人教版高中生物选择性必修第2册 第1章 种群及其动态 第2节 种群数量的变化 (3)

2 | 种群的“J”形增长 1.概念:自然界有类似细菌在⑤ 理想条件下 种群增长的形式,如果以时间为横 坐标,种群数量为纵坐标画出曲线来表示,曲线大致呈“⑥ J ”形。 2.模型假设:⑦ 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。 3.建立模型 (1)曲线图模型
(2)数学公式模型:⑧ Nt=N0λt 。 (3)参数含义:N0为该⑨ 种群起始数量 ,t为时间,Nt为t年后该种群的数量,⑩ λ 表 示该种群数量是前一年种群数量的倍数。
5.实验结论:在有限的环境条件下,酵母菌的种群数量大致呈现 “S”形增长 。 后期由于营养物质的消耗、pH的变化等,生存条件逐渐恶化,酵母菌种群数 量下降。
第1章 种群及其动态
判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 1.理想条件下,影响种群数量增长的主要因素是环境容纳量。 ( ✕ ) 提示:理想条件下,种群呈现“J”形增长,无环境容纳量。 2.将20 mL无菌培养液等量分装到甲、乙2支试管中,向甲试管放入5只大草履虫, 乙试管放入10只大草履虫,则一段时间后,甲试管的K值大于乙试管。 ( ✕ ) 提示:培养液培养微生物的K值一般与环境条件有关,与种群起始数量关系不大。 甲、乙两试管培养液的量(环境条件)相同,最终大草履虫的K值几乎相同。 3.在“S”形增长曲线中,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。 ( ✕ ) 提示:“S”形增长曲线中,种群数量超过K/2后,种群增长速率减慢,但种群数量仍 在增加,对应的年龄结构应为增长型。 4.“S”形增长曲线中,种群数量未达到K/2前的增长是“J”形增长。 ( ✕ ) 提示:理想条件下,种群呈“J”形增长;存在环境阻力时,种群呈“S”形增长。 “S”形增长曲线中,种群数量未达到K/2前的增长不是“J”形增长。
曲线图解读:ab段是生物对环境的适应期,种群密度增长慢的原因是 个体数量少 , 增长速率小;bc段是快速增长期,c点种群数量达到K/2,种群 增长速率 最大;cd段种 群密度增加,但种群增长速率变小,原因是随种群密度增加, 种内竞争加剧 ,使种群 的出生率降低,死亡率升高;de段种群数量维持相对稳定,即达到 环境容纳量(K值) , 此阶段出生率和死亡率 基本相等 。可见,种内竞争对种群数量起调节作用。 4.环境容纳量(K值):指一定的环境条件所能 维持 的种群最大数量。同一种群K值 的大小主要与环境条件有关,因此,对大熊猫等濒危动物的保护措施是改善环境, 增 大K值 ;而对家鼠等有害动物的控制方法是增大环境阻力, 减小K值 。
易错点拨 关于K值的几个易错点 (1)种群数量达到K值后,不是一成不变的,而是围绕K值进行上下波动。 (2)同一种群的K值不是固定不变的,环境条件改变时,K值可能会发生相应变化。 (3)K值≠种群能达到的最大数量,种群能达到的最大数量是在某个特定时间出现 的,一般来说,该值出现时间短且大于K值。
4 | 种群数量的波动
第1章 种群及其动态
答案 B 解析 图1中前10年(不含第10年) λ>1,种群数量增加,年龄结构为增长型;后10年 (不含第20年) λ<1,种群数量减少,年龄结构为衰退型,A正确。图1中前10年种群 数量增加,后10年种群数量减少,则第10年该种群数量最大,但第20年时种群数量 与初始种群数量的大小无法比较,B错误。在实验室条件下,利用培养液培养酵母 菌,初始阶段酵母菌种群可呈现“J”形增长,C正确。“J”形增长(曲线X)中,种 群数量每年以固定倍数增加,即λ不变且大于1,可对应图1中前5年;“S”形增长 (曲线Y)中,种群增长率不断减小,λ也不断减小,但始终大于1,可对应图1中第5~10 年,D正确。
第1章 种群及其动态
不同曲线图中K值的表示方法
图1
图2
图3
图4
图5
第1章 种群及其动态
(1)K值:一般情况下,种群数量达到K值时,数量会围绕K值上下波动,此时出生 率≈死亡率,增长速率基本为0。 (2)图1中,A点增长速率=0;图2和图3中,B、C点出生率=死亡率;图4中,D点种群个 体数达到最大,它们分别表示相应曲线图对应K值的点。 (3)图5中,猎物种群数量超过N2,会引起捕食者种群数量增加;捕食者种群数量超过 P2,则引起猎物种群数量减少。两者相互作用,使猎物和捕食者种群的数量分别在 N2和P2水平上保持动态平衡,即N2和P2分别表示猎物和捕食者种群的K值。
