黑龍江省海林市高中生物 第四章 種群和群落 第二節(jié) 種群數(shù)量的變化導(dǎo)學(xué)案 新人教版必修3

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1、 第二節(jié) 種群數(shù)量的變化 【課標(biāo)點(diǎn)擊】 1、說(shuō)明建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法。 2、通過(guò)探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化，嘗試建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。 3、用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化。 4、關(guān)注人類(lèi)活動(dòng)對(duì)種群數(shù)量變化的影響。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：嘗試建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型，并據(jù)此解釋種群數(shù)量變化。 學(xué)習(xí)難點(diǎn)：建構(gòu)種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。 【導(dǎo)入設(shè)計(jì)】 同學(xué)們好，在上課之前呢，我們先來(lái)欣賞幾幅圖片：第一幅：這是鳳眼蓮，也就是我們平時(shí)說(shuō)的水葫蘆，它曾經(jīng)被喻為“美化世界的淡紫色花冠”，但是在20世紀(jì)被我國(guó)作為花卉和飼料引入后，卻成為了我國(guó)的災(zāi)難。因?yàn)闆](méi)有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和天敵，它們瘋狂的生長(zhǎng)，現(xiàn)在已

2、經(jīng)達(dá)到184萬(wàn)噸這樣一個(gè)重量。 再來(lái)看第二幅：這是什么？（金絲猴）對(duì)這是金絲猴，在以前，金絲猴的分布很廣，數(shù)量也很多，但是由于生境的破壞，它們的數(shù)量不斷減少，黔金絲猴就只剩下500-600只了，非?？上АＲ虼吮Ｗo(hù)它們是非常重要的。 從上面實(shí)例我們可以看到，像鳳眼蓮、金絲猴，這些種群的數(shù)量有的增加，有的減少，是處于一個(gè)怎么樣的狀態(tài)的呢？（變化的狀態(tài)）那這些變化是怎么樣發(fā)展的呢？又有沒(méi)有什么規(guī)律呢？我們能不能找到規(guī)律呢？這就是我們今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容——《種群數(shù)量的變化》。[板書(shū)：第二節(jié)種群數(shù)量的變化] 導(dǎo)入示例2： 【自主學(xué)習(xí)】 一、 構(gòu)建種群增長(zhǎng)模型的方法——數(shù)學(xué)模型 1．?dāng)?shù)學(xué)

3、模型：是用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的 的 形式。 2．研究方法或步驟： 提出問(wèn)題→提出 →根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用 對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)→檢驗(yàn)或修正 3．表達(dá)形式 例：在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒(méi)有限制的情況下，某種細(xì)菌每20分鐘就通過(guò)分裂繁殖一次。 （1） 用數(shù)學(xué)方程式表示：n代以后細(xì)菌的數(shù)量N （2）請(qǐng)將該細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)期的數(shù)量填入下表,并畫(huà)出細(xì)菌的種群增長(zhǎng)曲線： 時(shí)間（min） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 細(xì)菌數(shù)量

4、 數(shù)學(xué)方程式的優(yōu)點(diǎn)：科學(xué)、準(zhǔn)確； 曲線圖的優(yōu)點(diǎn)：能更 地反映出種群數(shù)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)。 二、 種群增長(zhǎng)的“J”型曲線 1．含義：在 條件下的種群，以 為橫坐標(biāo)，以 為縱坐標(biāo)畫(huà)出的曲線圖，曲線大致呈“J”型。 2．“J”型增長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型： （1）模型假設(shè)： 條件：在 條件充裕、氣候適宜、沒(méi)有敵害； 數(shù)量變化：種群的數(shù)量每年以 增長(zhǎng)，第二年的數(shù)量是第一年的 倍。 （2）建立模型：t年以后種群的數(shù)量表達(dá)式為：

5、 各參數(shù)含義：N0表示 ；Nt表示 t表示 ；λ表示 三、 種群增長(zhǎng)的“S”型曲線 1．含義：種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量 的曲線，稱(chēng)為“S”型曲線。 2．產(chǎn)生原因： 自然界的資源和空間總是 的，當(dāng)種群密度增大時(shí)，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)就會(huì) ，以該種群為食的動(dòng)物數(shù)量也會(huì) ，這就會(huì)使種群的出生率 ，死亡率 。當(dāng)種群的死亡率與出生率相等時(shí)，種群就穩(wěn)

