2.(2018·全国Ⅰ卷)种群密度是种群的数量特征之一,下列叙述错误的是(　D　)

A.种群的S型增长是受资源因素限制而呈现的结果

B.某林场中繁殖力极强老鼠种群数量的增长会受密度制约

C.鱼塘中某种鱼的养殖密度不同时,单位水体该鱼的产量有可能相同

D.培养瓶中细菌种群数量达到K值前,密度对其增长的制约逐渐减弱

解析:当空间、资源有限时,种群数量呈S型增长;林场空间、资源有限,老鼠种群数量的增长会由于密度增加而逐渐减慢;鱼塘中某种鱼的养殖密度不同时,由于鱼的大小不同等,单位水体中该鱼产量有可能相同;培养瓶中细菌种群数量达到K值前,由于环境阻力逐渐增大,密度对其增长的制约逐渐增强。

题型二　种群密度的调查方法

3.(2016·全国Ⅱ卷)如果采用样方法调查某地区(甲地)蒲公英的种群密度,下列做法中正确的是(　C　)

A.计数甲地内蒲公英的总数,再除以甲地面积,作为甲地蒲公英的种群密度

B.计数所有样方内蒲公英总数,除以甲地面积,作为甲地蒲公英的种群密度

C.计算出每个样方中蒲公英的密度,求出所有样方蒲公英密度的平均值,作为甲地蒲公英的种群密度

D.求出所有样方蒲公英的总数,除以所有样方的面积之和,再乘以甲地面积,作为甲地蒲公英的种群密度

解析:用样方法调查植物种群密度时,要先计算出各样方中该植物的种群密度,再求出所有样方中该植物种群密度的平均值。

4.(2019·山东济南期末)下列关于种群密度的调查方法的相关叙述,正确的是(　D　)

A.对于活动能力强、活动范围广的动物可用标志重捕法精确统计种群密度

B.采用样方法调查植物种群密度时,差距大的样方内数值应舍弃

C.标志重捕法调查种群密度时,两次捕捉的间隔时间越长统计结果越准确

D.标志重捕法调查种群密度时,标志物不能影响被调查动物的生命活动

解析:对于活动能力强、活动范围广的动物最好采用标志重捕法调查种群密度,但所计算的数值为估算值;为保证调查结果的准确性,采用样方法调查植物种群密度时,差距大的样方内数值也应如实记录,不应舍弃;若两次捕获的间隔时间过长,标记个体可能会死亡,标记个体被再次捕获几率降低,则计算出的种群密度可能比实际值偏大。

考点二　种群的数量变化及应用

1.种群数量变化的研究

(1)方法:构建数学模型。

(2)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事物的性质进行表达→通过进一步实验或观察等,对模型进行检验或修正。

2.种群数量增长的两种类型

(1)种群增长的“J”型曲线,如图A。

①前提条件:食物和空间充裕、气候适宜、无敌害等。

②数学模型

Nt=N0λt

③曲线特点:种群数量每年是以一定的倍数连续增长,无(填“有”或“无”)K值。

(2)种群增长的“S”型曲线,如图B。

 ①前提条件:食物、空间有限,受其他生物制约。

②曲线特点

3.环境容纳量

(1)概念:在环境条件不受破坏的情况下,一定空间中所能维持的种群最大数量。

(2)形成原因

(3)与环境条件的关系

环境条件改善,K值可能会增大;环境条件恶化,K值可能会减小。

(4)K值与K/2的应用

4.影响种群数量的变化因素

种群的数量变化包括增长、波动、稳定、下降等。其影响因素主要有:

(1)内因

①起始种群个体数量。

②导致种群数量增加的因素:出生率和迁入率。

③导致种群数量减少的因素:死亡率和迁出率。

(2)外因

①自然因素:气候、食物、天敌、传染病等。

②人为因素:种植业、养殖业发展,砍伐森林,猎捕动物,环境污染等。

[纠误诊断]

(1)理想条件下种群数量呈现“S”型增长,无环境容纳量。(　×　)

提示:理想条件下,种群数量呈现“J”型增长,无环境容纳量。

(2)种群数量变化不仅受外部因素的影响也受自身内部因素的影响。(　√　)

(3)种群数量变化的全部内容就是“J”型和“S”型增长。(　×　)

提示:“J”型和“S”型增长曲线只是种群数量增长的数学模型的表现形式,种群数量的变化包括增长、波动、稳定、下降等。

(4)“S”型增长中,种群数量为K/2时增长最快。(　√　)

(5)合理密植会增加种群数量并提高K值。(　×　)

提示:若空间资源不增加,仅仅合理密植,并不会提高K值。

(6)不同种生物的K值各不相同,但同种生物的K值固定不变。(　×　)

提示:K值为最大环境容纳量,环境容纳量受食物、天敌等多种环境因素影响,同种生物的K值随着环境的改变会发生变化。

1.如图表示两种增长方式的增长速率变化,依图回答下列问题。

(1)甲和乙分别表示哪种增长方式?

