第九单元生物与环境.docx
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第九单元生物与环境
第27讲 种群的特征与数量变化
[京津鲁琼2017级课标要求]
1.列举种群的特征。
2.尝试建立数学模型解释种群的数量变化。
3.探究培养液中酵母种群数量动态变化。
特别说明:
(1)山东指导意见与四省市指导意见要求的内容一致;
(2)旧教材内容符合新课标的要求。
考点
种群的特征及种群密度的调查方法
[基础梳理]______________________把握命题来源
1.种群的特征
(1)种群的概念
种群是在一定的自然区域内,同种生物的全部个体。
(2)种群的数量特征及相互关系
①种群密度是种群最基本的数量特征。
②直接决定种群密度的是出生率和死亡率、迁出率和迁入率。
③年龄组成和性别比例不直接决定种群密度,年龄组成通过影响种群的出生率和死亡率,从而预测种群数量变化趋势,性别比例能够影响种群的出生率间接影响种群密度。
(3)种群的空间特征
2.种群密度的调查方法
(1)“两看法”选择合适的种群密度调查方法
(2)样方法与标志重捕法的比较
样方法
标志重捕法
调查对象
植物或活动范围小的动物
活动能力强、活动范围大的动物
调查程序
确定调查对象
↓
选取样方
↓
计数
↓
计算种群密度取平均值
确定调查对象
↓
捕获并标记个体数
(数量为M)
↓
↓
计算种群密度N=M·n/m
注意事项
①随机取样
②样方大小适中
③样方数量不宜太少
①调查期间无迁入和迁出、出生和死亡
②标志物对所调查动物生命活动无影响
■教材细节
1.教材必修3P61:
探究双子叶植物的种群密度:
为什么强调随机取样?
提示:
为了确保所选择的样方具有代表性,不受主观因素的影响,使通过样方统计的结果(估算值)能更接近真实的情况。
2.教材必修3P63“思考与讨论”:
年龄组成为稳定型的种群,种群数量在近期一定能保持稳定吗?
提示:
年龄组成为稳定型的种群,种群数量也不一定总是保持稳定。
这是因为出生率和死亡率不完全决定于年龄组成,还会受到食物、天敌、气候等多种因素的影响。
此外,种群数量还受迁入率和迁出率的影响。
[深化探究]______________________强化核心素养
1.种群年龄组成的类型及判断技巧
(1)统计图
(2)曲线图和柱形图
增长型
稳定型
衰退型
曲线图
柱形图
(3)各图示共性及判断技巧
无论何种图形,均应注意各年龄段个体的比例。
增长型中的幼年个体多、老年个体少;稳定型中的各年龄段个体比例适中;衰退型中的幼年个体少、老年个体多。
2.种群数量调查数据统计中“误差”分析
(1)样方法误差归纳
①未做到“随机”取样。
②未找到“分布比较均匀”的地块,导致数量“过密”或“过稀”。
③未对“多个”样方取平均值。
④若有正好在边界线上的,应遵循“计上不计下,计左不计右”的原则,即只计数样方相邻两条边及其夹角上的个体。
同种植物无论大小都应计数。
如图(图甲为方形样方,图乙为圆形样方,实心圈表示应统计或测量的个体,虚线表示圆形样方的直径)。
(2)利用标志重捕法估算种群密度的误差分析
设种群数量为A只,第一次捕获B只并标记,第二次捕获了a只,其中有b只被标记,根据公式
=
,
得A=
。
由上式分析可知:
①若由于某种原因(如标志物易脱落、被标记个体的被捕机会降低、标志物导致被标记个体易于被捕食、被标记个体放回后还未充分融入该种群中就再次捕获且在被标记个体稀少处捕获等)造成b偏小,则A偏大。
②若由于某种原因(如被标记个体放回后还未充分融入该种群中就再次捕获且在被标记个体密集处捕获等)造成b偏大,则A偏小。
③若在调查期间,调查区域有较多个体出生和死亡或迁入和迁出,也会造成估算中出现较大误差。
3.如图是有关种群特征的概念图,据图分析:
(1)图中①~⑤分别代表种群的什么特征?