6、定在一定的水平。 3．環(huán)境容納量：在環(huán)境條件 的情況下，一定空間中所能維持的種群 ，又稱(chēng) 值。 四、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降 1．影響因素 （1）自然因素： 、食物、 、傳染病等。 （2）人為因素：人類(lèi)活動(dòng)的影響 2．?dāng)?shù)量變化 大多數(shù)種群的數(shù)量總是在 中，在不利條件下，種群的數(shù)量還會(huì)急劇 甚至 。 3．研究意義 有害動(dòng)物 、野生動(dòng)物資源的 和利用，瀕危動(dòng)物的拯救和

7、。 教材精講 一、構(gòu)建種群增長(zhǎng)模型的方法 1.數(shù)學(xué)模型：用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。 2.建立數(shù)學(xué)模型的步驟 (1)觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題。 (2)提出合理的假設(shè)。 (3)根據(jù)所作的假設(shè)分析對(duì)象的因果關(guān)系，利用對(duì)象的內(nèi)在規(guī)律和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)造各個(gè)量間的等式或不等式關(guān)系或其他數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)，如：解方程、畫(huà)圖形等各種方法。 (4)通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正。 3．表達(dá)式與曲線圖的比較 數(shù)學(xué)方程式科學(xué)、準(zhǔn)確；曲線圖能更直觀地反映出種群數(shù)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)但不夠精確。 二、種群數(shù)量變化曲線分析 1.種群增長(zhǎng)的“J”型曲線

8、 （1）條件：理想狀態(tài)——食物和空間條件充裕，氣候適宜，沒(méi)有敵害等，有兩種情形： ①實(shí)驗(yàn)室條件下； ②當(dāng)一個(gè)種群剛遷入到一個(gè)新的適宜環(huán)境中時(shí)。 （2）特征：種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)，即第二年的數(shù)量是第一年的λ倍。 （3）建立模型(即規(guī)律)：Nt＝N0λt Nt：t年后種群數(shù)量；N0：種群的起始數(shù)量；λ：每年都保持的增長(zhǎng)率；t：年數(shù)。 （4）建立數(shù)學(xué)模型——曲線圖 2.種群增長(zhǎng)的“S型”曲線 (1)條件：自然界的資源和空間是有限的，如：食物、棲息場(chǎng)所等。 （2）曲線模型 曲線A：種群數(shù)量的變化。 曲線B：種群數(shù)量的增長(zhǎng)速率。 ①a點(diǎn)以前是對(duì)環(huán)境的適應(yīng)期，由于個(gè)體數(shù)

9、量少，所以增長(zhǎng)速率很小，種群數(shù)量增長(zhǎng)慢；②ab段是快速增長(zhǎng)期，某個(gè)體數(shù)量快速增長(zhǎng)，K/2時(shí)增長(zhǎng)速率達(dá)到最大，此時(shí)食物、空間相對(duì)充裕，天敵數(shù)量少； ③bc段，隨著種群密度的增加，個(gè)體因食物、空間和其他生活條件的爭(zhēng)奪而導(dǎo)致種內(nèi)斗爭(zhēng)加劇。達(dá)到K值時(shí)，種群出生率等于死亡率，種群數(shù)量保持相對(duì)穩(wěn)定。 （3）S型曲線的應(yīng)用 ①野生生物資源的保護(hù)：保護(hù)野生生物生活的環(huán)境，減小環(huán)境阻力，增大K值。 ②資源開(kāi)發(fā)與利用：種群數(shù)量在K/2時(shí)，種群增長(zhǎng)速率最大，再生能力最強(qiáng)，所以對(duì)養(yǎng)殖生物進(jìn)行捕撈時(shí)，被捕撈后的種群數(shù)量維持在K/2處，以保證持續(xù)獲取高產(chǎn)量。 ③有害生物的防治：增大環(huán)境阻力，（如增加天敵，減少生

