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文檔簡介
第一章第二節(jié)
第1課時(shí)
建構(gòu)種群增長模型的方法及種群數(shù)量的變化本節(jié)聚焦:1.通過闡釋種群數(shù)量變化培養(yǎng)建模及模型分析能力。2.明確環(huán)境容納量原理在保護(hù)瀕危物種中的應(yīng)用我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快,因而我們要常洗手。假設(shè)在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下,某種細(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一次。問題探討討論:1.第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是什么?Nn=2n2.72h后,由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少?2216個(gè)我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快,因而我們要常洗手。假設(shè)在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下,某種細(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一次。問題探討不會(huì);因?yàn)榭臻g和資源是有限的3.在一個(gè)培養(yǎng)瓶中,細(xì)菌的數(shù)量會(huì)一直按照這個(gè)公式描述的趨勢增長嗎?如何驗(yàn)證你的觀點(diǎn)?
理想條件下,一個(gè)細(xì)菌3天繁殖后代的總質(zhì)量約是地球質(zhì)量的1.765×1025倍!
描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化,嘗嘗需要建立數(shù)學(xué)模型。在上面的“問題探討”活動(dòng)中,你已經(jīng)嘗試對(duì)某種細(xì)菌種群的數(shù)量變化建立數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)方式。建立數(shù)學(xué)模型一般包括下步驟(以“問題探討”中的素材為例)一、構(gòu)建種群增長模型的方法根據(jù)公式:Nn=2n1.下面請你算出一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)間(單位min)的數(shù)量,并填入下表一、構(gòu)建種群增長模型的方法時(shí)間/min20406080100120140160180細(xì)菌數(shù)量/個(gè)2481632641282565122.以時(shí)間為橫坐標(biāo),細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo),畫出細(xì)菌種群的增長曲線(圖1-4)。2.以時(shí)間為橫坐標(biāo),細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo),畫出細(xì)菌種群的增長曲線(圖1-4)。一、構(gòu)建種群增長模型的方法時(shí)間/min細(xì)菌數(shù)量/個(gè)020406080100120160180600500400300200100同數(shù)學(xué)公式相比,曲線圖表示的模型有什么局限性?一、構(gòu)建種群增長模型的方法數(shù)學(xué)公式曲線圖數(shù)學(xué)形式科學(xué)、準(zhǔn)確,但不夠直觀直觀,但不夠精確
你所得出的公示和增長曲線,只是對(duì)理想條件下細(xì)菌數(shù)量增長的推測。
在自然界中,種群的數(shù)量變化是怎樣的呢?分析自然界種群增長的實(shí)例一、構(gòu)建種群增長模型的方法資料一:
1859年,一位來到澳大利亞定居的英國人在他的農(nóng)場中放生了24只野兔。讓他沒有想到的是,一個(gè)世紀(jì)之后,這24只野兔的后代竟超過6億只。漫山遍野的野兔不僅與牛羊爭食牧草,還啃嚙樹皮,造成植被被破壞,導(dǎo)致水土流失。后來,人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到短暫控制。分析自然界種群增長的實(shí)例一、構(gòu)建種群增長模型的方法資料二:20世紀(jì)30年代,人們將環(huán)頸雉引入某地一個(gè)島嶼。1937~1942年,這個(gè)種群數(shù)量的增長如圖所示。談?wù)摚?.這兩個(gè)資料中的種群增長有什么共同點(diǎn)?2.種群出現(xiàn)這種增長的原因是什么?3.這種種群增長的趨勢能不能一直持續(xù)下去?為什么?一、構(gòu)建種群增長模型的方法種群數(shù)量增長迅猛,且呈無限增長趨勢。食物充足、缺少天敵等。不能。因?yàn)橘Y源和空間是有限的。自然界確有類似細(xì)菌在理想條件下的種群數(shù)量增長形式,如果以時(shí)間為橫坐標(biāo),種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線表示,曲線大致呈“J”型。二.種群的“J”形增長1.食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵
和其他競爭物種等條件;2.種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長,第二年