提示:
①~⑤分别代表种群密度、出生率、死亡率、年龄组成和性别比例。
其中,年龄组成既影响出生率又影响死亡率,但性别比例只影响出生率。
(2)春运期间,影响北京、广州等大城市人口数量变化的主要因素是什么?
提示:
迁入率和迁出率。
(3)利用性引诱剂诱杀害虫会降低害虫的种群密度,原理是怎样的?
提示:
性引诱剂诱杀害虫会导致害虫的性别比例失调,降低出生率,从而降低种群密度。
(4)某生物学家对某地的蝗虫种群进行研究后大胆预测:
不久后蝗灾会更加严重,他得出此结论的依据最可能是什么?
提示:
蝗虫的年龄组成为增长型。
[命题角度]____________________________________________提升解题能力
命题点1
(1)种群出生率增加,种群密度一定增大(×)
(2)田鼠的种群密度是由种群的出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的(√)
(3)草地中跳蝻的种群密度一般不采用样方法进行调查(×)
(4)对于活动能力强、活动范围大的动物最好采用样方法调查种群密度(×)
(5)池塘中变形虫、草履虫这些单细胞动物的种群密度的调查可用抽样检测法(√)
(6)对农作物上的蚜虫、植物叶片上的昆虫卵常采用标志重捕法调查种群密度(×)
命题点2
1.下列有关种群的叙述,正确的是( )
A.种群是物种在自然界中的具体存在单位
B.两个不同的种群,种群密度大的种群数量也大
C.出生率和死亡率的大小是决定生物的益或害的依据
D.一个种群的出生率大于死亡率,可预测该种群数量将上升
解析:
种群是物种在自然界中的具体存在单位,A项正确;两个不同的种群,种群密度大的种群分布面积不一定大,因此数量不一定大,B项错误;种群密度的大小是决定生物的益或害的依据,C项错误;出生率和死亡率是对种群一段时期以来的统计数据,一个种群的出生率大于死亡率,但该种群未来一段时间出生率不一定大于死亡率,数量不一定上升,D项错误。
答案:
A
2.下列关于我国全面实施“二孩”政策的可能影响,叙述错误的是( )
A.可以适当提高人口出生率
B.可以缓解人口老龄化趋势
C.将影响教育、就业、住房等领域
D.必将导致人们对耕地的过度利用
解析:
我国全面实施“二孩”政策,可以适当提高人口出生率,A正确;全面实施“二孩”政策的目的就是缓解人口老年化,逐步调整完善现行的生育政策,促进人口长期均衡发展,B正确;全面实施“二孩”政策将影响教育、就业、住房等领域,C正确;全面实施“二孩”政策将促进人口长期均衡发展,不一定会导致人们对耕地的过度利用,D错误。
答案:
D
命题点3
3.(2016·全国卷Ⅱ,T5)如果采用样方法调查某地区(甲地)蒲公英的种群密度,下列做法中正确的是( )
A.计数甲地内蒲公英的总数,再除以甲地面积,作为甲地蒲公英的种群密度
B.计数所有样方内蒲公英总数,除以甲地面积,作为甲地蒲公英的种群密度
C.计算出每个样方中蒲公英的密度,求出所有样方蒲公英密度的平均值,作为甲地蒲公英的种群密度
D.求出所有样方蒲公英的总数,除以所有样方的面积之和,再乘以甲地面积,作为甲地蒲公英的种群密度
解析:
估算种群密度最常用的方法之一是样方法:
在被调查种群分布的范围内,随机选取若干个样方,通过计数每个样方内的个体数,求得每个样方内的种群密度,以所有样方内种群密度的平均值作为该种群的种群密度估计值。
答案:
C