10、存空間等）降低K值。另外有害生物的數(shù)量要控制在K/2以下，盡量在圖中a點(diǎn)以前采取消滅措施。 【提醒】種群數(shù)量的變化除增長(zhǎng)之外，還有波動(dòng)和下降。大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)中，在不利條件下，種群數(shù)量還有急劇下降甚至消亡。影響因素有①如氣候、食物、天敵、傳染病等自然因素，②人類(lèi)活動(dòng)的影響。 三、培養(yǎng)液中種群數(shù)量的變化 1．原理 (1)酵母菌屬兼性厭氧型微生物，有氧時(shí)產(chǎn)生二氧化碳和水，無(wú)氧時(shí)產(chǎn)生二氧化碳和酒精。 (2)用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，種群的增長(zhǎng)受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響。 (3)在理想環(huán)境中，酵母菌種群的增長(zhǎng)呈“J”型曲線；在有限的環(huán)境下，酵母菌種群的增長(zhǎng)呈“S”

11、型曲線。 2.探究步驟 (1)將10 mL無(wú)菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中。 (2)將酵母菌接種到試管中的培養(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(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量，采用抽樣檢測(cè)方法：將蓋玻片放在計(jì)數(shù)板上，用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入到計(jì)數(shù)板上的方格內(nèi)，顯微觀察計(jì)數(shù)一個(gè)方格內(nèi)的菌種數(shù)，已知小方格的培養(yǎng)液厚度為0.1 mm，計(jì)算出培養(yǎng)液體積，換算出10 mL培養(yǎng)液中酵母菌的總數(shù)。 (5)分析結(jié)果、得出結(jié)論：將所得數(shù)值用曲線表示出來(lái)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出酵母菌種群數(shù)量的變化規(guī)律。 3．注意事項(xiàng) (1)顯微鏡計(jì)數(shù)時(shí)，對(duì)于壓在

12、小方格界線上的酵母菌，應(yīng)只計(jì)數(shù)相鄰兩邊及其頂角的酵母菌。 (2)從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)前，需將試管輕輕振蕩幾次，目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，減少誤差。 (3)記錄結(jié)果最好用記錄表。表格如下： 次數(shù) 時(shí)間 1 2 3 4 5 6 …… 1 2 3 平均 (4)每天計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量的時(shí)間要固定。 (5)培養(yǎng)和記錄過(guò)程要尊重事實(shí)，真實(shí)記錄，不能主觀臆造。 4．表達(dá)和交流 (1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得如圖所示的增長(zhǎng)曲線。 (2)增長(zhǎng)曲線的總趨勢(shì)是先

13、上升再下降。 (3)影響酵母菌種群數(shù)量的因素可能有養(yǎng)料、溫度、pH及有害代謝廢物等。 5.酵母菌的計(jì)數(shù)方法 （1）儀器：血細(xì)胞計(jì)數(shù)板（如圖） 如圖：一個(gè)大方格的容積為0.1mm3，每個(gè)大方格又分為16個(gè)中方格，共有25×16個(gè)小方格。用計(jì)數(shù)公式計(jì)算1mL菌液中的總菌數(shù)，設(shè)四個(gè)中方格的總菌數(shù)為A，稀釋倍數(shù)為B，由于1mL=1000 mm3,所以 1mL菌液的總菌數(shù)=A/4×16×10000×B=40000A·B。 典例精析 〖例1〗自然界中生物種群增長(zhǎng)常表現(xiàn)為“S”型增長(zhǎng)曲線。下列有關(guān)種群增長(zhǎng)的正確說(shuō)法是 （ ） A、“S”型增長(zhǎng)曲線表示了種群數(shù)量和食物的關(guān)系 B、種群增長(zhǎng)率

14、在各階段是不相同的 C、“S”型增長(zhǎng)曲線表示種群數(shù)量與時(shí)間無(wú)關(guān) D、種群增長(zhǎng)不受種群密度制約 解析：當(dāng)種群在一個(gè)有限的環(huán)境中增長(zhǎng)時(shí)，隨著種群密度的上升，個(gè)體間對(duì)有限的空間．食物和其他生活條件的種內(nèi)斗爭(zhēng)加劇，以該種群生物為食的捕食者的數(shù)量也會(huì)增加，這就會(huì)使這個(gè)種群的出生率降低，死亡率增高，從而使種群數(shù)量的增長(zhǎng)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時(shí)，種群數(shù)量將停止增長(zhǎng)而保持相對(duì)穩(wěn)定?？梢?jiàn)種群增長(zhǎng)在各階段是不相同的。 答案 B 〖例2 〗右圖中表示在良好的生長(zhǎng)環(huán)境下，“小球藻分裂繁殖的細(xì)胞數(shù)量”，“雞產(chǎn)蛋數(shù)量（每天產(chǎn)一枚）”和“竹子自然生長(zhǎng)的高度”這三個(gè)現(xiàn)象與時(shí)間的關(guān)系依次是（

