课程解读

一、学习目标：

1. 区别种群的指数增长和逻辑斯谛增长两种方式，读懂隐含在“J”型曲线和“S”型曲线中的信息。

2. 举例说出环境容纳量的概念。

3. 简述种群数量的非周期波动和周期波动。

4. 说出影响种群数量的调节因素，讨论人类活动对种群数量变化的影响。

 

二、重点、难点：

重点：种群的增长方式和环境容纳量。

难点：尝试构建种群增长的数学模型并据此解释种群数量的变化。

 

三、考点分析：

3—4　种群

要求

（2）种群的数量变化

（3）种群的数量波动及调节

Ⅱ

Ⅰ

3—5  群落

 

（1）群落的结构

（2）群落的演替

Ⅰ

Ⅰ

说明：考试内容以知识内容表的形式呈现。知识内容要求掌握的程度，在知识内容表中用Ⅰ和Ⅱ标出；实验内容要求掌握的程度则用文字说明。Ⅰ和Ⅱ的含义如下：

Ⅰ：知道所列知识点的含义，并能够在试题所给予的相对简单的情境中识别和使用它们。

Ⅱ：理解所列知识与相关知识之间的联系和区别，并能在较复杂的情境中综合运用其进行分析、判断、推理和评价。

 

知识梳理

知识点一：种群的增长方式与数量波动和调节

一、探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化

项目

内  容

目

的

要

求

了解在封闭环境中酵母菌种群数量的动态变化规律；学习用血细胞计数板进行计数的操作方法，学习比浊计的使用方法；尝试依据测量数据建立数学模型

实

验

流

程

1. 设计实验数据记录表

2. 配制样品1和样品2：

  试管A：10 mL无菌葡萄糖溶液+0.1 mL酵母菌培养液

  试管B：10mL无菌葡萄糖溶液

3. 分别对样品1和样品2中的A和B两个试管进行计数。并利用平均数和测得的浑浊度绘制变化曲线

4. 每天测浑浊度并记录。第二、四、七天重复步骤3进行细胞计数并记录

5. 数学模型的构建：分别绘制酵母菌数量与浑浊度和时间的关系曲线

 

计

数

过

程

1. 混匀后取样进行计数

 

2. 方格内细胞计数的顺序：左上→右上→右下→左下

 

3. 计数准则：线上细胞只计左、上两边及其夹角上的细胞数，数清粘连细胞，芽体超过细胞的一半算一个细胞，计数总数不少于300个

 

4. 当细胞数量多于300个或数不过来时要稀释后计数

 

计算方法

每毫升体积内的细胞数=每方格内的细胞平均数×2500

（每个方格的体积：2 mm×2 mm×0.1 mm=0.4 mm3）

二、种群的指数增长和逻辑斯谛增长方式

 

指数增长

逻辑斯谛增长

条件

资源和空间无限且不受其他生物制约的理想条件

资源和空间有限、受到其他生物制约的自然条件

特点

单位时间内的增长率相同，但单位时间内增加的个数越来越多

起始呈加速增长，时增长最快，此后减速增长，达到值时停止增长或上下波动

方式

“J”形

“S”形

环境容纳量（K）

指在长时期内环境所能维持的种群最大数量，值就是种群在该环境中的稳定平衡密度。

 

三、种群的数量波动

  1. 概念：种群是一个动态系统，种群中的个体数量随时间的改变而变化。

  2. 原因：出生率和死亡率的变动；环境条件的改变。

  3. 类型：非周期波动、周期波动。

  4. 调节种群数量的因素

       （1）外源性调节因素：包括气候、食物、疾病、寄生和天敌等。

      （2）内源性调节因素：包括行为调节和内分泌调节。

四、种群数量的外源性调节因素

  1. 气候：是最强烈的外源性因素，特别是极端的温度和湿度，如连续几天的38℃高温引起蚜虫种群数量下降，沙漠地区降雨量与啮齿动物和鸟类的种群数量关系。

  2. 食物

  3. 病源物和寄生物

  4. 捕食：捕食者可以把被捕食者压制在一个低水平上，如可利用捕食动物控制害虫的增长。

 