第1章 种群及其动态
图1表示种群数量变化中λ相关的曲线图,图2是在理想环境和自然条件下的 种群数量增长曲线。下列有关叙述错误的是 ( )
图1
图2
第1章 种群及其动态
A.图1中前10年(不含第10年)种群年龄结构为增长型,后10年(不含第20年)种 群年龄结构为衰退型 B.图1中第10年该种群数量最大,第20年该种群数量最小 C.实验室条件下利用培养液培养酵母菌,初始阶段可出现图2中曲线X所示的增长 D.图2中曲线X可对应图1中的前5年,曲线Y可对应图1中的第5~10年 思路点拨 明确λ与1大小关系反映的种群数量变化趋势,学会将λ曲线图转换为种群数量变 化图。
第1章 种群及其动态
1 | 种群数量增长曲线的比较及分析 种群数量增长曲线的比较
项目 曲线 模型
“J”形增长
“S”形增长
增长 速率
增长率
第1章 种群及其动态
续表
——
K值 适用范围
两者关系
无
有
食物和空间条件充裕、气候适宜、无天 一般为自然条件下种群的增
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
敌和其他竞争物种等
长
第1章 种群及其动态
知识拓展 λ、增长率和增长速率的界定 (1)λ:某时段结束(通常是一年)时种群数量为初始数量的倍数。 (2)增长速率:单位时间内新增加的个体数,即增长速率=一定时间内增加的个体数 /时间。种群呈“J”形增长时,增长速率不断增加;呈“S”形增长时,增长速率先 增加后减小。 (3)增长率:单位时间内新增加的个体数占原有个体数的比例,即增长率=一定时间 内增加的个体数量/初始个体数量=λ-1。种群呈“J”形增长时,增长率恒定不变; 呈“S”形增长时,增长率逐渐下降。
图1 血细胞计数板的结构
图2 两种规格血细胞计数板的计数室
第1章 种群及其动态
利用血细胞计数板计数的具体操作步骤 (1)取血细胞计数板,并将盖玻片放在其计数室上方。 (2)将培养液轻轻振荡几次,使微生物分布均匀后,用吸管吸取少量培养液滴在盖 玻片边缘,让培养液自行渗入计数室。多余的培养液用滤纸吸去。 (3)静置片刻,待微生物全部沉降至计数室底部,再利用显微镜观察并计数。
5 | 培养液中酵母菌种群数量的变化
1.实验原理:酵母菌属于 兼性厌氧 (填呼吸类型)菌,且生长周期短、繁殖快, 易于研究种群数量变化;用液体培养基培养酵母菌时,其数量增长受 培养液 成分(或营养物质) 、pH、空间及温度等因素影响。 2.计数方法: 抽样检测法 。
3.实验步骤 4.实验结果:分析实验数据,绘制得到如下曲线图
易错易混 λ的大小与种群数量变化、年龄结构的关系 0<λ<1:种群数量减少,年龄结构为衰退型。 λ=1:种群数量维持稳定,年龄结构为稳定型。 λ>1:种群数量增加,年龄结构为增长型。
3 | 种群的“S”形增长 1.概念:种群经过一定时间的增长后,数量 趋于稳定 ,增长曲线呈“S”形。 2.模型假设:食物等资源和空间总是有限的(自然条件)。 3.建立曲线图模型
第1章 种群及其动态
计数规则(以计数酵母菌为例) (1)如图2所示,25中格×16小格的计数板,需要对四个顶角及中央5个中格中的酵母 菌进行计数;16中格×25小格的计数板,则只需对四个顶角中格中的酵母菌进行计 数。随后估算出每个小方格中的酵母菌数。 (2)对于压在中方格边线上的酵母菌,只计数相邻两边(记上不记下、记左不记右) 及其夹角上的个体。 (3)若一个小方格中酵母菌数量过多,可先对样品进行适当稀释后,再重新制片,观 察计数。 (4)出芽的酵母菌,芽体达到母细胞大小一半时,即可作为两个菌体计算。 (5)每个样品应计数三次,取平均值。
第1章 种群及其动态
计算公式(以计数酵母菌为例)
第1章 种群及其动态
某研究性学习小组为探究培养液中酵母菌种群数量的变化,进行如下相关操作: ①培养酵母菌时,必须去除培养液中的溶解氧。 ②将适量干酵母放入装有一定浓度葡萄糖培养液的锥形瓶中,在适宜条件下培养。 ③培养早期不需取样,培养后期每天同一时间取样一次进行计数。 ④取样前,将培养液振荡摇匀后,用吸管从锥形瓶中吸取一定量的培养液。 ⑤在血细胞计数板中央滴一滴培养液,盖上盖玻片,并用滤纸吸去边缘多余培养液。 ⑥待酵母菌全部沉降到计数室底部,将计数板放在载物台中央,在显微镜下观 察、计数。 ⑦计数时,压在中方格界线上的酵母菌应计数相邻两边及其夹角上的菌体。
