2020_2021学年高中生物第4章种群和群落2种群数量的变化

第2节种群数量的变化
必备知识·自主学习
一、种群数量的变化
1.建构种群增长模型：
(1)构建方式：数学模型。

(2)构建方法：
2.种群增长的“J”型曲线：
(1)模型假设：
①条件：理想状态——食物和空间条件充裕，气候适宜，没有敌害等条件。

②数量变化：种群的数量每年以一定倍数增长，第二年是第一年的λ倍。

(2)建立模型：
①数学模型公式：t年后种群数量表达式：N t=N0λt。

②参数意义：N0为起始数量，t为时间，N t表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。

③曲线图：如果以时间为横坐标、种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线则大致呈“J”型。

(3)曲线特点：无限增长。

3.种群增长的“S”型曲线：
(2)形成原因：
(3)曲线如图所示，表现为“S”型增长，种群数量达到环境容纳量后停止增长。

(4)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，又称K值。

(5)应用：
①保护濒危生物：建立自然保护区，改善栖息环境，从而提高环境容纳量。

②控制有害生物：应降低其环境容纳量。

4.种群数量的波动和下降：
(1)影响因素：
①自然因素：气候、食物、天敌、传染病。

②人为因素：人类活动的影响。

(2)数量变化：大多数种群的数量总是在波动中，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。

(3)研究意义：
①利用及保护野生生物资源。

②控制人工养殖及种植业中的种群数量。

③科学预测及防治有害生物。

④拯救和恢复濒危动物种群。

5.判一判：结合种群数量的变化及影响因素，判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)不同种生物的K值各不相同，但同种生物的K值固定不变。

(×)
提示：K值会随着环境条件的改变而发生变化。

(2)种群数量的变化不仅受外部因素的影响也受自身内部因素的影响。

(√)
(3)研究种群数量的变化有利于对有害动物的防治以及对野生生物资源的保护和利用。

(√)
(4)外来入侵物种进入一个新环境中必定表现为“J”型增长。

(×)
提示：种群数量增长受外界环境的影响，当环境不适合其生长时，外来入侵物种不会表现出“J”型增长。

二、探究培养液中酵母菌种群数量的变化
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)在理想的环境中，酵母菌种群的增长呈“J”型曲线；在有限的环境中，酵母菌种群的增长呈“S”型曲线。

2.实验步骤：
关键能力·合作学习
知识点一种群的数量变化
1.种群的“J”型曲线和“S”型曲线的比较：
项目“S”型增长“J”型增长
前提条件环境资源有限环境资源无限
曲线
种群增长
速率曲线
K值有K值，K/2时有最大增长速率无K值，增长速率保持不变
曲线形成
种内斗争加剧，天敌数量增多无种内斗争，缺少天敌原因
联系
两种增长曲线的差异主要是因为环境阻力大小不同，对种群数量增长的影响不同2.“S”型曲线的分析解读：
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。

3.“S”型曲线中K值和K/2值的应用：
应用措施目的
野生资
保护野生生物的生存环境，减小环境阻力增大K值源保护
有害生增大环境阻力降低K值
物防治在种群数量达到K/2以前采取相应措施防止害虫数量快速增长资源开发
与利用捕捞或收获后的种群数量应维持在K/2
保证持续
获取高产量
4.K值的不同表示方法：
图中A、B、C、D时间所对应的种群数量均为K值，A′、C′、D′时间所对应的种群数量均为K/2值。

【知识拓展】λ、增长率与增长速率
(1)“J”型增长中λ和增长率的关系：
λ为某时段结束时种群数量为初始数量的倍数，而非增长率。

增长率=(末数-初数)/初数×100%=(N0λt+1-N0λt)/N0λt×100%=(λ-1)×100%。

①当λ>1时，增长率>0，种群数量增加；
②当λ=1时，增长率=0，种群数量稳定；
③当λ<1时，增长率<0，种群数量下降。

(2)种群增长率和增长速率：
①增长率：单位数量的个体在单位时间内新增加的个体数，即增长率=一定时间内增长的数量/初始数量×100%。

②增长速率：单位时间内新增加的个体数(即种群数量增长曲线的斜率)，即增长速率=一定时间内增长的数量/时间。

假设某一种群的数量在某一单位时间t(如一年)内，由初始数量N0增长到数量N t，则该种群的增长率和增长速率的计算公式分别为：
增长率=(末数-初数)/初数×100%=(N t-N0)/N0×100%(无单位)；
增长速率=(末数-初数)/单位时间=(N t-N0)/t(有单位，如个/年)。

