安徽 楊雙雙

(作者單位：安徽省長豐縣實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué))

“綠水青山就是金山銀山”。學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)學(xué)生形成生態(tài)意識(shí)提出了明確要求。高考試題對(duì)生物與環(huán)境內(nèi)容的考查也得到了深化。

本文通過對(duì)近幾年高考卷中有關(guān)種群數(shù)量變化曲線圖的試題進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的復(fù)習(xí)建議和應(yīng)對(duì)策略。

1.高考種群數(shù)量變化曲線圖題型分析

題型1 出生率、死亡率與種群密度

【例1】(2021年，廣東卷，第6題)圖1示某“S”型增長種群的出生率和死亡率與種群數(shù)量的關(guān)系。當(dāng)種群達(dá)到環(huán)境容納量(K值)時(shí)，其對(duì)應(yīng)的種群數(shù)量是 ( )

圖1

A.aB.bC.cD.d

【答案】B

【解析】據(jù)圖分析可知，b點(diǎn)之前，出生率>死亡率，種群密度增加；在b點(diǎn)時(shí)，出生率=死亡率，種群數(shù)量不再增加，說明生物種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境容納量(K值)，B正確。

題型2 種群數(shù)量變化曲線

【例2】(2019年，全國卷Ⅰ，第6題)某實(shí)驗(yàn)小組用細(xì)菌甲(異養(yǎng)生物)作為材料來探究不同條件下種群增長的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)組，每組接種相同數(shù)量的細(xì)菌甲后進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中定時(shí)更新培養(yǎng)基，三組的更新時(shí)間間隔分別為3 h、10 h、23 h，得到a、b、c三條種群增長曲線，如圖2所示。下列敘述錯(cuò)誤的是 ( )

圖2

A.細(xì)菌甲能夠?qū)⑴囵B(yǎng)基中的有機(jī)物分解成無機(jī)物

B.培養(yǎng)基更換頻率的不同，可用來表示環(huán)境資源量的不同

C.在培養(yǎng)到23 h之前，a組培養(yǎng)基中的營養(yǎng)和空間條件都是充裕的

D.培養(yǎng)基更新時(shí)間間隔為23 h時(shí)，種群增長不會(huì)出現(xiàn)“J”型增長階段

【答案】D

【解析】種群的增長曲線包括“J”型和“S”型。在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等理想條件下，種群數(shù)量會(huì)呈“J”型曲線連續(xù)增長。但自然界資源和空間是有限的，隨著種群密度的上升，種群數(shù)量增長就會(huì)減緩，直至停止增長，使種群數(shù)量呈“S”型增長。細(xì)菌甲是異養(yǎng)生物，通過將外界環(huán)境中的有機(jī)物分解成無機(jī)物，給自身提供營養(yǎng)物質(zhì)，A正確；更換培養(yǎng)基為細(xì)菌提供了新的營養(yǎng)物質(zhì)并除去了代謝廢物，降低了種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，B正確；根據(jù)圖2可知，在23 h前，細(xì)菌甲的生長曲線呈現(xiàn)“J”型，表示a組的資源空間充足，C正確；c組曲線在種群數(shù)量到達(dá)K/2之前，其增長趨勢(shì)符合“J”型增長曲線階段，D錯(cuò)誤。

題型3 種群增長率

【例3】(2018年，浙江卷4月，第18題)在對(duì)某自然保護(hù)區(qū)內(nèi)甲、乙兩個(gè)不同物種的種群數(shù)量進(jìn)行了調(diào)查之后，又開展了連續(xù)4年的跟蹤調(diào)查，計(jì)算其L值(L=當(dāng)年末種群個(gè)體數(shù)量/前一年末種群個(gè)體數(shù)量)，結(jié)果如圖3所示。下列關(guān)于這4年調(diào)查期間的種群數(shù)量變化的敘述，錯(cuò)誤的是 ( )

