蘇教版必修三 第三章 第一節(jié) 第2課時 種群數(shù)量的變化 學(xué)案.docx

第2課時種群數(shù)量的變化學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解數(shù)學(xué)模型，分析種群數(shù)量增長的“j”型曲線。2.理解種群數(shù)量增長的“s”型曲線。3.學(xué)會探究酵母菌種群大小的動態(tài)變化。方式一2013年8月9日湖南省林業(yè)廳發(fā)布信息：受持續(xù)晴熱干旱天氣影響，從7月中旬至8月初，長沙、益陽、常德、邵陽、婁底等多地發(fā)生蝗蟲災(zāi)害，受災(zāi)面積從23萬畝增加至31萬畝，并有進(jìn)一步擴(kuò)散蔓延趨勢，災(zāi)害對竹產(chǎn)業(yè)造成一定影響。目前，湖南已采取三大措施遏制蝗蟲病害：誘殺成蝗；重點地區(qū)組織化學(xué)防治；加強(qiáng)監(jiān)測，調(diào)查產(chǎn)卵地，為明年防治打好基礎(chǔ)。有效遏制蝗蟲災(zāi)害需要研究蝗蟲種群數(shù)量的變化規(guī)律，這節(jié)課我們來共同學(xué)習(xí)種群數(shù)量的變化。方式二地球上的每種生物都具有很大的生殖潛力，如果這種生殖潛力不受食物、空間、天敵和氣候條件等的限制而任其發(fā)展的話，生物種群會在短期內(nèi)達(dá)到驚人的數(shù)量。但是大多數(shù)情況下，種群的生存和發(fā)展受到資源、空間、天敵等因素的限制，所以其種群的數(shù)量增長不可能出現(xiàn)上述現(xiàn)象。那么，種群的數(shù)量變化有什么規(guī)律呢？一、種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型及影響種群數(shù)量波動的因素1種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型(1)建立數(shù)學(xué)模型：主要包括表達(dá)與驗證兩個過程。表達(dá)就是根據(jù)建模的目的和掌握的信息(如數(shù)據(jù)、現(xiàn)象)，將實際問題轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)問題，用數(shù)學(xué)語言確切地表述出來。驗證就是用現(xiàn)實對象的信息檢驗得到的解答，以確認(rèn)結(jié)果的正確性。(2)“j”型曲線含義：在環(huán)境資源不受限制的理想條件下，種群內(nèi)個體數(shù)量持續(xù)增長用坐標(biāo)圖表示而形成的曲線。理想條件：食物充裕、空間充足、氣候適宜和沒有敵害等。影響種群數(shù)量變化的主要因素：出生率、死亡率和起始種群的個體數(shù)量3個因素。后代中第t代的數(shù)量表示式：ntn0t，其中n0表示種群的起始數(shù)量，表示該種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)。(3)“s”型曲線含義：在自然界中各種環(huán)境條件(如空間、食物、天敵等)制約下，種群個體數(shù)量的增長過程用坐標(biāo)圖表示而形成的曲線。特點：種群內(nèi)個體數(shù)量達(dá)到環(huán)境條件所允許的最大值(k值)時不再增加。2影響種群數(shù)量波動的因素(1)環(huán)境因素在自然界中，如氣候、食物、天敵、疾病等因素都會使種群數(shù)量發(fā)生波動。在某些不利的條件下，種群會急劇衰退，甚至滅亡，這種情況最易出現(xiàn)在個體大、出生率低、生長慢、成熟晚的生物種群中。(2)人為干擾：如在人類過度捕獵、種群棲息地遭到破壞的情況下，某些動物種群數(shù)量會出現(xiàn)長期下降，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)種群滅亡。知識整合種群增長的“j”型曲線和“s”型曲線比較項目“j”型曲線“s”型曲線前提條件環(huán)境資源無限環(huán)境資源有限種群增長率保持穩(wěn)定隨種群密度上升而下降圖像模型種群增長速率k值無k值種群數(shù)量在k值上下波動聯(lián)系“j”型增長曲線“s”型增長曲線例1(2018陜西富平縣高二調(diào)研)科學(xué)家研究某區(qū)域中田鼠的種群數(shù)量變化，得到該種群在數(shù)年內(nèi)的出生率和死亡率的比值曲線如圖(其中r出生率/死亡率)。