(3)种群增长率曲线：
——拓展探究
种群的最大数量是不是就是环境容纳量？为什么？
提示：不是。

环境容纳量是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，而实际数量有可能超过K值，只不过超过K值后，环境容纳不下，数量会再降下来。

(2020·太原高二检测)假设在某草原上散养的某种家畜的种群数量呈“S”型增长，该种群的增长速率随时间的变化趋势如图所示，下列叙述中错误的是( )
A.种群增长速率为甲时，该家畜种群的年龄结构为增长型
B.种群增长速率为乙时，该家畜种群的数量达到最大
C.若要持续尽可能多地收获该家畜，可以在丙点时适当捕获
D.种群增长速率为丁时对应的种群数量可随环境的变化而发生变化
【解题思维】
【解析】选B。

种群增长速率为甲时，该家畜种群的出生率大于死亡率，其年龄结构为增长型，A正确。

种群增长速率为丁时，该家畜种群的数量达到最大(K值)；种群增长速率为乙时，该家畜种群的数量达到K/2，B错误。

在丙点时适当捕获，捕获后使种群处于最大增长速率附近，能达到持续尽可能多地收获该家畜的目的，C正确。

种群增长速率为丁时，对应的种群数量(K 值)可随环境的变化而发生变化，D正确。

【审答误区】
(1)对“S”型曲线的特点理解错误：在达到丁点之前种群数量一直在增加，因此丁点时，种群数量最多。

(2)对K、K/2的应用理解错误：持续尽可能多地收获，应在K/2点之后一段时间，在丙点。

【母题追问】
(1)如果控制家鼠等有害动物，应该在哪一点进行控制？
提示：应在K/2点之前，严防达到K/2点，在图中对应的是乙点之前。

(2)在图中乙点种群增长速率最高，为什么要在丙点收获才能获得较多的产量？
提示：丙点种群数量较大，由于食物等因素导致种群增长速率开始下降，此时开始捕获，可以获得较大产量，也可以使种群增长速率升高，有利于种群数量的恢复。

【类题精练】
某研究所对一条河流生态系统进行了几年的跟踪调查，发现某种鱼迁入此生态系统后的种群增长速率随时间的变化呈现如图所示曲线。

则在t1时该种群的年龄组成类型、能反映该种群数量变化的曲线分别
是( )
A.衰退型和①
B.增长型和②
C.衰退型和③
D.增长型和④
【解析】选B。

种群增长的“J”型曲线中，增长速率不断增大；而“S”型增长曲线，由于种内斗争和天敌数量变化，增长速率先增大后减小，故据图可判断该图为“S型”曲线的增长速率变化曲线。

t1时种群增长速率最大，此时的年龄组成应为增长型。

【补偿训练】
美国人为了清除水域内的藻类，从亚洲国家引进亚洲鲤鱼，导致亚洲鲤鱼在美国泛滥成灾，下列有关说法正确的是( )
A.现阶段美国水域中亚洲鲤鱼种群的数量已达到环境容纳量
B.在美国水域，亚洲鲤鱼种群增长曲线为“J”型
C.亚洲鲤鱼在美国水域的环境容纳量是一个固定的数值
D.为控制亚洲鲤鱼的种群数量，防止其继续增长，应将其数量控制在K/2
【解析】选A。

现阶段美国水域中亚洲鲤鱼泛滥成灾，种群的数量已达到环境容纳量，A正确。

在美国水域，亚洲鲤鱼种群初期的增长曲线为“J”型，后期泛滥成灾，种群增长受到食物、空间等限制，不能无限增长，B错误。

环境容纳量是指在环境条件不受破坏的情况下，环境所
能维持的种群最大数量，K值不是固定不变的，会受到环境的影响，当环境遭受破坏时， K 值下降，当生物生存环境改善时， K值上升，C错误。

