高中生物北师大版必修三教学案第3章 第1节 第2课时 种群数量的变动调节与平衡.docx

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高中生物北师大版必修三教学案第3章第1节第2课时种群数量的变动调节与平衡

第2课时　种群数量的变动、调节与平衡

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：

Nt＝N0λt，呈“J”

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。

4.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。

种群增长曲线

种群增长曲线

种群增长

指数增长

逻辑斯蒂增长

曲线名称

“J”型曲线

“S”型曲线

曲线图

形成条件

①食物和空间条件充裕

②气候适宜

③没有敌害等

①资源和空间有限

②种群密度增大

③天敌数量增加等

数量变化

种群数量每年以一定的倍数（λ）增长

种群数量在K值上下保持相对稳定

K值

无K值

有K值（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）

数学公式

Nt＝N0λt

1．种群呈“J”型增长的条件有哪些？

提示：

种群呈“J”型增长的条件有食物和空间充足、气候适宜、没有天敌等。

2．试绘制出理想条件下种群“J”型增长时其增长率的变化曲线图。

提示：

3．分析种群数量增长呈“S”型的原因。

提示：

自然界的资源和空间总是有限的，当种群密度增大时，种内竞争就会加剧，天敌数量增加，这些原因使种群出生率降低，死亡率增高。

当死亡率等于出生率时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平。

[跟随名师·解疑难]

1．“S”型曲线种群增长速率的变化特点

（1）种群数量达到K/2值前，增长速率由0逐渐增大。

（2）种群数量达到K/2值时，增长速率达到最大值。

（3）种群数量由K/2值→K值时，增长速率逐渐减小，直至为0。

“S”型种群增长速率曲线如右图所示：

2．种群数量两种增长方式的差异

两种增长方式的差异，主要在于环境阻力对种群数量增长的影响，按照达尔文自然选择学说，它就是通过生存斗争淘汰的个体，可用下图来表示。

3．研究种群数量变化的意义

研究种群数量变化的意义主要体现在两方面：

一是野生生物资源的合理开发利用，二是农林害虫等有害动物的防治，如下表（以灭鼠及捕鱼为例说明）：

灭鼠

捕鱼

K/2（有最大增长速率）

防止灭鼠后，若鼠的种群数量在K/2附近，这样鼠的种群数量会迅速增加，无法达到灭鼠的目的

使鱼的种群数量维持在K/2，捕捞后，鱼的种群数量可以迅速回升

K（环境最大容纳量）

降低K值，改变环境，使之不适合鼠生存

保护环境，保证鱼生存的环境条件，尽量提升K值

探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化

[自读教材·夯基础]

1．实验原理

（1）用培养液培养酵母菌，种群的增长受培养液中成分、空间、pH、温度等因素的影响。

（2）种群增长包括加速增长、减速增长和波动3种形式，酵母菌种群数量的变化，可能是这3种形式不同顺序的组合。

2．实验设计与实施

酵母菌的显微直接计数法：

取血球计数板：

取洁净的血球计数板一块，在计数区上盖上一块盖玻片

滴酵母菌悬液：

用滴管吸取少许酵母菌悬液，从计数板中间平台两侧的沟槽沿盖玻片下

边缘滴入一小滴（勿使产生气泡），用吸水纸吸去沟槽中流出的多余菌悬液

观察：

静置片刻，将血球计数板置载物台上夹稳，先在低倍镜下观察到计数区后，再转

换高倍镜观察计数

计数：

按对角线方位，数左上、左下、右上、右下的4个大方格的菌数。

如果菌体位于

大方格的双线上，计数时则数上线不数下线，数左线不数右线

3．得出结论、表达交流

根据实验数据可得下图所示的增长曲线。

增长曲线的总趋势是种群数量先增加，然后趋于相对稳定，如果再继续培养，种群数量又逐渐减少。

1．从试管中吸出培养液进行计数之前，需将试管轻轻振荡几次，分析其原因。

提示：

轻轻振荡试管，使酵母菌分布均匀，便于取样计数更加准确。

2．如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，思考应采取何种措施？

提示：

如酵母菌过多，应对培养液进行适当稀释后再计数。

[跟随名师·解疑难]

1．酵母菌的新陈代谢类型

酵母菌属兼性厌氧型微生物，有氧时产生CO2和H2O，无氧时产生二氧化碳和酒精。

因此，在利用液体培养基培养酵母菌时，随培养液中氧气的消耗，培养液的pH会发生变化。

2．培养液中酵母菌数量变化曲线分析

一定体积培养液中酵母菌种群数量变化规律不同于开放环境中的曲线模型，它属于封闭环境中种群的数量变化，因后期无外源物质和能源的补充，其数量变化比“S”型曲线多了一个衰亡期。

