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2019-2020年高二生物 生物群落的基本單位——種群知識精講 蘇教版 【本講教育信息】 一、教學(xué)內(nèi)容： 生物群落的基本單位——種群 二、良好開端 本節(jié)重點：種群的特征、嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型，并據(jù)此解釋種群數(shù)量的變化 本節(jié)難點：樣方的選擇和確定、建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型 三、成功之旅 【知識點1】種群的特征 （一）種群的概念： 生態(tài)學(xué)上把在一定時間內(nèi)占據(jù)一定空間的同種生物的所有個體稱為種群。 （二）種群的特征：包括數(shù)量特征、空間特征和遺傳特征 種群的數(shù)量特征主要有種群密度、出生率和死亡率、年齡結(jié)構(gòu)和性別比例等。 1、種群密度 是指單位面積或體積內(nèi)某一種群全部個體的數(shù)量。它是種群密度最基本的參數(shù)。通常單位面積或體積內(nèi)種群個體數(shù)量越多，種群的密度就越高。 測定種群密度常用的方法是樣方法和標(biāo)記重捕法 ⑴植物種群密度的調(diào)查方法——樣方法 ①種群密度取樣調(diào)查中的兩個概念 Ⅰ 樣方：也叫樣本，從研究對象的總體中，抽取出來的部分個體的集合，就叫樣方。 Ⅱ 隨機(jī)取樣：在抽樣時，如果總體中每一個個體被抽選的機(jī)會相等，且每一個個體被選與其他個體間無任何牽連，那么，這種既滿足隨機(jī)性，又滿足獨立性的抽樣，就叫隨機(jī)取樣。隨機(jī)取樣不允許摻入任何主觀性，否則，就難以避免調(diào)查人員想獲得調(diào)查屬性的心理作用，往往使調(diào)查結(jié)果偏大。 ②常用的取樣方法 Ⅰ 點狀取樣法。點狀取樣法中常用的為五點取樣法。調(diào)查的總體為非長條形時，可用此法取樣。這種方法適用于調(diào)查植物個體分布比較均勻的情況。 Ⅱ 等距取樣法。當(dāng)調(diào)查的總體為長條形時，可用此法。 ⑵動物種群密度的調(diào)查方法——標(biāo)記重捕法 標(biāo)記重捕法又稱“捉放法”。即在被調(diào)查種群的樣地中，捕獲一部分個體，將這些個體進(jìn)行標(biāo)記后再放回到原來的環(huán)境中，經(jīng)過一段時間后進(jìn)行重捕，根據(jù)重捕取樣中的標(biāo)記比例與樣地總數(shù)中的標(biāo)記比例相等的假定，來估算該種群內(nèi)的個體數(shù)量（N）。即： 該方法的前提是，標(biāo)記個體與未標(biāo)記個體在重捕時被捕的概率相等。其次，標(biāo)記的技術(shù)也極為重要。此法的應(yīng)用比較廣泛，適用于哺乳類、鳥類、爬行類、兩棲類、魚類和昆蟲等動物。 ⑶昆蟲類種群密度的調(diào)查 調(diào)查某種昆蟲卵的密度、作物植株上蚜蟲的密度、跳蝻的密度等，也可以采用樣方法。對于有趨光性的昆蟲，還可以用黑光燈誘捕的方法調(diào)查它們的種群密度。 2、出生率和死亡率 種群內(nèi)個體數(shù)量的變動主要受出生率和死亡率的影響。出生率是指種群在單位時間內(nèi)新產(chǎn)生的個體數(shù)量。死亡率是指種群在單位時間內(nèi)死亡的個體數(shù)量。出生率和死亡率是決定種群密度的最直接因素。凡是影響種群出生率和死亡率的因素都將直接影響到該種群的密度。如陽光、溫度、水分、食物、天敵等。此外，種群數(shù)量也會由于個體的遷入或遷出發(fā)生改變。通常把單位時間內(nèi)遷入某種群的個體數(shù)量占該種群個體總數(shù)的比率稱為遷入率，而把單位時間內(nèi)遷出某種群的個體數(shù)占該種群個體總數(shù)的比率稱為遷出率。許多生物種群都存在因個體遷入或遷出導(dǎo)致種群數(shù)量發(fā)生變化的現(xiàn)象。