15、 ） A．乙．甲．丁 B．甲．丙．乙 C．丙．甲．乙 D．?。遥? 解析：在自然環(huán)境良好的情況下，對(duì)于小球藻來(lái)講是可以無(wú)限制的增長(zhǎng)，并且其增長(zhǎng)速率是逐漸增加的，其增長(zhǎng)曲線屬于“J”型曲線，所以符合丙圖的曲線；雞每天只能產(chǎn)一枚雞蛋，在數(shù)量上增長(zhǎng)的速率是不變的，所以應(yīng)該屬于甲圖所示的曲線；竹子雖然是在良好的生長(zhǎng)環(huán)境中生長(zhǎng)，也不可能是無(wú)限制的，這涉及到植物水分運(yùn)輸問(wèn)題，其增長(zhǎng)率是先增后減，為“S”型曲線，應(yīng)該與乙圖相似。 答案 C 〖例.〗為探究酵母菌種群數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化，某同學(xué)用l 000 mL的錐形瓶作為培養(yǎng)容器，裝入200 mL葡萄糖培養(yǎng)液，

16、接種酵母菌后棉塞封口，在適宜條件下培養(yǎng)。下列相關(guān)敘述正確的是 （ ） A.每天定時(shí)取樣后，用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板和顯微鏡計(jì)數(shù)酵母菌細(xì)胞數(shù)量 B.在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，酵母菌以“J”型曲線增長(zhǎng) C.氧氣的總消耗量等于二氧化碳的產(chǎn)生量 D.可直接從靜置的培養(yǎng)瓶中取出培養(yǎng)原液稀釋后進(jìn)行計(jì)數(shù) 【答案】A 【解析】在此實(shí)驗(yàn)中需要每天定時(shí)取樣，用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板和顯微鏡計(jì)數(shù)，統(tǒng)計(jì)酵母菌的細(xì)胞數(shù)量，A項(xiàng)正確；在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，酵母菌的數(shù)量是先增加再穩(wěn)定，最后再減少；由于是密封培養(yǎng)，所以酵母菌先進(jìn)行有氧呼吸，氧氣的總消耗量等于二氧化碳的產(chǎn)生量，氧氣消耗完后進(jìn)行無(wú)氧呼吸，不消耗氧氣，但會(huì)產(chǎn)生CO2；取樣計(jì)數(shù)時(shí)，

17、需要將培養(yǎng)瓶搖勻，再取樣，否則得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。 達(dá)標(biāo)訓(xùn)練 1. 使種群的基因頻率定向改變的因素是 A．自然選擇 B．生殖隔離 C．基因突變 D．生存斗爭(zhēng) 2. 在一個(gè)種群中隨機(jī)抽取100個(gè)個(gè)體，其中基因型AA的個(gè)體占40％，基因型Aa的個(gè)體占50％，基因型aa的個(gè)體占10％，基因a和A的頻率分別為 A．60％，40％ B．90％，10％ C．35％，65％ D．65％，35％型 3．下列直接影響動(dòng)物密度變化的是 A．出生率、死亡率和遷入、遷出 B．年齡組成和出生率、死亡率 C．性別比例和出生率、死亡率

18、 D． 性別比例和年齡組成 4．圖甲、圖乙為某種生物種群的年齡組成曲線，如不考慮其他因素，種群甲和種群乙未來(lái)個(gè)體數(shù)量的發(fā)展趨勢(shì)是 A、衰退型和增長(zhǎng)型 B、增長(zhǎng)型和衰退型 C、穩(wěn)定型和衰退型 D、穩(wěn)定型和增長(zhǎng) 5．下圖表示的是鷂鷹對(duì)不同的鴿群進(jìn)行攻擊時(shí)的成功概率，并以此表示鴿群的功能。下列說(shuō)法正確的是： ①單獨(dú)的鴿子被抓住的概率比在鴿群中的鴿子?、邡_鷹攻擊較大群體的鴿群時(shí)不大容易成功③鷂鷹只攻擊單獨(dú)的鴿子④攻擊成功的比例與鴿群的數(shù)量成反比。 A、①② B、①④ C、②③ D、②④ 6．在對(duì)某種鼠的種群