五、种群数量的内源性调节因素

  1. 行为调节：如鸟的领域行为。

  2. 内分泌调节

       （1）举例：啮齿动物

（2）含义：动物种群由于社会压力加大，刺激中枢神经系统引发内分泌失调而引起的种群数量波动。

 

知识点二：种群的增长方式与数量波动和调节知识点解析

一、探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化

  1. 实验原理

       酵母菌以出芽生殖的方式增殖，但在液体培养基中易受外界因素影响，理想条件下呈“J”型增长，在有限条件下呈“S”型增长，如果一直不补充营养物质，整个过程会呈现“几”字型变化趋势。

  2. 注意事项

       （1）取样前一定要倒转试管，使酵母菌分布均匀，以保证取样的准确性。

       （2）每天的取样时间要固定。

       （3）细胞计数时盖玻片下不能存在气泡。用高倍镜镜检时注意光线不能太强。

       （4）每次取样计数都要在小组间重复实验，以求平均数，这样更准确。

       （5）方格区内细胞总数要适宜，一般在30~300之间。

       （6）最后两次的计数如要稀释，注意计算时要乘以稀释倍数。

       （7）培养和记录过程要实事求是，不能主观臆造。

       （8）培养液的温度和pH要适宜，建议为30℃，pH 为6.0 ~6.5。

  3. 结果分析

       （1）实验数据所得曲线变化趋势应如图：

       （2）曲线的总趋势是先慢升后快升，稳定一段时间后下降，最终趋于零。

       （3）影响酵母菌种群数量的因素有营养、温度、pH、代谢废物等。

       ①培养与取样的过程要注意无菌操作。

②变化曲线与恒定的营养和体积有关，与正常的种群数量变化不同。

③无论计数如何准确，结果都是估算数，不是实际数量，注意个别数据的删除。

 

二、两种增长曲线和种间关系曲线的分析

（一）两种增长曲线的比较

 

指数增长曲线

逻辑斯谛增长曲线

曲线形状

“J”型

“S”型

产生条件

资源、空间无限和不受其他生物制约的理想条件

资源、空间有限和受到其他生物制约的自然条件

有关数据

：种群起始数量

*：种群增长倍数

：时间

存在值，种群数量到达值后处于动态平衡状态

增长率

①特点：为定值

②图解

①特点：先增后降，时最大

②图解

生产应用

可用于研究生物入侵等一定时间内资源相对充足的种群增长规律

可用于渔业捕捞和病虫害的防治

曲线比较

①“J”型曲线

②“S”型曲线

③因环境压力被淘汰的个体

       种群的数量变化形式有上升、下降和波动。增长方式有指数增长和逻辑斯谛增长两种方式。波动有周期波动和非周期波动。周期波动有季节性变化和年变化。种群大爆发也是一种较常见的种群数量变化形式。

 

（二）种群数量增长曲线和种间关系曲线分析

1. “J”型和“S”型曲线分析

       （1）种群数量的“J”型和“S”型增长是两种典型情况，虽然不一定完全与自然界中种群增长的实际情况相吻合，但它说明了种群增长的一些机制。

       （2）自然界的情况是相当复杂的，种群的增长方式有的接近“J”型，有的接近“S”型，中间还有许多过渡类型。即使是同一物种，在不同的环境条件下也会有不同形状的生长曲线。

       （3）自然种群的数量达到值后，仍有变动，其变动方向或有周期性，或不规则，稳定在值上不变是不现实的。

       （4）当一个种群迁入一个新环境后，常常在一定时期内呈“J”型增长。两种增长方式的差异，主要在于环境阻力的作用（如图）。

       ①如果种群数量趋近于零，表示几乎全部空间尚未被利用，种群接近于“J”型增长。②如果种群数量趋近于值，表示空间几乎全部被利用，种群增长曲线为“S”型。③当种群数量由零逐渐增大到值时，表示种群增长的“剩余空间”逐渐缩小，种群的增长潜能降低，这种抑制增长的效应称为环境阻力。