例如，每年春天或秋天不同城市的候鳥會發(fā)生數(shù)量的增加或減少，就是由于鳥類的遷入或遷出造成的。 3、年齡結(jié)構(gòu) 種群的年齡結(jié)構(gòu)是指一個種群中各年齡段的個體數(shù)量的比例，它對種群數(shù)量的變化有很大影響。種群的年齡結(jié)構(gòu)從生態(tài)學(xué)的角度可分為：增長型、穩(wěn)定型和衰退型3種類型。 ①增長型：種群中幼年個體較多，老年個體較少，出生率大于死亡率，種群密度會在一段時間內(nèi)越來越大。 ②穩(wěn)定型：種群中各年齡段的個體數(shù)目比例相當(dāng)，出生率和死亡率大致相等，種群密度會在一段時間內(nèi)保持相對的穩(wěn)定。 ③衰退型：種群中幼年個體較少，中老年個體較多，這樣的種群處于衰退時期，死亡率大于出生率，種群密度會越來越小。 總的來說，年齡結(jié)構(gòu)在一定程度上可以預(yù)測該種群的密度變化趨勢。 4、性別比例 種群的性別比例是指種群中雌雄個體數(shù)量的比例。大體分為3種類型：（1）雌雄相當(dāng)：高等動物（2）雌多于雄：人工控制的種群 （3）雄多于雌：社會性昆蟲 由各種原因造成具有生殖能力的雌雄個體數(shù)量的比例失調(diào)，都將引起種群內(nèi)個體數(shù)量的變動，在一定程度上也影響著種群密度的變化。 種群數(shù)量特征之間的關(guān)系可歸納如下： 決定種群個體數(shù)目變動的關(guān)系圖 例題1. 下列選項中，不屬于對種群數(shù)量特征描述的是 A. 我國的人口將逐漸步入老齡化階段 B. xx年，廣東省人口的出生率為1.329% C. 橡樹種子散布能力差，常在母株附近形成集群 D. 由于薇甘菊入侵，松樹種群死亡率較高 解析：這是xx年廣東高考題的第11題，分值為2分。該題主要考查種群的數(shù)量特征：種群密度、出生率和死亡率、年齡結(jié)構(gòu)和性別比例。只有C選項所提到的內(nèi)容與種群的特征無關(guān)。 答案：C 【知識點2】種群數(shù)量的增長規(guī)律 建構(gòu)種群增長模型的方法————建立數(shù)學(xué)模型 課題：探究“酵母菌種群大小的動態(tài)變化” 原理：略 目的：略 探究步驟：（1）將10mL無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中 （2）將酵母菌種接入試管中的培養(yǎng)液內(nèi)混合均勻 （3）將試管在28℃條件下連續(xù)培養(yǎng)7天 （4）每天取樣計數(shù)酵母菌數(shù)量，采用抽樣檢測的方法 時間/天 1 2 3 4 5 6 7 … 數(shù)量/個 （5）分析所得數(shù)值并用曲線圖表示出來， 分析圖形得出酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律 建立動植物種群動態(tài)變化的數(shù)學(xué)模型是為了闡明自然種群動態(tài)變化的規(guī)律及其調(diào)節(jié)機(jī)制。研究表明，在食物（養(yǎng)料）和空間條件充裕、氣候適宜和沒有敵害等理想條件下，種群內(nèi)個體數(shù)量往往會持續(xù)增長。即： 1、種群增長的“J”型曲線——指數(shù)式增長 ①環(huán)境條件：沒有任何限制因素。出生率遠(yuǎn)大于死亡率。 ②數(shù)量增長公式： 設(shè)N0為種群起始數(shù)量，每年增長率不變，且第二年種群數(shù)量是第一年的λ倍，則第t年的種群數(shù)量為Nt=N0λt。這一增長方式在數(shù)學(xué)上稱為指數(shù)式增長，它的數(shù)學(xué)曲線呈“J”型，如下圖所示： 2、種群增長的“S”型曲線 生物個體的增多，需要食物和空間等條件，而這些條件往往是有限的，因此，種群不可能呈指數(shù)式無限增長。