1、第二节 种群的增长方式 第三节 种群的数量波动及调节 情 境 导 入课 程 标 准学 习 目 标尝试建立数学模型解释种群的数量变动。探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化。1.区别种群的指数增长和逻辑斯谛增长两种方式，阐明隐含在“J”形曲线和“S”形曲线中的信息。2举例说出环境容纳量的概念。3通过活动“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”，概述建立数学模型的一般过程，利用实验结果建立酵母菌种群数量变化的生物数学模型，并据此解释种群的数量变化。4简述种群的非周期性波动和周期性波动。5说出调节种群数量的因素，讨论人类活动对种群数量变化的影响。温故“学而时习之，不亦乐乎？”1下列选项中，不属于对种群
2、数量特征描述的是()A我国的人口将逐渐步入老龄化阶段B2009年，广东省人口的出生率为1.329%C橡树种子散布能力差，常在母株附近形成集群D由于微甘菊入侵，松树种群死亡率较高解析：种群的数量特征包括种群密度、出生率和死亡率、年龄结构和性比率。A属于对我国人口种群年龄结构的描述；B和D是对种群出生率和死亡率的描述；C是对种群的空间特征的描述，不属于对种群数量特征的描述。答案：C2利用人工合成的化学试剂可以诱杀害虫的雌性(或雄性)个体，该害虫种群数量在一段时间内会如何变化，直至稳定()A明显增加B明显减少C先减后增D相对稳定解析：诱杀害虫的雌性(或雄性)个体后，破坏了种群正常的性比率，害虫出生率
3、大大降低，种群数量减少；而后，随着个体数量的增多，种群性比率逐渐恢复正常，种群数量逐渐升高。答案：C知新先自学教材，并思考以下问题：水葫芦原产于南美，大约20世纪30年代作为畜禽饲料被引入我国，并曾作为观赏和净化水质植物推广种植。其无性繁殖速度极快，到过昆明的人都见识过水葫芦的威力，滇池内连绵1 000公顷的水面上全部生长着水葫芦，覆盖度近100%。由于水质污染和由此而导致的水葫芦疯长，滇池内很多水生生物已处于灭绝的边缘。为什么水葫芦会在极短的时间内迅速扩大其种群数量？它们的种群数量增长有何规律？水葫芦疯长探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化【自学评价】1了解在封闭环境中酵母菌种群数量的规律。
4、学习用进行酵母菌细胞计数的操作方法，学习(比色计)的使用方法，找出酵母菌细胞数量变化与其之间的关系。2酵母菌属型微生物，有氧时产生和，无氧时产生。动态变化血细胞计数板比浊计浑浊度兼性厌氧二氧化碳水二氧化碳和酒精3在理想环境中，酵母菌种群的增长呈“J”曲线，在有限环境中，呈“S”曲线。【名师点津】探究1：如何设计实验探究酵母菌种群数量的动态变化？其实验原理是什么？具体步骤有哪些？1原理(1)酵母菌属兼性厌氧型微生物，有氧时产生二氧化碳和水，无氧时产生二氧化碳和酒精。(2)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。(3)在理想环境中，酵母菌种群的增长呈“J形”
5、曲线；在有限的环境下，酵母菌种群的增长呈“S形”曲线。2探究目的初步学会酵母菌等微生物的计数及种群数量变化曲线的绘制。3探究步骤(1)将 10 mL 无菌葡萄液加入 A、B 试管中；A 试管中加入 0.1 mL 酵母菌的培养液，B 试管不加。(2)将试管在 28 条件下连续培养 7 天。(3)每天取样计数酵母菌数量，采用抽样检测方法：将盖玻片放在计数板上，用吸管吸取培养液，滴在盖玻片一侧，显微观察计数一个方格内的菌种数，已知小方格的培养液厚度为0.1 mm，计算出培养液体积，换算出10 mL培养液中酵母菌的总数。(4)用比色计测定试管的浑浊度。(5)分析结果、得出结论：将所得数值用曲线表示出来