4.某研究机构对某区域的一种田鼠进行了调查,所调查样方的总面积为2hm2(1hm2=10000m2),统计所捕获的田鼠数量、性别等,进行标记后放归,3日后进行重捕与调查。
所得到的调查数据如下表:
项目
捕获数(只)
标记数(只)
雌性个体数(只)
雄性个体数(只)
初捕
50
50
28
22
重捕
50
10
32
18
以下是某同学对数据的分析结果,你认为正确的是( )
A.此调查方法可以用来调查土壤中小动物的物种丰富度
B.若田鼠在被捕捉过一次后更难捕捉,则统计的种群密度比实际低
C.综合两次捕获情况,该田鼠种群的性别比例(♀/♂)约为7∶2
D.该地区田鼠的平均种群密度约为125只/hm2
解析:
因土壤中小动物具有较强的活动能力,且身体微小,一般采用取样器取样法调查土壤中小动物物种丰富度,A项错误;标志重捕法理论计算公式N(种群个体数)=M(标志个体数)×
,若田鼠在被捕捉过一次后更难捕捉,即m值减小,N值会增大,B项错误;通过两次捕获情况,不能确定该田鼠种群的性别比例(捕获次数过少,偶然性较大),C项错误;该地区田鼠的平均种群密度约为125只/hm2,D项正确。
答案:
D
5.关于用黑光灯进行灯光诱捕的方法调查昆虫的种群密度的叙述正确的是( )
A.该方法运用了昆虫的避光性原理
B.该方法是调查活动能力强的农业害虫的种群密度的常用方法
C.将大田中用黑光灯诱捕法获取的种群密度与历史记录作对照,可得出反映密度大小的准确数据
D.该方法调查种群密度能很好地预测种群数量的变化趋势
解析:
用黑光灯进行灯光诱捕的方法调查昆虫的种群密度,该方法运用了昆虫的趋光性原理,A错误;该方法是调查活动能力强的农业害虫的种群密度的常用方法,B正确;将大田中用黑光灯诱捕法获取的种群密度与历史记录作对照,只能得出反映密度大小的估算值,不能得出准确数据,C错误;预测种群数量的变化趋势,是依据种群的年龄组成,而不是种群密度,D错误。
答案:
B
考点
种群数量的变化及应用
[基础梳理]______________________把握命题来源
1.种群数量变化的研究方法
(1)研究方法:
建构数学模型。
(2)一般步骤:
观察研究对象,提出问题→提出合理的假设→根据实验数据,用适当的数学形式对事物的性质进行表达→检验或修正。
2.种群数量增长的两种类型
(1)A图为“J”型曲线。
①产生原因:
食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等。
②曲线特点:
种群数量每年以一定的倍数增长。
③数学模型:
Nt=N0λt(N0为该种群的起始数量,t为时间,Nt为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)。
(2)B图为“S”型曲线。
①产生原因:
受环境条件,如空间、食物、天敌等的制约。
②曲线特点:
种群数量达到环境容纳量(即K值)后,将停止增长。
③决定因素:
出生率和死亡率、迁入率和迁出率。
④影响因素
■教材细节
1.教材必修3P65“问题探讨”:
(1)根据卡片数据,推导出n代细菌数量的计算公式。
提示:
Nn=2n,N代表细菌数量,n代表“代”。
(2)在一个培养基中,细菌的数量不会一直增长下去,应如何验证?
提示:
可以用实验计数法来验证。
2.教材必修3P66“侧栏思考题”:
同数学方程相比,曲线图表示的模型有什么局限性?
