2024届苏教版高考生物一轮复习种群数量的变化学案

第2课时　种群数量的变化

课标要求　1.尝试建立数学模型解释种群的变动。2.探究培养液中酵母菌种群数量的变化。

考点一　种群数量的变化及其应用

1．种群数量变化的研究方法

(1)研究方法：建立生物种群数量动态变化的数学模型。

(2)建立过程

(3)意义

①可以阐明自然种群动态变化的规律及其调节机制。

②利用计算机建立模型，不仅有助于预测种群数量，而且还能对原先无法进行的或大规模的实验活动进行模拟实验。

2．种群数量的增长

(1)种群的“J”型增长

拓展归纳　准确分析“λ”曲线

①a段——λ>1且恒定，种群数量呈“J”型增长。

②b段——λ尽管下降，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——尽管λ呈上升趋势，但仍未达到1，故种群数量逐年下降。

(2)种群的“S”型增长

①下图表示的是种群数量增长曲线，图中阴影部分表示的含义是在生存斗争中被淘汰的个体数量。图中b曲线的形成过程中出现了环境阻力的时间：b曲线的形成过程中始终存在环境阻力。

②对于鼠、蚊虫等有害生物的控制，应该采取的措施：从环境容纳量的角度思考，可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量，如将食物储存在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取地面硬化，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌等。

③依据自然界“种群增长”的特点，人们在进行狩猎或海洋捕捞作业时，应使种群数量剩余在K/2左右，原因是种群数量在K/2时种群的增长速率最大，捕捞剩余在K/2能使种群数量快速增长，有利于获得最大持续产量。

④下图是某自然区域中甲、乙两个种群的数量比随时间变化的曲线图。则O～t2，甲、乙两种群的数量均呈“S”型曲线增长吗？不是(填“是”或“不是”)。其理由是在有限的环境条件下，乙种群最终呈现“S”型增长。随时间的推移，甲、乙种群的数量比先增加后减少，最后在t2时刻降为零，说明甲种生物的数量先增加后减少，最终被淘汰。

热点归纳　聚焦K值

①K值并不是种群数量的最大值：K值是环境容纳量，即在保证环境不被破坏的前提下所能维持的种群最大数量；种群数量所达到的最大值会超过K值，但这个值存在的时间很短，因为环境会遭到破坏。

②K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值会下降；当环境条件状况改善时，K值会上升。

③在环境不遭受破坏的情况下，种群数量会在K值附近上下波动。当种群数量偏离K值的时候，会通过负反馈调节使种群数量回到K值。

④K值的四种表示方法如下图所示，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。

3．种群数量的波动

(1)气候、食物、天敌、疾病等多种因素都会使种群数量发生波动。例如，一年生的草本植物一般有明显的季节消长。

(2)在某些不利因素的影响下，有些种群会急剧衰退，甚至灭绝。

(3)人为干扰也会使种群数量发生一定的变化。

考向一　“J”型增长和“S”型增长曲线

1．(2021·浙江1月选考，16)大约在1800年，绵羊被引入到塔斯马尼亚岛，绵羊种群呈“S”型曲线增长，直到1860年才稳定在170万头左右。下列叙述正确的是(　　)

A．绵羊种群数量的变化与环境条件有关，而与出生率、死亡率变动无关

B．绵羊种群在达到环境容纳量之前，每单位时间内种群增长的倍数不变

C．若绵羊种群密度增大，相应病原微生物的致病力和传播速度减小

D．若草的生物量不变而种类发生改变，绵羊种群的环境容纳量可能发生变化

答案　D

解析　绵羊种群数量除与环境条件有关外，出生率和死亡率也会影响种群数量的变化：出生率大于死亡率种群数量增加，而死亡率大于出生率种群数量减少，A错误；绵羊种群呈“S”型曲线增长，种群在达到环境容纳量之前，增长速率先增大后减小，B错误；病原微生物的致病力和传播速度会随着绵羊种群密度的增加而增加，C错误；若草的生物量不变而种类发生改变，则绵羊的食物来源可能会受影响，故绵羊种群的环境容纳量可能发生变化，D正确。

