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人教版 (2019)选择性必修2第2节 种群数量的变化学案
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这是一份人教版 (2019)选择性必修2第2节 种群数量的变化学案，共42页。
第2节 种群数量的变化
[学习目标]
1.通过建构种群数量增长的数学模型,解释种群数量的变化,建立科学思维。
2.通过比较种群数量增长的“J”形曲线和“S”形曲线,运用种群数量变化规律解决生产生活中的实际问题。
3.关注人类活动对种群数量变化的影响,阐明人与自然和谐发展的意义,关注濒危动物种群数量的变化及保护措施,提升社会责任。
4.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化,尝试建构种群增长的数学模型。
一、种群数量的变化
1.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)研究方法步骤
提出问题→提出合理的假设→用适当的数学形式对事物的性质进行表达→检验或修正。
(3)建构数学模型的目的:描述、解释和预测种群数量的变化。
(4)表达形式
①数学方程式:优点是科学、准确。
②曲线图:优、缺点是直观但不够精确。
2.种群的“J”形增长
(1)含义:在理想条件下的种群,以时间为横坐标,以种群数量为纵坐标画出的曲线图,曲线大致呈“J”形。
(2)“J”形增长数学模型
①模型假设:在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条件下。
②“J”形增长数学模型的特点是: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。
③t年后种群数量表达式为:Nt=N0λt。
N0表示该种群的起始数量;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;t表示时间。
3.种群的“S”形增长
(1)含义:种群经过一定时间的增长后,数量趋于稳定的曲线,称为“S”形曲线。
(2)产生原因: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,这就会使种群的出生率降低,死亡率升高。当种群的死亡率与出生率相等时,种群就稳定在一定的水平。
(3)环境容纳量:一定的环境条件所能维持的种群最大数量,称为环境容纳量,又称K值。
(4)保护大熊猫的根本措施是:提高环境容纳量。具体方法: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。
4.种群数量的波动
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,但对于大多数生物的种群来说,种群数量总是在波动中,处于波动状态的种群,在某些特定条件下可能出现种群暴发。蝗灾、鼠灾、赤潮等,就是种群数量暴发增长的结果。
二、培养液中酵母菌种群数量的变化
1.实验原理:(1)酵母菌属于兼性厌氧(呼吸方式)菌,生长周期短、繁殖快,用液体培养基培养酵母菌时,其数量会受培养液成分、pH、空间及温度等因素影响。
(2)在理想条件下,呈“J”形增长,在资源和空间有限条件下呈“S”形增长。
2.计数:培养液中逐个计数酵母菌非常困难,可以采用抽样检测的方法,具体的步骤: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。计数用到的器材有显微镜、血细胞计数板。
3.预期实验结果:在理想的环境中,酵母菌种群的增长呈“J”形曲线;在有限的环境条件下,酵母菌种群的增长呈“S”形曲线。
1.判断有关“J”形曲线、“S”形曲线的说法的正误。
(1)环境容纳量就是种群的最大数量。( × )
提示: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。
(2)一个物种引入一个新的地区后,一定呈“J”形曲线增长。( × )
提示:一个物种引入一个新的地区后,若条件适宜,则会呈“J”形增长。
(3)自然条件下,种群的环境容纳量是固定不变的。( × )
提示:自然条件下,种群的环境容纳量会因环境条件的改变而改变。
(4)当酵母菌种群数量超过K/2时,增长速率减慢,年龄结构为衰退型。( × )
提示:种群数量超过K/2时,增长速率减慢,但数量仍在增长,为增长型。
(5)对家鼠等有害动物的控制,要尽量降低其K值。( √ )
(6)“S”形增长曲线表示了种群数量和食物的关系。( × )
提示:“S”形增长曲线表示了种群数量随时间的变化规律。
2.判断有关酵母菌种群数量变化的说法的正误。
(1)培养酵母菌时,必须去除培养液中的溶解氧。( × )
提示:酵母菌为兼性厌氧菌,有氧条件下繁殖速度快,无须除去培养液中的溶解氧。
(2)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。( × )
提示:计数时,先在血细胞计数板上盖上盖玻片,再将培养液滴在盖玻片边缘,让培养液自行渗入。
(3)在培养初期,酵母菌因种内竞争强而生长缓慢。( × )
提示:在培养初期,酵母菌数量较少,种内竞争较弱。
(4)种群数量变化只有“J”形和“S”形增长两种类型。( × )
提示:种群数量变化包括增长、波动、下降甚至消亡。
(5)计数时若不染色,统计酵母菌细胞数目时,结果会偏小。( × )
提示:若不染色,会将死细胞一起统计,结果会偏大。
探究点一 建构种群增长模型的方法
[情境] 研究人员发现一部手机携带的细菌数量是男厕冲水柄细菌数量的18倍,有1/4的手机细菌总数超过可接受水平的10倍。某种细菌每20 min就通过分裂增殖一代。
[思考] (1)细菌的生殖方式是有性生殖还是无性生殖?
提示:细菌进行无性生殖。
(2)根据[情境],2 h后,由一个某种细菌分裂产生的后代数量是多少?
提示:26。
(3)如果我们用N表示细菌数量,n表示繁殖产生细菌的代数,请写出1个细菌增殖n代后种群数量的公式。
提示:Nn=1×2n。
(4)在坐标系中画出此种细菌增长曲线,以时间为横轴,细菌数量为纵轴。
提示:
(5)曲线图与数学方程式比较,有何优缺点?
提示:曲线图更直观,数学方程式更准确。
[归纳总结] (1)建立数学模型的一般步骤
(2)常见的模型形式及举例
常见的模型形式包括物理模型、概念模型、数学模型等。DNA双螺旋结构模型、流动镶嵌模型等都属于物理模型;对光合作用过程中物质和能量变化的解释、达尔文的自然选择学说的解释模型等属于概念模型;酶活性受温度(pH)影响示意图,不同细胞的细胞周期持续时间等属于数学模型。
[应用] 数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式,建立数学模型一般包括以下步骤,下列排列顺序正确的是( B )
①根据实验数据,用适当的数学形式对事物的性质进行表达
②观察研究对象,提出问题
③通过进一步实验或观察等,对模型进行检验或修正
④提出合理的假设
A.④②③① B.②④①③
C.④③②① D.②①④③
探究点二 种群的“J”形增长
1.尝试构建种群增长的“J”形增长曲线
[情境1] 有人在适宜条件下培养大草履虫,并且每天更换培养液,保证大草履虫有充足的营养和生存空间,最先放入5只大草履虫,每天记录其数量变化,如下表所示。
时间
初始
1天后
2天后
3天后
……
种群数
量/ 只
5
19
81
325
……
若假设后一天的数量始终是前一天数量的4倍。
[思考] (1)你能否在假设的基础上建立数学模型解决实验中的问题:7天后大草履虫的数量是多少?(用公式表示,不必计算具体结果)
提示:7天后的数量:5×47。
(2)后一天的数量始终是前一天数量的4倍的前提条件是什么?
提示:适宜的条件、充足的营养和生存空间。
(3)若N0为某种群的起始数量,Nt表示经过t天后该种群的数量,且后一天的数量始终是前一天数量的λ倍,试建立表示该种群数量变化的一般公式并作出曲线。
提示:Nt=N0·λt
[归纳总结] “J”形增长曲线
(1)“J”形增长曲线的条件:食物和空间充裕、气候适宜,没有天敌和其他竞争物种。
(2)“J”形增长曲线的特点: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.“J”形增长曲线的实例
[情境2] 水葫芦原产于南美洲,1901年作为花卉引入中国。由于繁殖迅速,又几乎没有竞争对手和天敌,因此,它对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略,挡住阳光,导致水下植物得不到足够光照而死亡。水葫芦成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。
[思考] (1)水葫芦不受限制地大量繁殖的条件是什么?
提示:食物和空间充裕、气候适宜,没有天敌和其他竞争物种。
(2)我国海关为什么要严格控制有害生物入境?
提示:防止有害生物入境后成为优势物种,影响本地物种的生存。
[归纳总结] 总结“J”形增长实例
(1)实验室营养充分的条件下。
(2)种群刚迁入到一个新的适宜环境的早期阶段。
[深度思考] 下面是历年来世界和我国人口增长曲线图
根据历年来世界和我国人口增长的数据,分析人口增长是否呈“J”形曲线?简述理由。
提示:否,因为人口增长会受到很多因素的限制,比如:食物、生存空间、政策(如我国实行计划生育政策)等,只有在理想条件下,种群才能出现“J”形增长。
[归纳总结] 理解“J”形曲线的“λ”
(1)准确理解“λ”内涵
Nt=N0λt,λ代表种群数量“增长倍数”,而不是增长速率。λ>1时,种群密度不断增大;λ=1时,种群密度保持稳定;λ<1时,种群密度不断减小。
(2)图示解读
①a段:λ>1且恒定——种群数量呈“J”形增长;
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,故种群数量仍逐年下降。
[应用] 在调查某林场松鼠的种群数量时,计算当年种群数量与前一年种群数量的比值(λ),并得到如图所示的曲线。据此图分析得到的下列结论中不正确的是( C )
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
解析: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;影响种群数量的因素有气候、食物、天敌、传染病等;第10年时种群数量最少;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。
探究点三 种群的“S”形增长和种群数量的波动
1.尝试构建种群的“S”形增长曲线
[情境1] 生态学家曾经做过一个实验:把5只大草履虫置于0.5 mL的培养液中,每隔1天(24小时)统计一次数据,经过反复实验,结果如下:
时间/天
1
2
3
4
5
6
种群数
量/个
20.4
137.2
319.0
369.0
375.0
373.3
[思考] (1)请绘制大草履虫的种群增长曲线。
提示:
(2)大草履虫数量增长曲线与哪一个字母相似?种群数量变化有何特点?