  2. 种间关系曲线分析

    （1）共生

①可视种群B为豆科植物，种群A为根瘤菌，因为根瘤菌的数量远远多于豆科植物的数量。②图甲是图乙的某一个阶段，而图乙可视为经历若干自然季节时，该群落中两种共生生物随季节变化形成的种间关系曲线。

（2）寄生

①可视A为寄生者蚜虫，B为宿主绿色植物。②在a点之前，寄生在B种群上的A种群，随B种群个体数量增长而迅速增长。③a~b表示寄生者A种群个体数增多，导致B种群个体数急剧下降。④b点之后表示B种群降至一定程度而限制了A种群的继续增长，从而使A、B两种群间以寄生关系维持着有限的平衡。

（3）竞争

①若两种生物的生存能力不同，数量上呈现出“你死我活”或“我增你减”的同步性变化，如图a所示。②两种生物生存能力相同，数量上呈现“你上我下”的交替增减的同步性变化，则如图b所示。③一般生态需求越接近的不同物种间竞争越激烈。

（4）捕食

数量上呈现出“先增加者先减少，后增加者后减少”或“后吃前，低吃高”的不同步性变化，二者关系为A→B。

 

三、影响种群数量波动的因素

1. 直接因素

出生率－死亡率＞0，种群数量增多；

出生率－死亡率＜0，种群数量减少；

出生率－死亡率≈0，种群数量稳定。

2. 外源性调节因素

（1）温度、湿度等气候因素通过影响种群的出生率和死亡率而间接影响种群数量。

（2）不同种群生物通过捕食、寄生和病源物的传播等方式控制种群数量，如天敌数量的增加或食物减少会使种群数量减少。

3. 内源性调节因素

同种生物在种群密度大时，斗争加剧，死亡率增加，种群数量减少，反之，种群数量增加。

4. 人为因素

（1）随着种植业和养殖业的发展，受人工控制的种群数量在不断增加；

（2）砍伐森林、围湖造田、过度放牧、猎捕动物及污染环境等人为因素，使许多野生动植物种群数量锐减，甚至灭绝。

 

典型例题

知识点一：种群的增长方式与数量波动和调节

例1：下列关于“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验的相关操作，正确的是(   )

A. 培养用具必须经过严格的灭菌处理，培养液则不需灭菌

B. 培养酵母菌时，必须去除培养液中的溶解氧

C. 从试管中吸出培养液进行计数之前，不必摇匀试管中的培养液

D. 为了方便酵母菌计数，培养后期的培养液应先稀释后再计数

解析：实验的目的是探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，整个过程要无菌操作，避免其他微生物的干扰。如果去除溶解氧，酵母菌的增殖基本会停止，无法探究其种群数量的变化。计数的方法是取样调查法的一种，所以取样时样品要能反映整个培养液中的平均浓度，否则计数的结果就不准确了。培养后期由于酵母菌的浓度太高，原稀释浓度下的计数失去准确性，所以要稀释到一定浓度后再进行计数。

答案：D

 

例2：如图表示某种群在不同生态环境内的增长曲线模式图，请据图回答。

（1）若在不受限制的环境下生活，种群数量增长曲线应是_________；若在自然环境中，由于环境的阻力，种群数量增长曲线为_________。

（2）a曲线演变为b曲线的原因是__________。

（3）若研究的此种群为一草原牧场的牛群，则此牛群的最大放牧量不应超过_____。

（4）从种群内部特征分析，b曲线自然种群数量达到稳定状态的原因是_________。

解析：理想条件下种群会呈“J”型曲线增长，但由于环境压力等，自然条件下会呈“S” 型曲线增长。K值是环境的最大容纳量，此时的种群数量稳定，出生率与死亡率相对平衡。