當(dāng)種群在一個有限的環(huán)境中增長時，隨著種群密度的增加，個體間由于空間、食物和其他生活條件的斗爭必將加劇，而天敵生物也會增加，這就會使種群的實際增長率小于出生率，從而使增長率下降，當(dāng)種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境條件所允許的最大值（以K表示）時，種群將停止增長，有時會在K值左右保持相對穩(wěn)定，就會呈“S”型。 3、研究種群數(shù)量變化的意義 研究種群的數(shù)量變化規(guī)律，不僅具有一定的理論意義，而且具有重大的實踐意義。開展種群特征調(diào)查對于珍稀瀕危生物的保育、有害生物的監(jiān)測、預(yù)報和有效控制，以及人口數(shù)量的監(jiān)控等均具有重要的實踐意義。例如，在對待魚類的捕撈問題上，人們總是希望每年既能捕到較多的魚，又不危及魚類種群以后的持續(xù)生存，也就是希望長期獲得較高的魚產(chǎn)量，這就需要研究捕撈量與種群數(shù)量變化之間的關(guān)系，調(diào)查種群的現(xiàn)有數(shù)量，對種群的數(shù)量變化作出預(yù)測，等等。因此，種群的數(shù)量變化規(guī)律是種群研究的核心問題。 ﹡例題2. 下列有關(guān)種群增長的S型曲線的敘述，錯誤的是 A. 通常自然界中的種群增長曲線最終呈S型 B. 達(dá)到K值時種群增長率為零 C. 種群增長受自身密度的影響 D. 種群的增長速度逐步降低 解析：該題出自xx年全國Ⅰ卷，深入考查對S型增長曲線的理解。種群數(shù)量的變化曲線和種群增長率的變化曲線這兩者為易混概念。S型增長曲線是自然界中常見的種群增長模式，通常種群的增長最終呈S型。種群的增長速度開始時較低，隨著種群逐漸適應(yīng)環(huán)境，種群增長速度越來越快，K/2時種群的增長速度達(dá)到最大值。隨后由于種群內(nèi)斗爭加劇，天敵數(shù)目增多等因素又使種群出生率下降，死亡率上升，導(dǎo)致種群增長率下降，當(dāng)達(dá)到K值時，出生率等于死亡率，其增長速率為零。 答案：D 四. 考點分析 從考查內(nèi)容上：重點考查種群的基本特征、種群數(shù)量的增長規(guī)律（即“J”型增長和“S”型增長）；從考查形式上：選擇題、簡答題均有出現(xiàn)，往往以坐標(biāo)曲線圖的形式出現(xiàn)，如xx年全國Ⅱ第30題。今后的命題趨向于種群數(shù)量變動的不同數(shù)學(xué)表達(dá)方式的考核，如以直方圖形式出現(xiàn)。以數(shù)學(xué)曲線題為主要形式，往往與其他學(xué)科綜合，考查方式靈活、多變。解題的關(guān)鍵：在識記種群的基本特征的基礎(chǔ)上理解各個特征之間的關(guān)系，有助于掌握種群數(shù)量變化規(guī)律。 五. 小結(jié) 1、種群的概念 生態(tài)學(xué)上把在一定時間內(nèi)占據(jù)一定空間的同種生物的所有個體稱為種群 2、種群的特征：數(shù)量特征、空間特征和遺傳特征。其中數(shù)量特征是種群的重要特征，它包括：種群密度、出生率和死亡率、年齡組成、性別比例。 3、種群密度的調(diào)查方法：樣方法和標(biāo)記重捕法 4、種群數(shù)量的增長規(guī)律 “J”型曲線和“S”型曲線 5、研究種群數(shù)量變化的意義——指導(dǎo)實踐 【模擬試題】（答題時間：40分鐘） 一、選擇題 1. 用標(biāo)記重捕法來估計某個種群的數(shù)量，例如在對某種鼠群的種群密度的調(diào)查中，第一次捕獲并標(biāo)記39只，第二次捕獲34只，其中有標(biāo)記鼠15只，則對該種群的數(shù)量估計，下列哪一項是不正確的 （ ） A. 種群數(shù)量可用N表示 B. 種群數(shù)量大約為88只 C. 該種群數(shù)量大約為100只 D. N＝393415 2、人口數(shù)量變化趨勢主要由下列哪一項預(yù)測 A. 種群數(shù)量和種群密度 B. 種群年齡組成 C. 