6、，分析实验结果，得出酵母菌种群数量的变化规律。4注意事项(1)显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应只计左上方相邻两边上及其顶点的细胞数。(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，减少误差。(3)记录结果最好用记录表。表格如下：时间/天123456数量/个比色计读数(4)每天计数酵母菌数量的时间要固定。(5)培养和记录过程要尊重事实，真实记录，不能主观臆造。5表达和交流(1)根据实验数据可得如下图所示的增长曲线。(2)增长曲线的总趋势是先上升再下降。(3)影响酵母菌种群数量的因素可能有养料、温度、pH及有害代谢废物等。【尝试突破】【例1
7、】在放有5 mL培养液的培养瓶中放入少量酵母菌菌种，然后每隔一天统计一次酵母菌的数量。经过反复实验，得出如图所示的结果。对这一结果的分析，错误的是()A酵母菌的生长呈现出“S”形增长B酵母菌种群在第4天增长速率达到最大C在第4天至第6天中，种群的出生率等于死亡率D该瓶内酵母菌种群的K值为400尝试解答：_解析：酵母菌种群在第4天时，增长率、增长速率都为0，种群数量达到K值后，其出生率和死亡率相等，种群数量不再继续增加，而是在K值上下波动。答案：B将10毫升酵母菌液放在适宜温度下培养，并在不同时间内等量均匀取样4次，分别测定样品中酵母菌的数量和pH，结果如下表。请分析回答：样品酵母菌数量(个/立
8、方毫米)pH11 2104.828205.431 2103.741 0005.0(1)表中样品取样的先后次序为_。(2)对酵母菌而言，10毫升该培养液的环境容纳量为_个。(3)若第5次均匀取样时，样品中的酵母菌数量为760个/立方毫米，产生这一结果的原因是_。解析：(1)在食物(养料)和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害的条件下，种群的数量将会连续增长，在自然环境条件下，由于食物、空间等生活条件有限，加之天敌的存在，种群数量不可能无限增长。当种群数量达到环境容纳量时，将趋于稳定，如果环境中的各项生态因素保持相对稳定，则种群的数量将处于动态平衡中。酵母菌异化作用类型为兼性厌氧型，既可以进行需氧呼吸
9、也可以进行厌氧呼吸，且两种呼吸方式均关系到CO2，CO2溶于水产生H2CO3，时间越长，H2CO3积累的量越多，pH越低。因此，取样先后顺序为2、4、1、3。(2)依据表中数据，样品3与样品1中的酵母菌数量相同，随着时间延长，种群数量不再变化，说明培养液中酵母菌总量已接近或达到环境容纳量。10毫升该培养液的环境容纳量为1 210103101.21107(个)。(3)随着酵母菌的生长繁殖，培养液中的营养物质因被消耗而减少，导致食物短缺，种内斗争加剧，部分个体因营养缺乏而死亡并解体。答案：(1)样品2、样品4、样品1、样品3(2)1.21107(3)培养液中的营养物质不断被消耗而减少，部分酵母菌因
10、营养缺乏而死亡并解体种群的增长曲线【自学评价】1指数增长在资源无限、的理想条件下，种群就会呈指数式增长。指数增长的特点是：起始增长很慢，但随着种群基数的，增长会越来，每单位时间都按种群的一定百分数或倍数增长，其增长势头，又称“”形增长曲线。空间无限和不受其他生物制约加大越快强大J2逻辑斯谛增长(1)概念：是在资源有限、制约条件下的种群增长方式，又称为“”形增长曲线。种群的逻辑斯谛增长总是会受到的限制。(2)逻辑斯谛增长的特点是：种群起始呈增长，K2 时增长最快，此后便开始减速增长，到时便停止增长或在波动。空间有限和受到其他生物S环境容纳量(K)加速K值K值上下【名师点津】探究2：种群的增长曲线