2．丹顶鹤是国家一级保护动物，研究者利用航空调查和高倍望远镜调查统计了黑龙江扎龙保护区和盐城滨海湿地丹顶鹤的多年数量变化。下列叙述错误的是(　　)

A．盐城人工湿地面积增加，对丹顶鹤的生存一定有利

B．调查数据也可用于分析丹顶鹤的迁徙规律

C．扎龙湿地生境的破碎化降低了丹顶鹤种群的K值

D．研究者没有采用标志重捕法调查丹顶鹤数量

答案　A

解析　盐城人工湿地面积增加说明开发强度增加，可能会使生态环境受到影响，对丹顶鹤的生存不一定有利，A错误；研究候鸟迁徙规律主要是通过固定位置定期观察种群数量，统计一年中不同时间种群的数量变化，因此调查数据也可用于分析丹顶鹤的迁徙规律，B正确；研究者没有采用标志重捕法调查丹顶鹤数量，而是采用直接计数法调查丹顶鹤数量，D正确。

考向二　种群数量的变化及应用

3．(多选)生物有两种繁殖策略模式：速度策略(r－策略)和环境容纳量策略(K－策略)。采取r－策略的生物通常是一些小型生物如果蝇、鼠等，适应食物或温度这些波动因素。下列说法正确的是(　　)

A．r－策略的生物能在短时间内产生较多的后代，以便在特定的环境中占据优势

B．r－策略的种群常受到非生物因素的控制，其种群数量通常不能维持在K值附近

C．只要将沙漠蝗虫的数量控制在K/2之内，就能有效地控制近期危害非洲的蝗灾

D．虎属于K－策略的生物，其有效保护措施是改善它们的栖息环境以提高K值

答案　ABD

解析　对于有害生物低于K/2时控制最有效，蝗虫属于r－策略的生物，能在短时间内产生较多的后代，种群数量控制在K/2之内不一定就能有效控制蝗虫，C错误；对于K－策略的生物，应保护其栖息环境，包括提供充足的食物和空间资源，控制其天敌的数量，提高他们的K值，D正确。

4．某研究小组将X、Y、Z三种食性相同的单细胞动物在相同条件下进行单独培养和共同培养，种群数量变化曲线如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．曲线②最可能代表Z的种群数量变化

B．X和Y共同培养20 d后，X的数量会以一定的倍数增长

C．与单独培养相比，X和Z共同培养会导致彼此的K值降低

D．X、Y、Z单独培养时，其增长速率均为先增大后不变

答案　C

解析　X、Y、Z的食性相同，则共同培养时种群数量的最大值应小于单独培养时，X和Z共同培养的种群数量的最大值在75左右，而曲线②最大值略高于50，故曲线②最可能代表Y的种群数量变化，A错误；由于环境条件的限制，三者的种群均是“S”型增长，X、Y、Z单独培养时，其增长速率均为先增大后减小，D错误。

考点二　培养液中酵母菌种群数量的动态变化

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)在理想的环境条件下，酵母菌种群的增长呈“J”型曲线增长；在有环境阻力的条件下，酵母菌种群的增长呈“S”型曲线增长。

(3)计算酵母菌数量可用抽样检测的方法——显微计数法。

2．实验流程

3．结果分析

(1)开始一段时间内，酵母菌的增长符合“S”型增长模型。

(2)de段曲线下降的原因可能有营养物质随着消耗逐渐减少，有害产物逐渐积累，培养液的pH等理化性质发生改变等。

1．实验注意事项及分析

(1)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。

(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)本实验不需要设置对照实验，因不同时间取样已形成自身对照；需要做重复实验，目的是尽量减小误差，应对每个样品计数三次，取其平均值。

(4)如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当稀释培养液重新计数。稀释的目的是便于酵母菌悬液的计数，以每个小方格内含有4～5个酵母细胞为宜。

