2019-2020年高中生物 （人教大綱版）第二冊(cè) 第八章生物與環(huán)境 2種群與生物群落(備課資料)一、種群數(shù)量的指數(shù)增長(zhǎng)（J型）和邏輯斯蒂增長(zhǎng)（S型）的幾點(diǎn)說(shuō)明1.自然界的情況是非常復(fù)雜的，指數(shù)增長(zhǎng)和邏輯斯蒂增長(zhǎng)只能代表兩種典型情況，實(shí)際增長(zhǎng)的類(lèi)型是很多的。有的增長(zhǎng)曲線接近“J”型，有的增長(zhǎng)曲線接近于“S”型，還有許多中間過(guò)渡類(lèi)型。2.在教材“種群增長(zhǎng)的J型曲線”中，種群的增長(zhǎng)可用指數(shù)方程N(yùn)t=N0t（其中N為種群數(shù)量，t為時(shí)間，為種群年增長(zhǎng)倍數(shù)）表示，只限于世代不相重疊種群。例如，假定某種動(dòng)物一年只生殖一次，壽命只有一年，那么，這種動(dòng)物的種群就是世代不相重疊的。如果種群是世代重疊的，種群的增長(zhǎng)則為不間斷的連續(xù)增長(zhǎng)。假定種群的其他特征與世代不重疊的種群相同，種群的瞬時(shí)增長(zhǎng)率為，則種群仍表現(xiàn)為指數(shù)增長(zhǎng)，可用下列方程表示：=N，其積分式為Nt=N0et，其中N0、Nt、t的定義與世代不重疊種群增長(zhǎng)模型相同，e=2.71828，是種群的瞬時(shí)增長(zhǎng)率。3.如果種群數(shù)量N趨近于零，表示幾乎全部空間尚未被利用，種群接近于“J”型增長(zhǎng)；如果種群數(shù)量N趨近于K值，表示空間幾乎全部被利用，種群增長(zhǎng)曲線為“S”型；如果種群數(shù)量N由零逐漸增大到K值時(shí)，表示種群增長(zhǎng)的“剩余空間”逐漸縮小，種群的增長(zhǎng)潛能就會(huì)降低，這種抑制種群增長(zhǎng)的效應(yīng)稱為擁擠效應(yīng)或環(huán)境阻力。4.沒(méi)有證據(jù)表明種群經(jīng)過(guò)邏輯斯蒂增長(zhǎng)后，種群數(shù)量穩(wěn)定在K值不變。相反，有證據(jù)表明在外界條件穩(wěn)定的條件下，種群數(shù)量在達(dá)到K值后仍有變動(dòng)。自然種群的數(shù)量是經(jīng)常處在變動(dòng)之中的，有的是不規(guī)則變動(dòng)，有的是周期性變動(dòng)。二、生物群落的結(jié)構(gòu)和演替1.群落的結(jié)構(gòu)群落有一定的結(jié)構(gòu)。群落內(nèi)部不同生活型的生物，在垂直和水平空間中的配置叫群落的結(jié)構(gòu)。如森林群落中，植物在垂直方向形成的分層現(xiàn)象叫垂直結(jié)構(gòu)；林地中的植物沿著水平方向分布成不同小群落的現(xiàn)象叫做水平結(jié)構(gòu)。由于水分、熱量及兩者的配合情況不同，植物的分布隨經(jīng)度、緯度和海拔高度變化而呈地帶性分布。如我國(guó)溫帶（北緯約42）植被的經(jīng)向地帶性由東向西表現(xiàn)為：落葉闊葉林（濕潤(rùn)區(qū)） 森林草原帶（半濕潤(rùn)區(qū)）草原帶（半干旱區(qū)）半荒漠帶、荒漠帶（干旱區(qū)）荒漠帶（極端干旱區(qū)）。又如北半球自南向北表現(xiàn)緯度地帶性，依次出現(xiàn)：熱帶雨林（熱帶）常綠闊葉林（亞熱帶）落葉闊葉林（溫帶）針葉林（寒溫帶）苔原（寒帶）。另外，我國(guó)長(zhǎng)白山，從山麓到山頂表現(xiàn)因海拔不同的垂直地帶性，依次為：落葉闊葉林針闊混合林云冷杉暗針葉林岳樺矮曲林小灌木、苔原。2.群落的演替生物群落不是一成不變的，群落隨時(shí)間的推進(jìn)而發(fā)生的有規(guī)律的變化叫群落的演替。生物群落往往是個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，會(huì)隨時(shí)間推移而變化和發(fā)展。群落經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，內(nèi)部一些物種消失，另一些物種取代了它，并繁衍旺盛起來(lái)，最后新的群落代替原有的群落。