高中生物人教版 (2019)选择性必修2第1章 种群及其动态第2节 种群数量的变化教学设计

第2节　种群数量的变化

一、建构种群增长模型的方法

1．数学模型：用来描述一个系统或它的性质的数学形式。

2．研究方法及实例

二、种群的“J”形增长

1．含义

理想条件下种群增长的形式，以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线则大致呈“J”形。这种类型的种群增长称为“J”形增长。

2．数学模型

(1)模型假设

①条件：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数量变化：种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍 。

(2)建立模型：t年后种群数量为Nt＝N0λt。

(3)模型中各参数的意义：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。

三、种群的“S”形增长

1．条件：自然界中的资源和空间总是有限的。

2．原因：随种群数量的增多，生物对食物和空间的竞争趋于激烈，导致出生率降低，死亡率升高。当出生率等于死亡率时，种群的增长会停止，有时会稳定在一定的水平。

3．环境容纳量：又称K值，指一定的环境条件所能维持的种群最大数量。

4．应用(以大熊猫为例)

(1)大熊猫锐减的重要原因

大熊猫栖息地遭到破坏后，由于食物的减少和活动范围的缩小，其K值会变小。

(2)保护措施

建立自然保护区，改善它们的栖息环境，从而提高环境容纳量，是保护大熊猫的根本措施。

四、种群数量的波动

1．在自然界，有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定。

2．对于大多数生物的种群来说，种群数量总是在波动中。

3．某些特定条件下可能出现种群爆发。

4．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。

五、探究培养液中酵母菌种群数量的变化

1．计数方法：抽样检测法。

2．具体计数过程：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。多余的培养液用滤纸吸去。稍待片刻，待酵母菌全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央，计数一个小方格内的酵母菌数量，再以此为根据，估算试管中的酵母菌总数。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．曲线图同数学公式相比更能直观地反映出种群的增长趋势。 (　　)

2．就食性而言，杂食性鸟类的数量波动小于其他食性的鸟类。 (　　)

3．外来入侵物种进入一个新环境中必定表现为“J”形增长。 (　　)

4．种群数量变化的全部内容就是“J”形和“S”形增长。 (　　)

5．不同种生物的K值各不相同，但每种生物的K值不变。 (　　)

6．当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。               (　　)

提示：1.√　2.√

3．×　外来物种进入新环境中，该种群也可能不适应新环境会遭淘汰。

4．×　种群数量的变化包括增长、波动、下降，甚至消亡。

5．×　环境改变，K值也会改变。

6．√

　种群的“J”形和“S”形增长

1．种群的“J”形和“S”形增长的特点

2.种群“J”形增长的数学模型：Nt＝N0λt，λ代表种群数量是前一年种群数量的倍数，不是增长率。

(1)λ＞1时，种群密度增大，如图中AB段。

(2)λ＝1时，种群密度保持稳定，如图中B、D。

(3)λ＜1时，种群密度减小，如图中BD段。

3．“S”形曲线中K值与K/2值的分析

合作探究：1.据图回答种群数量变化的相关问题：

甲　　　　　　　　　　乙

(1)尝试分析曲线a、b之间的阴影部分表示的含义。

提示：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)从下列因素中选出使图乙中曲线c变为曲线d的有哪些？(填序号)

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。

2．在“S”形曲线中，有一段时期近似于“J”形曲线，这一段是否等同于“J”形曲线？

(1)判断：__________(填“是”或“否”)。

(2)理由：________________________________________________________

_________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

提示：(1)否　(2)“J”形曲线是理想条件下的种群增长趋势，“S”形曲线是在环境有限的条件下种群的增长趋势

3．从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应采取什么措施？

提示：降低有害动物种群的环境容纳量，如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌等。

1．(不定项)在调查某林场松鼠的种群数量时，计算当年种群数量与一年前种群数量的比值(λ)，并得到如图所示的曲线。据此图分析得到的下列结论中正确的是(　　)