11、主要有哪些类型？其特点分别有哪些？数学模型如何？1种群的“J”形增长(1)“J”形曲线：自然界确有类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线则大致呈“J”形。(2)“J”形增长的原因：食物充足、没有天敌、气候适宜等，这一理想条件只有在实验室或某物种最初进入一条件非常适宜的环境时才会出现。(3)“J”形增长的数学模型模型假设：在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等条件下，种群的数量以一定的倍数增长，第二年是第一年的倍。增长率不随种群密度的变化而变化。建立模型：一年后该种群的数量应为：N1N0两年后该种群的数量应为：N2N1N02t年后该种
12、群的数量应为：NtN0tN0：该种群的起始数量；t：时间；Nt：t年后种群数量；：增长的倍数。注：当1时，种群数量上升；当1时，种群数量不变；当1时，种群数量下降。(4)实例和图形。细菌每20 min分裂一次时的指数增长曲线2种群增长的“S”形曲线(1)“S”形曲线出现的原因自然资源是有限的，当种群密度增大时，使生存斗争加剧，种群的增长率下降。(2)实例与图形：培基斯马尼亚岛上的绵羊数，在自然条件下的增长曲线。(3)“S”形曲线：种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线，呈“S”形。K值：在特定环境所能维持的种群最大数量称为环境容纳量。a不同物种在同一环境中K值不同。b当环境改变时生物
13、的K值改变。K/2值：K值的一半，是种群数量增长最快点。增长率：可以看出种群的增长率在K/2时最大，K/2之前不断增加，在K/2之后逐渐减小，当达到K值时增长率为0。K/2之前种群增长率增加的原因：资源和空间充足。K/2之后，由于种群数量的上升，资源和空间相对不足，种内和种间斗争加剧，使生物的出生率下降，死亡率上升。(4)“S”形曲线在生产实践中的应用在对野生动植物资源的合理开发和利用上，一般将种群的数量控制在环境容纳量的一半，即K/2左右，此时种群增长最快，可提供的资源最多，还不影响资源的再生。对野生动物的保护方面，如建立自然保护区等，从而提高生物的环境容纳量，是保护野生生物资源的最有效措施
14、。农林害虫的防治方面，降低农林害虫的环境容纳量是防治的根本。3“J”形曲线和“S”形曲线的比较开放环境封闭环境“J形”曲线“S形”曲线产生条件理想状态：食物和空间条件充裕；气候适宜；没有天敌等理想条件下现实状态：食物和空间有限；各种生态因素综合作用能量和物质有限；没有补充和更新特点种群数量以一定的倍数连续增长种群数量达到环境容纳量K值后，将在K值上下保持相对稳定种群数量达到环境容纳量K值后，将会因营养物质消耗而大量死亡环境容纳量(K值)无K值有K值有K值种群增长率保持不变先增加后减小先增加后减小曲线(1)“S”形曲线的增长率曲线图如右图所示：当种群数量达到环境容纳量一半时(即 K2)，其种群增
15、长率最大。(2)“S”形曲线与其增长率的关系图【尝试突破】【例2】下图所示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()Ad处波动主要是因为出生率和死亡率变动所致B“竭泽而渔”会使鱼虾数量下降至b以下，使种群发展停滞甚至崩溃C灭鼠时如果仅杀死一半老鼠，可能效果适得其反D灭鼠最好在cd段尝试解答：_解析：种群的出生率和死亡率相等时，种群的数量达到K值，d处波动是围绕K值波动，所以d处波动主要由出生率和死亡率变动所致。要得到鱼类最大捕获量，又不会影响其持续产量应使鱼种群数量等于K/2，此时种群增长率最大。若灭鼠选在cd段则效果适得其反。答案：D下图表示种群增长的“S”形曲线和“J”形曲