如图：

种群数量的调节与平衡

[自读教材·夯基础]

1．环境容纳量

（1）含义：

由环境资源所决定的种群限度。

（2）种群数量与环境容纳量。

①当种群密度大于环境容纳量时，种群数量就会减少。

②当种群密度小于环境容纳量时，种群数量就会增加。

2．种群数量的调节

（1）密度制约因素：

①含义：

指其作用随种群密度的大小而变化的种群调节因素，例如食物、流行性传染病等。

②作用：

密度制约因素能够反馈调节种群数量，使其呈现周期性消长。

（2）非密度制约因素：

①含义：

指其作用多大与种群密度无关的因素，例如刮风、下雨、降雪、变温等气候因素。

②作用特点：

猛烈的、灾难性的。

③与种群数量调节的关系

非密度制约因素本身对种群数量没有反馈作用，但可以通过密度制约因素的反馈调节机制来调节。

（3）种群数量调节因素的作用机制：

通过影响种群出生率、死亡率或迁入率、迁出率而起控制种群数量的作用。

（4）研究种群数量调节因素和机制的意义：

对种群数量变动进行预测预报，从而制定控制种群数量的措施，为农、林、牧、渔业生产服务。

为什么种群密度大于环境容纳量时，种群数量就会减少？

提示：

任何种群数量的增长，都会受到食物、空间和其他资源的限制。

种群密度大时，种内个体之间竞争资源的斗争也就更加激烈，斗争的结果使一部分个体被淘汰，导致种群数量下降。

[跟随名师·解疑难]

种群模型的建构

在环境空间、食物和其他资源无限时，种群的增长率不会随本身的密度变化而变化，这种连续增长通常呈指数式。

由于增长不受种群密度影响，也称非密度制约增长。

非密度制约增长可分为两类，如果种群的各世代彼此不相重叠，如一年生植物和许多年生殖一次的昆虫，其种群增长是不连续的、分步的；如果种群的各世代是彼此重叠的（例如人、多数兽类），其种群大小的增长是连续的。

种群增长曲线

[例1]　如图中的曲线1～4是W、X、Y、Z四种条件下细菌种群的生长曲线：

这四种条件是：

W——不断提供食物、水、氧气，除去废物

X——随时间延续，食物耗尽，有害物质积累

Y——随时间延续，食物量维持在一定水平，无毒害物质积累

Z——随时间延续，食物耗尽，由于产生突变的结果，出现了新的菌株，它们能利用原有细菌代谢产生的物质作为营养物质

以下哪项的生长条件和生长曲线1、2、3、4正确配对（　　）

A．WXYZ　　　　　　B．XYZW

C．YZWXD．XYWZ

[精讲精析]　据题可知：

“W”条件想当于“理想”条件，种群的增长相当于“J”型，与图3相符合；“X”条件为种群所处的环境逐步恶化，因此种群的数量达到一定值后，会迅速减少，相当于图4；“Y”条件相当于种群在自然条件下的增长，即为“S”型增长，与图1相符合；“Z”条件相当于两个连续的“S”型增长的组合，与图2相符合。

[答案]　C

　对某地区新引入的一种鸟进行种群数量的调查研究，得到的数据如下表：

（单位：

只）

年份

种群数量

捕捉标志数

第二天重捕数

重捕个体中的标志数

1970

50

1971

80

1972

400

1973

800

1974

1500

1975

150

150

13

那么，1970年至1975年该鸟种群的增长曲线是（　　）

解析：

应用标志重捕法的相关计算：

设1975年的种群数量为X，则有X/150＝150/13，X＝1730，所以比1974年略有增加，种群曲线应为“S”型增长。

答案：

C

探究酵母菌种群数量的变动

[例2]　有关“探究培养液中酵母菌数量动态变化”的实验，正确的叙述是（　　）

A．改变培养液的pH值不影响K值（环境容纳量）大小

B．用样方法调查玻璃容器中酵母菌数量的变化

C．取适量培养液滴于普通载玻片后对酵母菌准确计数

D．营养条件并非影响酵母菌种群数量变化的唯一因素

[精讲精析]　样方法是调查植物种群密度的方法，酵母菌的计数采用的是抽样检测法；用血球计数板来计数，先将盖玻片放在计数区上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入；养分、空间、温度、pH和有毒排泄物等都会影响种群数量的变化；其中每个因素的变化都会使K值改变。