在不考慮遷入遷出的情況下，下列說法正確的是()a從圖中可知od期間田鼠種群數(shù)量出現(xiàn)了周期性波動b田鼠種群數(shù)量在ad之間經(jīng)歷了先上升后下降，其中cd期間一直在下降c該田鼠種群增長為“s”型增長，c點時種群密度最小d若不考慮其他因素，僅由圖可知，a、b兩點時對應(yīng)的種群的年齡結(jié)構(gòu)分別為增長型和衰退型答案b解析在od范圍內(nèi)，只能體現(xiàn)出一個變化過程，沒有呈現(xiàn)出周期性波動，a項錯誤；據(jù)圖可知，曲線在虛線1之上時，即r1，種群數(shù)量一直在增長，曲線在虛線1之下時，即r1，種群數(shù)量一直在下降，b項正確；根據(jù)b項分析可知，種群數(shù)量不是一直在增長，而且cd期間種群數(shù)量一直在下降，所以d點時種群密度最小，c項錯誤；a、b兩點時種群數(shù)量都在增長，若不考慮其他因素，僅由圖可知，a、b兩點時對應(yīng)的種群年齡結(jié)構(gòu)均為增長型，d項錯誤。例2如圖為某地東亞飛蝗種群數(shù)量變化的示意圖，下列敘述錯誤的是()a為有效防治蝗災(zāi)，應(yīng)在a點之前及時控制種群密度bab段，該種群的增長率與種群密度之間呈正相關(guān)c利用性引誘劑誘殺雄蟲改變性別比例可防止c點出現(xiàn)d在de段，該種群的增長率不變答案b解析圖示a點東亞飛蝗數(shù)量急劇上升，此時種群增長速率達(dá)到最大，病蟲防治工作應(yīng)在a點所示時間之前進(jìn)行，a項正確；圖示ab段種群數(shù)量仍然在上升，但種群增長率呈下降趨勢，b項錯誤；利用性引誘劑誘殺雄蟲，使種群性別比例失調(diào)，從而降低出生率，種群密度降低，c項正確；在de段，種群數(shù)量相對穩(wěn)定，增長率為0，d項正確。歸納總結(jié)應(yīng)用措施目的野生資源保護(hù)保護(hù)野生生物的生存環(huán)境，減小環(huán)境阻力增大k值有害生物防治增大環(huán)境阻力降低k值在種群數(shù)量達(dá)到k/2以前采取相應(yīng)措施防止害蟲數(shù)量快速增長資源開發(fā)與利用捕撈或收獲后的種群數(shù)量應(yīng)維持在k/2保證持續(xù)獲取高產(chǎn)量二、探究酵母菌種群大小的動態(tài)變化1材料選擇：酵母菌繁殖速度快、個體小，作為研究種群數(shù)量變化的材料，容易建立具有代表意義的數(shù)學(xué)模型。2實驗原理(1)可用液體培養(yǎng)基(培養(yǎng)液)培養(yǎng)酵母菌，培養(yǎng)基中種群的增長受培養(yǎng)液的成分、空間、ph、溫度等因素的影響。(2)在理想的無限環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈“j”型曲線；在有限的環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈“s”型曲線。(3)可采用抽樣檢測的方法，進(jìn)行顯微鏡計數(shù)。3提出問題：培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時間變化的？4作出假設(shè)：培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量在開始一段時間呈“j”型增長，隨著時間推移，由于營養(yǎng)物質(zhì)的消耗、有害代謝產(chǎn)物的積累、ph的改變，酵母菌數(shù)量呈“s”型增長。5探究步驟(1)用天平稱量0.1 g活性干酵母，放入盛有500 ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的葡萄糖溶液的錐形瓶中，置于適宜的條件下培養(yǎng)。定時取樣，用血球計數(shù)板計數(shù)，計算出酵母菌的種群數(shù)量。(2)以時間為橫坐標(biāo)，以1 ml培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出坐標(biāo)曲線圖，分析曲線走向，揭示酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律。6實驗結(jié)果(1)酵母菌增長曲線圖(如圖1)及轉(zhuǎn)化后的增長速率曲線圖(如圖2)(2)分析增長曲線的總趨勢是先增加再降低。原因是在開始時培養(yǎng)液的營養(yǎng)充足、空間充裕、條件適宜，因此酵母菌大量繁殖，種群數(shù)量劇增，隨著酵母菌數(shù)量的不斷增多，營養(yǎng)消耗、ph變化、有害產(chǎn)物積累等，使生存條件惡化，酵母菌死亡率高于出生率，種群數(shù)量下降。7注意事項(1)從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計數(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。