群落演替有原生演替和次生演替兩種。在原先沒(méi)有生命的地方，即原生裸地上發(fā)生的演替，叫原生演替。原生裸地包括裸露的巖石、河流沖刷形成的平原、沿海沙地、冰川和火山地區(qū)等。演替最后終止在一種穩(wěn)定狀態(tài)，即達(dá)到頂極。次生演替是在一個(gè)群落被破壞，但并未完全被消滅的地區(qū)所發(fā)生的演替。如荒棄的耕地、森林被砍伐或遭火災(zāi)后所經(jīng)歷的演替過(guò)程，即次生演替。次生演替不是從無(wú)開(kāi)始，它的演替過(guò)程比原生演替快。植物群落的原生演替類(lèi)型中，從巖石表面開(kāi)始的旱生演替和從湖底開(kāi)始的水生演替的典型性，分別代表極干和多水兩極端類(lèi)型。旱生演替有以下五個(gè)階段：地衣植物群落階段苔蘚植物群落階段草本植物群落階段灌木群落階段頂極群落階段（喬木群落階段）。水生演替過(guò)程：沉水植物群落階段浮水植物階段挺水植物群落階段濕生草本植物群落階段灌叢、疏林植物群落階段頂極群落階段。在自然界里，群落的演替是普遍現(xiàn)象，而且是有一定規(guī)律的。人們掌握了這種規(guī)律，就能根據(jù)現(xiàn)有情況來(lái)預(yù)測(cè)群落的未來(lái)，從而正確地掌握群落的動(dòng)向，使之朝著有利于人類(lèi)的方向發(fā)展。例如，在草原地區(qū)，應(yīng)該科學(xué)地分析牧場(chǎng)的載畜量，做到合理放牧。如果載畜量過(guò)大，就會(huì)造成牧草的過(guò)度消耗，引起群落的演替優(yōu)質(zhì)牧草減少，甚至消耗殆盡，雜草就會(huì)取而代之。因此，應(yīng)該采取措施防止出現(xiàn)這種有害的群落演替趨勢(shì)。三、典型例題分析例1按一對(duì)夫婦兩個(gè)孩子計(jì)算，人口學(xué)家統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，墨西哥等發(fā)展中國(guó)家的人口翻一番大約2040年，美國(guó)4080年，瑞典人口將會(huì)相對(duì)穩(wěn)定，德國(guó)人口將減少。預(yù)測(cè)人口的這種增減動(dòng)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.出生率和死亡率分析：種群既然是許多同種個(gè)體組成的有機(jī)單元，它也就具有了單獨(dú)個(gè)體不可能有的特征。如種群密度、年齡組成、性別比例、出生率和死亡率等。人口的出生率和死亡率是影響人口增減的因素之一，是影響人口動(dòng)態(tài)的直接因素。在人的群體中，性別比例大體相當(dāng)。對(duì)一個(gè)種群數(shù)量動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)，顯然取決于該種群的年齡組成。一個(gè)年輕個(gè)體占優(yōu)勢(shì)的種群，它預(yù)示著種群的大小和密度將有很大的發(fā)展，因?yàn)殛懤m(xù)進(jìn)入生殖年齡的個(gè)體會(huì)越來(lái)越多，是一個(gè)急劇增長(zhǎng)的年齡結(jié)構(gòu)。目前大多數(shù)的發(fā)展中國(guó)家，人口的年齡結(jié)構(gòu)都屬于急劇增長(zhǎng)型；美國(guó)則屬于緩慢增長(zhǎng)型；德國(guó)屬于衰退型。本題中人口動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的依據(jù)是年齡組成，這種增長(zhǎng)趨勢(shì)是由種群的年齡組成特點(diǎn)決定的。答案：B例2下列敘述中，屬于種群的是A.一片森林中的昆蟲(chóng)B.一片墓地里的狗尾草C.一棵樹(shù)上的寄生物D.一座山峰上的樹(shù)分析：種群強(qiáng)調(diào)的是“同種”生物的總和；而群落指的是各種生物的總和。A答案中的“昆蟲(chóng)”，肯定不是一個(gè)種群，僅昆蟲(chóng)就有成百上千種，因此A是錯(cuò)誤的。