種群性別比例 D. 出生率和死亡率 3、利用人工合成的性引誘劑誘殺害蟲的雄性個體，破壞了種群正常的性別比例，該害蟲種群密度將 （ ） A. 明顯增大 B. 明顯減小 C. 先減后增 D. 相對穩(wěn)定 4、下圖是依據(jù)我國三次人口普查數(shù)據(jù)繪制的人口年齡組成圖。下面對三圖的描述，完全正確的是 （ ） A. 圖甲是增長型，從圖丙可以看出計劃生育政策初見成效 B. 圖甲、圖乙、圖丙都是衰退型 C. 圖乙是典型的穩(wěn)定型，可以看出計劃生育政策初見成效 D. 圖甲、圖乙、圖丙都是穩(wěn)定型 5、按一對夫婦一兩個孩子計算，人口學(xué)家統(tǒng)計和預(yù)測，墨西哥等發(fā)展中國家的人口翻一番大約需20—40年，美國需要40—80年，瑞典人口將會相對穩(wěn)定，德國人口將減少。預(yù)測人口的這種增減動態(tài)主要決定于 A. 種群數(shù)量和密度 B. 種群年齡結(jié)構(gòu) C. 種群性別比例 D. 出生率和死亡率 6、決定種群個體數(shù)量變動的因素，主要是 ①種群密度和出生率、死亡率 ②年齡組成和性別比例 ③出生數(shù)量和死亡數(shù)量④遷出和遷入數(shù)量 A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④ 7、我國的計劃生育政策為“提倡一對夫婦只生一個孩子”，從種群特征看，這種措施直接調(diào)節(jié)（ ） A. 種群密度 B. 年齡組成 C. 性別比例 D. 出生率 8、下圖表示某種群年齡組成示意圖，下列有關(guān)敘述正確的是 A. 該種群一定是生活在穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中 B. 該種群的出生率一定大于死亡率 C. 該種群一定能適應(yīng)所生活的環(huán)境 D. 該種群屬于穩(wěn)定型，種群密度在一段時間內(nèi)會保持穩(wěn)定 9、用“樣方法”調(diào)查蒲公英種群密度的過程是 ①選取一個該種群分布比較均勻的長方形地塊，將該地按照長度劃成10等份，在每份的中央劃一個大小為1m2的樣方 ②選取一個該種群分布比較密集的長方形地塊，將該地按照長度劃成10等份，在每份的中央劃一個大小不同的樣方 ③計數(shù)每個樣方內(nèi)該種群數(shù)量，取其最大值作為該種群密度的估計值 ④計數(shù)每個樣方內(nèi)該種群數(shù)量，取其平均值作為該種群密度的估計值 A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ②④ 10、下列有關(guān)種群“S”型增長曲線的正確說法是（ ） A. “S”型增長曲線表示了種群數(shù)量和食物的關(guān)系 B. 種群增長率在各階段是不相同的 C. “S”型增長曲線表示了種群數(shù)量與時間無關(guān) D. 種群增長不受種群密度制約 11、從理論上分析，草原滅鼠應(yīng)注意避免鼠群增長曲線處于“S”型曲線的 A. 即將增長的水平 　　B. 1/4K的水平　　 C. 1/2K的水平　　 D. K的水平 12、生態(tài)學(xué)家以年齡為橫坐標(biāo)，以存活數(shù)量的對數(shù)值為縱坐標(biāo)，繪制出種群的存活曲線。某野生魚類和人類的存活曲線分別屬于 A.Ⅰ和Ⅱ B.Ⅱ和Ⅲ C.Ⅰ和Ⅲ D.Ⅲ和Ⅰ 13、某細(xì)菌種群隨時間延續(xù)營養(yǎng)物耗盡，由于突變的原因出現(xiàn)了新菌株，它們能夠利用原來菌種產(chǎn)生有害的代謝廢物。以下各圖中能反映上述菌種發(fā)展趨勢的是（ ）（注：M代表菌種的數(shù)量） 14、xx年我國又在近海海域?qū)嵭小胺拘轁O”，其目的是（） A.控制捕魚的大小和數(shù)量，實現(xiàn)漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展 B.檢測漁船和捕魚器械，節(jié)省燃料 C. 