的數(shù)量是第一年的λ倍。模型假設(shè)(條件)自然界確有類似細(xì)菌在理想條件下的種群數(shù)量增長形式,如果以時(shí)間為橫坐標(biāo),種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線表示,曲線大致呈“J”型。二.種群的“J”形增長t年后種群的數(shù)量為:Nt=N0·λt(N0為起始數(shù)量,t為時(shí)間,Nt表示t年后該種群的數(shù)量,λ表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)。)建構(gòu)模型種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長,第二年是第一年的λ倍。種群數(shù)量變化符合數(shù)學(xué)公式:Nt=N0·λt
時(shí),種群增長曲線一定是“J”形嗎?并說明理由。二.種群的“J”形增長不一定;只有λ>1且為定值時(shí),種群增長才為“J”形增長。思考:λ的值與種群數(shù)量變化有怎樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系?λ>1,種群數(shù)量增加λ=1,種群數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定λ<1,種群數(shù)量減少練習(xí):據(jù)圖說出種群數(shù)量如何變化1-4年,種群數(shù)量呈___形增長4-5年,種群數(shù)量___________5-9年,種群數(shù)量__________9-10年,種群數(shù)量__________10-11年,種群數(shù)量________二.種群的“J”形增長--λJ增長相對(duì)穩(wěn)定下降下降練習(xí):據(jù)圖說出種群數(shù)量如何變化11-13年,種群數(shù)量_________________________前9年,種群數(shù)量第_______年最高9-13年,種群數(shù)量第______年最低二.種群的“J”形增長--λ11-12年下降,12-13年增長512(1)a段:λ>1且恒定,種群數(shù)量呈“J”形增長。二.種群的“J”形增長--λ【歸納】準(zhǔn)確分析“λ”曲線(2)b段:λ盡管下降,但仍大于1,此段種群出生率大于死亡率,種群數(shù)量一直增長。二.種群的“J”形增長--λ【歸納】準(zhǔn)確分析“λ”曲線(3)c段:λ=1,種群數(shù)量維持相對(duì)穩(wěn)定。二.種群的“J”形增長--λ【歸納】準(zhǔn)確分析“λ”曲線(4)d段:λ<1,種群數(shù)量逐年下降。二.種群的“J”形增長--λ【歸納】準(zhǔn)確分析“λ”曲線(5)e段:盡管λ呈上升趨勢,但仍小于1,故種群數(shù)量逐年下降。二.種群的“J”形增長--λ【歸納】準(zhǔn)確分析“λ”曲線增長率二.種群的“J”形增長--種群增長率λ>1新增個(gè)體數(shù)=原有個(gè)體種群總數(shù)λ當(dāng)年種群個(gè)體數(shù)=前一年種群個(gè)體數(shù)=λ-1種群增長率=λ?1,λ不變,因此種群增長率不變。λ>1增長速率二.種群的“J”形增長--種群增長率新增個(gè)體數(shù)=增長時(shí)間即曲線的斜率種群增長速率就是增長曲線上通過某一點(diǎn)的切線斜率,在呈“J”形增長的種群中,增長速率是逐漸增大的。如果遇到資源、空間等方面的限制,種群還會(huì)呈“J”形增長嗎?三、種群的“S”形增長資料:
生態(tài)學(xué)家高斯的實(shí)驗(yàn):在0.5mL培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲,每隔24h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn),結(jié)果如下圖所示。思考:1.大草履蟲的數(shù)量在第幾天增長較快?2.第幾天后大草履蟲的數(shù)量基本維持不變?3.為什么大草履蟲種群沒出現(xiàn)“J”形增長?4.大草履蟲的數(shù)量變化有什么特點(diǎn)?5.這種類型的種群增長稱為什么?三、種群的“S”形增長2和3天5天隨著大草履蟲數(shù)量增多,對(duì)食物和空間的競爭逐漸激烈,導(dǎo)致出生率下降,死亡率升高。經(jīng)過一定時(shí)間的增長后,數(shù)量趨于穩(wěn)定種群的“S”形增長三、
種群的“S”形增長自然條件,即自然界的食物和空間條件有限建構(gòu)假設(shè)(條件)ab段:種群基數(shù)小,需要適應(yīng)新環(huán)境,增長較
緩慢;bc段:資源和空間豐富,出生率升高,種群數(shù)
量增長迅速;cd段:資源和空間有限,種群密度增大,種內(nèi)
競爭加劇,出生率降低,死亡率升高,
種群增長減緩;de段:出生率約等于死亡率,種群增長速率幾
乎為0,種群數(shù)量達(dá)到K值,且維持相對(duì)
穩(wěn)定。三、
種群的“S”形增長K值:一定環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量
稱為環(huán)境容納量。①K值并不是種群數(shù)量的最大值
種群所達(dá)到的最大值可能會(huì)超過K值,如過度繁殖。②同一種生物的K值不是固定不變的K值會(huì)隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化,當(dāng)環(huán)境遭受破壞時(shí),K值會(huì)下降;當(dāng)環(huán)境條件狀況改善時(shí),K值會(huì)上升。三、
種群的“S”形增長--K值K值的表示方法A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群增長速率為0,數(shù)量最大,為K值。A`點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群增長速率最大,為K/2值。B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群出生率與死亡率相等,種群數(shù)量達(dá)到最大,為K值。三、