答案：（1）a    b

（2）资源和空间有限，种群内斗争加剧，及以该种群为食的捕食者数量增加

（3）600头

（4）种群的出生率与死亡率相对平衡

 

知识点二、两种增长曲线和种间关系曲线的分析

例1：如图表示某种鱼迁入一个生态系统后，种群数量增长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时间内，该鱼的种群数量呈下降趋势

解析：由图中曲线的趋势可以判断种群增长方式为“S”型增长，所以t1时增长最快，种群数量为K/2，之后种群仍在增长，但增长速率越来越慢。捕获该鱼的最佳时期应为t1时之后，剩余量不能少于K/2，以保持种群的快速增长，做到可持续利用。

答案：B

 

例2：如图中，甲、乙两图分别表示大草履虫和双小核草履虫单独培养（甲）和混合培养（乙）时的种群增长曲线。从该图所示的结果可以推断（   ）

A. 双小核草履虫比大草履虫个体大

B. 双小核草履虫是大草履虫的捕食者

C. 双小核草履虫对环境的适应性更强

D. 大草履虫比双小核草履虫个体大

解析：由甲、乙两图可知，双小核草履虫和大草履虫之间是竞争关系，且双小核草履虫处于优势地位。

答案：C

 

例3：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点以后个体不符合逻辑斯谛增长

B. 若该种群出生率提高，个体数量的增加也不会大幅走过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：解答本题的关键是要明确出生率、死亡率、迁入率、迁出率、年龄结构、性比率以及环境、食物、天敌等因素对种群数量变化的影响。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a点环境因素发生变化，虽然食物量不变，但增长的过程可能会有所波动，但仍按“S”型曲线增长（即逻辑斯谛增长），只是斜率有所增加或减少而已；虽然种群出生率提高，但是还有其他诸如年龄结构、性比率以及环境、食物、天敌等因素影响种群的数量，所以种群数量会在K值附近波动，不会大幅走过b点；天敌捕食会影响种群的数量，导致该种群个体数量发生类似b～c段的下降；年龄结构为增长型和衰退型时分别会导致种群数量的增加和减少，所以年龄结构变动会导致该种群个体数量发生类似c～d段的波动。

答案：A

 

提分技巧

一、种群周期波动的原因是什么？

提示：最原始的原因一般是气候的周期性变化引起植物的周期性变化，食物变化后，植食性动物和肉食性动物相继发生周期性变化。

 

二、关于“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验中，如果去除了培养液中的溶解氧，计数结果偏高还是偏低？为什么？

答：（1）没有氧气，酵母菌会进行酒精发酵而不会以出芽方式增殖，所以酵母菌数目偏低。（2）如果不摇匀就取样，多数会取出上层液，这部分样品相对来讲浓度偏低，样品中酵母菌数量偏小，最终计数结果也偏小。

 

三、酵母菌种群数量探究实验的对照分析方法是什么？

（1）先找出只有一个变量的对照试验组合；

（2）根据营养物质的多少或者空间的大小来判断值的大小；

（3）再根据起始酵母菌的数量来确定到达值的时间长短。

（4）如果需要分析氧气的多少，还要比较容器中空气的多少，氧气多则增殖快一些。

预习导学

一、预习新知

专题二十八  种群和群落（三）

（一）群落的概念和结构

1. 举例说出群落的概念。

2. 简述物种丰度和群落的物种组成。

3. 举例说出优势种的主要识别特征。

4. 描述群落的垂直结构、水平结构和时间结构。

（二）生态位和群落类型

1. 简述生态位的概念。

2. 举例说出生态位重叠和竞争排除原理。

3. 举例说出主要的陆地生物群落类型。

4. 说出演替的概念和类型。

5. 举例说出群落的演替。

6. 举例说出顶级群落的概念。

 

二、预习点拨

探究与反思

探究任务一：群落的概念和结构

【反思】（1）什么是群落？

           （2）群落的结构由哪几部分组成？

探究任务二：生态位和群落类型

【反思】（1）什么是生态位？什么是竞争排除原理？

       （2）群落的主要类型有哪些？

 