(5)每天计数酵母菌数量的时间要固定。

2．血细胞计数板及相关计算

血细胞计数板由一块厚玻璃片特制而成，其中央有两个方格网。每个方格网划分为9个大方格(如图1所示)，每个大方格的面积为1 mm2，加盖玻片后的深度为0.1 mm。因此，每个大方格的容积为0.1 mm3(1×10－4mL)。

血细胞计数板有两种规格，对于16×25的规格而言，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的规格而言，计四角和正中间的5个中方格共计80个小方格中的个体数量，如图2所示。

计算公式：1 mL培养液中细胞个数＝×400×104×稀释倍数。

考向一　实验过程和结果分析

5．(多选)(2023·江苏镇江高三期中)血细胞计数板是对细胞进行计数的重要工具，下列有关叙述错误的是(　　)

A．血细胞计数板可以用于调查酵母菌、病毒、细菌等生物的种群密度

B．需在盖玻片一侧滴加样液，在另一侧用吸水纸吸引，使样液充分渗入计数室

C．防止观察细胞沉降到计数室底部影响计数，加样后需立即在显微镜下观察计数

D．使用后用自来水冲洗、晾干并镜检，若有残留或沉淀物需要重新清洗

答案　ABC

解析　利用血细胞计数板在显微镜下直接计数是一种常用的细胞计数法，而病毒无细胞结构，不能用该方法计数，A错误；先盖盖玻片，后在盖玻片边缘滴少量样液，让其自行渗入计数室底部再进行计数，B、C错误。

6．(2023·江苏南京高三模拟)某同学在“探究培养液中酵母菌种群数量变化”的实验中，可能观察到的细胞分散情况如图2所示。下列推断错误的是(　　)

A．该血细胞计数板上有2个计数室，计数室的高度为0.1 mm

B．若实验中多次出现图2中c的现象，可能是由于样液未充分摇匀或稀释倍数不够所致

C．若计数板1个大方格中有16个中方格，4个中方格中酵母菌总数为55个，则10 mL培养液中酵母菌的数量为2.2×106个

D．本实验不需要设置对照实验，可用台盼蓝染液增加计数结果的有效性

答案　C

解析　4个中方格中酵母菌总数为55个，若计数板1个大方格中有16个中方格，一个大方格中酵母菌总数为55×4＝220，一个大方格的体积是0.1 mm3，1 mL＝103mm3，因此10 mL培养液中酵母菌的数量为2.2×107个，C错误；本实验不需要设置对照实验，因不同时间取样已形成对照，台盼蓝可以对死细胞染色，可用台盼蓝染液增加计数结果的有效性，D正确。

考向二　实验的拓展与应用

7．某课题小组利用无菌培养液培养酵母菌，探究不同条件下酵母菌种群数量的变化规律。实验人员抽取每种条件下的酵母菌培养液各1 mL，分别稀释10倍后，用血球计数板(规格为

1 mm×1 mm×0.1 mm，计数室为25×16型)进行计数，测得不同条件下每毫升培养液中酵母菌的数量，实验结果见下图。下列相关叙述正确的是(　　)

A．依据20 ℃、24 h条件下酵母菌种群数量值，可推算所用血球计数板中格中酵母菌的数量平均为31个

B．温度是该实验的自变量，酵母菌菌种、酵母菌数量、培养液成分等为无关变量

C．酵母菌种群数量变化过程中出现了“S”型增长，达到K值后稳定时间的长短与培养液中营养物质的含量有关

D．酵母菌在15 ℃环境中存活的时间最长，15 ℃是酵母菌种群数量增长的最适温度

答案　C

解析　据图可知，20 ℃、24 h条件下酵母菌种群密度为5×107个/mL，因计数板共有25个中格，又因1 mL＝1 cm3＝103 mm3，可设每个中格中的酵母菌数量为x，则有25×x×104×10(稀释10倍)＝5×107个/mL，推知x＝20个，A错误；温度和培养时间是该实验的自变量，酵母菌菌种、培养液成分等为无关变量，酵母菌数量为因变量，B错误；酵母菌种群数量变化过程中出现了“S”型增长，达到K值后稳定时间的长短与培养液中营养物质的含量有关，C正确；通过柱形图可知，酵母菌在15 ℃环境中存活的时间最长，但15 ℃不是酵母菌种群数量增长的最适温度，D错误。

