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届《教学导航》高三生物复习课件:必修3第27讲_种群特征、种群数量的变化---文本资料_图文

知识内容 种群的特征

考纲要求 Ⅰ

考纲理解

种群的数量特征和空间特征;调 查种群密度的常用方法;种群数 量的变化趋势的判定
数学模型建构的过程;种群数量 变化的两种增长模型的比较和应 用

种群的数量变 化
探究培养液中 酵母菌数量的 动态变化



实验与探 探究培养液中酵母菌数量的变化, 究能力 尝试建构种群增长的数学模型

一、种群的概念及其特点 1 .种群的概念及其理解:种群是指生活在一定区 域的同种生物的全部个体。 (1) 两个要素:“同种”和“全部”。同一物种在 不同区域内可以有多个种群,但一个种群内的个体都为 同一物种。 (2) 两个条件:“时间”和“空间”。即种群具有 一定的时空限制,离开一定的空间和时间的种群是不存 在的。而空间上和时间上的界限是随研究工作者的方便 而划分的,如大到全世界的蓝鲸种群,小到实验室内饲 养的一群小家鼠。

(3) 两个方面:①从生态学的观点来看,种群是生 物繁殖的基本单位,又是生物群落的基本组成单位。② 从进化的观点来看,种群是生物进化的基本单位,也是 基因库的最小单位。

2.种群的特点。 (1)种群虽然是由许多同种个体组成的,但它绝对 不是个体的简单相加,而是通过种内关系组成了一个 有机整体,具有种群密度、出生率和死亡率、迁入率 和迁出率、年龄组成和性别比例等一系列特征。个体 只具有性别、年龄、出生、死亡等特征。 (2)个体和种群之间是部分与整体的关系,每个个 体携带有本种群基因库的部分基因。

二、植物种群密度的取样调查 1.样方法中的两个概念。 (1) 样方或样本:从研究对象的总体中抽取出来的 部分个体的集合。 (2) 随机取样:①概念:在抽样时,如果总体中每 一个个体被抽选的机会均等,且每一个个体被选与其他 个体间无任何牵连,那么这种既满足随机性又满足独立 性的取样称为随机取样。②要求:随机取样不允许掺入 任何主观性,否则,就难以避免调查人员想获得调查属 性的心理作用,往往使调查结果偏离实际值。

2.样方的选取。 (1) 样方数目的确定。取样多少随调查地段的总 体面积而定。总体面积大,选取的样方数目宜多些; 总体面积小,选取的样方数可少些。一般来说,选取 的样方越多,求得的种群密度越接近实际情况。 (2) 样方大小的确定:①视被调查的植物类型而 定。温带地区样方的大小,一般来说,乔木为 100 平 方米,灌木为16 平方米,草本为1平方米。②视被调 查对象的分布情况而定。一般来说,对于分布不规则 的种群,多个小样方取样比少数大样方取样效果好。

(3)常用的样方选取方法:五点取样法和等距取样法。 如下图:

3.方法步骤。 (1)植物种群密度取样调查的常用方法——样方法 ①确定调查对象;

③计数(记录每个样方内的该种群的个体数量); ④计算种群密度:计算所有样方种群密度的平均 值作为该种群的种群密度估计值(单位:株/平方米)。 (2)动物种群密度调查的常用方法——标志重捕法 ①确定调查对象; ②捕获并标记部分个体:在该种群生存环境中, 均匀设置捕获点,捕获一部分个体,并对其进行标记 后,再在原地将其放回,并记录个体数量(N1);

③重捕,计数:一段时间后,在原来的捕获点再 次捕获一部分个体,并记录数量(N2)及其中被标记的个 体数(N0),然后放回原来的环境; ④计算种群密度:利用公式 N/N1=N2/N0计算出N, 即为该种群密度的估算值。

特别提醒: ①样方法除了适用于植物外,还适用于活动范围 较小的动物,如蚯蚓; ②计数时,若有正好长在样方边缘上的个体,只 计样方相邻两条边及其夹角处的个体(计上不计下、计 左不计右),对于悬殊大的样方应除去,即去掉最高值 和最低值,然后取平均值。同种植物无论大小都应计 数; ③标志重捕法的前提条件是未标志和被标志个体 有同样的被捕机会,而且在调查期间,没有个体出生、 死亡、迁入、迁出等。