同步练习（答题时间：45分钟）

一、选择题

1. 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，在同样的实验条件下分别在4个试管中进行培养（见下表），均获得了“S”型增长曲线。根据实验结果判断，下列说法错误的是（   ）

试管号

I

II

III

IV

培养液体积（mL）

10

5

10

5

起始酵母菌数（×103个）

10

5

5

10

A. 4个试管内的种群初始阶段都经历了“J”型增长

B. 4个试管内的种群同时达到K值

C. 试管Ⅲ内种群的K值与试管Ⅱ的不同

D. 试管Ⅳ内的种群数量先于试管Ⅱ开始下降

2. 为探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，某研究性学习小组完成了A、B、C三组实验。定期对不同培养液中的酵母菌进行计数，绘制出的酵母菌细胞数目变化曲线依次为a、b、c，见下图。关于此图的分析，不正确的是（   ）

A. 三组的环境容纳量可能不同，B组的环境容纳量最大

B. 探究的课题可能是影响种群数量动态变化的外界因素

C. 三组的培养温度可能不同，A组的培养温度最适宜

D. 三组的营养初始供给可能不同，C组营养初始供给最少

3. 2010年4月14日山东省副省长贾万志说，今年山东省美国白蛾发生面积可能达400万亩，局部地区可能暴发成灾，防控形势十分严峻。由于美国白蛾繁殖快、适应性强、传播途径广，所以在一定时期种群数量呈现的增长方式是（   ）

A. 周期波动      B. 非周期波动    C. “S”型增长   D. “J”型增长

4. 下图中，表示种群在无环境阻力状况下增长的是（纵坐标为种群数量，横坐标为时间）（   ）

5. 某养鸡场开办三年来养鸡数量从30只猛增至1万只，请问在此三年期间其种群数量的增长模式为（   ）

A. 直线型增长                                B. “S”型曲线增长 

C. “J”型曲线增长                     D. 随机增长

6. 如图表示某一动物种群迁入一个适宜环境后的增长曲线图，下列有关说法错误的是（   ）

A. 这个种群的增长曲线呈“S”型，该环境条件所允许的最大种群数量大约是500只

B. 如果此种群是鱼类，我们的捕捞量控制在曲线的b点最合适

C. 如果此种群是老鼠，我们限制其种群数量的最好方法是尽量降低其K值

D. 该种群的增长速度最快点在b点，环境阻力明显增大是从迁入6年后开始的

7. 自然界中种群增长常表现为“S”型曲线。下列有关种群呈“S”型曲线的正确叙述是（   ）

A. “S”型曲线表示了种群数量和食物的关系

B. 种群增长率在各阶段是不相同的

C. “S”型曲线表明种群数量和时间无关

D. 种群增长不受种群密度制约

8. 分析下图，判断下列选项错误的是（   ）

A. 进行海洋渔业捕捞的最佳时期是D时期

B. C～D段种群数量仍在增长

C. B时期是种群增长速率最快的时期，种群数量在K/2左右

D. 该种群数量在E点达到K值

9. 下列关于种群数量波动的叙述，错误的是（   ）

A. 在自然界中，种群的增长一般呈“J”型曲线

B. 在自然界中，种群的增长一般呈“S”型曲线

C. 种群的数量波动分为周期波动和非周期波动

D. 种群的数量波动是由出生率和死亡率的变动以及环境条件的改变引起的

10. 自然界中生物种群数量的变化形式是（   ）

①一直上升      ②一直下降     ③周期波动      ④非周期波动

A. ①②                   B. ③④             C. ①③                   D. ②④

11. 能够影响种群数量变化的因素是（   ）

A. 性比率和年龄结构     B. 气候、食物、天敌等

C. 人类活动             D. 以上都是

12. 鸟类的领域行为属于（   ）

①外源性调节因素      ②内源性调节因素   ③行为调节     ④内分泌调节

A. ①②             B. ③④             C. ①③             D. ②③

 