防止“赤潮”的出現(xiàn)和海水污染惡化 D.實施分區(qū)管理，避免漁事糾紛 15、下圖中能正確表示“J”型、“S”型種群數(shù)量增長率隨時間變化趨勢的曲線分別是（ ）（ ） ﹡16、（多選）下列哪些情況會導(dǎo)致種群的密度越來越小 A. 種群處于穩(wěn)定期 B. 種群內(nèi)雄性趨于不育 C. 種群死亡率超過出生率 D. 種群遷出率超過遷入率 二、非選擇題： 17、試根據(jù)下列“我國人口年齡、性別構(gòu)成圖”回答： （1）圖形的左右兩邊大致對稱，表明男女人數(shù)基本平衡，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的自然生理原因是_________ 。 （2）圖中I階段表明當(dāng)時我國人口發(fā)展的特點___________ _。 （3）圖中Ⅱ階段表明我國人口發(fā)展的主要特點是_____________________，產(chǎn)生這一結(jié)果的主要原因是_____________ _______。 18、如圖為某種群在不同生態(tài)環(huán)境中的增長曲線，請仔細(xì)分析圖中曲線后回答下列問題： （1）如果種群處在一個理想的環(huán)境中，沒有資源和空間的限制，種群內(nèi)個體增長曲線是_____________，用達(dá)爾文進(jìn)化的觀點分析，這是由于生物具有______________特性。 （2）種群置于有限制的自然環(huán)境中，種群內(nèi)的增長曲線是__ _________，用達(dá)爾文的進(jìn)化觀點分析圖中的陰影部分表示___________。 （3）影響種群密度的主要因素是種群的圖_____ 、_____ __、_______ 和 ____。 （4）當(dāng)我們遷入剛建的新村美居，可惡的老鼠也一同悄悄“潛來”，它們咬壞衣物、偷吃糧食、毀壞家具、傳播疾病在對其進(jìn)行種群密度的調(diào)查中，請從a、b曲線的理論上存在的條件，推測有效滅鼠的措施___________，降低環(huán)境___________量，使鼠群的___________曲線變化，轉(zhuǎn)變成____ ____ 曲線。 19、如圖是反映人與環(huán)境關(guān)系的三種模式圖，請分析回答： （1）下列對“環(huán)境容量”的理解錯誤的是（多選） A. 環(huán)境容量是指生態(tài)系統(tǒng)對人口的承載能力 B. 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，環(huán)境容量在不斷加大 C. 人類可以局部地改造環(huán)境，從而使人口數(shù)量 超越環(huán)境容量 D. 生態(tài)環(huán)境的平衡是人類生存的前提和人類改造自然的基礎(chǔ) （2）按照人與環(huán)境關(guān)系的理想程度排列，三種模式的順序依次為 A. I、Ⅱ、Ⅲ B. Ⅱ、I、Ⅲ C. Ⅲ、Ⅱ、I D. I、Ⅲ、Ⅱ （3）環(huán)境對人類社會的發(fā)展有很大的制約作用，保護(hù)環(huán)境十分重要。下列解決環(huán)境問題的四條思路中你最贊成的是 A. 發(fā)展經(jīng)濟(jì)和保護(hù)環(huán)境二者并不矛盾，應(yīng)該走邊發(fā)展邊治理之路 B. 發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)相對落后，走先發(fā)展后治理的路子勢在必行 C. 環(huán)境效益比經(jīng)濟(jì)效益更為重要，必須把保護(hù)環(huán)境放在優(yōu)先發(fā)展的地位上 D. 地球自身有充分自我調(diào)節(jié)的能力，聽其發(fā)展，順其自然 （4）如果按照人們對保護(hù)環(huán)境的重視程度排列，（3）的順序是 20、人口的數(shù)量常常隨環(huán)境資源的改變而發(fā)生波動。