三、种群的数量特征及其内在联系 1.种群的特征比较。
特征项目 种群密度 出生率和 死亡率 定义 单位面积内或单位体积 内某种群的个体数 特点或作用 ①不同物种的种群密度不同 ②同一种群的种群密度可变 ③调查方法

年龄结构
性别比例

迁入率和 迁出率

种群单位时间内新产生 (或死亡)的个体数目占 决定种群大小和种群密度 该种群个体总数的比率 种群中各年龄期的个体 ①三种类型:增长型、稳定型、衰退型 数目的比例 ②可预测种群数量的变化趋势 种群中雌雄个体数目的 在一定程度上影响种群密度 比例 单位时间内迁入或迁出 直接影响种群大小和种群密度 的个体占该种群个体总 数的比率

2.各特征之间的联系。 内在联系分析: (1)在种群的五个基本特征中,种群密度是最基本 的特征。 (2)因为生物的繁殖能力和衰老、死亡都与年龄有 密切的关系,所以种群的年龄结构会影响出生率和死 亡率,并会进一步影响种群密度。可以根据当前种群 的年龄组成情况,预测未来种群密度的发展趋势。

(3)不论哪种类型的性别比例,都是生物长期自然选 择的结果,如果由于环境条件的改变或人类的干预,使 其正常的比例发生变化,都会影响种群的出生率,并进 一步影响种群的密度。 (4)迁入率和迁出率也是影响种群数量变动的直接因 素。通过迁入和迁出,同一物种的不同种群之间也进行 了基因交流,如果研究一座城市人口的变化,那么,迁 入率和迁出率是不可忽视的因素。

四、种群增长的两种曲线比较 1 .相同点:它们都表示种群数量随时间变化而变 化的关系,且都只研究种群数量变化中的增长问题。 2.不同点:

图中阴影部分表示通过生存斗争被淘汰的个体。 在“S”型曲线中,种群数量为0→K/2时,增长速 率增大;种群数量由 K/2 →K 时,增长速率不断降低; 当为K值时,种群增长速率为零,此时出生率等于死亡 率,处于动态平衡中,增长速率曲线可用下图表示:

t1对应K/2值时,t2对应K值。 特别注意:种群数量变化包括增长、波动、稳定、下 降等,而“J”型曲线和“S”型曲线都只研究了种群数量 增长的规律。 3.“S”型曲线在生产实践中的指导意义。 根据“S”型曲线的特点,由于在K/2时增长速率最大, 因此若为了持续获得较多的生物资源,一方面应该设法增 大环境容纳量K,如加强生物生存环境的管理;另一方面, 捕捞、采伐应该在种群数量达到K/2以上时进行,而且剩余 种群数量保持在K/2左右。若要对有害生物进行防治,一方 面应该设法减小环境容纳量K,另一方面通过引入天敌等措 施,将种群数量尽量控制在较低水平。

知识点1:种群的概念 【例1】下列有关种群的叙述中,不正确的是( C ) A.种群具有单独的生物个体不具备的特征 B.种群是一个有机单元,不是个体的简单相加 C.种群是许多同种生物成熟个体的总和 D .种群是在一定空间和时间范围内的同种生物个体 的总和

【思路点拨】种群是指一定时间、空间内同种生物个体 的总和。不同的生物不属于同一个种群;同一时间、空 间内的同种个体是一个种群,这些个体不仅包括所有成 熟个体,也包括所有未成熟个体。但种群不是同种生物 简单的相加,而是具有一系列个体所不具备的种群特征, 如种群密度、年龄组成、性别比例、出生率和死亡率等。

【举一反三】下列叙述中属于种群的是( D ) A.一个池塘里的鱼 B.一座山上的树 C.一个公园里的草地 D.一块油菜地里的油菜

知识点2:调查种群密度的方法 【例1】农业科技人员在对草原鼠害进行调查时,随机选定某 区域,第一次放置了100只鼠笼,捕获68只鼠,标记后原地放 回,一段时间后在相同位置放置了100只鼠笼,捕获54只鼠, 其中标记的鼠有12只,下列有关说法中错误的是( B ) A.该区域中鼠的种群密度较大,约为306只,必须积极防治 B.这种调查方法称为样方法 C.草原上鼠与牛、羊等是竞争关系,鼠害会严重影响畜牧业 发展 D.如果在两次捕鼠期间发生草原大火,统计结果是不准确的