圖3

A.第1年末甲乙兩種群的增長速率不一定相等

B.第2年末乙種群數(shù)量不一定大于甲

C.第3年末乙種群數(shù)量達(dá)到了最大值

D.這4年中甲種群每年增加的數(shù)量是相等的

【答案】D

【解析】已知L值=當(dāng)年末種群個(gè)體數(shù)量/前一年末種群個(gè)體數(shù)量，即當(dāng)L值=1時(shí)，種群數(shù)量保持不變；L值>1時(shí)，種群數(shù)量呈上升趨勢(shì)；L值<1時(shí)，種群數(shù)量呈下降趨勢(shì)。因兩種群的起始數(shù)量未知，第一年末兩種群的L值也不同，因此不能確定甲、乙兩種群的增長速率，A正確；第2年末甲種群的L值<乙種群，若甲種群起始數(shù)量明顯大于乙種群，第2年末乙種群數(shù)量可能小于甲，B正確；只要是L值>1.0，種群的數(shù)量就在增加，據(jù)此分析圖3可知，第3年末乙種群數(shù)量達(dá)到了最大值，C正確；這4年中，甲種群的L值均為1.5，即每年都是上一年的1.5倍，說明甲種群的數(shù)量逐年增加，每年增加的數(shù)量不相等，D錯(cuò)誤。

題型4 群落中的種間關(guān)系

【例4】(2021年，山東卷，第10題)某種螺可以捕食多種藻類，但捕食喜好不同。L、M兩玻璃缸中均加入相等數(shù)量的甲、乙、丙三種藻，L中不放螺，M中放入100只螺。一段時(shí)間后，將M中的螺全部移入L中，并開始統(tǒng)計(jì)L、M中的藻類數(shù)量，結(jié)果如圖4所示。實(shí)驗(yàn)期間螺數(shù)量不變，下列說法正確的是 ( )

圖4

A.螺捕食藻類的喜好為甲藻>乙藻>丙藻

B.三種藻的競(jìng)爭(zhēng)能力為乙藻>甲藻>丙藻

C.圖示L中使乙藻數(shù)量在峰值后下降的主要種間關(guān)系是競(jìng)爭(zhēng)

D.甲、乙、丙藻和螺構(gòu)成一個(gè)微型的生態(tài)系統(tǒng)

【答案】A

【解析】據(jù)題意分析，L缸不放螺，作為空白對(duì)照組。M中放入100只螺，結(jié)合兩個(gè)曲線圖可知，在放入螺之前，甲藻數(shù)量多，乙藻數(shù)量其次，丙藻數(shù)量較少，故甲藻為優(yōu)勢(shì)種。放入螺之后，甲藻的數(shù)量減少明顯，乙藻其次，丙藻數(shù)量增加，說明螺捕食藻類的喜好為甲藻>乙藻>丙藻，且三種藻的競(jìng)爭(zhēng)能力為甲藻>乙藻>丙藻，A正確、B錯(cuò)誤；L中乙藻數(shù)量在達(dá)到峰值后下降，主要原因應(yīng)該是引入了螺，C錯(cuò)誤；生態(tài)系統(tǒng)是由該區(qū)域所有生物和生物所處的無機(jī)環(huán)境構(gòu)成，甲、乙、丙藻只是該區(qū)域的部分生物，D錯(cuò)誤。

2.專題復(fù)習(xí)策略

2.1梳理核心概念，建立模型

種群的數(shù)量特征是種群的最基本特征，種群密度又是種群最基本的數(shù)量特征。因此，種群的數(shù)量變化規(guī)律是研究種群的核心問題，在復(fù)習(xí)時(shí)，教師要把這部分內(nèi)容作為重點(diǎn)。通過一輪復(fù)習(xí)學(xué)生對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)已經(jīng)了解，現(xiàn)在需要將核心知識(shí)融會(huì)貫通，重點(diǎn)提升科學(xué)思維方法和解題技巧等。

2.1.1創(chuàng)設(shè)情境，梳理核心概念

基于大單元理念，在復(fù)習(xí)課教學(xué)中，教師可以以稻田生態(tài)系統(tǒng)為大情境，設(shè)置探究性學(xué)習(xí)任務(wù)，通過問題串引導(dǎo)學(xué)生積極思考，以幫助學(xué)生明確核心概念。