下圖為人口自動調(diào)控圖（注：環(huán)境中的人口容納量是指環(huán)境資源能承載的最大人口數(shù)量）。請據(jù)圖回答下列問題： （1）在自然界中，人口數(shù)量不可能無限增長，理由是 （2）由圖可以看出，當(dāng)人口數(shù)量大于人口容納量時，人類生存的環(huán)境阻力將隨之_________ （3）長期以來，我國人口的出生率一直高于死亡率，人口增長過快，因此控制我國人口的關(guān)鍵是控制人口的 ，我國采取控制人口增長的政策是_________ ____。 21、生態(tài)工作者從東到西對我國北方A、B、C三種類型的草原進(jìn)行調(diào)查。下表是不同調(diào)查面積的物種數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果： （1）A、B、C三種類型的草原對放牧干擾的抵抗力穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱的順序是 。導(dǎo)致這三種類型的草原物種數(shù)量不同的關(guān)鍵生態(tài)因素是 。如果將A草原與我國東北針葉林相比，兩者之間恢復(fù)力穩(wěn)定性較強(qiáng)的是 。 （2）調(diào)查B草原某種雙子葉草本植物種群密度時，設(shè)計如下調(diào)查步驟： ①選取40cm40cm為最佳樣方面積。 ②在該物種分布較密集的地方取5個樣方。 ③計數(shù)每個樣方內(nèi)該植物的個體數(shù)。若計數(shù)結(jié)果由多到少依次為N1、N2、N3、N4、N5，則將N3作為種群密度的估計值。 請指出以上設(shè)計步驟中的錯誤并加以改正。 【試題答案】 一. 選擇題： 題號 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 C B B A B D D D 題號 9 10 11 12 13 14 15 16 答案 B B C C B A A、C BCD 二. 非選擇題： 17. 提示：解答本題應(yīng)綜合運用生物學(xué)科內(nèi)知識。如性別決定、種群特征等。本題為應(yīng)用型題目，由于人口發(fā)展問題涉及環(huán)境、歷史、地理、政治等社會內(nèi)容，必將成為綜合試題的熱點，理應(yīng)引起足夠重視．所以對各學(xué)科知識的學(xué)習(xí)，既要有所側(cè)重，又要平衡發(fā)展。根據(jù)遺傳學(xué)知識和種群變化的知識分析判斷，圖形左右兩邊大致對稱，表明男女人數(shù)基本平衡，造成這種現(xiàn)象的原因是由于男性產(chǎn)生 X 、 Y 兩種精子數(shù)目相等，且兩種精子與卵細(xì)胞結(jié)合機(jī)會相等； Ⅰ階段年輕的個體數(shù)量較多，說明出生率增加；Ⅱ階段年齡小的個體較少，年齡大的個體多，說明出生率在不斷下降，產(chǎn)生這一結(jié)果的主要原因是推行計劃生育取得實效。 答案：（1）男性產(chǎn)生兩種比例相等的精子（X和Y兩種）（2）出生率高 （3）出生率在不斷下降 推行計劃生育取得了實效 18. （1）a　 過度繁殖 （2）b　 通過生存斗爭被淘汰的個體數(shù)量 （3）年齡組成　 性別比例　 出生率　 死亡率 （4）在進(jìn)行滅鼠時，要清除垃圾，嚴(yán)密儲存食物 　容納　 a（或J型）　 b（或S型） 19. （1）BC （2）A （3）C （4）CABD 20. （1）受到食物、生存空間等因素的限制 （2）增加 （3）出生率 計劃生育 21. （1）A、B、C 水 A草原 （2）① 選取的樣方面積不對。應(yīng)取物種數(shù)量達(dá)到穩(wěn)定的最小面積100cm100cm。 ②取樣方法不對。應(yīng)在B草原中隨機(jī)取樣。 ③對種群密度值的估計方法不對。應(yīng)以調(diào)查樣方的單位面積中種群個體數(shù)量的均數(shù)作為種群密度的估計值。