提示:
同数学方程式相比,曲线图表示的数学模型不够精确。
[深化探究]______________________强化核心素养
1.种群数量增长的“J”型和“S”型两种曲线模型的构建
项目
“J”型增长
“S”型增长
曲线模型
前提条件
理想状态:
资源无限、空间无限、不受其他生物制约
现实状态:
资源有限、空间有限、受其他生物制约
增长率和增长速率
K值有无
无K值
有K值
联系
两种增长曲线的差异主要是环境阻力大小不同,对种群数量增长的影响不同
2.正确区分种群增长率与增长速率
(1)含义
①种群增长率:
指单位数量的个体在单位时间内新增加的个体数,即:
增长率=
×100%。
②种群增长速率:
指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。
(2)计算方法
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Nt,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%=[(Nt-N0)/N0]×100%(无单位);增长速率=(末数-初数)/单位时间=(Nt-N0)/t(有单位,如个/年)。
3.对K值(环境容纳量)的解读
(1)K值不是一成不变的
K值会随着环境的改变而发生变化,当环境遭到破坏时,K值会下降;当环境条件状况改善时,K值会上升。
(2)K值并不是种群数量的最大值
K值是环境容纳量,即在保证环境不被破坏的前提下所能维持的种群最大值,如图所示:
(3)在环境不遭受破坏的情况下,K值会在平均值附近上下波动。
当种群偏离平均值的时候,会通过负反馈调节机制使种群数量回到一定范围内。
4.种群“S”型增长曲线的分析及在实践中的应用
(1)曲线分析
(2)实践应用
b点的应用
消灭害虫应尽早进行,将种群数量控制于加速期(b点)之前,严防种群增长进入加速期
c点(K/2值)的应用
对有害生物:
严防种群数量达该点,如灭鼠达K/2时,鼠害将难以控制
对有益资源:
黄金利用点,当资源利用后维持于该点时将具最强更新能力,符合可持续发展原则
e点(K值)的应用
对有害生物:
限制生存条件,降低环境容纳量,如封存粮食、硬化地面以限制鼠的种群数量
对有益生物:
改善生存条件,尽量提升K值,如建立自然保护区,保护大熊猫
5.如图表示的是种群数量增长中的两个经典曲线模型,请解读相关问题:
(1)图甲中b曲线的形成过程中何时出现了环境阻力、曲线a、b哪条更符合自然界的种群数量变化实况?
提示:
b曲线的形成过程中始终存在环境阻力,此类曲线更符合自然界的种群数量变化实况。
(2)调查某地乌鸦连续20年的种群数量变化,如图乙所示,图中λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数,请思考:
①前4年种群数量应为增大、减小还是基本不变?
提示:
基本不变(因为λ=1)。
②图中第4年和第10年的乌鸦种群数量是否相同?
图中显示第8年种群数量最少,对吗?
提示:
不相同。
在第4年到第10年间,λ<1,说明种群数量在减少,到第9~10年种群数量最少,而不是第8年最少。
③第16~20年乌鸦种群数量将如何增长?
为什么?
提示:
“J”型增长,因为λ>1且恒定。
[命题角度]____________________________________________提升解题能力
命题点1
(1)在理想条件下,影响种群数量增长的因素主要是环境容纳量(×)
(2)在相对稳定的生态系统中,种群数量在K值上下波动,主要是由气候、食物、天敌等因素调节的(√)
(3)不同种生物的K值各不相同,但同种生物的K值固定不变(×)
(4)种群数量变化不仅受外部因素的影响也受自身内部因素的影响(√)
(5)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(√)
(6)种群数量的变化就是种群数量的增长和波动(×)
(7)为有效防治蝗灾,应在种群数量为K/2时及时控制种群密度(×)
(8)在“S”型增长曲线中,当种群数量超过K/2后,种群增长速率减慢,其对应的年龄组成为衰退型(×)
命题点2