提示:“S”,种群经过一定时间的增长后,数量趋于稳定。
(3)这种增长曲线形成的原因是什么?
提示:随着大草履虫数量的增多,对食物和空间的竞争加剧,导致出生率降低、死亡率升高,即存在环境阻力。
(4)0.5 mL的培养液中大草履虫的最大数量约为375.0,这个数值的含义是什么?
提示:一定的环境条件下所能维持的种群的最大数量称为环境容纳量,又称K值。
(5)不同物种在同一环境中K值是否相同?当环境改变时生物的K值是否发生改变?
提示:不同物种在同一环境中K值一般不同;环境改变时生物的K值会改变。
[归纳总结] “S”形增长曲线
(1)形成原因:自然条件下资源和空间总是有限的,种群密度越大,种内斗争和种间竞争越剧烈,捕食者数量越多,导致该种群的出生率降低,死亡率增高。
(2)出生率与死亡率关系:K值之前,出生率>死亡率;K值时,出生率≈死亡率。
2.尝试构建“S”形增长的增长率和增长速率的曲线
[情境2] ①增长率是指单位时间内种群数量变化率,即种群在单位时间内净增加的个体数占个体总数的比率。
②增长速率是指单位时间种群增长数量。
[思考] (1)尝试计算“S”形增长的种群增长率并构建相应的曲线。
提示:增长率=(现有个体数-原有个体数)/原有个体数
(2)尝试计算“S”形增长的种群增长速率并构建相应的曲线。
提示:增长速率=(现有个体数-原有个体数)/增长时间
3.种群数量的波动
[情境3] 某地区东亚飞蝗种群数量多年的变化情况如下:
处于波动状态的种群,在某些特定的情况下可能出现种群暴发,蝗灾、鼠灾、赤潮等,就是种群数量暴发增长的结果。
[思考] (1)K值与什么有关?它会永远保持不变吗?
提示:K值与环境有关,它不是固定不变的,而是处在波动中。
(2)种群的数量还有哪些变化?
提示:种群数量变化除了增长、稳定、波动外,还有下降。当种群长期处于不利条件下,如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏,种群数量会出现持续性的或急剧的下降。
[归纳总结] 研究种群数量变化的意义
(1)为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导。
(2)通过研究种群数量变化规律,为有害生物的预测及防治提供科学依据。
(3)有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。
4.[活动] 阅读教材P9～P10,思考下列问题。
(1)对濒危动物如大熊猫应采取什么保护措施?
提示:建立自然保护区,改善大熊猫的栖息环境,提高环境容纳量。
(2)对家鼠等有害动物的控制,应当采取什么措施?
提示: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,等等。
[深度思考] (1)为了保护鱼类资源不受破坏,并能持续地获得最大捕鱼量,应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平?为什么?
提示:根据种群增长的“S”形曲线,应使被捕鱼群的种群数量捕完后保持在K/2水平。这是因为在这个水平上种群增长速率最大,可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”,从而不影响种群再生,符合可持续发展的原则。
(2)为了获得最大的日捕鱼量,应在种群数量为多少时捕获?
提示:K值。
(3)如何对有害生物进行防治?
提示:务必及时控制种群数量,严防达K/2值处(若达K/2值处,可导致该有害生物成灾,如对蝗虫的防控)。
[归纳总结] 两种增长曲线的比较
项目
“J”形曲线
“S”形曲线
增长
模型
前提
条件
理想状态:食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等
现实状态:资源有限、空间有限、受其他生物制约
种群增
长速率
种群的
增长率
K值有无
无K值
有K值
联系
两种增长曲线的差异主要是因环境阻力大小不同,从而对种群数量增长的影响不同
[应用]
1.如图表示某物种迁入新环境后,种群的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( D )
A.100只 B.200只
C.300只 D.400只
解析:从种群的增长速率曲线看,此图为“S”形增长曲线,第10年种群数量为K/2,K值为400。
[方法指导] “S”形曲线与增长速率曲线关系
f～g对应图甲c点之前,种群数量增长速率逐渐增加;
g点对应图甲c点,种群数量为K/2,种群数量增长速率最大;
g～h对应图甲c～d,种群数量增长速率逐渐减少;
h点对应图甲d点,种群数量为K值,种群数量增长速率为0。
2.某池塘内草鱼种群增长速率的变化规律如图所示。下列有关叙述错误的是( B )
A.无论T2之前数据如何,T2～T3和T3～T5时间段内种群数量都是逐渐上升
B.T5时增加饵料的投放,池塘草鱼的环境容纳量保持不变
C.T3时草鱼的种群密度约为T5时对应种群密度的一半
D.调查草鱼的种群密度时,网眼太大常使调查值偏小
解析:据题意可知,无论T2之前数据如何,T2～T3和T3～T5时间段内种群增长速率不为0,说明种群数量都在增长;T5时种群的出生率等于死亡率,对应的种群数量为K,若增加饵料的投放,则种群数量会增加;T3时草鱼的种群数量为K/2,T5时草鱼的种群数量为K,因此,T3时草鱼的种群密度约为T5时对应种群密度的一半;调查草鱼的种群密度时,网眼太大会使幼体逃脱,从而导致调查值偏小。
探究点四 探究培养液中酵母菌种群数量的变化
[情境] 酵母菌是兼性厌氧微生物,在有氧条件下,能产生较多的CO2和H2O,在无氧条件下产生酒精和较少的CO2。用液体培养基培养酵母菌,连续7天每天测定酵母菌的数量变化,根据相应的平均值绘制酵母菌种群数量的增长曲线如下图。
[思考] (1)酵母菌的种群数量如何变化?
提示:培养液中的酵母菌数量开始一段时间呈“J”形增长,随着时间推移,酵母菌数量呈“S”形增长,后期出现数量下降。
(2)对试管中的酵母菌种群数量采用什么方法计数?
提示:抽样检测法。
(3)从试管中吸出培养液计数之前,要将试管振荡几次原因是什么?
提示:使酵母菌分布均匀,计数准确。
(4)如果一个小方格内酵母菌的数量太多,难以数清,需要采取的措施是什么?
提示:先稀释后再计数,计数结果乘以稀释倍数。
(5)对于压在小方格界线上的酵母菌,应该如何计数?
提示:只计算相邻两边及其顶角的酵母菌。
(6)本实验需要设置对照吗?请说明理由。
提示:不需要设置对照实验,随着时间的延续,酵母菌种群数量的变化在时间上形成前后自身对照,所以无须设置对照实验。
(7)本实验需要做重复实验吗?为什么?
提示:需要重复实验。要获得准确的实验数据,必须重复实验,求得平均值。
(8)酵母菌种群数量的增长受哪些因素的影响?