16、线。下列说法中正确的是()Aa曲线表示种群迁入一个新的适宜环境后的永久发展情况Bb曲线表示种群增长不受种群密度制约Cb曲线表示种群增长率先增大后减小，最后种群增长率为零D两种增长曲线均表示了种群数量与时间无关解析：在无环境阻力条件下，即食物和空间条件充裕、气候适宜且无敌害等理想条件下，种群增长率保持稳定，种群数量持续增长，表现为“J”形曲线。当出现环境阻力时，随着种群密度的上升，会导致种群出生率下降，死亡率上升，种群增长率将会越来越小，最后种群数量不再增长达到K值，表现为“S”形曲线。答案：C种群的数量波动及调节【自学评价】1种群是一个系统，种群中的个体数量是随，这就是所谓的种群数量波动，它是
17、由的变动以及的改变引起的。种群数量的波动有。2种群数量的外源性调节因素：最强烈的是，还有、疾病和寄生物等。3种群数量的内源性调节因素：等。动态时间而变化出生率和死亡率环境条件周期性波动和非周期性波动气候食物、捕食行为调节、内分泌调节【名师点津】探究3：有哪些因素引起种群数量的波动？具体类型有哪些？特点如何？(一)种群数量的波动1种群的波动种群是一个动态系统，种群中的个体数量是随时间而变化的，这就是所谓的种群数量波动。2引起种群波动的原因种群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。环境容纳量只代表种群数量的一个平均值，实际的种群数量在这个平均值的上下波动，波动幅度有大有小，可以是周
18、期性波动，也可以是非周期性波动。3种群的非周期性波动曲线解读：(1)引起欧洲灰鹭种群数量波动的原因是气候原因。(2)欧洲灰鹭的种群数量波动无周期性。大多数种群波动是非周期性波动4种群的周期性波动(1)周期性波动：任何波动只要在两个波峰之间相隔的时间相等就可称之为周期性波动。(2)实例：旅鼠种群的数量波动。实例：旅鼠种群数量波动(每34年一个周期)曲线解读：旅鼠种群数量每隔34年出现一次数量高峰，即旅鼠种群数量波动周期为34年。旅鼠种群数量波动的原因主要是食料植物因旅鼠取食而发生周期性短缺。(3)少数物种：种群的数量波动表现出明显的周期性波动，主要发生在比较单调的高纬度环境中。(二)种群数量的调
19、节因素1种群数量的外源性调节因素调节因素原因实例气候许多生物不适应极端的气候变化而引起种群数量急剧下降，如极端的温度和湿度变化连续高温，常可以使蚜虫种群数量急剧下降食物食物不足时，种群内部会发生激烈斗争，使很多个体不能存活或不能生殖长耳鸮以雪兔为食，在雪兔数量很少的年份，长耳鸮只有20%的孵窝率病源物寄生物病源物和寄生物的致病力和传播速度是随着种群密度的增加而增加，种群密度越大，抑制增长的能力也就越强。恶性传染病对生物种群数量的影响极大捕食许多生物均存在着天敌，天敌对其大量捕食能把种群密度压制在一个较低水平上。在生物防治上用七星瓢虫防治蚜虫，用灰喜鹊防治松毛虫(1)行为调节动物的领域行为对种群
20、密度具有明显的调节作用。例如：鸟类的领域行为 2.种群数量的内源性调节因素(2)内分泌调节由于社会压力加大，会刺激动物中枢神经系统而引发内分泌调节失调，从而影响动物的生殖。例如：啮齿动物的内分泌调节种群密度过小，则通过内分泌调节引起相反的变化，最终使种群数量上升。【尝试突破】【例3】红松球果产量有“四年两头熟”的说法，这说明红松()A种群的数量波动为非周期性波动B种群的数量波动为周期性波动C种群数量波动属外源性调节D种群数量波动属内分泌调节尝试解答：_解析：红松果球产量的“四年两头熟”表明红松种群数量的波动周期约为4年。答案：B下图为雪兔和猞猁在90年间的种群数量波动，据图分析回答：(1)雪兔和猞猁的种群数量波动是非周期性波动还是周期性波动？_。(2)引起雪兔和猞猁种群数量波动的原因是什么？_。解析：从图中可以看出：18501940年的90年间，这两种动物极明显地表现为每隔910年出现一次数量高峰，即每910年为一个波动周期，故雪兔和猞猁种群的数量波动为周期性波动。其周期性波动的原因涉及食料植物、植食动物和肉食动物三者之间的数量互动关系。答案：(1)周期性波动(2)涉及食料植物、植食动物和肉食动物三者之间的数量互动关系课堂小结