2 种群数量的变化

[课标要求] 1.说明建构种群增长模型的方法2.说出J型曲线和S型曲线的成因和变化过程3.探究培养液中酵母菌种群数量的变化

[素养要求] 1.科学思维比较J型和S型增长曲线阐释种群数量变化在实践中的应用培养建模及模型分析能力2.社会责任关注人类活动对种群数量变化的影响

一、种群数量的增长、变化曲线及其应用

1建构种群增长模型的方法

(1)数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式

(2)构建数学模型的方法步骤: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

(3)根据教材中细菌数量增长规律分析N表示细菌数量n表示第n则细菌增长的方程式模型为Nn2n曲线模型为

2种群增长的J型曲线

(1)模型假设食物和空间条件充裕气候适宜没有敌害(即理想条件)

(2)建立模型

参数的含义Ntt年后种群的数量N0种群的起始数量t时间(年数)λ该种群数量是一年前种群数量的倍数

数学方程式NtN0λt

在下面坐标系中画出曲线图

3种群增长的S型曲线

(1)模型假设自然界的资源空间总是有限的

(2)对曲线的分析

a点以前是生物对环境的适应期种群数量增长较慢的原因是个体数量少,因此增长速率很小

ab段是快速增长期种群数量快速增长时增长速率达到最大此时食物、空间相对充裕天敌数量少

bc随着种群密度的增加个体间因食物空间和其他生活条件的争夺而导致种内斗争加剧达到K值时种群出生率等于死亡率种群数量保持相对稳定

(3)K值的含义又称为环境容纳量指在环境条件不受破坏的情况下一定空间内所能维持的种群最大数量

(4)应用

若要消灭老鼠增大环境阻力降低K(或环境容纳量)

若要保护濒危动植物降低环境阻力提高K(或环境容纳量)

若要防治害虫应该在a点之前采取措施原因是控制害虫数量要及时严防种群数量达到

若要从池塘中持续获取鱼类资源应采取的措施是鱼类捕捞后的种群数量维持在以保证持续获取高产量

4种群数量的波动和下降

(1)影响因素

(2)数量变化大多数种群的数量总是在波动在不利的条件下种群数量还会急剧下降甚至消亡

(1)J型曲线是发生在自然界中最为普遍的种群增长模式(  )

(2)种群数量达到K值以后,种群受食物、空间等因素的限制,增长速率为零,种群数量不再发生变化(  )

(3)对于S型曲线,同一种群的K值不是固定不变的,会受到环境的影响(  )

(4)池塘养鱼,若要保持长期稳定和较高的产量,应及时适量地捕捞出成鱼(  )

(5)J型曲线的K值一直增加(  )

(6)若想获得最大日捕获量,应从后开始捕捞,捕捞后剩余数量达到即可(  )

答案 (1)× (2)× (3) (4) (5)× (6)×

[归纳总结] K值的理解

(1)前提条件:环境条件不受破坏。

(2)K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)K值并不是种群数量的最大值

种群数量能达到的最大值是种群在某一时间点出现的最大值,这个值存在的时间很短,大于环境容纳量。

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值时,会通过负反馈调节机制使种群数量回到一定范围内。

1J型曲线分析

种群J型增长模型NtN0λtλ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数

(1)请分析当λ>1λ10<λ<1种群的数量变化和年龄组成的类型

项目

种群数量变化

年龄组成

λ>1

增长

增长型

λ1

稳定

稳定型

0<λ<1

下降

衰退型

 

(2)已知种群增长率请在下图中绘出J型增长的增长率曲线

提示 如图所示

 

 

2S型曲线分析

已知种群增长速率请看图完成下列填空

(1)图乙的g点相当于图甲的cfg段相当于图甲的ac

(2)图乙的h点相当于图甲的dgh段相当于图甲的cd

3如图体现了J型和S型曲线之间的关系二者之间的阴影部分代表什么

提示 环境阻力(按自然选择学说,它就是在生存斗争中被淘汰的个体数量)