提示:培养液的成分、空间、pH、温度及有害代谢废物等。
(9)盖玻片下的培养液厚度为0.1 mm,推导出将一个小方格范围内的酵母菌数目,换算成10 mL培养液中酵母菌总数的公式:
提示:计数方法:血细胞计数板为大方格网,计四角(4个)和正中间的(共5个)中方格共计80个小方格中的个体数量。无论对于16×25的方格网,还是对于25×16的方格网,总数都是400个 小方格。如图所示。
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(10-4mL),故10 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×10。
[归纳总结] 探究培养液中酵母菌种群数量变化的注意事项
(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)制片时,先将盖玻片放在血细胞计数板上,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。
(3)制好玻片后,应稍等片刻,待酵母菌全部沉降到计数室底部,再用显微镜进行观察。
(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] 在探究培养液中酵母菌种群数量变化的实验中,采用规格为16中格(400小格,0.1 mm3)的血细胞计数板进行计数,培养液稀释了100倍,检测四角上中格的酵母菌数量分别为22、26、24、28。下列有关叙述正确的是( B )
A.此培养液中酵母菌数量约为4×108个/mL,该实验无对照实验
B.制片时,先将盖玻片放在计数室上,吸取培养液滴于盖玻片边缘,让培养液自行渗入
C.吸出培养液进行计数前,需将试管轻轻振荡几次,目的是使酵母菌获得充足氧气
D.取样时避免吸到底部的死菌,滴管应轻轻吸取,避免晃动菌液
解析:在16中格×25小格中计算,此时培养液中酵母菌种群密度=[(22+26+24+28)÷100]×400×104×100=4×108个/mL,本实验不需要设置对照,但是存在相互对照;取样前需将培养液轻轻摇匀,目的是使培养液中的酵母菌均匀分布,减少误差。
课堂小结
完善概念图
记忆节节清
1.“J”形增长曲线的形成条件:食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等。
2.“J”形增长曲线的增长率不变,都是λ-1。
3.“S”形增长曲线的形成原因:自然条件下,资源和空间总是有限的,种群密度越大,种内竞争越剧烈,导致该种群的出生率降低,死亡率增高。
4.渔业捕捞中,为了鱼类资源的可持续利用,一般让鱼的数量捕完后维持在K/2,原因是K/2 时种群的增长速率最大。
5.探究培养液中酵母菌种群数量变化的方法是抽样检测法。
随堂反馈
1.如图所示为种群的数量变化曲线,判断下列说法是否正确。
(1)B、b点种群增长速率最大,种群数量在K/2左右,此时种内竞争也最激烈。( × )
(2)c点种群增长速率明显减小只是由种内竞争引起的。( × )
(3)处理好这种生物与环境的协调与平衡需要考虑K值的大小。( √ )
(4)当这种生物与环境达到协调与平衡后在E点达到K值,K值将固定不变。( × )
(5)图中C～D段种群数量仍在增长。( √ )
2.“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,如图中的曲线能准确表达其种群数量变化特点的是( A )
解析:“食人鱼”进入自然生态水域,资源和空间都是有限的,种群密度增大时种间竞争会加剧,符合“S”形曲线。
3.如图是调查小组的同学从当地主管部门获得的某物种种群数量的变化图,据此不能得出的结论是( C )
A.第1～5年间种群呈“J”形增长
B.第20～30年间种群增长率为0
C.到第30年时种群的数量最大
D.第15～20年间种群数量不断减少
解析:假设种群的起始数量为N0,t年后种群数量为Nt=N0·λt;根据指数函数的特点,λ值大于1,种群数量增长,λ值小于1,种群数量减少,λ值等于1,种群数量不变。由题图可知,第1～5年,λ>1,而且不变,种群数量持续增加,符合“J”形增长;第20～30年,λ=1,种群数量保持不变,种群增长率为0;第9～20(不包括第9年和第20年),λ<1,则种群数量越来越少,该种群数量在第20年达到最小,并保持稳定;第15～20年(不包括第20年),λ<1,种群数量不断减少。
4.(不定项选择)某校生物兴趣小组进行“培养液中酵母菌种群数量变化”的实验。下列有关叙述中错误的是( AB )
A.为增加酵母菌的数量,使用高浓度的葡萄糖溶液
B.计数时只需统计方格内部的酵母菌
C.实验前对培养液和培养工具均须进行严格的灭菌
D.培养后期酵母菌数量会急剧下降
解析:使用高浓度的葡萄糖溶液会导致酵母细胞严重失水导致死亡;计数时,压在小方格界线上的酵母菌应计数相邻两边及顶角上的;实验前需要对培养液和培养工具进行严格灭菌,防止杂菌污染;培养后期,环境中营养物质不断消耗,种内竞争加剧,会导致酵母菌数量急剧下降。
5.某生态学家以“保护和利用草原生态系统”为课题,对草原进行了一项专题研究,并绘制成图。图1表示一个鼠群引入一个草原生态系统后的种群增长曲线;图2表示单位面积放牧量与生产者的净生产量的关系,虚线表示未放牧时草原中生产者的净生产量。分析回答下列问题。
(1)图1中增长速率最大的是 点,CD段表示鼠群数量基本不再增长,其原因可能是
。灭鼠时除了捕杀老鼠,使其数量减少外,同时还应该设法降低 。
(2)图2的研究结果告诉我们,最大放牧量不应该超过 点,如果长期超过C点将会造成 。
解析:据图1分析,种群数量先增加后基本不变;据图2分析,随着放牧量增加,生产者的净生产量先增加后减少。
(1)图1中B点约为K/2,种群增长速率最大;限制种群增长的主要因素是生存条件,如食物和空间都是有限的,天敌对种群的限制等;控制老鼠的种群数量,降低环境容纳量是比较合理的做法。
(2)图2的研究结果说明适度放牧可以促进草的生长,增加生产者的净生产量,但不能超载放牧,即不能超过B点,如果长期超过C点将会造成草场退化。
答案:(1)B 食物和空间有限、天敌数量增加 环境容纳量(K值)
(2)B 草场退化
课时作业
一、单项选择题
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( C )
A.0.8 a·400m B.400 a·0.8m
C.a·320m D.320 am
解析: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.下列关于“J”形增长的相关叙述,错误的是( C )
A.食物空间充裕、气候适宜、没有天敌
B.种群的数量每年以一定的倍数进行增长
C.随着时间的增加,增长率会越来越大
D.随着时间的增加,种群数量会越来越大
解析:“J”形增长曲线,种群的增长率不变。
3.经调查,第一年某种昆虫种群数量为 N0,如果在理想的条件下,每年的增长率为0.2且保持不变,则第三年该种群数量为( B )
A.1.2 N0 B.1.44 N0
C.2.2 N0 D.3.6 N0
解析:由增长率数值0.2可求得λ=1+0.2=1.2,则第三年该种群数量为N0·(1.2)2=1.44N0。
4.如图表示某湖泊中鲫鱼种群增长速率的变化情况,下列相关叙述不合理的是( A )
A.t3时该湖泊中鲫鱼种群的密度大约是t2时的一半
B.与a点相比,b点时更适合对该鲫鱼种群进行捕捞
C.出生率、死亡率、迁入率、迁出率都是直接影响种群数量变化的
因素
D.t1～t3时间段内,鲫鱼种群数量在不断增加
解析:t3时该湖泊中鲫鱼种群的密度达到了K值,t2时种群增长速率最大,此时种群数量为K/2,故t3时该湖泊中鲫鱼种群的密度大约是t2时的2倍;a点与b点相比虽然种群的增长速率相同,但b点比a点对应的种群数量要大,所以b点比a点更适合对该鲫鱼种群进行捕捞;出生率、死亡率、迁入率、迁出率都是直接影响该湖泊种群数量变化的因素;t1～t3时间段内,尽管种群增长速率先上升后下降,但是鲫鱼种群数量在不断增加。
5.如图甲是某种兔迁入新环境后种群增长速率(单位时间内种群数量的改变量)随时间的变化曲线。第3年时用标记重捕法调查该兔的种群密度,第一次捕获50只,全部标记后放回,一个月后进行第二次捕捉,在第二次捕到的兔中,未标记的有60只、标记的有20只;如图乙表示动物A迁入某岛屿后种群数量的变化趋势。下列相关说法正确的是( A )
A.图甲对应的兔种群在新环境中的K值约为400只
B.图乙中d点对应的种群数量为该岛屿上A种群的K值
C.若图乙表示田鼠的种群数量变化,则在b点对应的时间进行防治
最好
D.图甲中第5年时种群数量最少
解析:第3年兔种群的数量N=[(60+20)×50]/20=200(只)。分析图甲曲线可知,第3年种群增长速率最大,此时的种群数量相当于K/2,故该兔种群在新环境中的K值约为400只;图乙中种群数量在c点或e点对应值附近波动,则c点或e点对应的种群数量为该岛屿上A种群的K值;防治有害生物,应该在种群数量达到K/2以前进行;图甲中第5年时种群数量最多,达到K值。
6.有关“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验的叙述,正确的是( C )
A.接种后,培养液必须经过严格的灭菌处理
B.抽样检测时,需将培养液静置几分钟后再吸取
C.营养条件不是影响酵母菌种群数量变化的唯一因素
D.用血细胞计数板计数时,应先向计数室滴加样液后再盖上盖玻片
解析:灭菌应在接种酵母菌之前进行,接种后,培养液不能进行灭菌处理,否则会杀死酵母菌;抽样检测时,应振荡培养液,使酵母菌分布均匀;营养条件、温度、pH等因素均会影响酵母菌种群数量变化;用血细胞计数板计数时,应先盖上盖玻片,然后在盖玻片边缘滴加样液,让样液自行渗入计数室。
7.如图表示在一个10 mL的密闭培养体系中酵母菌细胞数量的动态变化,关于酵母菌数量的叙述,正确的是( A )