C答案中的“寄生物”，也不是一個(gè)種群，寄生物是指生活在這棵樹(shù)表面和內(nèi)部的，各寄生生物，它們也不可能是一個(gè)種，因此C答案也是錯(cuò)誤的。D答案明顯錯(cuò)誤。B答案中“一片墓地里的狗尾草”屬于一個(gè)種群，因?yàn)槟沟匾话悴粫?huì)很大，無(wú)論有多少狗尾草，都是指同一種植物。答案：B例3在什么條件下種群才會(huì)呈“J”型曲線增長(zhǎng)A.當(dāng)只有食物受到限制時(shí)B.在物種適宜的環(huán)境中食物開(kāi)始出現(xiàn)不足，但還不至于影響到該物種在這里生存C.只有沒(méi)有捕食者D.只有在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)條件下分析：因?yàn)榉N群的“J”型增長(zhǎng)只有在空間無(wú)限、資源無(wú)限和不存在任何天敵的條件下才有可能，而這樣理想的條件只有在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)才能存在。所以D正確。A、B、C都不符合“J”型曲線的增長(zhǎng)的條件。答案：D例4有一個(gè)陰濕性山洼草叢中，有一堆長(zhǎng)滿苔蘚的腐木，其中聚集著螞蟻、蚯蚓和蜘蛛、老鼠等動(dòng)物，這些生物它們共同構(gòu)成了一個(gè)A.生物群落B.種群C.生態(tài)系統(tǒng)D.生物群體分析：根據(jù)群落、種群、生態(tài)系統(tǒng)的概念，該題的正確答案是A。因?yàn)榉N群是同種生物個(gè)體的集合；生態(tài)系統(tǒng)包括群落和無(wú)機(jī)環(huán)境；群體是某些生物的集合，而不是生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次概念。答案：A例5下列關(guān)于生物群落結(jié)構(gòu)的敘述不正確的是A.在垂直方向上，群落具有分層現(xiàn)象B.動(dòng)物在群落中的垂直分布依賴于植物C.在水平方向上，生物種類(lèi)分布也有差異D.在動(dòng)物群落中沒(méi)有水平結(jié)構(gòu)分析：生物群落的結(jié)構(gòu)是指群落中各種生物在空間上的配置狀況，在垂直方向有明顯的分層現(xiàn)象。在水平方向上，由于地形的起伏、光照的明暗、濕度的大小等因素的影響，生物種類(lèi)的分布也往往有差異，動(dòng)物的生存直接或間接地依賴于植物，所以動(dòng)物也有水平結(jié)構(gòu)。答案：D例6右圖為某種群在不同生態(tài)環(huán)境中的增長(zhǎng)曲線，請(qǐng)仔細(xì)分析圖上曲線后回答下列問(wèn)題：（1）如果種群處在一個(gè)理想的環(huán)境中，沒(méi)有資源和空間的限制，種群內(nèi)個(gè)體的增長(zhǎng)曲線是_，用達(dá)爾文進(jìn)化的觀點(diǎn)分析，這是由于生物具有_特性。（2）如果將該種群置于有限制的自然環(huán)境中，種群內(nèi)個(gè)體數(shù)量的增長(zhǎng)曲線是_。用達(dá)爾文的進(jìn)化觀點(diǎn)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_、_、_和_。分析：種群增長(zhǎng)的基本模式有兩種：一是假定無(wú)資源、空間等限制條件下的指數(shù)增長(zhǎng)模型（“J”型增長(zhǎng)曲線），因?yàn)橘Y源和空間是無(wú)限大的，所以生物可以充分發(fā)揮它的繁殖潛力，即達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)中的“過(guò)渡繁殖”種群數(shù)量的增長(zhǎng)呈指數(shù)式增長(zhǎng)，如圖中曲線a；二是有資源、空間等限制條件下的邏輯斯蒂增長(zhǎng)模型（“S”型增長(zhǎng)曲線），因?yàn)樵趯?shí)際的生態(tài)系統(tǒng)，資源和空間都是有限的，種群增長(zhǎng)的起始階段，種群很少，每個(gè)個(gè)體都能有足夠的資源和空間。