1.自然条件下种群数量增长按照S型曲线模型增长,下列关于S型曲线的说法,不正确的是( )
A.种群刚迁入时会有一个缓慢增长期
B.种群数量为K/2时种群增长速率最快
C.种群数量达到K值时,种群的年龄组成属于稳定型
D.种群呈“S”型曲线增长过程中,在达到K值之前就是“J”型增长
解析:
自然条件下种群数量增长按照S型曲线模型增长,由于种群起始数量较少,需要有一个对环境的适应调整时期,所以,种群刚迁入时会有一个缓慢增长期,A正确;呈“S”型增长的种群在数量达到K/2时,由于增长速度最快,所以种群增长速率最大,B正确;种群数量达到K值,种群数量处于动态平衡,此时增长速率为0,此时种群的年龄组成为稳定型,C正确;J型曲线的种群增长率不变,而S型曲线的种群增长率逐渐下降,D错误。
答案:
D
2.科研小组对某地两个种群的数量进行了多年的跟踪调查,并研究λ=
随时间的变化趋势,结果如图所示(图中Nt表示第t年的种群数量,Nt+1表示第t+1年的种群数量)。
下列分析正确的是( )
A.甲种群在t1~t2段的种群数量不断增加
B.乙种群在t1~t2段的种群数量一直减少
C.乙种群在t3后种群数量保持不变
D.甲种群在t3后数量相对稳定可能是生存条件得到了改善
解析:
甲种群在t1~t2段,λ先小于1,种群数量减小,后又大于1,种群数量增加,故甲种群在t1~t2段的种群数量先减少再增加,A项错误;乙种群在t1~t2段,λ先大于1,种群数量增加,后小于1种群数量下降,B项错误;乙种群t3后λ等于1,种群数量不再变化,C项正确;甲种群在t3后,λ大于1,且保持不变,种群数量呈“J”型增长,D项错误。
答案:
C
[错点·提醒]
种群“J”型增长的数学方程式模型:
Nt=N0λt,λ代表种群数量增长倍数,不是增长率。
(1)λ>1时,种群密度增大,如图中AB段(不包括B点)。
(2)λ=1时,种群密度保持稳定,如图中B、D点。
(3)λ<1时,种群密度减小,如图中BD段(不包括B、D点)。
命题点3
3.(2017·全国卷Ⅰ,T5)假设某草原上散养的某种家畜种群呈S型增长,该种群的增长率随种群数量的变化趋势如图所示。
若要持续尽可能多地收获该种家禽,则应在种群数量合适时开始捕获,下列四个种群数量中合适的是( )
A.甲点对应的种群数量 B.乙点对应的种群数量
C.丙点对应的种群数量D.丁点对应的种群数量
解析:
通常对于有利的种群加以利用,种群数量应在K/2~K之间加以利用,使其种群数量降低到K/2,这时种群增长速率最快,而从图可知,在丙和丁之间种群增长速率最大,为K/2,甲、乙、丙数量没有达到K/2,丁超过K/2,所以应在丁点对应的种群数量处捕获,A、B、C错误,D正确。
答案:
D
4.图甲和图乙表示出生率、死亡率、净补充量(为出生率、死亡率之差)和种群密度的关系,下列有关叙述正确的是( )
A.图甲中曲线a代表死亡率,曲线b代表出生率
B.海洋鱼类捕捞后应使鱼类的数量保持在图甲的E点
C.图乙中在F点控制有害动物最有效
D.图乙中G点代表种群的环境容纳量
解析:
图甲中曲线a代表出生率,曲线b代表死亡率;海洋鱼类捕捞应使鱼类的数量保持在K/2时,E点为K值;在F点时种群数量增长最快,不利于控制有害动物的数量;图乙中的G点对应图甲中的E点,均表示种群的环境容纳量。
答案:
D
[归纳·延伸]
K值的四种表示方法
图中t1时所对应的种群数量为K/2,t2时所对应的种群数量为K值。
考点
实验:
探究培养液中酵母菌种群数量的变化
[基础梳理]______________________夯实基础实验
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)在理想的环境条件下,酵母菌种群的增长呈“J”型曲线;在有环境阻力的条件下,酵母菌种群的增长呈“S”型曲线。
(3)计算酵母菌数量可用抽样检测的方法——显微计数法。
2.实验步骤
[归纳提炼]______________________强化科学探究
1.实验注意事项
(1)本实验不需要设置对照实验,因不同时间取样已形成对照;需要做重复实验,目的是尽量减少误差,需对每个样品计数三次,取其平均值。