A.K值约为120 000个
B.种内竞争导致初始阶段增长缓慢
C.可用数学模型Nt=N0·λt表示酵母菌种群数量的变化
D.可将酵母菌培养液滴在普通载玻片上进行酵母菌显微计数
解析:K值为12 000个/mL×10 mL=120 000个;初始阶段增长缓慢是由于酵母菌种群在培养初期需经过一段时间的调整适应;数学模型Nt=N0·λt可以表示“J”形曲线的种群数量变化,而图中酵母菌种群数量呈“S”形变化;可将酵母菌培养液滴在血细胞计数板上进行酵母菌显微计数。
8.丹顶鹤是世界珍稀濒危鸟类,科学家研究了苏北地区丹顶鹤越冬种群数量及栖息地分布变化,获得如下图数据。研究发现,20世纪 80年代,丹顶鹤广泛分布于长江中下游的内陆湖泊周围和江苏沿海地区。由于人类活动干扰加强,内陆湖泊周围已不适合丹顶鹤栖息, 20世纪 90年代,丹顶鹤越冬栖息地分布在沿海滩涂湿地。到了21世纪初,栖息地分布点逐渐减少,分布方式也由连续分布变为间断分布。下列有关叙述正确的是( B )
A.2015 年丹顶鹤的种群数量约为图中最大值的一半,种群增长速率最快
B.影响丹顶鹤越冬种群数量变化的环境因素之一是栖息地数量
C.1980—2015年,丹顶鹤种群数量处于不规则波动状态,不可能出现种群爆发
D.用标记重捕法调查丹顶鹤的种群数量,应选择颜色醒目不易脱落的标记物
解析:据图分析,2015年丹顶鹤的种群数量处于波动之中,虽然该年种群数量约为图中最大值的一半,但无法估算该年的种群增长速率;栖息地数量不断减少或增加,导致丹顶鹤越冬种群数量随之发生变化,因此栖息地数量是影响丹顶鹤越冬种群数量变化的环境因素;具不规则或周期性波动的生物都可能出现种群的爆发;用标记重捕法调查丹顶鹤的种群数量,标记物不能过分醒目,否则会影响标记动物生活
状态。
二、非选择题
9.如图为种群数量增长曲线,回答下列问题。
(1)种群数量增长曲线为曲线X的前提条件是
。假设A点时某动物种群的数量为50只,之后种群数量每年增加35%,计算20年后该动物种群数量的算式为 。
(2)若某动物种群数量增长曲线为曲线Y,B点时该动物种群的年龄结构属于 型。
(3)若曲线Y表示某地东亚飞蝗种群数量变化,从生物与环境的角度也可以通过 (答出一点即可)措施使C点下移。
解析:(1)曲线X为“J”形增长曲线,该曲线是在理想的环境条件下出现的,如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。种群数量每年增加35%,也就是第二年是第一年的1.35倍,即
λ=1.35,根据最初数量为50只,可以计算20年后种群数量的算式为N20=50×1.3520。
(2)若某动物种群数量增长曲线为曲线Y,即“S”形增长曲线。B点时的种群数量为K/2,此时该动物种群的增长速率最大,据此可知种群的年龄结构属于增长型。
(3)若曲线Y表示某地东亚飞蝗种群数量变化,可通过向环境中引入蝗虫天敌、减少蝗虫食物等措施降低蝗虫种群的K值。
答案:(1)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 50×1.3520 (2)增长
(3)引入蝗虫的天敌、减少蝗虫的食物来源等
10.某生物兴趣小组为指导草原牧民更科学地放牧,对草原生物种群进行了各项调查,请回答以下问题。
(1)为确定放牧量,该兴趣小组对该草原上的某种优质牧草进行种群密度的调查,所用的调查方法应该为 ,为减小调查的误差,调查时应注意:① ;② 。
(2)在某一时刻有一田鼠种群迁入该草原,以优质牧草的根为食,该兴趣小组对这一田鼠种群进行了长期的追踪调查,并绘制了以下两图:
①图甲中虚线表示在 条件下田鼠种群的增长方式。如果迁入时田鼠的种群数量为a,而且每繁殖一代种群数量比原来增加m倍,则在此条件下繁殖n代以后,田鼠的种群数量为 。
②图甲中实线表示田鼠种群在该草原上的实际增长情况,AB段实线与虚线重合的原因是 。
③图乙表示某时刻该田鼠种群的年龄结构,则图甲中 点不可能出现此种年龄结构。
解析:图甲中虚线表示“J”形增长曲线,是在理想状态下产生的。对田鼠来说,繁殖一代后原来个体还存在,个体总数应为a×(1+m);繁殖n代以后,田鼠的种群数量为a×(1+m)n。图乙中幼年个体多,为增长型,种群数量增加;图甲中D点种群数量稳定。
答案:(1)样方法 ①随机取样 ②样方大小适宜 ③取足够多的样方(任选两点)
(2)①理想(营养、空间充足,没有天敌等) a×(1+m)n ②迁入之初草原的食物和空间充足,并且没有天敌等,近似理想条件 ③D
三、不定项选择题
11.种群增长的“J”形和“S”形曲线是不同条件下种群数量随时间变化的曲线。下列关于种群增长曲线的叙述中,正确的是( ACD )
A.以“J”形曲线增长的种群,种群的增长速率不断增大
B.以“S”形曲线增长的种群,种群的增长速率逐步降低
C.以“J”形曲线增长的种群,种群增长不受自身密度制约
D.以“S”形曲线增长的种群,达到K值时种群增长速率近于零
解析:以“J”形曲线增长的种群,随着时间的增加,增长速率不断增大;以“S”形曲线增长的种群,当种群数量大于K/2后,种群增长速率降低;“J”形曲线是理想条件下种群数量的增长方式,不受自身密度制约;以“S”形曲线增长的种群达到K值时,出生率和死亡率相等,增长速率近于0。
12.下列对种群数量变化曲线的解读,不合理的是( ABD )
A.图1、2所示为种群在一定环境条件下的增长规律,图3所示为曲线Ⅰ条件下种群的存活率
B.鱼类捕捞在图1的e点、图2的g点和图3的i点时进行,能获得最大日捕捞量
C.若图1为酵母菌种群数量增长曲线,曲线Ⅰ和Ⅱ之间阴影部分代表生存斗争中死亡的个体
D.图3曲线的i点,种内斗争最激烈
解析:种群存活率越高种群的增长越快,图3所示曲线种群数量达到K/2时增长最快,达到K时增长最慢,符合图1曲线Ⅱ条件下种群的存活率;图1的e点、图2的g点和图3的i点时种群数量增长最快,但种群密度不是最大,不能获得最大日捕捞量;种群密度越大,个体间因食物和空间等资源的斗争越激烈,图3曲线的i点并没有达到最大种群数量,种内斗争不是最激烈的。
四、综合探究题
13.酵母菌为兼性厌氧型单细胞真菌,某研究小组用它进行了如下三组实验。图1为在注射器中加入5 mL含酵母菌的培养液,吸入10 mL空气后加塞密封,一段时间后,发现针筒内的气体体积增加。图2为①号、②号试管均加入3 mL蒸馏水和少许0.1%溴麝香草酚蓝(简称BTB)溶液,直至溶液呈蓝色时为止。图3为“探究培养液中酵母菌种群数量变化”的实验中,将酵母菌培养液稀释103倍后,用血细胞计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)进行计数观察到的视野。请回答下列问题。
(1)图1中,实验起初一段时间内,针筒内的气体体积未发生变化,但溶液中有气泡产生,该种气体产生的场所是 。图1实验一段时间后,发现针筒内的气体体积开始增加,此时,酵母菌细胞开始进行
呼吸。
(2)图2中,①号试管内溶液颜色变化是由蓝色变成 ,设置②号试管的作用是作为 。
(3)若要证明图1、图2两组装置中释放的气泡是酵母菌所产生的,都需要设置一个对照组同步实验,对照组的设置为另取一相同装置,将容器中含酵母菌的培养液换成 ,其他条件相同。
(4)“探究培养液中酵母菌种群数量变化”的实验中,为减小实验误差,取样前需将培养液 ;
滴加样液之前需在计数室上方 ;计数时,应待酵母菌
再计数。依据图3结果,估算培养液中酵母菌密度为
个/mL。
解析:(1)根据图1分析,实验起初一段时间内,针筒内的气体体积未发生变化,说明呼吸消耗的氧气与产生的二氧化碳一样多,即只进行有氧呼吸,溶液中的气泡是有氧呼吸产生的二氧化碳,产生场所为线粒体(基质)。实验一段时间后,发现针筒内的气体体积开始增加,说明呼吸消耗的氧气体积小于产生的二氧化碳体积,即此时酵母菌细胞开始进行无氧呼吸。
(2)图2中,酵母菌呼吸产生的二氧化碳进入①号试管,使其内溴麝香草酚蓝溶液颜色由蓝变绿再变成黄色,②号试管没有通入酵母菌产生的气体,其他与①号试管相同,故设置②号试管的作用是作为对照。
(3)若要证明图1、图2两组装置中释放的气泡是酵母菌所产生的,都需要设置一个对照组同步实验,则对照组的设置应为另取一相同装置,将容器中含酵母菌的培养液换成等量(含灭活酵母菌)的培养液,其他条件相同。
(4)“探究培养液中酵母菌种群数量变化”的实验中,从试管中吸出培养液进行计数前,需将试管内的培养液振荡摇匀,目的是使培养液中的酵母菌均匀分布,以减小误差;滴加培养液之前需在计数室上方加盖玻片;计数时,应待酵母菌沉降到计数室底部再计数。依据图3结果可知,原1 mL培养液中的酵母菌数=每个小格中的平均酵母菌数×400个小格×酵母菌培养液稀释倍数×10 000,则该1 mL样品中酵母菌数约为14÷16×400×103×104=3.5×109(个)。
答案:(1)线粒体(基质) 无氧
(2)黄色 对照
(3)等量(含灭活酵母菌)的培养液
(4)振荡摇匀 加盖玻片 沉降到计数室底部 3.5×109
第2节 种群数量的变化
[学习目标]
1.通过建构种群数量增长的数学模型,解释种群数量的变化,建立科学思维。
2.通过比较种群数量增长的“J”形曲线和“S”形曲线,运用种群数量变化规律解决生产生活中的实际问题。
3.关注人类活动对种群数量变化的影响,阐明人与自然和谐发展的意义,关注濒危动物种群数量的变化及保护措施,提升社会责任。
4.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化,尝试建构种群增长的数学模型。
一、种群数量的变化
1.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)研究方法步骤
提出问题→提出合理的假设→用适当的数学形式对事物的性质进行表达→检验或修正。
(3)建构数学模型的目的:描述、解释和预测种群数量的变化。
(4)表达形式
①数学方程式:优点是科学、准确。