(2)若一個小方格內(nèi)酵母菌過多，難以數(shù)清，可增大稀釋倍數(shù)后再計數(shù)。(3)對于壓在小方格界線上的酵母菌，只計算相鄰兩邊及其夾角的酵母菌。例3某小組進(jìn)行“探究酵母菌種群大小的動態(tài)變化”實驗時，同樣實驗條件下分別在4個試管中進(jìn)行培養(yǎng)(見下表)，均獲得了“s”型增長曲線。根據(jù)實驗結(jié)果判斷，下列說法錯誤的是()試管號培養(yǎng)液體積/ml105105起始酵母菌數(shù)/103個105510a.4個試管內(nèi)的種群初始階段都經(jīng)歷了“j”型增長b4個試管內(nèi)的種群同時達(dá)到k值c試管內(nèi)種群的k值與試管不同d試管內(nèi)的種群數(shù)量先于試管開始下降答案b解析在培養(yǎng)初期，酵母菌之間不存在生存斗爭，酵母菌呈“j”型增長；培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量達(dá)到k值的時間取決于培養(yǎng)液的體積和酵母菌的起始數(shù)量：酵母菌起始數(shù)量相同的試管(如和、和)，培養(yǎng)液體積越小的試管越先達(dá)到k值，而培養(yǎng)液體積相同的試管(如和、和)，酵母菌起始數(shù)量越大的試管越先達(dá)到k值；酵母菌數(shù)量開始下降的時間取決于酵母菌的起始數(shù)量和培養(yǎng)液的體積：培養(yǎng)液體積相同的試管(如和、和)，酵母菌起始數(shù)量越大的試管種群數(shù)量越先下降，而酵母菌起始數(shù)量相同的試管(如和、和)，培養(yǎng)液體積越小的試管種群數(shù)量越先下降。例4某研究小組探究10 ml培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，利用血球計數(shù)板(規(guī)格為0.1 mm,1/400 mm2)進(jìn)行計數(shù)。圖甲是某天顯微鏡鏡檢結(jié)果(視野中每個黑點含2個酵母菌)，圖乙是7天內(nèi)酵母菌種群數(shù)量的變化曲線。下列敘述不正確的是()a圖甲中酵母菌數(shù)量過多，需加水稀釋后再統(tǒng)計b圖乙中第47d酵母菌的出生率等于死亡率c相同條件下再次實驗，酵母菌種群數(shù)量的k值基本不變d酵母菌自身代謝狀況也會影響實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計答案a解析圖甲中酵母菌數(shù)量可分辨清楚，不用加水稀釋，a項錯誤；圖乙中第47d酵母菌的數(shù)量基本不變，說明出生率與死亡率相等，b項正確；環(huán)境條件不變，則環(huán)境容納量不變，c項正確；酵母菌自身的代謝產(chǎn)物會改變培養(yǎng)液的理化性質(zhì)，影響酵母菌的生命活動，從而影響實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，d項正確。易錯易混計數(shù)時要注意蓋玻片和培養(yǎng)液的放置先后順序，蓋玻片在前，培養(yǎng)液在后。1數(shù)學(xué)模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)；觀察研究對象，提出問題；通過進(jìn)一步實驗或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗或修正；提出合理的假設(shè)。下列排列順序正確的是()a bc d答案b2下圖中表示種群在無環(huán)境阻力狀況下增長的是()答案b3種群的“j”型增長是有條件的，條件之一是()a在該環(huán)境中只有一個種群b該種群對環(huán)境的適應(yīng)比其他種群優(yōu)越得多c環(huán)境資源是無限的d環(huán)境資源是有限的答案c4自然界中生物種群增長常表現(xiàn)為“s”型增長。下列有關(guān)種群“s”型增長的說法正確的是()a“s”型增長僅表示了種群數(shù)量和食物的關(guān)系b種群增長率在各階段是不同的c“s”型增長只表示了種群數(shù)量，與時間無關(guān)d種群增長不受種群密度制約答案b5某研究所調(diào)查發(fā)現(xiàn)：某種魚遷入一生態(tài)系統(tǒng)后，其種群數(shù)量增長速率隨時間變化的曲線如圖所示，請分析回答下列問題：(1)在t0t3時間內(nèi)，種群數(shù)量增長曲線呈_型；若在t3時種群數(shù)量為n，則在t1時種群數(shù)量為_。t1時該種群的年齡結(jié)構(gòu)可能為_。(2)捕獲該魚的最佳時期為_時，原因是_。(3)在t3時期后，該魚種群數(shù)量變化將呈現(xiàn)_狀態(tài)，主要原因是_、_。答案(1)“s”增長型(2)t2在t1時種群增長速