提示:甲表示的是种群的“J”型增长;乙表示的是种群的“S”型增长。

(2)若图乙为鲈鱼的增长速率随时间变化的曲线,某养殖基地捕鱼后常将鲈鱼的种群数量保持在K/2左右,这样做的目的是什么?

提示:此时鲈鱼增长速度最快,有利于鲈鱼的种群数量增长。

(3)t2～t3时间段,种群的出生率和死亡率具有怎样的大小关系?

提示:t2～t3时间段,该种群的增长速率下降,但其数量还在增加,因此其出生率大于死亡率。

2.调查某地乌鸦连续20年的种群数量变化,如图所示,图中λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数,请思考:

(1)前4年种群数量应为增大、减小还是基本不变?

提示:基本不变(因为λ=1)。

(2)第9年调查乌鸦的年龄组成,最可能表现为何种类型?为什么?

提示:稳定型。第10年时,种群的λ等于1,说明第10年种群数量与第9年相同,因此第9年年龄组成为稳定型。

(3)图中第4年和第10年的乌鸦种群数量是否相同?图中显示第8年种群数量最少,对吗?

提示:不相同。在第4年到第10年间,λ<1,说明种群数量在减少,到第9或第10年种群数量最少,而不是第8年最少。

(4)第16～20年乌鸦种群数量将如何增长?为什么?

提示:“J”型增长,因为λ>1且恒定。

题型一　种群数量增长曲线的分析

1.(2019·全国Ⅰ卷)某实验小组用细菌甲(异养生物)作为材料来探究不同条件下种群增长的特点。设计了三个实验组,每组接种相同数量的细菌甲后进行培养,培养过程中定时更新培养基,三组的更新时间间隔分别为3 h、10 h、23 h,得到a、b、c三条种群增长曲线,如图所示。下列叙述错误的是(　D　)

A.细菌甲能够将培养基中的有机物分解成无机物

B.培养基更换频率的不同,可用来表示环境资源量的不同

C.在培养到23 h之前,a组培养基中的营养和空间条件都是充裕的

D.培养基更新时间间隔为23 h时,种群增长不会出现J型增长阶段

解析:细菌甲是异养生物,通过分解培养基中的有机物产生无机物,给自身提供养分;更换培养基,为细菌提供了新的营养物质并除去了代谢废物,因此,培养基更换频率的不同,可用来表示环境资源量的不同;根据题图可知,在23 h前,a组细菌甲的生长曲线呈现J型增长,说明a组培养基中资源和空间充足;由题图曲线可知,培养基更新时间间隔为23 h时,种群在早期会出现J型增长阶段。

2.(2017·全国Ⅰ卷)假设某草原上散养的某种家畜种群呈“S”型增长,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(　D　)

A.甲点对应的种群数量 B.乙点对应的种群数量

C.丙点对应的种群数量 D.丁点对应的种群数量

解析:曲线中,种群增长率最大时所对应的种群数量为维持种群数量的最适值,此时种群增长率最大,短时间内可恢复种群数量;丁点所对应的种群数量高于最适值,此时进行捕获,可获取一定量的捕获量,同时不影响种群数量的恢复;其他三点所对应的种群数量均低于最适值,若进行捕获,则导致种群数量增长减慢。故不应在甲、乙、丙点对应的种群数量时开始捕获。

题型二　种群数量变化规律及应用分析

3.下列关于种群数量波动的叙述,正确的是(　D　)

A.种群数量的波动只与环境条件的改变有关

B.只要波峰之间的峰值相同就可称为周期波动

C.种群数量波动的研究对象位于正在演替的群落中

D.种群数量波动是指种群中的个体数量随时间在环境容纳量的上下波动

解析:种群数量的波动除了与环境条件的改变有关,还与种群自身密度有关;周期波动指从一个波峰到另一个波峰,也可以从一个波谷到另一个波谷;种群数量波动的研究对象不一定是位于正在演替的群落中;种群数量波动是指种群中的个体数量随时间在环境容纳量的上下波动。

4.如图所示为鳄鱼种群数量变化的四种情况,其中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处于三种不同的自然条件下,而曲线Ⅳ处于理想状态下。不考虑天灾,下列相关叙述中错误的是(　C　)