二、实验探究培养液中酵母菌种群数量的变化

1提出问题:培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的

2作出假设:培养液中的酵母菌数量开始一段时间呈J型增长随着时间推移由于营养物质的消耗有害代谢产物的积累pH改变酵母菌数量呈S型增长

3实验步骤

(1)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内

(3)将试管放在25 条件下培养

(4)每天取样计数酵母菌数量血细胞计数板在显微镜下计数估算10 mL培养液中酵母菌的初始种群数N0然后连续观察7记录每天的数值

(5)分析数据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

4实验结论

在有限的环境条件下酵母菌种群数量呈S增长

 

(1)对压在小方格界线上的酵母菌,只计数格中的个体数(  )

(2)该实验需设置对照实验(  )

(3)计数时要先滴培养液,再盖盖玻片(  )

答案 (1)× (2)× (3)×

1怎样进行酵母菌的计数

提示 用抽样检测的方法,用血细胞计数板进行计数。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,多余培养液用滤纸吸去。再用血细胞计数板计数。

2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

提示 使酵母菌分布均匀,从而使计数准确。

3若一个小格内酵母菌过多难以数清采取的措施是什么

提示 增大稀释倍数后计数。

4若测得的酵母菌种群数量偏高原因是什么

提示 (1)取样时未振荡,取样来自试管底部。(2)计数的酵母菌中,有已死亡的个体。

5如何才能区分计数的酵母菌是活的还是死的个体

提示 可以用染色法。活细胞的细胞膜有选择透过性,所以不会被染色,而死细胞可以被染色。

6为什么待酵母菌细胞全部沉降到底部再计数

提示 酵母菌沉降到底部后就不会再随液体漂移,便于计数。

7本实验需要设置对照吗需要重复实验吗

提示 本实验不需要设置对照,因为随时间的推移,酵母菌的种群数量的变化在时间上形成前后自身对照;需要重复实验以确保实验结果的可靠性。

理清网络

背熟要语

1曲线图与数学方程式相比能更直观地反映出种群数量的增长趋势

2在理想状态下种群数量增长的数学模型为NtN0λtJ型曲线

3正常情况下自然界的资源和空间是有限的种群数量增长会呈S型曲线

4J型增长曲线的增长率是不变的S型增长曲线的增长速率是先增大后减小

5K值并不是固定不变的当环境改变时K值会发生变化

6影响种群数量的因素很多因此种群的数量常常出现波动在不利条件下种群数量会急剧下降甚至消亡

1数学模型是用来描述一个生态系统或它的性质的数学形式种群增长的数学模型有曲线图和数学方程式下列关于种群J型增长的叙述错误的是(  )

A数学方程式模型可表示为t年后种群数量NtN0λt

B条件是食物和空间充裕气候适宜没有敌害等

CJ型增长曲线中λ大于1

D增长速率是固定的

答案 D

解析 J型增长曲线的数学方程式模型可表示为:t年后种群数量NtN0λt(λ表示该种群第二年的数量为第一年的λ)A项正确;食物和空间充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下,种群数量持续增加,增长曲线大致呈J型,B项正确;由于种群一直在增长,后一年比前一年多,所以曲线中λ大于1C项正确;种群的增长速率不是固定的,D项正确。

2自然界中的种群数量增长一般呈现出S型曲线的走势在此增长趋势中(  )

A种群的增长与种群密度无关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值固定不变

答案 C

解析 种群数量增长的S型曲线是在种群密度增大,种内斗争加剧,天敌数量增加等情况下形成的,A项错误、C项正确;种群数量达到K值后并不是一成不变的,而是围绕K值上下波动,B项错误;同一种群的K值并不是固定不变的,当生存环境发生改变时,K值也会相应地改变,D项错误。

3如图为有关种群增长曲线的模型图下列有关说法不正确的是(  )