所以還以某種形式的指數(shù)增長(zhǎng)模式增長(zhǎng)，但隨著種群數(shù)量的增加，每個(gè)個(gè)體得到的資源和空間越來(lái)越小，生存壓力越來(lái)越大，種群內(nèi)某些個(gè)體因承受不了生存壓力，死亡率也開(kāi)始增加，種群增長(zhǎng)速度放慢，越接近環(huán)境的容納量，種群的增長(zhǎng)速度越慢，達(dá)到環(huán)境容納量時(shí)，種群內(nèi)的出生率和死亡率相等，種群的增長(zhǎng)率等于零，如圖中的曲線b。答案：（1）a過(guò)度繁殖（2）b通過(guò)生存斗爭(zhēng)被淘汰的個(gè)體數(shù)量（3）年齡組成性別比例出生率死亡率例7下面是從前家庭釀酒的具體操作過(guò)程：先將米煮熟，等冷卻至30 時(shí)，加水少許和一定量的酒藥（實(shí)際是酵母菌種）與米飯混勻后置于一瓷壇內(nèi)（其他容器也可），在中間要挖一個(gè)洞，加蓋后置于適當(dāng)?shù)牡胤奖兀?8 ），12 h即成?，F(xiàn)請(qǐng)你從以下幾個(gè)方面對(duì)其發(fā)酵過(guò)程作一個(gè)簡(jiǎn)單的分析：（1）在中間挖一個(gè)洞的目的是_。（2）請(qǐng)你在右邊的坐標(biāo)圖上畫(huà)出在發(fā)酵壇內(nèi)種群數(shù)量增長(zhǎng)的曲線。并分析原因_。（3）發(fā)酵壇沒(méi)有密封，但壇內(nèi)無(wú)氧發(fā)酵的環(huán)境是由什么造成的？寫(xiě)出發(fā)酵反應(yīng)式_。（4）請(qǐng)你用文字或坐標(biāo)曲線的形式來(lái)說(shuō)明在發(fā)酵壇內(nèi)有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的此消彼長(zhǎng)的過(guò)程。（5）試計(jì)算每摩爾酒精所含能量_。（6）在具體操作過(guò)程中，要根據(jù)米飯的多少加適量的酒藥，如把握不住，寧多勿少，如果加少了將引起什么后果？為什么？酶分析：本題是一道綜合性強(qiáng)的題，涉及生物、化學(xué)和物理的知識(shí)，主要考查了酵母菌（無(wú)氧呼吸）和有氧呼吸關(guān)系、化學(xué)反應(yīng)及能量代謝的有關(guān)知識(shí)。（1）在壇中挖洞的目的是增加透氧性，保證酵母菌在開(kāi)始生長(zhǎng)時(shí)有足夠的氧氣，進(jìn)行有氧呼吸，代謝旺盛，無(wú)性繁殖快。（2）如右圖，其原因是隨著酵母菌種群數(shù)量的不斷增多，環(huán)境的制約因素（如食物、空間等）增大，最終趨向平衡；因此，酵母菌種群數(shù)量的增長(zhǎng)是一個(gè)“S”型曲線，或稱為邏輯斯蒂曲線。（3）酵母菌有氧呼吸時(shí)產(chǎn)生的水分逐漸增多，發(fā)酵基質(zhì)液面逐漸升高最后沒(méi)入水中，水中的氧被耗完后，造成無(wú)氧環(huán)境，發(fā)酵反應(yīng)式為：C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量。（4）開(kāi)始時(shí)進(jìn)行有氧呼吸，隨著氧氣逐漸減少，有氧呼吸逐漸減弱，無(wú)氧呼吸逐漸增強(qiáng)，當(dāng)氧氣被完全消耗時(shí)就轉(zhuǎn)入發(fā)酵，產(chǎn)生大量的酒精，如右圖。（5）1 mol C6H12O6含有2870 kJ的能量，完全發(fā)酵（酒精發(fā)酵）釋放出225.94 kJ的能量，只有61.08用于合成ATP。據(jù)此可推知仍有2870-225.94=2644.03 kJ存在于2 mol的酒精分子中，每摩爾酒精所含能量為1322.015 kJ的能量。（6）開(kāi)始加適量的酵母菌是為了酵母菌種群有足夠的起始密度，并能在較短時(shí)間內(nèi)繁殖大量的個(gè)體占據(jù)整個(gè)生存空間。如果酵母菌種群起始密度過(guò)小，占據(jù)整個(gè)生存空間所用的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就極有可能導(dǎo)致其他雜菌侵入而使發(fā)酵失敗。答案：（略）