②曲线图:优、缺点是直观但不够精确。
2.种群的“J”形增长
(1)含义:在理想条件下的种群,以时间为横坐标,以种群数量为纵坐标画出的曲线图,曲线大致呈“J”形。
(2)“J”形增长数学模型
①模型假设:在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条件下。
②“J”形增长数学模型的特点是: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。
③t年后种群数量表达式为:Nt=N0λt。
N0表示该种群的起始数量;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;t表示时间。
3.种群的“S”形增长
(1)含义:种群经过一定时间的增长后,数量趋于稳定的曲线,称为“S”形曲线。
(2)产生原因: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,这就会使种群的出生率降低,死亡率升高。当种群的死亡率与出生率相等时,种群就稳定在一定的水平。
(3)环境容纳量:一定的环境条件所能维持的种群最大数量,称为环境容纳量,又称K值。
(4)保护大熊猫的根本措施是:提高环境容纳量。具体方法: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。
4.种群数量的波动
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,但对于大多数生物的种群来说,种群数量总是在波动中,处于波动状态的种群,在某些特定条件下可能出现种群暴发。蝗灾、鼠灾、赤潮等,就是种群数量暴发增长的结果。
二、培养液中酵母菌种群数量的变化
1.实验原理:(1)酵母菌属于兼性厌氧(呼吸方式)菌,生长周期短、繁殖快,用液体培养基培养酵母菌时,其数量会受培养液成分、pH、空间及温度等因素影响。
(2)在理想条件下,呈“J”形增长,在资源和空间有限条件下呈“S”形增长。
2.计数:培养液中逐个计数酵母菌非常困难,可以采用抽样检测的方法,具体的步骤: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。计数用到的器材有显微镜、血细胞计数板。
3.预期实验结果:在理想的环境中,酵母菌种群的增长呈“J”形曲线;在有限的环境条件下,酵母菌种群的增长呈“S”形曲线。
1.判断有关“J”形曲线、“S”形曲线的说法的正误。
(1)环境容纳量就是种群的最大数量。( × )
提示: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。
(2)一个物种引入一个新的地区后,一定呈“J”形曲线增长。( × )
提示:一个物种引入一个新的地区后,若条件适宜,则会呈“J”形增长。
(3)自然条件下,种群的环境容纳量是固定不变的。( × )
提示:自然条件下,种群的环境容纳量会因环境条件的改变而改变。
(4)当酵母菌种群数量超过K/2时,增长速率减慢,年龄结构为衰退型。( × )
提示:种群数量超过K/2时,增长速率减慢,但数量仍在增长,为增长型。
(5)对家鼠等有害动物的控制,要尽量降低其K值。( √ )
(6)“S”形增长曲线表示了种群数量和食物的关系。( × )
提示:“S”形增长曲线表示了种群数量随时间的变化规律。
2.判断有关酵母菌种群数量变化的说法的正误。
(1)培养酵母菌时,必须去除培养液中的溶解氧。( × )
提示:酵母菌为兼性厌氧菌,有氧条件下繁殖速度快,无须除去培养液中的溶解氧。
(2)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。( × )
提示:计数时,先在血细胞计数板上盖上盖玻片,再将培养液滴在盖玻片边缘,让培养液自行渗入。
(3)在培养初期,酵母菌因种内竞争强而生长缓慢。( × )
提示:在培养初期,酵母菌数量较少,种内竞争较弱。
(4)种群数量变化只有“J”形和“S”形增长两种类型。( × )
提示:种群数量变化包括增长、波动、下降甚至消亡。
(5)计数时若不染色,统计酵母菌细胞数目时,结果会偏小。( × )
提示:若不染色,会将死细胞一起统计,结果会偏大。
探究点一 建构种群增长模型的方法
[情境] 研究人员发现一部手机携带的细菌数量是男厕冲水柄细菌数量的18倍,有1/4的手机细菌总数超过可接受水平的10倍。某种细菌每20 min就通过分裂增殖一代。
[思考] (1)细菌的生殖方式是有性生殖还是无性生殖?
提示:细菌进行无性生殖。
(2)根据[情境],2 h后,由一个某种细菌分裂产生的后代数量是多少?
提示:26。
(3)如果我们用N表示细菌数量,n表示繁殖产生细菌的代数,请写出1个细菌增殖n代后种群数量的公式。
提示:Nn=1×2n。
(4)在坐标系中画出此种细菌增长曲线,以时间为横轴,细菌数量为纵轴。
提示:
(5)曲线图与数学方程式比较,有何优缺点?
提示:曲线图更直观,数学方程式更准确。
[归纳总结] (1)建立数学模型的一般步骤
(2)常见的模型形式及举例
常见的模型形式包括物理模型、概念模型、数学模型等。DNA双螺旋结构模型、流动镶嵌模型等都属于物理模型;对光合作用过程中物质和能量变化的解释、达尔文的自然选择学说的解释模型等属于概念模型;酶活性受温度(pH)影响示意图,不同细胞的细胞周期持续时间等属于数学模型。
[应用] 数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式,建立数学模型一般包括以下步骤,下列排列顺序正确的是( B )
①根据实验数据,用适当的数学形式对事物的性质进行表达
②观察研究对象,提出问题
③通过进一步实验或观察等,对模型进行检验或修正
④提出合理的假设
A.④②③① B.②④①③
C.④③②① D.②①④③
探究点二 种群的“J”形增长
1.尝试构建种群增长的“J”形增长曲线
[情境1] 有人在适宜条件下培养大草履虫,并且每天更换培养液,保证大草履虫有充足的营养和生存空间,最先放入5只大草履虫,每天记录其数量变化,如下表所示。
时间
初始
1天后
2天后
3天后
……
种群数
量/ 只
5
19
81
325
……
若假设后一天的数量始终是前一天数量的4倍。
[思考] (1)你能否在假设的基础上建立数学模型解决实验中的问题:7天后大草履虫的数量是多少?(用公式表示,不必计算具体结果)
提示:7天后的数量:5×47。
(2)后一天的数量始终是前一天数量的4倍的前提条件是什么?
提示:适宜的条件、充足的营养和生存空间。
(3)若N0为某种群的起始数量,Nt表示经过t天后该种群的数量,且后一天的数量始终是前一天数量的λ倍,试建立表示该种群数量变化的一般公式并作出曲线。
提示:Nt=N0·λt
[归纳总结] “J”形增长曲线
(1)“J”形增长曲线的条件:食物和空间充裕、气候适宜,没有天敌和其他竞争物种。
(2)“J”形增长曲线的特点: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.“J”形增长曲线的实例
[情境2] 水葫芦原产于南美洲,1901年作为花卉引入中国。由于繁殖迅速,又几乎没有竞争对手和天敌,因此,它对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略,挡住阳光,导致水下植物得不到足够光照而死亡。水葫芦成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。
[思考] (1)水葫芦不受限制地大量繁殖的条件是什么?
提示:食物和空间充裕、气候适宜,没有天敌和其他竞争物种。
(2)我国海关为什么要严格控制有害生物入境?
提示:防止有害生物入境后成为优势物种,影响本地物种的生存。
[归纳总结] 总结“J”形增长实例
(1)实验室营养充分的条件下。
(2)种群刚迁入到一个新的适宜环境的早期阶段。
[深度思考] 下面是历年来世界和我国人口增长曲线图
根据历年来世界和我国人口增长的数据,分析人口增长是否呈“J”形曲线?简述理由。
提示:否,因为人口增长会受到很多因素的限制,比如:食物、生存空间、政策(如我国实行计划生育政策)等,只有在理想条件下,种群才能出现“J”形增长。
[归纳总结] 理解“J”形曲线的“λ”
(1)准确理解“λ”内涵
Nt=N0λt,λ代表种群数量“增长倍数”,而不是增长速率。λ>1时,种群密度不断增大;λ=1时,种群密度保持稳定;λ<1时,种群密度不断减小。
(2)图示解读
①a段:λ>1且恒定——种群数量呈“J”形增长;
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,故种群数量仍逐年下降。
[应用] 在调查某林场松鼠的种群数量时,计算当年种群数量与前一年种群数量的比值(λ),并得到如图所示的曲线。据此图分析得到的下列结论中不正确的是( C )
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
解析: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;影响种群数量的因素有气候、食物、天敌、传染病等;第10年时种群数量最少;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。
探究点三 种群的“S”形增长和种群数量的波动
1.尝试构建种群的“S”形增长曲线
[情境1] 生态学家曾经做过一个实验:把5只大草履虫置于0.5 mL的培养液中,每隔1天(24小时)统计一次数据,经过反复实验,结果如下:
时间/天
1
2
3
4
5
6
种群数
量/个
20.4
137.2
319.0
369.0
375.0
373.3
[思考] (1)请绘制大草履虫的种群增长曲线。
提示:
(2)大草履虫数量增长曲线与哪一个字母相似?种群数量变化有何特点?