[答案]　D

种群数量的调节与平衡

[例3]　下列有关种群数量的相关说法错误的是（　　）

A．一个种群的数量不是固定不变的

B．密度制约因素能反馈调节种群的数量，使其呈现周期性消长

C．出生率和迁入率较大时，一般种群的数量会增大

D．种群数量会是恒定不变的

[精讲精析]　种群数量会因一些因素而出现增长、波动、下降等变化，食物、传染病等密度制约因素反馈调节种群的数量变化而导致种群数量呈现周期性消长。

一般情况下，一个种群的出生率、迁入率较大时，会使种群数量逐渐增大。

[答案]　D

1．探究影响种群数量变化的因素。

2．探究某种生物种群数量的变化。

典例剖析

下列是关于探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”实验。

某生物兴趣小组的同学在三种不同的条件下，观察酵母菌种群的生长情况时，得出下表中的数据（在有氧情况下培养测得的酵母菌数）（×106个/mL）。

请根据所学的知识，回答下列有关问题。

培养时间（d）

组别　　　　

1

2

3

4

5

6

7

8

A

0.8

5.2

5.6

4.8

2.0

0.8

0.4

0.08

B

0.8

1.2

2.0

2.8

3.2

3.6

3.2

3.0

C

0.8

0.4

0.1

0

0

0

0

0

实验研究的三种条件如下：

条件一：

无菌水10mL，加入干酵母液0.1mL，环境温度28℃。

条件二：

培养液10mL，加入干酵母液0.1mL，环境温度28℃。

条件三：

培养液10mL，加入干酵母液0.1mL，环境温度5℃。

（1）三种条件对应的组别编号依次是________。

（2）请写出主要呼吸作用的反应式____________________________________________。

（3）上述三种条件的设置，可分别用来探究________对酵母菌种群数量变化的影响。

如条件一与条件二组合可以探究________对酵母菌种群数量变化的影响；而条件二与条件三组合则可以用来探究__________对酵母菌种群数量变化的影响，其中的条件二的设置在该实验中属于________。

（4）本实验过程中，每隔24小时取一定量的酵母菌培养液，用血细胞计数板在显微镜下进行细胞计数，并以多次计数的平均值估算试管中酵母菌种群密度，这种方法称为____________。

每次取样前都应振荡试管，目的是使______________________________，减少实验中计数误差。

如果显微镜视野内酵母菌过多，难以计数，应当采取的措施是______________________________________________________________________。

[解析]　探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”的实验，在学习时要从实验原理、实验步骤、数学模型建构等方面予以关注。

特别是培养液的配制、计数方法、记录表的设计、坐标图的绘制及分析等内容。

本实验仍然遵循对照原则、单一变量原则。

[答案]　

（1）C、A、B

（2）C6H12O6＋6H2O＋6O2

6CO2＋12H2O＋能量

（3）培养液、温度（及时间）　培养液　温度　对照实验

（4）抽样检测法（显微计数法）　试管中酵母菌分布均匀　加定量无菌水（或定量培养液）稀释（“定量”可不要求）

[随堂基础巩固]

1．在光照下，将等细胞数量的衣藻和大肠杆菌分别接种到只含无机盐的培养液中培养，结果是（虚线和实线分别表示大肠杆菌和衣藻的生长曲线）（　　）

解析：

衣藻是自养型生物，可以利用无机物制造有机物，所以放在只含无机盐培养液中可以存活并繁殖。

而大肠杆菌是异养型生物必须利用现成的有机物，而培养液中无有机物，所以不利于大肠杆菌的生存。

答案：

C

2．（浙江高考）某生态系统中生活着多种植食性动物，其中某一植食性动物种群个体数量的变化如图所示。

若不考虑该系统内生物个体的迁入与迁出，下列关于该种群个体数量变化的叙述，错误的是（　　）

A．若a点时环境因素发生变化，但食物量不变，则a点以后个体数量变化不符合逻辑斯谛（“S”型）增长

B．若该种群出生率提高，个体数量的增加也不会大幅超过b点

C．天敌的大量捕食会导致该种群个体数量下降，下降趋势与b～c段相似

D．年龄结构变动会导致该种群个体数量发生波动，波动趋势与c～d段相似

解析：

从图中个体数量在K值附近波动可以看出，该生态系统是一个相对成熟稳定的生态系统。

若该种群出生率提高，数量将增加，但应该也在K值附近波动，不会大幅超过b点；种群数量下降的原因与食物、天敌等因素相关，所以下降趋势与b～c段相似；年龄结构变动导致该种群数量波动，但也应该在K值附近波动；若a点时环境因素变化，食物量不变，增长的过程可能会有所波动，但仍按“S”型增长，只是增长速率有所增加或减少而已。