種群的“S”形增長--K值K值的表示方法C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群數(shù)量為K值。C`點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群出生率與死亡率差值最大,為K/2值。D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群個(gè)體數(shù)最多,即K值。D`點(diǎn)對(duì)應(yīng)的種群個(gè)體數(shù)為K/2值。三、種群的“S”形增長--種群增長率與種群增長速率增長率新增個(gè)體數(shù)=原有個(gè)體種群總數(shù)增長速率新增個(gè)體數(shù)=增長時(shí)間①野生動(dòng)物的保護(hù)建立自然保護(hù)區(qū),提供更寬廣的生存空間,改善它們的棲息環(huán)境,減小環(huán)境阻力,從而提高環(huán)境容納量,是保護(hù)它們的根本措施。三、種群的“S”形增長--K值的應(yīng)用②有害生物的防治增大環(huán)境阻力,降低環(huán)境容納量。例如:可利用將食物儲(chǔ)藏在安全處,斷絕或減少食物來源,養(yǎng)殖或釋放天敵等措施來降低老鼠的環(huán)境容納量;③自然資源的利用a.漁業(yè)捕撈應(yīng)在K/2以后;b.捕撈后魚的種群數(shù)量維持在K/2;三、種群的“S”形增長--K/2值的應(yīng)用④有害生物的防治
在種群增長剛開始(達(dá)到K/2之前)的時(shí)候就進(jìn)行防治。(絕對(duì)不能讓種群數(shù)量增長到1/2K值)因?yàn)镵/2值之后開始捕撈,捕撈持續(xù)時(shí)間長,能有較大的捕獲量。
捕魚后保留在K/2值處,種群增長速率最大,種群數(shù)量恢復(fù)最快。實(shí)現(xiàn)了“既有較大收獲量又可保持種群高速增長”,符合可持續(xù)發(fā)展的原則。陰影面積為環(huán)境阻力,按自然選擇學(xué)說,就是生存斗爭中被淘汰的個(gè)體數(shù)。該圖體現(xiàn)了種群“J”形和“S”形增長曲線之間的關(guān)系,二者之間的陰影部分代表什么?食物不足空間有限天敵捕食氣候、傳染病等小節(jié):“J”形增長曲線與“S”形增長曲線的對(duì)比小節(jié):“J”形增長曲線與“S”形增長曲線的對(duì)比
1.
下列關(guān)于建構(gòu)種群增長模型方法的說法,錯(cuò)誤的是(
)A.
曲線圖能直觀地反映出種群數(shù)量的增長趨勢B.
數(shù)學(xué)模型就是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的曲線圖C.
數(shù)學(xué)模型可描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化D.
在數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的過程中也常用到假說—演繹法解析:
數(shù)學(xué)模型就是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形
式,可能是曲線圖,也可能是數(shù)學(xué)公式,B錯(cuò)誤;建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的
一般步驟是提出問題→作出假設(shè)→用數(shù)學(xué)形式表達(dá)→檢驗(yàn)或修正,
故在數(shù)學(xué)模型建構(gòu)的過程中也常用到假說—演繹法,D正確。2.
一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量。下列敘
述正確的是(
)A.
環(huán)境容納量是指種群的最大數(shù)量B.
種群的種內(nèi)競爭不會(huì)改變環(huán)境容納量的大小C.
在理想條件下,影響種群數(shù)量增長的因素主要是環(huán)境容納量D.
由于環(huán)境容納量是有限的,種群增長到一定數(shù)量就會(huì)保持穩(wěn)定解析:
環(huán)境容納量是指一定環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)
量,A錯(cuò)誤;種群的種內(nèi)競爭不會(huì)改變環(huán)境容納量的大小,環(huán)境容
納量只與環(huán)境條件有關(guān),B正確;在理想條件下,影響種群數(shù)量增
長的因素主要是出生率和死亡率,C錯(cuò)誤;由于環(huán)境容納量是有限
的,種群增長到一定數(shù)量可能會(huì)保持穩(wěn)定,或者在環(huán)境容納量上下
波動(dòng),如果環(huán)境遭到破壞,種群數(shù)量會(huì)下降,D錯(cuò)誤。3.
如圖表示一個(gè)生物群落中甲、乙兩個(gè)種群的增長速率隨時(shí)間變化的
曲線,下列敘述錯(cuò)誤的是(
)A.
t3~
t5時(shí)間內(nèi),甲、乙兩種群的年齡結(jié)構(gòu)不同B.
t4時(shí),甲的種群密度最小,乙的種群密度最大C.
若乙種群為養(yǎng)殖的草魚,則在
t5時(shí)能得到最大日捕獲量D.
t4~
t5時(shí)間內(nèi),乙種群出生率降低,死亡率升高,到
t5時(shí)增長率為零解析:
t3~
t5時(shí)間內(nèi),甲種群增長速率小于0,其年齡結(jié)構(gòu)是衰
退型,而乙種群增長速率大于0,其年齡結(jié)構(gòu)是增長型,A正確;
乙種群密度最大是
t5時(shí)
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