8．(2023·江苏南通高三期末)科研人员取10个相同的装有100 mL培养液的锥形瓶，每瓶中加入5片浮萍，其中5瓶每7天统计瓶中的浮萍数量，作为未更换培养液组；另外5瓶每7天统计数目后更换一次培养液。所有培养瓶均在有人工光源的摇床内培养，实验结果如图，下列相关叙述正确的是(　　)

A．每周更换培养液组的浮萍种群呈“J”型增长

B．未更换培养液组在第21天左右种群增长速率最大

C．培养瓶中的培养液主要为浮萍生长繁殖提供糖类等有机物

D．对未更换培养液组静置培养得到的K值与摇床培养的K值相同

答案　B

解析　由于培养瓶中空间和营养是有限的，存在环境阻力，每周更换培养液组的浮萍种群不呈“J”型增长，A错误；由图可知，未更换培养液组在第21天左右斜率最大，即种群增长速率最大，B正确；浮萍属于水生植物，可通过光合作用利用光能制造有机物，不能利用糖类等有机物，C错误；环境容纳量是指一定的环境条件所能维持的种群最大数量，受环境的影响，摇床培养可使浮萍充分接触光源，与静置培养得到的K值不同，D错误。

1．(2022·江苏，9)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　小球藻可进行光合作用，振荡培养的主要目的是加速二氧化碳溶解于培养液中，增大培养液中的溶二氧化碳量，A错误；用血细胞计数板计数时，先将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取等量藻液滴于盖玻片边缘，让其自行渗入，多余培养液用滤纸吸去，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；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，D正确。

2．(多选)(2021·江苏，19)数据统计和分析是许多实验的重要环节，下列实验中获取数据的方法合理的是(　　)

A．实验①   B．实验②

C．实验③   D．实验④

答案　ABC

解析　灰喜鹊属于活动范围广、活动能力强的动物，应使用标志重捕法调查灰喜鹊的种群密度，且标记尽量不影响标记动物正常活动，个体标记后即释放，A正确；探究培养液中酵母菌种群数量的变化时，摇匀后抽取少量培养物，适当稀释，用台盼蓝染液染色，血细胞计数板计数，被染成蓝色的酵母菌为死细胞，在观察计数时只计不被染成蓝色的酵母菌，B正确；调查高度近视(600度以上)在人群中的发病率，应在群体中抽样调查，选取的样本要足够的多，且要随机取样，C正确；探究唾液淀粉酶活性的最适温度时，应围绕37 ℃并在梯度为0.5 ℃的不同温度下进行实验，若设置0 ℃、37 ℃、100 ℃三个温度进行实验，不能说明唾液淀粉酶的最适温度是37 ℃，D错误。

3．(2022·全国甲，5)在鱼池中投放了一批某种鱼苗，一段时间内该鱼的种群数量、个体重量和种群总重量随时间的变化趋势如图所示。若在此期间鱼没有进行繁殖，则图中表示种群数量、个体重量、种群总重量的曲线分别是(　　)

A．甲、丙、乙   B．乙、甲、丙

C．丙、甲、乙   D．丙、乙、甲

答案　D

解析　分析题图可知，随着时间变化，甲曲线先增加后减少，乙曲线呈“S”型，丙曲线下降。在池塘中投放一批鱼苗后，由于一段时间内鱼没有进行繁殖，而且一部分鱼苗由于不适应环境而死亡，故种群数量下降，如曲线丙；存活的个体重量增加，如曲线乙，种群总重量先增加后可能由于捕捞而减少，如曲线甲。综上可知，D正确。

4．(2020·江苏，10)下列关于“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验的叙述，错误的是(　　)