答案：

A

3．用牛奶瓶培养黑腹果蝇，观察成虫数量的变化，结果如下表：

时间（天）

1

5

9

13

17

21

25

29

33

37

成虫数（只）

6

10

28

71

131

207

270

302

327

341

根据表中数据分析，下列结论正确的是（　　）

A．第13～25天，成虫数量增长快的主要原因是个体生长加快

B．第17～29天，成虫增长率上升、死亡率下降

C．第21～37天，成虫增长率的下降与种群密度的改变有关

D．第1～37天，成虫数量呈“J”型增长

解析：

据图可知，随培养时间的延长，个体数量不断增加，但增加速率先上升后下降。

当个体数量达到一定程度后，种内斗争加剧，所以种群增长速率下降。

答案：

C

[课时跟踪检测]

（满分50分　时间25分钟）

一、选择题（每小题3分，共30分）

1．下列有关种群增长的“S”型曲线的叙述，错误的是（　　）

A．通常自然界中的种群增长曲线最终呈“S”型

B．达到K值时种群增长速率为零

C．种群增长受自身密度的影响

D．种群的增长速率逐步降低

解析：

在自然界中空间和资源都是有限的，种群数量存在最大值，即环境容纳量。

当达到最大容纳量时，种群的出生率等于死亡率，增长速率为零。

“S”型曲线中，开始时增长速率增加，但自然界的资源和空间总是有限的，当种群密度增大时，种内斗争加剧，以该种群为食的动物的数量也会增加，这样会使种群的出生率降低，死亡率增高，增长速率降低。

答案：

D

2．右图表示某物种迁入新环境后，种群增长速率随时间的变化关系。

在第10年时经调查该种群数量为200只，估算该种群在此环境中的环境负荷量约为（　　）

A．100只B．200只

C．300只D．400只

解析：

题中纵坐标为种群增长速率，所以第10年时增长速率最大，相当于“S”型曲线的K/2，所以环境容纳量约为2×200＝400。

答案：

D

3．“食人鱼”是一种有极强生存能力的肉食鱼类，一旦进入自然生态水域，就会造成严重的生态灾难。

假如该物种进入某湖泊，下图曲线能准确表达其种群数量变化特点的是（　　）

解析：

湖泊中的资源和空间有限，所以进入该湖泊的“食人鱼”的数量增长属于“S”型增长。

答案：

A

4．种群是生态学研究的一个重要内容，下列有关种群的正确叙述是（　　）

A．种群是指一个生态系统中同种生物所有成熟个体的总和

B．一个呈“S”型增长的种群中，在种群数量达到K/2时增长速率最大

C．种群中各年龄期的个体数目比例适中，这样的种群正处于发展阶段

D．合理密植农作物时，其种群数量可以大于K值（环境最大容纳量）

解析：

种群是指生活在同一地点的同种生物的一群个体，包括不同年龄段的同种个体的总和。

在“S”型增长曲线中，在种群数量达到K/2时增长速率最大。

种群中各年龄期的个体数目比例适中，这样的种群将保持相对稳定。

种群数量的最大值是环境的最大容纳量，不会因合理密植与否而改变。

答案：

B

5．某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验时，同样实验条件下分别在4个试管中进行培养（如下图），均获得了“S”型增长曲线。

下列有关该实验的说法错误的是（　　）

A．4个试管内的种群同时达到K值

B．4个试管内种群的增长速率都是先增大后减小到零

C．试管Ⅲ内种群的K值与试管Ⅱ不同

D．试管Ⅳ内的种群数量先于试管Ⅱ内的开始下降

解析：

在该实验中，4个试管均获得了“S”型增长曲线，表明它们的种群数量增长速率均是先增大后减小到零；由于试管Ⅲ和试管Ⅱ内的培养液体积不同，其内的种群的K值也不同；试管Ⅳ内起始酵母菌数比试管Ⅱ的多一倍，而培养液体积相等，故试管Ⅳ内的种群数量先于试管Ⅱ的开始下降；这也说明4个试管内的种群不会同时达到K值。