【思路点拨】本题主要考查动物种群密度的调查方法。 植物种群密度的取样调查常采用样方法。由于动物的活 动能力强,范围大,不宜用样方法而常采用标志重捕法。 估算种群密度可利用如下关系式: N∶第一次捕获并标 志的鼠数=第二次捕获的鼠数 ∶第二次捕获鼠中的标志 鼠数,根据题意可知:N∶68=54∶12,N=306。如果 在两次捕鼠期间发生草原大火,个体被捕捉的概率就不 相等,统计结果就不准确。

【举一反三】“标志重捕法”是动物种群密度调查中的 一种常用取样调查法:在被调查种群的生存环境中,捕 获一部分个体 (M) 全部进行标记后释放,经过一段时间 后进行重捕,根据重捕中标记个体数(m)占总捕获数(n) 的比例,估计该种群的数量 (N) 。某研究机构对我国北 方草原一种主要害鼠——布氏田鼠进行了调查。调查样 方总面积为2 hm。(1 hm=10000 m2),随机布设100 个鼠笼,放置1夜后,统计所捕获的鼠数量、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:

初捕 重捕

捕获数/只 32 36

标记数/只 32 4

雌性个体数 14 18

雄性个体数 18 18

(1) 假定重捕取样中标记比例与样方总数中标记比例相 N=Mn/m 。 等,写出样方中种群总数 (N) 的计算公式 __________ (2)该草地布氏田鼠的平均种群密度为______ 144 只/hm2。 事实上田鼠在被捕捉过一次后更难捕捉,上述计算所 得的平均种群密度与实际种群密度相比可能会偏 高 。 (3) 综合两次捕获情况,该田鼠种群的性别比例 ( ♀ / ♂ ) 8∶9 为_________ 。

(4)在上述调查的同时,还对样方中布氏田鼠的洞口数进 行了调查(假设样方中只有这一种鼠),平均每100 m2有 2.5∶1 3.6个洞口,洞口数与田鼠数的比例关系为__________ 。

知识点3:种群的特征 【例3】(2010· 广州一模)下列结合种群特征的概念图所 作的分析,错误的是( )

A.利用性引诱剂诱杀害虫会影响③ B.种群密度是种群最基本的数量特征 C.预测种群数量变化的主要依据是④ D.春运期间,广州人口数量变化主要取决于图中的① ②

【思路点拨】上图中的①、②、③、④分别是指死亡率、 出生率、性别比例和年龄组成。利用性引诱剂诱杀害虫 会影响性别比例;种群密度是种群最基本的数量特征; 对于人还应考虑到迁入率和迁出率,即人口流动及国家 政策等。 【答案】D 【规律方法】它们之间的相互关系可图示如图:

【举一反三】下图表示的是四种不同种群中不同年龄的 个体所占的比例,其中种群密度可能会越来越小的是 (A )

【规律方法】根据年龄组成来预测种群密度的变化趋势。 年龄组成是指一个种群中各年龄期的个体数目的比例。 年龄组成类型如下:

增长型(图A):种群中幼年个体较多,老年个体较少, 出生率>死亡率,种群密度增大。 稳定型(图B):种群中各年龄期个体数目的比例适中, 出生率≈死亡率,种群密度基本不变。 衰退型(图C):种群中幼年个体很少,老年个体很多。 出生率<死亡率,种群密度减小。

知识点4:影响种群数量的因素 【例4】(2010· 茂名一模)在不同温度和湿度条件下,蝗 虫种群数量的变化如下图所示,正确的叙述是( )

A.温度为32.5 ℃时,蝗虫对湿度的适应范围最窄 B.温度为35 ℃时,相对湿度90%更有利蝗虫的生存 C.在一定范围内,蝗虫生活的最适湿度随温度升高而 升高 D.温度与湿度对蝗虫种群数量的影响效果相同

【思路点拨】本题考查学生观察和分析图像的能力。温 度为32.5 ℃时,蝗虫对湿度的适应范围最宽,为80%~ 100%;温度为32.5 ℃时,相对湿度为90%更有利蝗虫的 生存;上图无法体现D项所述。 【答案】C