A．将酵母菌接种到培养液中，并进行第一次计数

B．从静置的培养液中取适量上清液，用血球计数板计数

C．每天定时取样，测定酵母菌细胞数量，绘制种群数量动态变化曲线

D．营养条件是影响酵母菌种群数量动态变化的因素之一

答案　B

解析　将酵母菌接种到培养液中，摇匀后，并进行第一次计数，A项正确；上清液中酵母菌数量少，取上清液计数误差大，因此计数时要先将培养液摇匀，B项错误；为保证变量唯一，排除无关变量的影响，每天要在同一时间取样计数，C项正确；酵母菌增殖需要营养，所以营养条件是影响酵母菌种群数量动态变化的因素之一，D项正确。

5．(2020·海南，24)用4种不同方式培养酵母菌，其他培养条件相同，酵母菌种群数量增长曲线分别为a、b、c、d，如图所示。

回答下列问题：

(1)培养酵母菌时需要将温度控制在20 ℃左右，原因是__________________________。

(2)曲线a所示的种群数量增长最快，主要原因是种群增长所需的____________最丰富。

(3)曲线d为对照组，对照组的培养方式是________________。该组酵母菌数量增长到一定程度后，种群增长逐渐变慢，其限制因素有__________________________(答出2点即可)。

(4)随着培养时间的延长，在有限的空间中，每组酵母菌种群数量都会达到环境容纳量。环境容纳量是指______________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)最适合酵母菌繁殖　(2)营养物质　(3)不换培养液　营养物质的消耗、有害代谢产物的积累　(4)一定的环境条件所能维持的种群最大数量

解析　(1)由于20 ℃左右最适合酵母菌繁殖，所以培养酵母菌时需要将温度控制在20 ℃左右。(2)据图分析可知，a曲线的酵母菌培养液更换的时间间隔最短，营养物质最丰富，所以其种群数量增长最快。(3)曲线d为对照组，应该不换培养液；培养一段时间后种群数量不再增加，其限制因素有营养物质的消耗、有害代谢产物的积累等。

一、易错辨析

1．环境容纳量是指种群的最大数量(　×　)

2．不同种生物种群的K值各不相同，但同种生物种群的K值固定不变(　×　)

3．种群“J”型增长曲线中的增长率和增长速率均恒定不变(　×　)

4．种群数量的变化就是种群数量的增长和波动(　×　)

5．为有效防治蝗灾，应在种群数量为K/2时及时控制种群密度(　×　)

6．在“S”型增长曲线中，当种群数量超过K/2后，种群增长速率减慢，其对应的年龄结构为衰退型(　×　)

二、填空默写

1．(选择性必修2 P11)在理想环境中，以时间为横坐标，种群数量为纵坐标，将种群数量的连续增长在坐标图中表示出来，将形成种群数量增长的“J”型曲线。

2．(选择性必修2 P11)将种群数量的增长过程用曲线在坐标图上表示出来，得到的曲线形状像字母“S”，这就是种群数量增长的“S”型曲线。

3．(选择性必修2 P11)环境容纳量：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，即K值。

4．(选择性必修2 P11)在理想条件下，种群数量会实现快速增长，其数学模型为Nt＝N0λt，呈“J”型曲线。然而在自然界中，由于环境条件和生物自身因素的限制，种群数量不可能无限增长。有些种群的数量快速增长到K值后往往会保持相对稳定，使种群增长曲线呈“S”型。

5．(选择性必修2 P11)“J”型增长曲线的形成条件：食物充裕、空间充足、气候适宜且没有天敌等。

6．(选择性必修2 P11)“S”型增长曲线的成因：资源和空间条件有限，随种群密度增大，种内斗争加剧，从而使出生率降低、死亡率升高，直至平衡。

7．依据自然界“种群增长”的特点，人们在进行狩猎或海洋捕捞作业时，应使种群数量剩余在K/2左右，原因是种群数量在K/2时种群的增长速率最大，捕捞剩余在K/2能使种群数量快速增长，有利于获得最大持续产量。

8．建立自然保护区，给大熊猫更宽广的生存空间，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。