A.理想状态下,鳄鱼种群的增长率大小与种群密度的大小没有关联

B.若鳄鱼的栖息地在a点被严重破坏,则将出现曲线Ⅰ的下降趋势

C.出现曲线Ⅲ的变化趋势,源于在b点人为捕杀了一定数量的鳄鱼

D.若在b点没有任何人为干扰,则鳄鱼的种群数量将在K1上下波动

解析:曲线Ⅲ的种群数量大量减少,且K值维持在较低水平,说明鳄鱼的环境容纳量发生了改变,即鳄鱼的生存环境有一定程度的破坏,而人为捕杀了一定数量的鳄鱼不会改变鳄鱼种群的环境容纳量。

考点三　实验:探究培养液中酵母菌种群数量的变化

1.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的成分、空间、pH、温度等因素的影响。

(2)在理想的环境中,酵母菌种群的增长呈“J”型曲线;在有限的环境下,酵母菌种群的增长呈“S”型曲线。

2.实验步骤

(1)液体培养基,无菌条件

(2)酵母菌均匀分布于培养基中

(3)

(4)连续观察7天,统计数目

(5)绘图分析

3.实验结果及结论

在一定容积的液体培养基中酵母菌种群数量前期表现出“S”型增长。但后期,表现为逐渐下降趋势。

1.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均匀分布,减小误差。

(3)制片时,先将盖玻片放在计数室上,用滴管吸取培养液,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,待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部,再用显微镜进行观察、计数。

2.结果分析

(1)计数异常分析

①统计结果偏小的原因:取液时未摇匀,吸取的培养液中酵母菌偏少;在计数时,未计边缘的酵母菌等。

②统计结果偏大的原因:取液时未摇匀,吸取了表层的培养液;在计数时统计了四周边缘的酵母菌等。

(2)该探究不需设置对照实验,但要获得准确的实验数据,必须进行重复实验,求得平均值。

题型一　实验过程分析

1.下列关于“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(　D　)

A.先将培养液滴在血细胞计数板上,轻盖盖玻片防止气泡产生

B.培养酵母菌时,必须去除培养液中的溶解氧

C.早期培养不需取样,培养后期每天取样一次

D.计数时,压在小方格界线上的酵母菌应计相邻两边及其顶角

解析:制片时,应先将盖玻片放在计数室上,再将培养液滴于盖玻片边缘,让培养液自行渗入;酵母菌主要进行有氧呼吸,所以在培养酵母菌时,不能去除培养液中的溶解氧;早期培养和培养后期每天都需要在固定时间取样一次。

题型二　实验结果分析

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,结果如表所示。据表分析不正确的是(　A　)

A.培养过程中酵母菌始终出生率>死亡率

B.样品的取样先后次序为2、4、1、3

C.对酵母菌而言,10 mL该培养液的环境负荷量可能为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可能低于1.21×107个

解析:由图可知,培养过程中酵母菌不是始终出生率>死亡率;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,因此正确的取样顺序为2、4、1、3;从表中数据分析可见,达到稳定时期时,酵母菌数量达到最大值,说明10 mL该培养液的环境负荷量为1.21×107个;继续培养,随着环境条件的极度恶化,种群增长进入衰退期,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。

3.(2013·福建卷)下列为减少实验误差而采取的措施,错误的是(　B　)

解析:对培养液中酵母菌数量进行计数时,应多次计数取其平均值,可有效减少误差;进行预实验的目的是摸索实验条件和检验实验设计的可行性,避免造成人力、物力及财力的浪费,而探索2,4-D促进插条生根的最适浓度时,为减少实验误差应逐渐减小2,4-D的浓度梯度;调查发病率时,应随机取样,并保证调查的样本足够大;统计次数和组数越少,误差越大,通过增加统计的次数和组数可以减少误差。

 [构建知识网络]

[强化思维表达]

1.种群的数量特征包括种群密度、年龄组成、性别比例、出生率与死亡率及迁入率与迁出率,其中种群密度是种群最基本的数量特征。

2.直接决定种群密度的是出生率与死亡率、迁入率与迁出率,年龄组成是预测种群数量变化趋势的依据。

3.“J”型增长曲线的形成条件:食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害。其特点是种群的数量每年以一定的倍数(λ倍)增长(数学模型:Nt=N0·λt)。

4.“S”型增长曲线成因:资源和空间条件有限,随种群密度增大,种内斗争加剧,天敌数量增多,从而使出生率降低、死亡率升高,直至平衡。

5.在自然界中,气候、食物、天敌、传染病等均会影响种群数量,故大多数种群数量总处于波动中。