A种群呈现J型增长的前提条件是食物和空间条件充裕气候适宜没有敌害等

B呈现S型增长的种群随着时间的推移种群增长所受的环境阻力加大

C在自然界中种群的增长曲线一般是S型曲线

D种群增长的J型曲线有K只是K值较大图中没有表示出来

答案 D

解析 J型曲线的形成条件是环境适宜、食物和空间等充足、没有敌害等,只要条件适宜种群数量就会无限增长,不存在K值;而S型曲线是在自然界中有限的条件下形成的,由于存在环境阻力,所以存在K值。

4用血细胞计数板计数培养液中酵母菌种群数量的动态变化时进行如图所示的操作下列相关叙述正确的是(  )

A图示操作顺序正确对计数结果无影响

B图示对酵母菌计数采用的方法为抽样检测法

C取酵母菌培养液时直接从试管中部吸取即可

D实验结束后血细胞计数板用试管刷蘸洗涤剂擦洗晾干

答案 B

5某研究所调查发现某种鱼迁入一生态系统后其种群数量增长速率随时间变化的曲线如图所示请分析回答下列问题

(1)t0t3时间内种群数量增长曲线呈______若在t3时种群数量为N则在t1时种群数量为____t1时该种群的年龄组成可能为______

(2)捕获该鱼的最佳时期为_______(t1”“t2t3)原因是______________

(3)t3时期后该鱼种群数量变化将呈现______________________________________状态主要原因是________________________________

答案 (1)S  增长型 (2)t2 t1时种群增长速率最大t2时捕获该鱼并使捕捞后维持在t1时的数量获得的量较大且不影响该鱼类资源的再生 (3)波动 种内斗争加剧 捕食者数量增加

解析 (1)t0t3时间内种群数量增长应呈现S型曲线,若在t3时种群数量为N,则t1时为t1时种群的年龄组成可能为增长型。(2)由于t1时种群增长速率最大,资源更新能力最强, t2时捕捞有利于获得较大捕获量且不影响资源更新。(3)t3时期后种群数量变化将呈波动状态,原因是种内斗争加剧、天敌增加等。

课时对点练

A 基础对点练

题组一 种群增长的曲线模型及变化曲线

1在营养和生存空间等没有限制的理想条件下某细菌每20 min就分裂繁殖一代现将该细菌种群(m个个体)接种到培养基上(资源空间无限)t h该种群的个体总数是(  )

Am·2t  Bm·220

Cm·22t  Dm·23t

答案 D

2下列有关种群J型增长的叙述正确的是(  )

AJ型增长的种群都有K

BJ型增长的种群生存条件是有限的

C自然界中绝大多数种群呈J型增长

DJ型增长的种群个体数一定不断增加

答案 D

3关于环境容纳量的叙述正确的是(  )

A环境容纳量是种群的最大数量种群数量在任何时候都不可能超过环境容纳量

B人为地一次性捕杀家鼠后其环境容纳量迅速降低

C环境容纳量是不会改变的不受空间和资源的限制

D建立大熊猫自然保护区的目的是提高大熊猫种群的环境容纳量

答案 D

解析 种群数量可在环境容纳量即K值附近上下波动;人为地一次性捕杀家鼠后,其环境容纳量不会迅速降低;环境容纳量受空间和资源的限制;建立大熊猫自然保护区可以提高大熊猫种群的环境容纳量。

420世纪30年代人们将环颈雉引入某地一个岛屿19371942这个种群数量的增长如图所示下列推测正确的是(  )

A用样方法调查该地环颈雉种群密度

B该时间段环颈雉没有因病死亡个体

C该岛屿上没有生物与环颈雉竞争

D该时间段环颈雉的食物比较充足

答案 D

解析 环颈雉活动能力强,调查环颈雉的种群密度可采用标记重捕法,A错误;图示五年期间种群数量增长呈现Z字形变化可能是环颈雉因病死亡个体较多所致,B错误;岛屿上应该存在吃植物的生物,与环颈雉竞争,只是环颈雉的食物和空间条件充裕且缺乏天敌而出现J型增长,C错误;在这五年期间,环颈雉适应当地环境且缺乏天敌、食物充足,使环颈雉种群数量按J型增长方式增长,D正确。