(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)制片时,先将盖玻片放在计数室上,用吸管吸取培养液,滴于盖玻片边缘,让培养液自行渗入。
多余培养液用滤纸吸去。
(4)制好装片后,应稍待片刻,待酵母菌全部沉降到计数室底部,再用显微镜进行观察、计数。
(5)显微镜计数时,对于压在小方格界线上的酵母菌,应遵循“数上线不数下线,数左线不数右线”的原则计数。
(6)如果一个小方格内酵母菌过多,难以数清,应当稀释培养液重新计数,以每小方格内含有4~5个酵母细胞为宜。
稀释培养液时要进行定量稀释,便于计算。
(7)每天计数酵母菌数量的时间要固定。
结果的记录最好用记录表,如:
时间(d)
1
2
3
4
5
6
……
数量(个)
……
2.血球计数板及相关计算
(1)血球计数板(如下图所示):
血球计数板由一块厚玻璃片特制而成,其中央有两个计数室。
每个计数室划分为9个大方格(如上图A所示),每个大方格的面积为1mm2,加盖玻片后的深度为0.1mm。
因此,每个大方格的容积为0.1mm3。
另外,中央大方格以细线等分为25个中方格(如上图B所示)。
每个中方格又等分为16个小方格,供细胞计数用。
(2)计算公式:
①在计数时,先统计(图B所示)5个中方格中的总菌数,求得每个中方格的平均值再乘以25,就得出一个大方格的总菌数,然后再换算成1mL菌液中的总菌数。
②设5个中方格中总菌数为A,菌液稀释倍数为B,则0.1mm3菌液中的总菌数为(A/5)×25×B。
已知1mL=1cm3=1000mm3,1mL菌液的总菌数=(A/5)×25×10000×B=50000A·B。
■思维探究
如图为探究培养液中酵母菌种群数量的变化的实验相关曲线,据图回答下列问题:
(1)相当长的一段时间内,酵母菌的增长符合哪种模型?
提示:
符合“S”型增长。
(2)de段曲线下降的原因可能有哪些?
提示:
营养物质随着消耗逐渐减少,有害产物逐渐积累,培养液的pH等理化性质发生改变等。
(3)试着在下面坐标系中画出酵母菌的增长速率的曲线。
[命题角度]____________________________________________提升解题能力
命题点1
1.有关“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验的操作,错误的是( )
A.吸取培养液前应将培养瓶轻轻振荡
B.先将盖玻片放在计数室上再滴加培养液
C.不同实验组测得的结果可能存在较大差异
D.对照组用不含有机物的培养液培养酵母菌
解析:
培养过程中,酵母菌可能会沉在培养瓶底部,取样部位不同,实验数据会偏差很大,因此吸取培养液前要轻轻振荡培养瓶使酵母菌分布均匀,A正确;使用血细胞计数板计数时,先将盖玻片放在计数室上,再用吸管吸取培养液,滴于盖玻片边缘,让其自行渗入,B正确;不同实验组测得的结果可能存在较大差异,C正确;该实验中形成前后自身对照,不需要另外设置对照组,D错误。
答案:
D
2.下列关于“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验的操作叙述,正确的是( )
A.从试管吸出培养液之前应静置一段时间
B.对于压在小方格界线上的酵母菌,计数四条边上的菌数
C.当一个小方格中酵母菌数目较多时应适当稀释
D.将培养液滴到计数室中盖上盖玻片后镜检
解析:
从试管中吸取培养液之前应将试管振荡,以使酵母菌混合均匀,减小实验误差;计数时,对于压在小方格界线上的酵母菌,应计数相邻两边及其顶角的菌数;当一个小方格中酵母菌数目过多时,无法计数,应适当稀释;操作过程中,应先盖上盖玻片,然后在盖玻片边缘滴培养液,让培养液自行渗入计数室。
答案:
C
命题点2
3.研究人员为检测不同培养条件下酵母菌种群数量的变化,设置了A、B、C、D四组实验(每组接种酵母菌数量一致),测得种群数量随时间的变化如图所示。
各组的培养条件为实验A组:
20mL培养液;实验B组:
20mL培养液并在a点后定期补充适量培养液;实验C组:
20mL培养液并仅在a点时补充一次适量培养液;实验D组为理想条件。
请回答下列问题:
(1)实验A、B、C、D组酵母菌
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