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2019-2020年高中生物 （人教大綱版）第二冊 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（J型）和邏輯斯蒂增長（S型）的幾點(diǎn)說明 1.自然界的情況是非常復(fù)雜的，指數(shù)增長和邏輯斯蒂增長只能代表兩種典型情況，實(shí)際增長的類型是很多的。有的增長曲線接近“J”型，有的增長曲線接近于“S”型，還有許多中間過渡類型。 2.在教材“種群增長的‘J’型曲線”中，種群的增長可用指數(shù)方程N(yùn)t=N0λt（其中N為種群數(shù)量，t為時間，λ為種群年增長倍數(shù)）表示，只限于世代不相重疊種群。例如，假定某種動物一年只生殖一次，壽命只有一年，那么，這種動物的種群就是世代不相重疊的。如果種群是世代重疊的，種群的增長則為不間斷的連續(xù)增長。假定種群的其他特征與世代不重疊的種群相同，種群的瞬時增長率為γ，則種群仍表現(xiàn)為指數(shù)增長，可用下列方程表示：=γN，其積分式為Nt=N0eγt，其中N0、Nt、t的定義與世代不重疊種群增長模型相同，e=2.71828……，γ是種群的瞬時增長率。 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；如果種群數(shù)量N趨近于K值，表示空間幾乎全部被利用，種群增長曲線為“S”型；如果種群數(shù)量N由零逐漸增大到K值時，表示種群增長的“剩余空間”逐漸縮小，種群的增長潛能就會降低，這種抑制種群增長的效應(yīng)稱為擁擠效應(yīng)或環(huán)境阻力。 4.沒有證據(jù)表明種群經(jīng)過邏輯斯蒂增長后，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。自然種群的數(shù)量是經(jīng)常處在變動之中的，有的是不規(guī)則變動，有的是周期性變動。 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（濕潤區(qū)） →森林草原帶（半濕潤區(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，我國長白山，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。 生物群落往往是個動態(tài)系統(tǒng)，會隨時間推移而變化和發(fā)展。群落經(jīng)過一段時間后，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，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)歷的演替過程，即次生演替。次生演替不是從無開始，它的演替過程比原生演替快。植物群落的原生演替類型中，從巖石表面開始的旱生演替和從湖底開始的水生演替的典型性，分別代表極干和多水兩極端類型。 旱生演替有以下五個階段：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)有情況來預(yù)測群落的未來，從而正確地掌握群落的動向，使之朝著有利于人類的方向發(fā)展。例如，在草原地區(qū)，應(yīng)該科學(xué)地分析牧場的載畜量，做到合理放牧。如果載畜量過大，就會造成牧草的過度消耗，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。 三、典型例題分析 ［例1］按一對夫婦兩個孩子計算，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20~40年，美國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 分析：種群既然是許多同種個體組成的有機(jī)單元，它也就具有了單獨(dú)個體不可能有的特征。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，是影響人口動態(tài)的直接因素。在人的群體中，性別比例大體相當(dāng)。對一個種群數(shù)量動態(tài)的預(yù)測，顯然取決于該種群的年齡組成。一個年輕個體占優(yōu)勢的種群，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)入生殖年齡的個體會越來越多，是一個急劇增長的年齡結(jié)構(gòu)。目前大多數(shù)的發(fā)展中國家，人口的年齡結(jié)構(gòu)都屬于急劇增長型；美國則屬于緩慢增長型；德國屬于衰退型。本題中人口動態(tài)預(yù)測的依據(jù)是年齡組成，這種增長趨勢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 B.一片墓地里的狗尾草 C.一棵樹上的寄生物 D.一座山峰上的樹 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”，肯定不是一個種群，僅昆蟲就有成百上千種，因此A是錯誤的。C答案中的“寄生物”，也不是一個種群，寄生物是指生活在這棵樹表面和內(nèi)部的，各寄生生物，它們也不可能是一個種，因此C答案也是錯誤的。D答案明顯錯誤。B答案中“一片墓地里的狗尾草”屬于一個種群，因?yàn)槟沟匾话悴粫艽?，無論有多少狗尾草，都是指同一種植物。 