5如图为两种生物种群的生长曲线以下说法错误的是(  )

A按甲曲线增长的种群增长率始终不变

B按乙曲线增长的种群到a点后种内斗争最为激烈

C按乙曲线增长的不同种群在同一环境下b点时的增长速率不同但均为最大值

D甲曲线的数学模型为NtN0λt其中λ代表增长率

答案 D

解析 甲曲线呈J型增长,无K值,按该曲线增长的种群处于理想环境中,增长率保持不变,A正确;乙曲线呈S型增长,按乙曲线增长的种群,到a点后种群数量增长率为0,种群数量达到最大值,此时种内斗争最为激烈,B正确;b点时种群数量增长速率最大,在同一环境中,不同种群的生存能力不同,因此在b点时的增长速率也不同,C正确;甲曲线呈J型增长,其数学模型为NtN0λt,其中λ代表该种群数量是一年前种群数量的倍数,D错误。

6巴西红耳龟是我国入侵物种之一在其原产地由于有鹭鸶浣熊等众多野生天敌猎取龟卵幼龟巴西红耳龟的数量基本保持稳定下列有关叙述正确的是(  )

A由于食物充足缺少天敌巴西红耳龟在我国将一直呈J型增长

B在原产地龟卵幼龟被天敌猎取导致巴西红耳龟的年龄组成为衰退型

C调查某湖泊中巴西红耳龟的种群密度可以采用标志重捕法

D在巴西红耳龟种群数量达到K/2时防治可达到最好的防治效果

答案 C

题组二 探究培养液中酵母菌种群数量的变化

7有关探究培养液中酵母菌种群数量的变化的表述不正确的是(  )

A如果一个方格内的酵母菌过多可以采用稀释后再计数的办法

B实验过程中时间是自变量酵母菌数量是因变量

C制片时让培养液自行渗入计数室后盖上盖玻片

D计数时应将试管轻轻振荡使酵母菌分布均匀

答案 C

解析 制片时,应先放置盖玻片,在盖玻片的边缘滴加培养液,待培养液从边缘处自行渗入计数室,用滤纸吸去多余培养液,再进行计数,C错误。

810 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错误的是(  )

样品

1

2

3

4

酵母菌数量(/mm3)

1 210

820

1 210

1 000

pH

4.8

5.4

3.7

5.0

 

A培养过程中酵母菌始终是出生率>死亡率

B样品的取样先后次序为2413

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

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

答案 A

9血细胞计数板是对细胞进行计数的重要工具下列叙述正确的是(  )

A每块血细胞计数板的正中央有1个计数室

B计数室的容积为1 mm×1 mm×0.1 mm

C盖盖玻片之前应用吸管直接向计数室滴加样液

D计数时不应统计压在小方格角上的细胞

答案 B

10如图为某种群在不同生态环境中的增长曲线请仔细分析图中曲线后回答下列问题

(1)将种群置于一个理想的环境中没有资源和空间的限制种群数量的增长曲线可用图中______表示置于有限的自然环境中种群数量的增长曲线可用图中_____表示(填字母)

(2)影响种群密度的主要因素是种群的__________________________________________

(3)当我们迁入刚建的新村美居可恶的老鼠也一同悄悄潜来它们咬坏衣物偷吃粮食毁坏家具传播疾病请根据ab曲线的变化趋势推测灭鼠的有效措施_____________使鼠群由________型曲线变化转变成________型曲线变化

答案 (1)a b (2)出生率死亡率迁入率迁出率年龄组成性别比例 (3)在进行灭鼠时要清除垃圾严密储存食物 a(J) b(S)