稻田中的種群有哪些？以其中一種種群為例(例如青蛙)談?wù)劮N群的數(shù)量特征有哪些。在該生態(tài)系統(tǒng)中，種群之間、生物與環(huán)境之間相互作用的情況有哪些。種群的數(shù)量變動(dòng)有哪幾種類型？種群的數(shù)量增長有什么類型，受何種因素影響？種群的增長模型有什么應(yīng)用？

通過小組合作學(xué)習(xí)，師生討論，學(xué)生形成對(duì)影響種群數(shù)量變化的因素這一核心概念的正確認(rèn)識(shí)。逐步明確陽光、溫度、水、氣候等非生物因素是影響種群數(shù)量變化的非密度制約因素；不同物種之間的相互作用，包括食物、捕食、競(jìng)爭(zhēng)、寄生、疾病等是影響種群數(shù)量變化的密度制約因素；此外，動(dòng)物的領(lǐng)域行為等種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，也是影響種群數(shù)量變化的密度制約因素。

2.1.2嘗試建立數(shù)學(xué)模型解釋種群的數(shù)量變化

生物學(xué)中的數(shù)學(xué)模型是對(duì)生物學(xué)知識(shí)、原理、規(guī)律的高度概括性描述和直觀呈現(xiàn)的形象化手段，也是培養(yǎng)學(xué)生分析推理能力的重要載體，這在種群數(shù)量變化學(xué)習(xí)中尤為突出。但對(duì)兩個(gè)相近的概念——增長率和增長速率，學(xué)生容易混淆。種群的增長率指的是單位時(shí)間內(nèi)種群數(shù)量增加的量占初始數(shù)量的比例(比率)，是一個(gè)百分比，無單位。自然增長率等于出生率減去死亡率，即增長率=(Nt-Nt-1)/Nt-1×100%。種群的增長速率指的是種群數(shù)量在單位時(shí)間內(nèi)的改變數(shù)值，有單位，如個(gè)/年等，即增長速率=(Nt-Nt-1)/t(個(gè)/年)。

二者確實(shí)有所不同，結(jié)合高中數(shù)學(xué)的導(dǎo)數(shù)知識(shí)進(jìn)行分析可知，“J”型增長曲線和“S”型增長曲線都是連續(xù)增長曲線，函數(shù)可導(dǎo)。因此，種群的瞬時(shí)增長速率其實(shí)就是增長曲線的導(dǎo)數(shù)。因?yàn)閷?dǎo)數(shù)的幾何意義是該函數(shù)曲線在這一點(diǎn)上的切線斜率。所以，可以通過建立增長曲線的切線，根據(jù)切線斜率變化，直觀地對(duì)種群增長速率進(jìn)行比較和判斷。

下面以“J”型增長曲線為例，分析增長率與增長速率的差別，并進(jìn)一步尋找其變化規(guī)律。如圖5所示，過A點(diǎn)作切線AB，再過A、B兩點(diǎn)分別向X軸、Y軸作垂線，得到C、D兩點(diǎn)。其中,BC為該時(shí)間段內(nèi)種群數(shù)量的增加數(shù)值,AC為所用時(shí)間,因此種群在該時(shí)間段內(nèi)的增長速率就是過A點(diǎn)的切線斜率BC/AC；而該時(shí)間段內(nèi)種群的增長率應(yīng)該是BC/OD。

通過討論，綜合分析，師生共同完成下面兩項(xiàng)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建。

(1)種群數(shù)量變化及曲線分析

類型“J”型增長“S”型增長數(shù)量變化曲線增長率變化曲線增長速率變化曲線

(2)“S”型增長模型中K值的多種表示方法(圖6)

圖6

圖6中A、B、C、D時(shí)間所對(duì)應(yīng)的種群數(shù)量為K值，A′、C′、D′時(shí)間所對(duì)應(yīng)的種群數(shù)量為K/2值。

2.2重溫高考真題，“點(diǎn)穴”?？键c(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)