提示:“S”,种群经过一定时间的增长后,数量趋于稳定。
(3)这种增长曲线形成的原因是什么?
提示:随着大草履虫数量的增多,对食物和空间的竞争加剧,导致出生率降低、死亡率升高,即存在环境阻力。
(4)0.5 mL的培养液中大草履虫的最大数量约为375.0,这个数值的含义是什么?
提示:一定的环境条件下所能维持的种群的最大数量称为环境容纳量,又称K值。
(5)不同物种在同一环境中K值是否相同?当环境改变时生物的K值是否发生改变?
提示:不同物种在同一环境中K值一般不同;环境改变时生物的K值会改变。
[归纳总结] “S”形增长曲线
(1)形成原因:自然条件下资源和空间总是有限的,种群密度越大,种内斗争和种间竞争越剧烈,捕食者数量越多,导致该种群的出生率降低,死亡率增高。
(2)出生率与死亡率关系:K值之前,出生率>死亡率;K值时,出生率≈死亡率。
2.尝试构建“S”形增长的增长率和增长速率的曲线
[情境2] ①增长率是指单位时间内种群数量变化率,即种群在单位时间内净增加的个体数占个体总数的比率。
②增长速率是指单位时间种群增长数量。
[思考] (1)尝试计算“S”形增长的种群增长率并构建相应的曲线。
提示:增长率=(现有个体数-原有个体数)/原有个体数
(2)尝试计算“S”形增长的种群增长速率并构建相应的曲线。
提示:增长速率=(现有个体数-原有个体数)/增长时间
3.种群数量的波动
[情境3] 某地区东亚飞蝗种群数量多年的变化情况如下:
处于波动状态的种群,在某些特定的情况下可能出现种群暴发,蝗灾、鼠灾、赤潮等,就是种群数量暴发增长的结果。
[思考] (1)K值与什么有关?它会永远保持不变吗?
提示:K值与环境有关,它不是固定不变的,而是处在波动中。
(2)种群的数量还有哪些变化?
提示:种群数量变化除了增长、稳定、波动外,还有下降。当种群长期处于不利条件下,如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏,种群数量会出现持续性的或急剧的下降。
[归纳总结] 研究种群数量变化的意义
(1)为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导。
(2)通过研究种群数量变化规律,为有害生物的预测及防治提供科学依据。
(3)有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。
4.[活动] 阅读教材P9～P10,思考下列问题。
(1)对濒危动物如大熊猫应采取什么保护措施?
提示:建立自然保护区,改善大熊猫的栖息环境,提高环境容纳量。
(2)对家鼠等有害动物的控制,应当采取什么措施?
提示: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,等等。
[深度思考] (1)为了保护鱼类资源不受破坏,并能持续地获得最大捕鱼量,应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平?为什么?
提示:根据种群增长的“S”形曲线,应使被捕鱼群的种群数量捕完后保持在K/2水平。这是因为在这个水平上种群增长速率最大,可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”,从而不影响种群再生,符合可持续发展的原则。
(2)为了获得最大的日捕鱼量,应在种群数量为多少时捕获?
提示:K值。
(3)如何对有害生物进行防治?
提示:务必及时控制种群数量,严防达K/2值处(若达K/2值处,可导致该有害生物成灾,如对蝗虫的防控)。
[归纳总结] 两种增长曲线的比较
项目
“J”形曲线
“S”形曲线
增长
模型
前提
条件
理想状态:食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等
现实状态:资源有限、空间有限、受其他生物制约
种群增
长速率
种群的
增长率
K值有无
无K值
有K值
联系
两种增长曲线的差异主要是因环境阻力大小不同,从而对种群数量增长的影响不同
[应用]
1.如图表示某物种迁入新环境后,种群的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( D )
A.100只 B.200只
C.300只 D.400只
解析:从种群的增长速率曲线看,此图为“S”形增长曲线,第10年种群数量为K/2,K值为400。
[方法指导] “S”形曲线与增长速率曲线关系
f～g对应图甲c点之前,种群数量增长速率逐渐增加;
g点对应图甲c点,种群数量为K/2,种群数量增长速率最大;
g～h对应图甲c～d,种群数量增长速率逐渐减少;
h点对应图甲d点,种群数量为K值,种群数量增长速率为0。
2.某池塘内草鱼种群增长速率的变化规律如图所示。下列有关叙述错误的是( B )
A.无论T2之前数据如何,T2～T3和T3～T5时间段内种群数量都是逐渐上升
B.T5时增加饵料的投放,池塘草鱼的环境容纳量保持不变
C.T3时草鱼的种群密度约为T5时对应种群密度的一半
D.调查草鱼的种群密度时,网眼太大常使调查值偏小
解析:据题意可知,无论T2之前数据如何,T2～T3和T3～T5时间段内种群增长速率不为0,说明种群数量都在增长;T5时种群的出生率等于死亡率,对应的种群数量为K,若增加饵料的投放,则种群数量会增加;T3时草鱼的种群数量为K/2,T5时草鱼的种群数量为K,因此,T3时草鱼的种群密度约为T5时对应种群密度的一半;调查草鱼的种群密度时,网眼太大会使幼体逃脱,从而导致调查值偏小。
探究点四 探究培养液中酵母菌种群数量的变化
[情境] 酵母菌是兼性厌氧微生物,在有氧条件下,能产生较多的CO2和H2O,在无氧条件下产生酒精和较少的CO2。用液体培养基培养酵母菌,连续7天每天测定酵母菌的数量变化,根据相应的平均值绘制酵母菌种群数量的增长曲线如下图。
[思考] (1)酵母菌的种群数量如何变化?
提示:培养液中的酵母菌数量开始一段时间呈“J”形增长,随着时间推移,酵母菌数量呈“S”形增长,后期出现数量下降。
(2)对试管中的酵母菌种群数量采用什么方法计数?
提示:抽样检测法。
(3)从试管中吸出培养液计数之前,要将试管振荡几次原因是什么?
提示:使酵母菌分布均匀,计数准确。
(4)如果一个小方格内酵母菌的数量太多,难以数清,需要采取的措施是什么?
提示:先稀释后再计数,计数结果乘以稀释倍数。
(5)对于压在小方格界线上的酵母菌,应该如何计数?
提示:只计算相邻两边及其顶角的酵母菌。
(6)本实验需要设置对照吗?请说明理由。
提示:不需要设置对照实验,随着时间的延续,酵母菌种群数量的变化在时间上形成前后自身对照,所以无须设置对照实验。
(7)本实验需要做重复实验吗?为什么?
提示:需要重复实验。要获得准确的实验数据,必须重复实验,求得平均值。
(8)酵母菌种群数量的增长受哪些因素的影响?