解析 (1)将种群置于理想条件下,其数量呈J型增长,如曲线a所示;将种群置于自然环境中,实际生态系统资源、空间有限,其数量呈S型增长,如曲线b所示。(2)影响种群密度的主要因素是种群的出生率、死亡率、迁入率、迁出率以及年龄组成、性别比例等。

B 综合强化练

1如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的原因最不可能的是(  )

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

答案 A

解析 该种群迁入了大量同种个体,会使种内斗争加剧,K值不可能增加,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。

2自然条件下种群数量增长曲线呈S假设种群的K值为200N表示种群数量据表分析不正确的是(  )

曲线上的点

S1

S2

S3

S4

S5

N

20

50

100

150

180

(KN)/K

0.90

0.75

0.50

0.25

0.10

 

A环境阻力对种群数量增长的明显影响出现在S4点之后

B防治蝗虫应在蝗虫数量达到S3点之前进行

C渔业捕捞后需控制剩余量在S3

D(KN)/K值为0.50种群增长速率最大

答案 A

解析 在种群数量变化的S型曲线中,环境阻力始终存在,A错误。

3如图甲和乙表示出生率死亡率净补充量(为出生率和死亡率之差)和种群密度的关系下列有关叙述正确的是(  )

A图甲中曲线a代表死亡率曲线b代表出生率

B海洋鱼类捕捞后应使鱼类的种群密度保持在图甲的E

C图乙中在F点控制有害生物最有效

D图乙中G点表示种群的环境容纳量

答案 D

解析 图甲中曲线a代表出生率,曲线b代表死亡率,A错误;海洋鱼类捕捞后应使鱼类的数量保持在K/2,图甲中的E点对应K值,B错误;图乙中的F点对应K/2,此时种群数量增长速率最快,不利于控制有害生物的数量,C错误;图乙中的G点对应图甲中的E点,均表示种群的环境容纳量,D正确。

4用奶瓶培养黑腹果蝇并观察成虫数量的变化结果如下表所示根据表中的数据分析下列结论正确的是(  )

时间()

1

5

9

13

17

21

25

29

33

37

成虫数()

6

10

28

71

131

207

270

302

327

341

 

A1325成虫数量增长快的主要原因是个体生长加快

B1729成虫增长率上升死亡率下降

C2137成虫增长率的下降与种群密度的改变有关

D137成虫数量呈J型增长

答案 C

解析 题表中第1325天,成虫数量增长快的主要原因是营养丰富、环境条件适宜,A项错误;第1729天,成虫的数量虽然增加,但其增长率下降,B项错误;第2137天,成虫增长率的下降与种群密度的改变有关,因为随着种群密度的增大,种内斗争加剧,导致成虫增长率下降,C项正确;第137天,成虫增长率不是一个定值,故成虫数量不呈J型增长,D项错误。

5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下列结论错误的是(  )

A4年该种群数量基本不变5年调查的年龄组成可能为衰退型

B48年间种群数量下降原因可能是食物短缺和天敌增多

C8年的种群数量最少816年间种群数量增加且呈S增长

D如果持续第1620年间的趋势后期种群数量将呈J增长

答案 C

解析 4λ1,说明种群增长率为0,种群数量保持不变,第5λ<1,说明种群数量下降,年龄组成为衰退型,A项正确;影响种群数量的因素有气候、食物、天敌、传染病等,B项正确;第810年间λ<1,种群数量减少,第1016年间λ>1,说明种群数量增加,C项错误;由题中曲线图的趋势可知,如果持续第1620年间的趋势,λ>1,且基本不变,后期种群数量将呈J增长,D项正确。

6如图表示在一个10 mL封闭培养体系中酵母菌细胞数量的动态变化关于酵母细胞数量的叙述正确的是(  )