重溫高考真題，有利于明確復(fù)習(xí)方向，了解常見考點(diǎn)題型，查漏補(bǔ)缺攻克易錯(cuò)點(diǎn)。

(1)?？键c(diǎn)分析

常考點(diǎn)包括“J”型增長與“S”型增長的比較；種群數(shù)量變化規(guī)律的應(yīng)用分析，與年齡結(jié)構(gòu)類型、生物進(jìn)化結(jié)合考查的形式；酵母菌種群數(shù)量變化的探究實(shí)驗(yàn)問題分析等。

(2)易錯(cuò)點(diǎn)分析

環(huán)境容納量不等于種群所能達(dá)到的最大值。環(huán)境容納量是指在自然環(huán)境不受破壞的情況下，一定空間中所能容納的種群數(shù)量的最大值；而種群所能達(dá)到的最大數(shù)量是種群在某一時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)的最大值，這個(gè)值可能大于環(huán)境容納量。種群數(shù)量常在K值上下波動(dòng)。

種群數(shù)量增加，種群密度不一定增加。種群密度強(qiáng)調(diào)的是“單位面積或單位體積的個(gè)體數(shù)”。

涉及雙縱坐標(biāo)曲線圖時(shí)，需要特別關(guān)注兩個(gè)縱坐標(biāo)的刻度比例是否一致，不能簡(jiǎn)單地看曲線的交點(diǎn)，就認(rèn)為兩個(gè)變量的數(shù)值是相等的。

2.3加強(qiáng)模擬訓(xùn)練，提升能力

2.3.1模擬題

利福霉素是一種有效的抗結(jié)核病藥，圖7為在一固定容器內(nèi)用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)結(jié)核桿菌并測(cè)定其種群數(shù)量變化的結(jié)果，其中在a點(diǎn)向培養(yǎng)基中添加了一定量利福霉素，b點(diǎn)更換成含利福霉素的培養(yǎng)液，下列相關(guān)敘述正確的是 ( )

圖7

A.突變和基因重組為結(jié)核桿菌的進(jìn)化提供了原材料

B.a點(diǎn)時(shí)使用利福霉素導(dǎo)致結(jié)核桿菌產(chǎn)生抗利福霉素基因

C.c點(diǎn)時(shí)結(jié)核桿菌種群中抗利福霉素基因的基因頻率比a點(diǎn)時(shí)高

D.d點(diǎn)之后結(jié)核桿菌數(shù)量的下降是再次加入利福霉素的結(jié)果

【答案】C

2.3.2解題策略

學(xué)生需要通過歸納梳理，建立解題思路和答題模板，并將此類曲線圖題的解題策略整合到自己的知識(shí)體系和框架中，為解答細(xì)胞代謝、植物激素調(diào)節(jié)等其他相關(guān)曲線圖問題提供參考。

(1)第一步：審題識(shí)圖

關(guān)鍵要做到三看：

一看橫、縱坐標(biāo)所表示的生物學(xué)含義。厘清橫、縱坐標(biāo)的關(guān)系，結(jié)合教材,聯(lián)系相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)。這是理解題意和進(jìn)行正確思維的前提。

二看曲線中的特殊點(diǎn)。頂點(diǎn)、始終點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、交叉點(diǎn)等所表示的生物學(xué)意義。

三看曲線的走向變化趨勢(shì)，上升、下降、波動(dòng)變化等。

(2)第二步：解題析圖

①聯(lián)想。在認(rèn)真審題識(shí)圖的基礎(chǔ)上，通過聯(lián)想，找準(zhǔn)理論原理。

②信息轉(zhuǎn)換。對(duì)坐標(biāo)軸或題干中的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成自己較熟悉的形式，將自變量(x)與因變量(y)建立起聯(lián)系。

③化繁為簡(jiǎn)，遵循“單一變量原則”。對(duì)于多變量曲線圖，進(jìn)行控制變量處理，單獨(dú)分析其中一個(gè)自變量(x1)對(duì)因變量(y)的影響，再單獨(dú)分析第二個(gè)自變量(x2)對(duì)因變量(y)的影響。

④綜合分析，得出結(jié)論。在以上分析基礎(chǔ)上，合理地解釋曲線圖所表達(dá)的相關(guān)含義，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，有效處理，綜合分析，得到答案。