第1章 种群及其动态
2 | 血细胞计数板的使用 血细胞计数板的结构
血细胞计数板(如图1所示)由一块厚的玻璃片特制而成。一块血细胞计数板 有两个计数室,每个计数室(大方格)的面积为1 mm2,加盖玻片后,计数室与盖玻片的
距离是0.1 mm,即计数室深度为0.1 mm,所以每个大方格的容积为0.1 mm3。计数室 通常有两种规格(如图2所示):一种是将一个计数室(大方格)分为25个中格,每个中 格又分为16个小格;另一种是将一个计数室(大方格)分为16个中格,每个中格又分 为25个小格。不管何种规格的计数室,都包含400个小格。
第2节 种群数量的变化
1.尝试建构种群“J”形增长和“S”形增长的数学模型,并据此解释种群数量的 变化。 2.通过探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”,建构其种群增长的数学模型。 重难点:1.比较种群的“J”形增长和“S”形增长曲线。2.探究“培养液中酵母 菌种群数量的变化”。
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,主要包括数学公式模型和 曲线图模型,其中更精确的是① 数学公式模型 ,更直观的是② 曲线图模型 。 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③ 数学形式 对事物的性质进行表达→进一步检验或修正模型。 3.实例:若N代表细菌数量,n代表第几代,则在资源和生存空间没有限制的条件下, 细菌增长的数学公式模型是④ Nn=2n ,曲线图模型为:
在自然界,大多数种群的数量总是在 波动 中。处于波动状态的种群, 在某些特定条件下可能出现 种群爆发 ,如蝗灾、鼠灾、赤潮等。当种群长 期处于不利条件下,种群数量会出现持续性的或急剧的 下降 。种群的延续 需要有一定的个体数量为基础。当一个种群的数量过少,种群可能会由于近亲繁 殖等原因而衰退、 消亡 。因此,对那些已经低于种群延续所需要的最小种 群数量的物种,需要采取有效的措施进行保护。
曲线图解读
第1章 种群及其动态
(1)第0~5年(不含第5年):λ>1,且恒定不变,种群数量每年以固定倍数增加,呈现 “J”形增长。 (2)第5~15年(不含第15年):λ持续减小,但始终大于1,种群数量仍然增加。 (3)第15~25年(不含第25年):λ=1,种群数量维持稳定。 (4)第25~30年(不含第30年):λ不断减小,且λ<1,种群数量下降。 (5)第30~35年(不含第35年):λ不断增加,但仍小于1,种群数量继续下降。
第1章 种群及其动态
答案 (1)①无需去除溶解氧,③培养时每天都需要进行取样计数,⑤利用血细胞 计数板计数应先盖盖玻片,再在盖玻片边缘滴入培养液,让培养液自行渗入计数室。 (2)不正确,该实验中每天同一时间取样的计数值可以形成相互对照,不需要额外 设置对照组。 (3)1×108 解析 (1)酵母菌是兼性厌氧菌,无需去除培养液中的溶解氧,①错误;干酵母置于 葡萄糖培养液中可活化,②正确;实验自开始后应连续7天同一时间对培养液进行 抽样检测和计数,以研究酵母菌种群数量的变化规律,③错误;摇匀后取样可减少 实验误差,④正确;血细胞计数板在使用过程中应先盖盖玻片,再在盖玻片边缘滴 入培养液,让培养液自行渗入计数室,⑤错误;酵母菌沉降到计数室底部后计数可 使计数更准确,⑥正确;压线菌体应计数相邻两边及其夹角上的个体,⑦正确。(2) 该实验不需要额外设置对照组,不同天数的取样与计数结果可以形成相互对照。 (3) 利用公式1 mL培养液中酵母菌总数=小方格中酵母菌平均数×400×10×1 000× 稀释倍数=20/80×400×10×1 000×100=1×108(个)。
第1章 种群及其动态
请回答以下问题: (1)该兴趣小组的操作过程有几处错误,请指出并更正。 (2)有同学质疑该兴趣小组没有设置对照组。这种质疑是否正确,为什么? (3)若使用的血细胞计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)每个计数室分为25个中 方格,每个中方格又分为16个小方格,将样液稀释100倍后计数,发现计数室四个角 及中央共5个中方格内的酵母菌总数为20个,则培养液中酵母菌的密度为 个/mL。