答案：B ［例3］在什么條件下種群才會呈“J”型曲線增長 A.當(dāng)只有食物受到限制時 B.在物種適宜的環(huán)境中食物開始出現(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”型增長只有在空間無限、資源無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”型曲線的增長的條件。 答案：D ［例4］有一個陰濕性山洼草叢中，有一堆長滿苔蘚的腐木，其中聚集著螞蟻、蚯蚓和蜘蛛、老鼠等動物，這些生物它們共同構(gòu)成了一個 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群是同種生物個體的集合；生態(tài)系統(tǒng)包括群落和無機(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，生物種類分布也有差異 D.在動物群落中沒有水平結(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，生物種類的分布也往往有差異，動物的生存直接或間接地依賴于植物，所以動物也有水平結(jié)構(gòu)。 答案：D ［例6］右圖為某種群在不同生態(tài)環(huán)境中的增長曲線，請仔細(xì)分析圖上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)個體的增長曲線是______，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)個體數(shù)量的增長曲線是______。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：種群增長的基本模式有兩種：一是假定無資源、空間等限制條件下的指數(shù)增長模型（“J”型增長曲線），因?yàn)橘Y源和空間是無限大的，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)說中的“過渡繁殖”種群數(shù)量的增長呈指數(shù)式增長，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模型（“S”型增長曲線），因?yàn)樵趯?shí)際的生態(tài)系統(tǒng)，資源和空間都是有限的，種群增長的起始階段，種群很少，每個個體都能有足夠的資源和空間。所以還以某種形式的指數(shù)增長模式增長，但隨著種群數(shù)量的增加，每個個體得到的資源和空間越來越小，生存壓力越來越大，種群內(nèi)某些個體因承受不了生存壓力，死亡率也開始增加，種群增長速度放慢，越接近環(huán)境的容納量，種群的增長速度越慢，達(dá)到環(huán)境容納量時，種群內(nèi)的出生率和死亡率相等，種群的增長率等于零，如圖中的曲線b。 答案：（1）a　過度繁殖?。?）b　通過生存斗爭被淘汰的個體數(shù)量?。?）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程：先將米煮熟，等冷卻至30 ℃時，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），在中間要挖一個洞，加蓋后置于適當(dāng)?shù)牡胤奖兀?8 ℃），12 h即成。現(xiàn)請你從以下幾個方面對其發(fā)酵過程作一個簡單的分析： （1）在中間挖一個洞的目的是______。 （2）請你在右邊的坐標(biāo)圖上畫出在發(fā)酵壇內(nèi)種群數(shù)量增長的曲線。并分析原因______。 （3）發(fā)酵壇沒有密封，但壇內(nèi)無氧發(fā)酵的環(huán)境是由什么造成的？寫出發(fā)酵反應(yīng)式______。 （4）請你用文字或坐標(biāo)曲線的形式來說明在發(fā)酵壇內(nèi)有氧呼吸和無氧呼吸的此消彼長的過程。 （5）試計算每摩爾酒精所含能量______。 （6）在具體操作過程中，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，主要考查了酵母菌（無氧呼吸）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。（1）在壇中挖洞的目的是增加透氧性，保證酵母菌在開始生長時有足夠的氧氣，進(jìn)行有氧呼吸，代謝旺盛，無性繁殖快。（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)量的增長是一個“S”型曲線，或稱為邏輯斯蒂曲線。（3）酵母菌有氧呼吸時產(chǎn)生的水分逐漸增多，發(fā)酵基質(zhì)液面逐漸升高最后沒入水中，水中的氧被耗完后，造成無氧環(huán)境，發(fā)酵反應(yīng)式為：C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量。（4）開始時進(jìn)行有氧呼吸，隨著氧氣逐漸減少，有氧呼吸逐漸減弱，無氧呼吸逐漸增強(qiáng)，當(dāng)氧氣被完全消耗時就轉(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，并能在較短時間內(nèi)繁殖大量的個體占據(jù)整個生存空間。如果酵母菌種群起始密度過小，占據(jù)整個生存空間所用的時間過長，就極有可能導(dǎo)致其他雜菌侵入而使發(fā)酵失敗。 答案：（略）