二、非选择题

13. 如图为种群在不同环境条件下的增长曲线，据图回答问题。

（1）曲线_____（A，B）表示种群在无环境阻力下的增长。

（2）曲线_____（A，B）表示种群在有环境阻力下的增长（环境中的增长），曲线呈“_____”型曲线。

（3）曲线B为自然环境中生物种群数量变化曲线，下列有关叙述错误的是（   ）

A. “S”型曲线表示种群数量与食物的关系

B. “竭泽而渔”会使鱼虾数量下降，使生态系统发展停滞甚至崩溃

C. 灭鼠时如果仅杀死一半老鼠，效果可能适得其反

D. 呈“S”型增长的蝗虫，其数量有时也可能超过K值

（4）投药灭鼠在短期内能控制鼠害，但很快又会鼠灾泛滥。对此，应采取哪些有效措施?___________________。

①严密封储粮食；②清除生活垃圾；③生物防治，保护老鼠的天敌 ④施用剧毒农药

14. 如图为某种群在不同环境中的增长模式，请据图回答：

（1）a曲线呈______型增长，属于______增长方式；b曲线呈______型增长，属于______增长方式。

（2）a曲线表示其______调节因素较适宜，导致______调节因素更促进种群增长，是一种理想状态下的增长模式。

（3）b曲线最后达到该种群的______，即K值，并在其上下波动，属于______，判断的理由是______。

15. 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与时间的变化关系”。

实验材料、用具：菌种和无菌培养液、试管、血细胞计数板（2 mm×2 mm方格）、滴管、显微镜等。

酵母菌的显微计数方法为：

①血细胞计数板：是带有微小方格刻度的玻璃片，用于在显微镜下对微生物的计数。

②将含有酵母菌的培养液滴在计数板上，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。连续观察7天，并记录每天的数值。

根据以上叙述回答下列问题：

（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呈“J”型增长，随着时间的推移，__________，酵母菌数量呈“S”型增长。

（2）本实验没有另设对照实验，原因是________该实验是否需要进行重复实验？________，试解释原因：________。

（3）在吸取培养液计数前，要轻轻倒转试管数次，原因是_________。如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取的措施是_________。

（4）在该实验的基础上，根据你对影响酵母菌种群增长因素的推测，进一步确定一个探究实验的课题为：_________。

 

 

试题答案

1. B  2. C  3. D  4. B  5. C  6. D  7. B  8. C  9. A  10. B  11. D  12. D

13. 【解析】“S”型曲线增长方式表示的是食物、空间等资源的压力导致种群数量随时间的变化。减小环境容纳量是根治鼠患的最好措施。

答案：（1）A    （2）B    S

（3）A    （4）①②③

14. 【解析】“J”型增长和“S”型增长分别是在理想条件下和自然条件下的两种增长模式，即指数增长和逻辑斯谛增长。指数增长说明外源性调节因素和内源性调节因素都有利于种群增长。b曲线因两个波峰之间的时间间隔不相等，所以属于非周期波动。

答案：（1）“J”    指数    “S”    逻辑斯谛

（2）外源性    内源性

（3）环境容纳量    非周期波动    两个波峰之间的时间间隔不相等

15. 【解析】（1）用培养液来培养酵母菌，由于培养液中所含营养物质、空间等条件是有限的，故种群数量增长呈现“S”型曲线。（2）本实验可前后相互对照，故不用另设对照组；为了保证结果的准确性应多次实验求平均值。（3）当小方格内种群密度过大而无法数清时应将培养液稀释相应的倍数便于计数。（4）影响酵母菌种群数量增长的因素有温度、溶氧量、pH、营养物质等，可以探究它们与种群数量增长的关系。

答案：（1）环境中资源和空间变得有限

（2）该实验在时间上形成前后对照    需要

为了提高实验数据的准确性

（3）使酵母菌分布均匀    增大稀释倍数

（4）酵母菌的种群数量与营养物质（代谢废物或溶氧量）的变化关系