答案：

A

6．搁置一段时间的洗碗水，在其他条件都适宜的情况下，碗内微生物数量变化在开始一段时间内最可能的是呈（　　）

A．“J”型曲线增长B．“S”型曲线增长

C．“J”型或“S”型曲线增长D．无规律增长

解析：

碗内微生物在开始一段时间内，其生活的空间和资源可以认为是无限的，因此其增长曲线最可能是“J”型曲线。

答案：

A

7．右图表示某一生物种群在有限环境中的增长曲线。

下列有关叙述正确的是（　　）

①K值是环境条件所允许达到的种群数量的最大值

②在K值时，种群的增长速率最大

③如果不考虑迁入迁出等其他因素，在K值时出生率等于死亡率

④假设这是鱼的种群，当种群达到K值时开始捕捞，可持续获得最高产量

A．①②B．①④

C．①③D．③④

解析：

在K/2时，种群的增长速率最大。

“S”型曲线中种群数量为K/2时斜率最大，所以在捕捞鱼群时，种群数量等于K/2时就可以猎取一定数量的该生物资源，而且获得量大且不影响资源再生。

答案：

C

8．右图表示某种鱼迁入一生态系统后，种群数量增长速率随时间变化的曲线，下列叙述中正确的是（　　）

A．在t0～t2时间内，种群数量呈“J”型增长

B．若在t2时种群的数量为N，则在t1时种群的数量为N/2

C．捕获该鱼的最佳时期为t2时

D．在t1～t2时，该鱼的种群数量呈下降趋势

解析：

分析图中曲线可知：

t0～t2时种群增长速率由小变大、达到最大值后又逐渐变小，因而该种群数量增长呈“S”型曲线；t2时种群增长速率为0，种群的数量达到最大值，在t1时种群增长速率最大，此时种群的数量为K/2；t1时，捕获该鱼获得的量大且不影响该鱼类资源的再生，因而此时为捕捞的最佳时期。

答案：

B

9．（江苏高考）在野外试验站，研究棉蚜发生期开放和封闭条件下、不同初始密度（1和20头/叶）的棉蚜种群密度变化，各实验组均放置规格、数量相同的棉叶，结果如下图。

有关叙述正确的是（多选）（　　）

A．初始密度相同的种群开放条件下先于封闭条件下衰退，可能与迁出有关

B．初始密度相同的种群开放条件下先于封闭条件下达到密度峰值，可能与迁入有关

C．开放和封闭条件下种群数量均在达到K值时开始衰退

D．开放和封闭条件下种内斗争均在种群衰退时开始减弱

解析：

本题考查对实验结果的分析判断能力。

由曲线可知：

初始密度相同的种群，开放条件下的先达到峰值也先衰退，而开放条件与封闭条件相比是开放条件下存在迁入和迁出的现象，A、B正确；因各组棉叶的规格数量相同，则理论上K值应相同，但由图示可知，只有开放条件下初始密度较大的种群在达到K值时开始衰退，其余都是在未达到K值时就开始衰退，C项错误；种内斗争是指某一区域的同种个体为争夺有限的资源和空间而发生斗争的现象，在种群衰退时虽然种群个体数量减少，但因棉叶被食用，其量也在减少，故种内斗争不一定减弱，D项错误。

答案：

AB

10．下图表示用不同方式培养酵母菌时种群的增长曲线。

曲线⑤是对照组，④保持恒定酸性，其余分别是每3h、12h、24h换一次培养液，下列叙述不正确的是（　　）

A．更换营养液的周期越长，种群平均增长率越大

B．K值随环境条件（资源量）的改变而改变

C．造成⑤的K值较小的原因有资源缺乏，有害代谢产物的积累，pH的变化等

D．曲线②表示每12h换一次培养液，曲线①表明酵母菌的生长基本不受限制

解析：

酵母菌等微生物的生长受温度、pH、溶氧、营养物质浓度等条件的限制。

在环境条件无限制时，微生物会呈现“J”型增长；如果环境条件变得不适宜，则种群呈现“S”型增长。

及时更换营养液可以补充环境中的营养物质，使得K值增大，更换营养液的周期不同，则K值不同，更换营养液的周期越长，受到营养物质不足和有害代谢产物的限制的程度就越大，种群平均增长率降低。

答案：

A

二、非选择题（共20分）

11．（12分）右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）此外，还有直接影响种群兴衰的两对变量是该种群的________和________、迁入率和迁出率。

年龄结构是通过影响________________________而间接对种群动态变化起作用。

解析：

“J”型增长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。

出生率和死亡率、迁入率和迁出率是影响种群数量的直接因素，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。

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　死亡率　出生率和死亡率

12．（8分）某研究所对一个河流生态系统进行了几年的跟踪调查，图甲表示某种鱼迁入此生态系统后的种群数量随时间的变化曲线。

请分析回答：

（1）在乙图的坐标内画出该种群的增长速率曲线。

（2）在t1时该种群的年龄结构可能为__________型。

（3）若在t2时种群数量为N，为了保护这种鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕捞量，应使这种鱼的种群数量保持在__________N水平，原因是_____________________