A种内竞争导致初始阶段增长缓慢

B可用数学模型NtN0λt表示

C可用取样器取样法计数

DK值约为120 000

答案 D

解析 在酵母菌培养初期,其数量极少,酵母菌个体间几乎不存在种内竞争,A项错误;由题图可知,在070 h时间段内,种群增长曲线为S型曲线,而数学模型NtN0λt只适用于J型曲线,B项错误;酵母菌等微生物只有用显微镜才能看清,所以一般使用血细胞计数板计数,C项错误;由题图可知,该环境下酵母菌细胞数量的最大值为酵母菌的K值,K值为12×1 000×10120 000()D项正确。

 

7图甲是种群在不同环境条件下的增长曲线图乙是研究人员对某草场进行生态学调查后绘制的某昆虫种群λ值的变化曲线(未发生迁入和迁出)请分析回答

(1)图甲中A曲线表示的种群生活在____________________________________的环境中

(2)图甲中B曲线呈________阴影部分表示____________________的个体数量

(3)图乙中该昆虫在05年间种群数量呈现图甲中________(AB)曲线型增长可推测该昆虫种群的年龄组成类型是________

(4)该昆虫种群数量在第15年时________(不是)最小值在第2025年间种群数量________(增多”“不变减少)

答案 (1)食物及空间条件充裕气候适宜没有敌害(或理想条件下) (2)S 在生存斗争中被淘汰 (3)A 增长型 (4)不是 不变

解析 (1)题图甲中A曲线表示种群的数量呈J型增长,由此可推知该种群在食物及空间条件充裕、气候适宜、没有敌害的理想环境中生活。(2)图甲中B曲线呈S型,阴影部分表示在生存斗争中被淘汰的个体数量。(3)图乙中该昆虫在05年间,种群λ>1且保持不变,可推知该种群数量在此期间呈J型增长,即图甲中A曲线。由此可推测,该昆虫种群的年龄组成类型是增长型。(4)图乙中在1020年间,λ值都小于1,表示该昆虫种群数量一直在减少,所以该昆虫在第15年时的种群数量不是最小值;在第2025年间,λ值都等于1,表示该昆虫的种群数量基本保持不变。

8某生物兴趣小组开展探究实验课题是探究培养液中酵母菌种群数量的变化

实验材料用具菌种和无菌培养液试管血细胞计数板滴管显微镜等

(1)根据所学知识该课题的实验假设是开始一段时间酵母菌数量增长大致符合J型曲线随着时间的推移由于__________________酵母菌数量总体呈S型增长

(2)本实验没有另外设置对照实验原因是__________________________________________该实验是否需要重复实验______________________________________________________原因是_____________________________________________________________________

(3)在吸取培养液进行计数前要轻轻振荡几次试管目的是________________如果一个小方格内的酵母菌过多难以数清应采取的措施是_______________________________

(4)在该实验的基础上根据你对影响酵母菌种群数量变化的因素的推测进一步确定一个探究实验的课题_____________________________________________________________

答案 (1)环境资源和空间有限 (2)该实验在时间上形成前后自身对照 需要 为提高实验的准确性 (3)使酵母菌分布均匀 稀释培养液 (4)探究酵母菌种群数量与培养液pH的变化关系(其他答案合理均可)

解析 (1)在开始时食物和空间充足,酵母菌数量增长大致符合J型曲线,随着时间的推移,酵母菌数量越来越多,但环境资源和空间有限,酵母菌数量总体呈S型增长。(2)本实验不需要另外设置对照实验,因为酵母菌种群数量的变化在时间上形成前后自身对照。为提高实验的准确性,需要进行重复实验。(3)从试管中吸取培养液进行计数前,要轻轻振荡几次试管,目的是使培养液中的酵母菌均匀分布,以减少误差。如果一个小方格内的酵母菌过多,难以数清,应将培养液稀释后再计数。(4)养分、空间、温度、pH和有毒代谢物等都是影响酵母菌种群数量变化的因素。