A．前4年该种群数量基本不变，第5年调查的年龄结构可能为衰退型

B．第4年到第8年间种群数量在下降，原因可能是食物的短缺和天敌增多

C．第8年时种群数量最少，第8年到第16年间种群数量增加，且呈“S”形曲线增长

D．如果持续第16年到第20年间趋势，后期种群数量将呈“J”形曲线增长

ABD　[前4年，λ值为定值，λ－1＝0，说明种群增长率为0，种群数量保持不变，第5年λ－1小于0，说明种群增长率为负值，种群数量下降，年龄结构可能为衰退型，A正确；影响种群数量的因素有气候、食物、天敌、传染病等，B正确；第10年时种群数量最少，C错误；由图示曲线可知，如果持续第16年到第20年间趋势，后期种群数量将呈“J”形曲线增长，D正确。]

2．假设某草原上散养的某种家畜种群呈“S”形增长，该种群的增长速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

C．丙点对应的种群数量

D．丁点对应的种群数量

D　[该种群数量变化曲线的纵坐标为种群增长速率，横坐标为种群数量，曲线最高点时种群增长速率最大，对应种群数量的K/2。为持续尽可能多地收获该种家畜，应在种群数量超过K/2时捕获，剩余量保持在K/2，此时种群数量增长速率最大，可使种群数量迅速得以恢复。]

“S”形增长曲线的解读

图甲　　　　　图乙　　　　　图丙

三图对比分析解读：

(1)t1之前，种群数量小于K/2，由于资源和空间条件相对充裕，种群数量增长较快，当种群数量为K/2时，出生率远大于死亡率，种群增长速率达到最大值。

(2)t1～t2，由于资源和空间有限，当种群密度增大时，种内斗争加剧，天敌数量增加，种群增长速率下降。

(3)t2时，种群数量达到K值，此时出生率等于死亡率，种群增长速率为0。

　探究培养液中酵母菌种群数量的变化

1．实验设计

2．实验关键

(1)操作提示

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，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。多余的培养液用滤纸吸去。

④制好装片后，应稍待片刻，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结果最好用记录表记录，如下表所示：

(2)计数提示

①计数原则：显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应遵循“计相邻两边及其夹角”的原则计数。

②结果异常的原因：

a．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。

b．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。

(3)注意事项

①测定的酵母菌种群数量是在恒定容积的培养基中测定的，与自然界中的种群数量变化有差异。

②在进行酵母菌计数时，由于酵母菌是单细胞生物，因此必须在显微镜下计数，且不能准确计数，只能估算。

③血细胞计数板必须保持干燥，否则培养液将不能渗入计数室。

④清洗血细胞计数板的正确方法是浸泡和冲洗，不能用试管刷或抹布擦洗。冲洗干净后不能用纱布或吸水纸擦干，应自然晾干或烘干或用吹风机吹干。

应用实践：1.培养液的量是有限的，其中酵母菌种群数量的变化曲线是不是标准的“S”形曲线？若不是，应该是怎样的？尝试绘出其数量变化曲线。

提示：不是。因为培养液中的营养物质的量是有限的，是不能循环的，当耗尽时种群数量变为零，曲线如图所示。

2．尝试绘出实验结果的记录表。

提示：

1．温度在15～35 ℃时，酵母菌种群数量增长较快。下表是同学们进行相关探究实验得到的结果(单位：×106个/mL)：

以下分析错误的是(　　)

A．可以用血细胞计数板在显微镜下对酵母菌进行计数

B．据表分析，酵母菌种群数量增长的最适温度约为25 ℃

C．不同温度条件下酵母菌种群数量达到K值的时间不同

D．每天取样检测一次即可，不需要固定取样的时间

D　[每天取样检测一次即可，但需要固定取样的时间，否则无法进行比较酵母菌在每天某一特定时间的数量的变化。]

2．(不定项)在一定量的酵母菌培养液中放入活酵母菌若干，抽样镜检，如图甲所示(图中小点代表酵母菌)。将容器放在适宜温度下恒温培养5小时后，稀释100倍，再抽样镜检，如图乙所示。根据实验结果判断，以下叙述正确的是(　　)

甲　　　　　　乙

A．培养5小时后，酵母菌种群密度增加200倍左右

B．探究酵母菌的种群数量变化可以用标记重捕法

C．用血细胞计数板计数酵母菌数量时只统计方格内菌体

D．培养5小时后，酵母菌种群数量不一定达到K值

AD　[用血细胞计数板计数时，除统计方格内菌体外还要统计相邻两边及其顶角上的菌体，5小时前每个小格内约有5个菌体，而5小时后每个小格内约有10个菌体，但这是稀释100倍后的值，所以5小时后种群密度增加200倍，此时酵母菌种群数量是否达到K值无法判断。]