提示:培养液的成分、空间、pH、温度及有害代谢废物等。
(9)盖玻片下的培养液厚度为0.1 mm,推导出将一个小方格范围内的酵母菌数目,换算成10 mL培养液中酵母菌总数的公式:
提示:计数方法:血细胞计数板为大方格网,计四角(4个)和正中间的(共5个)中方格共计80个小方格中的个体数量。无论对于16×25的方格网,还是对于25×16的方格网,总数都是400个 小方格。如图所示。
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(10-4mL),故10 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×10。
[归纳总结] 探究培养液中酵母菌种群数量变化的注意事项
(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)制片时,先将盖玻片放在血细胞计数板上,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。
(3)制好玻片后,应稍等片刻,待酵母菌全部沉降到计数室底部,再用显微镜进行观察。
(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] 在探究培养液中酵母菌种群数量变化的实验中,采用规格为16中格(400小格,0.1 mm3)的血细胞计数板进行计数,培养液稀释了100倍,检测四角上中格的酵母菌数量分别为22、26、24、28。下列有关叙述正确的是( B )
A.此培养液中酵母菌数量约为4×108个/mL,该实验无对照实验
B.制片时,先将盖玻片放在计数室上,吸取培养液滴于盖玻片边缘,让培养液自行渗入
C.吸出培养液进行计数前,需将试管轻轻振荡几次,目的是使酵母菌获得充足氧气
D.取样时避免吸到底部的死菌,滴管应轻轻吸取,避免晃动菌液
解析:在16中格×25小格中计算,此时培养液中酵母菌种群密度=[(22+26+24+28)÷100]×400×104×100=4×108个/mL,本实验不需要设置对照,但是存在相互对照;取样前需将培养液轻轻摇匀,目的是使培养液中的酵母菌均匀分布,减少误差。
课堂小结
完善概念图
记忆节节清
1.“J”形增长曲线的形成条件:食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等。
2.“J”形增长曲线的增长率不变,都是λ-1。
3.“S”形增长曲线的形成原因:自然条件下,资源和空间总是有限的,种群密度越大,种内竞争越剧烈,导致该种群的出生率降低,死亡率增高。
4.渔业捕捞中,为了鱼类资源的可持续利用,一般让鱼的数量捕完后维持在K/2,原因是K/2 时种群的增长速率最大。
5.探究培养液中酵母菌种群数量变化的方法是抽样检测法。
随堂反馈
1.如图所示为种群的数量变化曲线,判断下列说法是否正确。
(1)B、b点种群增长速率最大,种群数量在K/2左右,此时种内竞争也最激烈。( × )
(2)c点种群增长速率明显减小只是由种内竞争引起的。( × )
(3)处理好这种生物与环境的协调与平衡需要考虑K值的大小。( √ )
(4)当这种生物与环境达到协调与平衡后在E点达到K值,K值将固定不变。( × )
(5)图中C～D段种群数量仍在增长。( √ )
2.“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,如图中的曲线能准确表达其种群数量变化特点的是( A )
解析:“食人鱼”进入自然生态水域,资源和空间都是有限的,种群密度增大时种间竞争会加剧,符合“S”形曲线。
3.如图是调查小组的同学从当地主管部门获得的某物种种群数量的变化图,据此不能得出的结论是( C )
A.第1～5年间种群呈“J”形增长
B.第20～30年间种群增长率为0
C.到第30年时种群的数量最大
D.第15～20年间种群数量不断减少
解析:假设种群的起始数量为N0,t年后种群数量为Nt=N0·λt;根据指数函数的特点,λ值大于1,种群数量增长,λ值小于1,种群数量减少,λ值等于1,种群数量不变。由题图可知,第1～5年,λ>1,而且不变,种群数量持续增加,符合“J”形增长;第20～30年,λ=1,种群数量保持不变,种群增长率为0;第9～20(不包括第9年和第20年),λ<1,则种群数量越来越少,该种群数量在第20年达到最小,并保持稳定;第15～20年(不包括第20年),λ<1,种群数量不断减少。
4.(不定项选择)某校生物兴趣小组进行“培养液中酵母菌种群数量变化”的实验。下列有关叙述中错误的是( AB )
A.为增加酵母菌的数量,使用高浓度的葡萄糖溶液
B.计数时只需统计方格内部的酵母菌
C.实验前对培养液和培养工具均须进行严格的灭菌
D.培养后期酵母菌数量会急剧下降
解析:使用高浓度的葡萄糖溶液会导致酵母细胞严重失水导致死亡;计数时,压在小方格界线上的酵母菌应计数相邻两边及顶角上的;实验前需要对培养液和培养工具进行严格灭菌,防止杂菌污染;培养后期,环境中营养物质不断消耗,种内竞争加剧,会导致酵母菌数量急剧下降。
5.某生态学家以“保护和利用草原生态系统”为课题,对草原进行了一项专题研究,并绘制成图。图1表示一个鼠群引入一个草原生态系统后的种群增长曲线;图2表示单位面积放牧量与生产者的净生产量的关系,虚线表示未放牧时草原中生产者的净生产量。分析回答下列问题。
(1)图1中增长速率最大的是 点,CD段表示鼠群数量基本不再增长,其原因可能是
。灭鼠时除了捕杀老鼠,使其数量减少外,同时还应该设法降低 。
(2)图2的研究结果告诉我们,最大放牧量不应该超过 点,如果长期超过C点将会造成 。
解析:据图1分析,种群数量先增加后基本不变;据图2分析,随着放牧量增加,生产者的净生产量先增加后减少。
(1)图1中B点约为K/2,种群增长速率最大;限制种群增长的主要因素是生存条件,如食物和空间都是有限的,天敌对种群的限制等;控制老鼠的种群数量,降低环境容纳量是比较合理的做法。
(2)图2的研究结果说明适度放牧可以促进草的生长,增加生产者的净生产量,但不能超载放牧,即不能超过B点,如果长期超过C点将会造成草场退化。
答案:(1)B 食物和空间有限、天敌数量增加 环境容纳量(K值)
(2)B 草场退化
课时作业
一、单项选择题
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( C )
A.0.8 a·400m B.400 a·0.8m
C.a·320m D.320 am
解析: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.下列关于“J”形增长的相关叙述,错误的是( C )
A.食物空间充裕、气候适宜、没有天敌
B.种群的数量每年以一定的倍数进行增长
C.随着时间的增加,增长率会越来越大
D.随着时间的增加,种群数量会越来越大
解析:“J”形增长曲线,种群的增长率不变。
3.经调查,第一年某种昆虫种群数量为 N0,如果在理想的条件下,每年的增长率为0.2且保持不变,则第三年该种群数量为( B )
A.1.2 N0 B.1.44 N0
C.2.2 N0 D.3.6 N0
解析:由增长率数值0.2可求得λ=1+0.2=1.2,则第三年该种群数量为N0·(1.2)2=1.44N0。
4.如图表示某湖泊中鲫鱼种群增长速率的变化情况,下列相关叙述不合理的是( A )
A.t3时该湖泊中鲫鱼种群的密度大约是t2时的一半
B.与a点相比,b点时更适合对该鲫鱼种群进行捕捞
C.出生率、死亡率、迁入率、迁出率都是直接影响种群数量变化的
因素
D.t1～t3时间段内,鲫鱼种群数量在不断增加
解析:t3时该湖泊中鲫鱼种群的密度达到了K值,t2时种群增长速率最大,此时种群数量为K/2,故t3时该湖泊中鲫鱼种群的密度大约是t2时的2倍;a点与b点相比虽然种群的增长速率相同,但b点比a点对应的种群数量要大,所以b点比a点更适合对该鲫鱼种群进行捕捞;出生率、死亡率、迁入率、迁出率都是直接影响该湖泊种群数量变化的因素;t1～t3时间段内,尽管种群增长速率先上升后下降,但是鲫鱼种群数量在不断增加。
5.如图甲是某种兔迁入新环境后种群增长速率(单位时间内种群数量的改变量)随时间的变化曲线。第3年时用标记重捕法调查该兔的种群密度,第一次捕获50只,全部标记后放回,一个月后进行第二次捕捉,在第二次捕到的兔中,未标记的有60只、标记的有20只;如图乙表示动物A迁入某岛屿后种群数量的变化趋势。下列相关说法正确的是( A )
A.图甲对应的兔种群在新环境中的K值约为400只
B.图乙中d点对应的种群数量为该岛屿上A种群的K值
C.若图乙表示田鼠的种群数量变化,则在b点对应的时间进行防治
最好
D.图甲中第5年时种群数量最少
解析:第3年兔种群的数量N=[(60+20)×50]/20=200(只)。分析图甲曲线可知,第3年种群增长速率最大,此时的种群数量相当于K/2,故该兔种群在新环境中的K值约为400只;图乙中种群数量在c点或e点对应值附近波动,则c点或e点对应的种群数量为该岛屿上A种群的K值;防治有害生物,应该在种群数量达到K/2以前进行;图甲中第5年时种群数量最多,达到K值。
6.有关“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验的叙述,正确的是( C )
A.接种后,培养液必须经过严格的灭菌处理
B.抽样检测时,需将培养液静置几分钟后再吸取
C.营养条件不是影响酵母菌种群数量变化的唯一因素
D.用血细胞计数板计数时,应先向计数室滴加样液后再盖上盖玻片