为控制亚洲鲤鱼的种群数量，防止其继续增长，应将其数量控制在K/2以下，K/2时种群增长最快，D错误。

知识点二探究培养液中酵母菌种群数量的变化
1.实验结果与分析：
(1)酵母菌增长曲线图：
(2)趋势：先增加再减少。

(3)分析。

①增长：在开始时培养液的营养充足，空间充裕，条件适宜，因此酵母菌大量繁殖，出生率高于死亡率，种群数量剧增。

②稳定和波动：随着酵母菌数量的不断增多，营养消耗、pH变化、有害产物积累等，酵母菌死亡率逐渐升高，当死亡率等于出生率时，种群数量不再增长。

③衰退：随生存条件进一步恶化，酵母菌死亡率高于出生率，种群数量下降。

2.实验中的注意事项：
(1)制片：制片时，要先在计数室上盖上盖玻片，然后用滴管吸取培养液，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。

(2)计数：
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”的原则计数。

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每天计数酵母菌数量的时间要固定。

④若视野中细胞数目多，培养液要进行定量稀释重新计数，以每个小方格内含有4～5个酵母菌为宜。

⑤由于计数室中的培养液有一定的高度(0.1 mm)，故需要让细胞沉降到计数室底部的网格线中，避免细胞分布在不同液层深度，导致计数时被遗漏。

拓展探究：(1)若试管中培养液的体积、浓度不变，接种的酵母菌数量增加，则酵母菌种群数量达到最大时所需要的时间怎样变化？(科学思维)
提示：酵母菌的数量增加，利用现有的资源和空间，其种群数量可以较快达到最大值。

(2)若接种的酵母菌数量和培养液浓度不变，减少培养液的体积，则酵母菌种群数量达到最大时所需要的时间怎样变化？(科学思维)
提示：培养液的体积减少，受到资源限制，其种群数量也可以较快达到最大值。

(2019·全国卷Ⅰ)某实验小组用细菌甲(异养生物)作为材料来探究不同条件下种群增长的特点，设计了三个实验组，每组接种相同数量的细菌甲后进行培养，培养过程中定时更新培养基，三组的更新时间间隔分别为3 h、10 h、23 h，得到a、b、c三条种群增长曲线，如图所示。

下列叙述错误的是( )
A.细菌甲能够将培养基中的有机物分解成无机物
B.培养基更换频率的不同，可用来表示环境资源量的不同
C.在培养到23 h之前，a组培养基中的营养和空间条件都是充裕的
D.培养基更新时间间隔为23 h时，种群增长不会出现J型增长阶段
【解题思维】
【解析】选D。

本题考查种群的数量变化。

细菌甲为异养生物，能够将培养基中的有机物分解成无机物，A项正确；培养基更换频率越快，细菌可利用的资源就越多，所以培养基更换频率的不同，可用来表示环境资源量的不同，B项正确；在培养到23 h之前，a组培养基中的细菌呈J型增长，说明培养基中的营养和空间条件都是充裕的，C项正确；题图中三组起始段曲线是重合的，c组曲线在种群数量达到K/2之前，其增长曲线符合J型增长，种群增长出现J
型增长阶段，D项错误。

【母题追问】
(1)若培养液更新时间间隔为7 h，试描述所得曲线的大致位置。

提示：介于曲线a和b之间。

(2)若实验进行到23 h后，不再更新培养液，a、b、c三组曲线的变化趋势是怎样的？
提示：上升一段时间后下降。

(2020·江苏高考)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，用血细胞计数板计数
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
【解析】选B。

本题主要考查酵母菌的培养与计数方法。

将酵母菌接种到培养液后，需要对酵母菌进行初次计数，以获得酵母菌种群密度初始值，A正确；每次计数前，都需要轻缓地将培养液摇匀，使其中的酵母菌分布均匀，再取适量培养液用血细胞计数板计数，B错误；需要定时取样和计数，用于绘制酵母菌种群数量的动态变化曲线，C正确；酵母菌种群数量的动态变化受营养条件、代谢废物、空间等的影响，D正确。

【补偿训练】
(2020·唐山高二检测) 有关“探究培养液中酵母菌数量的动态变化”的实验，正确的叙述是( )
A.改变培养液的pH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
【解析】选D。

环境的改变会影响K值的大小，而pH为环境因素中较为重要的一项，因此会影响K值的大小，A错误。

酵母菌个体微小，不能采用样方法，应采用抽样检测的方法，B错误。

应先将盖玻片放在计数室上，用滴管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入，C错误。

影响酵母菌种群数量变化的因素除营养条件外，还有温度、pH等，D正确。