(1)计数方法：血细胞计数板有两种方格网，对于16×25的方格网，计四角的4个中方格共计100个小方格中的个体数量；而对于25×16的方格网，计四角和正中间的(共5个)中方格共计80个小方格中的个体数量。如图所示。

(2)计算方法：大方格长度为1 mm，高度为0.1 mm(即规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)，则每个大方格的体积为0.1 mm3(10－4 mL)，故1 mL培养液中细胞个数＝(中方格中的细胞总数/中方格中小方格个数)×400×104×稀释倍数。

[课堂小结]

1．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。调查某种一年生植物的种群时有下列情形，只有80%的种子能发育成成熟植株，每株植物平均产400粒种子，目前有a粒种子，则m年后种子数量为(　　)

A．0.8a·400m　　 B．400a·0.8m

C．a·320m D．320am

C　[由于每株植物平均每年产400粒种子，只有80%发育成成熟植株，即320株，则m年后变为320m，现有a粒种子，则m年后种子数量为a·320m。]

2．(不定项)关于图中种群数量变化的说法，错误的是(　　)

A．种群数量“J”形增长曲线只有在理想条件下才能出现

B．种群数量呈“S”形增长过程中，种群数量达到K值之前是“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值不发生相应变化

BD　[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；K值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。]

3．某同学在进行“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验中，根据实验的结果绘制出了如图所示的酵母菌种群数量变化曲线图，下列有关实验分析错误的是(　　)

A．在酵母菌种群数量增长的不同阶段，可能具有相同的增长速率

B．当种群数量达到K值时，其年龄结构为稳定型

C．de段种群的增长速率为负值，其主要原因是营养物质的缺乏

D．本实验中不存在对照，统计酵母菌个体数常用抽样检测法

D　[在酵母菌种群数量增长的cd段，增长速率接近0，A正确；当种群数量达到K值时，其年龄结构为稳定型，出生率等于死亡率，B正确；de段种群的增长速率为负值，其主要原因是营养物质的缺乏，C正确；本实验属于时间上的自身相互对照，酵母菌个体数常用抽样检测法获得，D错误。]

4．向某天然牧场引入良种肉牛100头，任其自然放养，自然繁殖。如图表示种群数量增长速率随时间变化的曲线，下列叙述正确的是 (　　)

A．在t0～t2时间内，种群数量呈“J”形增长

B．若在t2时种群的数量为N，则在t1时种群的数量约为N/2

C．捕杀肉牛的最佳时期为t1时

D．在t1～t2时，该肉牛的种群数量呈下降趋势

B　[在t0～t2时间内，种群数量呈“S”形增长；t2时种群达到环境最大容纳量，即K值，所以t1时种群的数量约为N/2；捕杀肉牛的最佳时期为t2；在t1～t2时，种群增长速率下降，但种群数量仍然上升。]

5．用一定量的培养液在适宜条件下培养酵母菌，其数量随时间变化情况绘制如图甲，a表示每3 h换一次培养液的培养曲线，d表示不更换培养液的培养曲线。

甲　　　　　　　乙

(1)曲线a表示种群呈“________”形增长。理论上讲，呈现这种增长模型的条件是____________________、____________、________等。

(2)曲线d表示的增长为“________”形增长。属于这种增长模型的种群随种群密度(个体数量)的增加，种群的增长速率的变化是____________________。当种群个体数量达到最大值的一半时，种群的增长速率达到________。

(3)在实际情况下，塔斯马尼亚绵羊种群增长情况如图乙所示，说明在自然界中，种群数量变化会出现________现象。

[解析]　(1)曲线a对应的酵母菌种群，在每3 h更换一次培养液的情况下，处于理想状态，呈“J”形增长。呈现“J”形增长的种群必须处在食物和空间条件充裕、气候适宜和没有敌害等条件下。(2)曲线d对应的种群，由于不更换培养液，生活条件受到限制，呈“S”形增长。呈“S”形曲线增长的种群的增长速率先增后减，最后为零，其在种群个体数量达到环境容纳量的一半时达到最大。(3)题图乙显示种群数量达到K值时并非固定不变，而是在K值附近波动。

[答案]　(1)J　食物和空间条件充裕　气候适宜　没有敌害　(2)S　先增大，再减小，最后为零　最大　(3)波动