解析:灭菌应在接种酵母菌之前进行,接种后,培养液不能进行灭菌处理,否则会杀死酵母菌;抽样检测时,应振荡培养液,使酵母菌分布均匀;营养条件、温度、pH等因素均会影响酵母菌种群数量变化;用血细胞计数板计数时,应先盖上盖玻片,然后在盖玻片边缘滴加样液,让样液自行渗入计数室。
7.如图表示在一个10 mL的密闭培养体系中酵母菌细胞数量的动态变化,关于酵母菌数量的叙述,正确的是( A )
A.K值约为120 000个
B.种内竞争导致初始阶段增长缓慢
C.可用数学模型Nt=N0·λt表示酵母菌种群数量的变化
D.可将酵母菌培养液滴在普通载玻片上进行酵母菌显微计数
解析:K值为12 000个/mL×10 mL=120 000个;初始阶段增长缓慢是由于酵母菌种群在培养初期需经过一段时间的调整适应;数学模型Nt=N0·λt可以表示“J”形曲线的种群数量变化,而图中酵母菌种群数量呈“S”形变化;可将酵母菌培养液滴在血细胞计数板上进行酵母菌显微计数。
8.丹顶鹤是世界珍稀濒危鸟类,科学家研究了苏北地区丹顶鹤越冬种群数量及栖息地分布变化,获得如下图数据。研究发现,20世纪 80年代,丹顶鹤广泛分布于长江中下游的内陆湖泊周围和江苏沿海地区。由于人类活动干扰加强,内陆湖泊周围已不适合丹顶鹤栖息, 20世纪 90年代,丹顶鹤越冬栖息地分布在沿海滩涂湿地。到了21世纪初,栖息地分布点逐渐减少,分布方式也由连续分布变为间断分布。下列有关叙述正确的是( B )
A.2015 年丹顶鹤的种群数量约为图中最大值的一半,种群增长速率最快
B.影响丹顶鹤越冬种群数量变化的环境因素之一是栖息地数量
C.1980—2015年,丹顶鹤种群数量处于不规则波动状态,不可能出现种群爆发
D.用标记重捕法调查丹顶鹤的种群数量,应选择颜色醒目不易脱落的标记物
解析:据图分析,2015年丹顶鹤的种群数量处于波动之中,虽然该年种群数量约为图中最大值的一半,但无法估算该年的种群增长速率;栖息地数量不断减少或增加,导致丹顶鹤越冬种群数量随之发生变化,因此栖息地数量是影响丹顶鹤越冬种群数量变化的环境因素;具不规则或周期性波动的生物都可能出现种群的爆发;用标记重捕法调查丹顶鹤的种群数量,标记物不能过分醒目,否则会影响标记动物生活
状态。
二、非选择题
9.如图为种群数量增长曲线,回答下列问题。
(1)种群数量增长曲线为曲线X的前提条件是
。假设A点时某动物种群的数量为50只,之后种群数量每年增加35%,计算20年后该动物种群数量的算式为 。
(2)若某动物种群数量增长曲线为曲线Y,B点时该动物种群的年龄结构属于 型。
(3)若曲线Y表示某地东亚飞蝗种群数量变化,从生物与环境的角度也可以通过 (答出一点即可)措施使C点下移。
解析:(1)曲线X为“J”形增长曲线,该曲线是在理想的环境条件下出现的,如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。种群数量每年增加35%,也就是第二年是第一年的1.35倍,即
λ=1.35,根据最初数量为50只,可以计算20年后种群数量的算式为N20=50×1.3520。
(2)若某动物种群数量增长曲线为曲线Y,即“S”形增长曲线。B点时的种群数量为K/2,此时该动物种群的增长速率最大,据此可知种群的年龄结构属于增长型。
(3)若曲线Y表示某地东亚飞蝗种群数量变化,可通过向环境中引入蝗虫天敌、减少蝗虫食物等措施降低蝗虫种群的K值。
答案:(1)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 50×1.3520 (2)增长
(3)引入蝗虫的天敌、减少蝗虫的食物来源等
10.某生物兴趣小组为指导草原牧民更科学地放牧,对草原生物种群进行了各项调查,请回答以下问题。
(1)为确定放牧量,该兴趣小组对该草原上的某种优质牧草进行种群密度的调查,所用的调查方法应该为 ,为减小调查的误差,调查时应注意:① ;② 。
(2)在某一时刻有一田鼠种群迁入该草原,以优质牧草的根为食,该兴趣小组对这一田鼠种群进行了长期的追踪调查,并绘制了以下两图:
①图甲中虚线表示在 条件下田鼠种群的增长方式。如果迁入时田鼠的种群数量为a,而且每繁殖一代种群数量比原来增加m倍,则在此条件下繁殖n代以后,田鼠的种群数量为 。
②图甲中实线表示田鼠种群在该草原上的实际增长情况,AB段实线与虚线重合的原因是 。
③图乙表示某时刻该田鼠种群的年龄结构,则图甲中 点不可能出现此种年龄结构。
解析:图甲中虚线表示“J”形增长曲线,是在理想状态下产生的。对田鼠来说,繁殖一代后原来个体还存在,个体总数应为a×(1+m);繁殖n代以后,田鼠的种群数量为a×(1+m)n。图乙中幼年个体多,为增长型,种群数量增加;图甲中D点种群数量稳定。
答案:(1)样方法 ①随机取样 ②样方大小适宜 ③取足够多的样方(任选两点)
(2)①理想(营养、空间充足,没有天敌等) a×(1+m)n ②迁入之初草原的食物和空间充足,并且没有天敌等,近似理想条件 ③D
三、不定项选择题
11.种群增长的“J”形和“S”形曲线是不同条件下种群数量随时间变化的曲线。下列关于种群增长曲线的叙述中,正确的是( ACD )
A.以“J”形曲线增长的种群,种群的增长速率不断增大
B.以“S”形曲线增长的种群,种群的增长速率逐步降低
C.以“J”形曲线增长的种群,种群增长不受自身密度制约
D.以“S”形曲线增长的种群,达到K值时种群增长速率近于零
解析:以“J”形曲线增长的种群,随着时间的增加,增长速率不断增大;以“S”形曲线增长的种群,当种群数量大于K/2后,种群增长速率降低;“J”形曲线是理想条件下种群数量的增长方式,不受自身密度制约;以“S”形曲线增长的种群达到K值时,出生率和死亡率相等,增长速率近于0。
12.下列对种群数量变化曲线的解读,不合理的是( ABD )
A.图1、2所示为种群在一定环境条件下的增长规律,图3所示为曲线Ⅰ条件下种群的存活率
B.鱼类捕捞在图1的e点、图2的g点和图3的i点时进行,能获得最大日捕捞量
C.若图1为酵母菌种群数量增长曲线,曲线Ⅰ和Ⅱ之间阴影部分代表生存斗争中死亡的个体
D.图3曲线的i点,种内斗争最激烈
解析:种群存活率越高种群的增长越快,图3所示曲线种群数量达到K/2时增长最快,达到K时增长最慢,符合图1曲线Ⅱ条件下种群的存活率;图1的e点、图2的g点和图3的i点时种群数量增长最快,但种群密度不是最大,不能获得最大日捕捞量;种群密度越大,个体间因食物和空间等资源的斗争越激烈,图3曲线的i点并没有达到最大种群数量,种内斗争不是最激烈的。
四、综合探究题
13.酵母菌为兼性厌氧型单细胞真菌,某研究小组用它进行了如下三组实验。图1为在注射器中加入5 mL含酵母菌的培养液,吸入10 mL空气后加塞密封,一段时间后,发现针筒内的气体体积增加。图2为①号、②号试管均加入3 mL蒸馏水和少许0.1%溴麝香草酚蓝(简称BTB)溶液,直至溶液呈蓝色时为止。图3为“探究培养液中酵母菌种群数量变化”的实验中,将酵母菌培养液稀释103倍后,用血细胞计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)进行计数观察到的视野。请回答下列问题。
(1)图1中,实验起初一段时间内,针筒内的气体体积未发生变化,但溶液中有气泡产生,该种气体产生的场所是 。图1实验一段时间后,发现针筒内的气体体积开始增加,此时,酵母菌细胞开始进行
呼吸。
(2)图2中,①号试管内溶液颜色变化是由蓝色变成 ,设置②号试管的作用是作为 。
(3)若要证明图1、图2两组装置中释放的气泡是酵母菌所产生的,都需要设置一个对照组同步实验,对照组的设置为另取一相同装置,将容器中含酵母菌的培养液换成 ,其他条件相同。
(4)“探究培养液中酵母菌种群数量变化”的实验中,为减小实验误差,取样前需将培养液 ;
滴加样液之前需在计数室上方 ;计数时,应待酵母菌
再计数。依据图3结果,估算培养液中酵母菌密度为
个/mL。
解析:(1)根据图1分析,实验起初一段时间内,针筒内的气体体积未发生变化,说明呼吸消耗的氧气与产生的二氧化碳一样多,即只进行有氧呼吸,溶液中的气泡是有氧呼吸产生的二氧化碳,产生场所为线粒体(基质)。实验一段时间后,发现针筒内的气体体积开始增加,说明呼吸消耗的氧气体积小于产生的二氧化碳体积,即此时酵母菌细胞开始进行无氧呼吸。
(2)图2中,酵母菌呼吸产生的二氧化碳进入①号试管,使其内溴麝香草酚蓝溶液颜色由蓝变绿再变成黄色,②号试管没有通入酵母菌产生的气体,其他与①号试管相同,故设置②号试管的作用是作为对照。
(3)若要证明图1、图2两组装置中释放的气泡是酵母菌所产生的,都需要设置一个对照组同步实验,则对照组的设置应为另取一相同装置,将容器中含酵母菌的培养液换成等量(含灭活酵母菌)的培养液,其他条件相同。
(4)“探究培养液中酵母菌种群数量变化”的实验中,从试管中吸出培养液进行计数前,需将试管内的培养液振荡摇匀,目的是使培养液中的酵母菌均匀分布,以减小误差;滴加培养液之前需在计数室上方加盖玻片;计数时,应待酵母菌沉降到计数室底部再计数。依据图3结果可知,原1 mL培养液中的酵母菌数=每个小格中的平均酵母菌数×400个小格×酵母菌培养液稀释倍数×10 000,则该1 mL样品中酵母菌数约为14÷16×400×103×104=3.5×109(个)。
答案:(1)线粒体(基质) 无氧
(2)黄色 对照
(3)等量(含灭活酵母菌)的培养液
(4)振荡摇匀 加盖玻片 沉降到计数室底部 3.5×109
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