【举一反三】下列选项中,对种群密度影响最严重的是 ( )
编号 生态系统 采收对象 现有生物量 年增长 率/% 年采收量 ① 马尾松林 马尾松 200000 m3 2 1000 m3 ② 淡水湖泊 鲫鱼 10000 kg 35 3600 kg ③ 山地 甘草 1000 kg 20 300 kg ④ 滩涂 沙蚕 10000 kg 30 500 kg

A. ① B.② C.③ D.④ 【解释】年采收量应当小于或等于年增长量,否则就会 使种群密度降低,年采收量超过年增长量越多,种群密 度降低程度越大,造成的影响越严重。同时,这种影响 还与超采量和现有生物总量之间的比例有关,比例越大, 影响更严重。 【答案】C

知识点5:研究种群数量变化的意义 【例5 】在南海某岛上迁入一些农户,那里土地肥沃、 气候宜人,若干年后,岛上人口增长如下图曲线所示, 请回答:

(1) 该岛在 m 年内,人口增长曲线近似 ________ 型曲 线。当人口数量接近n线时,环境阻力越来越大,n线 是该岛环境的 ____________________________________。 (2) 当人口数量强行增长到 O 点时,就会很快下降至 P 点,原因是人口剧增后,岛上生活资源发生短缺,各 种人为因素使该岛的______________________遭到 破 坏 , 加 上 人 们 为 争 夺 生 活 资 源 而 发 生 ______________(如人口被迫离岛)等。

(3)若干年后,岛上人口数又从 P点上升到Q点并稳定 在 n 线 上 , 以 上 说 明 该 岛 上 生 态 环 境 的 ____________________能力是有限的,人类发展必 须遵循生态系统的 _________________________________________ _______________________________, 实现生态系统的良性循环。 (4) 根据生态学原理 ,在该岛上合适的人口数量是 __________ 。

【思路点拨】人口数量为 K/2 时,食物、空间、能源等 资源充足,最适合人类生存。 【答案】(1)“J” 允许的最大值(K值) (2)生态系统的稳定性 种内斗争 (3)自动调节 自身发展规律 (4)n/2

【举一反三】某海滩黄泥螺种群现存量为3000吨。正常 状况下,每年该种群最多可增加 300 吨,为充分利用黄 泥螺资源,又不影响可持续发展,理论上每年最多捕捞 黄泥螺的量为( D ) A.3000吨 B.1650吨 C.1500吨 D.不超过300吨 【思路点拨】不应超过种群增加的量,如果超过增加量 将会破坏海滩黄泥螺种群的数量。

【规律方法】要从环境中充分利用某种群资源,而又不 影响其可持续发展,就应当保持该种群在此环境中的最 大增长速率。

探究培养液中酵母菌数量的动态变化 1.实验原理 (1)在含糖的液体培养基(培养液)中,酵母菌繁殖很快, 迅速形成一个酵母菌种群,通过细胞计数可以测定封闭容 器内的酵母菌种群随时间而发生的数量变化。 (2) 养分、空间、温度和有毒排泄物等是影响种群数 量持续增长的限制因素。 2.实验流程 (1)分装:分别将10 mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养 液加入1、2、3号试管中。 (2)接种:分别将等量酵母菌接种到 3支试管中的培养 液中混合均匀。

(3) 培养与取样计数:将试管在 28 ℃条件下连续 培养7 d。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,让培养液自行渗入到计数板小方格内, 显微观察计数一个小方格内的菌种数,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培养液中的酵母菌总数。 (4)分析结果得出结论:将所得数值用曲线图表示 出来,分析实验结果,得出酵母菌种群数量变化规律。

3.实验中注意的问题 (1)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。 (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;溶液要进 行定量稀释。

【例】将10毫升酵母液放在适宜温度下培养,并于不同 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/立方毫米) pH




1210
820

4.8
5.4




1210
1000

3.7
5.0

(1)表中样品的取样先后次序为 __________________________________________ ______________________________。 (2) 对酵母菌而言, 10 毫升该培养液的环境负荷量为 __________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 __________________________________________ ______________________________

【思路点拨】酵母菌在新陈代谢过程中既可以进行有 氧呼吸也可以进行无氧呼吸,且两种呼吸方式均产生 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。 依据表中数据,样品③与样品①中的酵母菌数量 相同,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负荷量为1210×103×10 =1.21×107(个)。

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)②→④→①→③(②④①③) (2)1.21×107 (3)培养液中的营养物质不断被消耗,部分酵母菌因营 养缺乏而死亡并解体




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