19、密度調(diào)查中，第一次捕獲46只，將其全部標(biāo)記后釋放，第二次捕獲25只，其中標(biāo)記鼠12只，則該種群的數(shù)量約為 A、21 B、46 C、71 D、96 7．右圖所示為自然環(huán)境中生物種群數(shù)量變化曲線，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是 A．d處波動(dòng)主要是因?yàn)槌錾屎退劳雎首儎?dòng)所致 B．“竭澤而漁”會(huì)使魚(yú)蝦數(shù)量下降至b以下，使生態(tài)系統(tǒng)發(fā) 展停滯甚至崩潰 C．滅鼠時(shí)如果僅殺死一半老鼠，可能效果適得其反 D．微生物初級(jí)代謝產(chǎn)物在a 階段大量合成，因此，生產(chǎn)上發(fā)酵必須在a時(shí)停止 8．（多選）原產(chǎn)于墨西哥的紫莖澤蘭傳到中國(guó)，在中國(guó)長(zhǎng)勢(shì)瘋狂，占地為王，成

20、了我國(guó)西南地區(qū)的綠色災(zāi)難，紫莖澤蘭在我國(guó)泛濫成災(zāi)的原因是 A.我國(guó)西南地區(qū)的氣候適宜紫莖澤蘭的生長(zhǎng) B.脫離原產(chǎn)地后，失去天敵的控制 C.脫離原產(chǎn)地后，失去與其競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的物種的制約 D.一旦脫離原產(chǎn)地，就發(fā)生基因突變，變得生命力特別強(qiáng) 9．下圖所示為在理想狀態(tài)下和自然環(huán)境中某生物的種群數(shù)量變化曲線。下列對(duì)陰影部分的解釋正確 ①環(huán)境中影響種群增長(zhǎng)的阻力 ②環(huán)境中允許種群增長(zhǎng)的最大值 ③其數(shù)量表示種群內(nèi)遷出的個(gè)體數(shù) ④其數(shù)量表示通過(guò)生存斗爭(zhēng)被淘汰的個(gè)體數(shù) A. ①③ B. ②③ C. ①④ D. ②④

21、10. 右圖表示了鯨的生殖數(shù)量變化速率、死亡數(shù)量變 化速率與種群大小的關(guān)系。圖中表示生殖數(shù)量變化速率的曲線和K點(diǎn)代表的含義分別是 A．曲線1，種群的最大數(shù)量 B．曲線2，種群的最大數(shù)量 C．曲線1，某一環(huán)境條件下的種群的最大數(shù)量 D．曲線2，某一環(huán)境條件下的種群的最大數(shù)量 11．右圖中曲線1和曲線2代表物種1和物種2的耐熱范圍。請(qǐng)分析在什么情況下，物種2比物種1的競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng) A．溫度在t1~t2范圍內(nèi) B．溫度在t2~t3范圍內(nèi) C．溫度在t2以下 D．溫度在t3以上 12．在南海某島上遷入一些農(nóng)戶，那里土地肥沃，氣候 宜人，若干年后，島上人口增長(zhǎng)如下圖所示。請(qǐng)回答： （1）該島在m年內(nèi)，人口增長(zhǎng)呈 曲線。當(dāng)人口數(shù)量接近n線時(shí)，環(huán)境阻力越來(lái)越大，n是該島環(huán)境 ； （2）當(dāng)人口數(shù)量強(qiáng)行增長(zhǎng)到0點(diǎn)時(shí)，就會(huì)很快下降到P點(diǎn)，原因是人口劇增后，島上生活資源發(fā)生短缺，各種人為因素使 遭到破壞。 鞏固練習(xí)參考答案： 1-11 A C A B D D D ABC C C B 12．28．［答案］（1）J型、允許的最大值（K值） （2）生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（生態(tài)平衡） 11