学年生物人教版必修三教案第4章 第2节 种群数量的变化.docx
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学年生物人教版必修三教案第4章第2节种群数量的变化
第2节 种群数量的变化
学习目标
核心素养
1.掌握建构增长模型的方法
2.理解种群数量变化的“J”型和“S”型曲线
3.结合“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验，建构种群数量变化的数学模型
1.通过分析影响种群数量变化的因素，形成稳态与平衡观
2.通过“J”型增长和“S”型增长的数学模型的分析与比较，培养归纳、比较及运用模型分析问题的能力
3.通过“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验的学习，培养实验设计与实施及对实验结果的交流与评价能力
4.通过研究种群数量变化及对有害动物的防治、野生生物资源的保护和利用等，形成关注社会，主动承担社会责任的态度
一、建构种群增长模型的方法
1．数学模型：
用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
2．研究方法及实例
二、种群增长的“J”型曲线
1．含义
理想条件下的种群，以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，大致呈“J”型。
2．数学模型
（1）模型假设
①条件：
食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等。
②数量变化：
种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。
（2）建立模型：
t年后种群数量为Nt＝N0λt。
（3）模型中各参数的意义：
N0为该种群的起始数量，t为时间（年），Nt表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。
三、种群增长的“S”型曲线
1．条件：
自然界中的资源和空间总是有限的。
2．形成原因
3．K值
又称环境容纳量，在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量。
4．应用
建立自然保护区，提高其环境容纳量是保护大熊猫的根本措施。
四、种群数量的波动和下降
1．影响因素
（1）自然因素：
如气候、食物、天敌、传染病等。
（2）人为因素：
种植业、养殖业的发展，砍伐森林，猎捕动物，环境污染等。
2．数量变化
大多数种群的数量总是在波动中，在不利的条件下，种群数量还会急剧下降甚至消亡。
3．研究意义
（1）有害动物的防治。
（2）野生生物资源的保护和利用。
（3）濒危动物种群的拯救和恢复。
五、探究培养液中酵母菌种群数量的变化
1．实验原理
（1）用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受培养液的成分、空间、pH、温度等因素的影响。
（2）在理想的无限环境中，酵母菌种群数量的增长呈“J”型曲线；在有限的环境下，酵母菌种群数量的增长呈“S”型曲线。
2．实验步骤
判断对错（正确的打“√”，错误的打“×”）
1．种群数量变化不仅受外部因素的影响，也受自身内部因素的影响。
（ ）
2．就食性而言，杂食性鸟类的数量波动小于其他食性的鸟类。
（ ）
3．外来入侵物种进入一个新环境中必定表现为“J”型增长。
（ ）
4．种群数量变化的全部内容就是“J”型和“S”型增长。
（ ）
提示：
1.√ 2.√
3．× 外来物种进入新环境中，该种群也可能因不适应新环境而被淘汰。
4．× 种群数量的变化包括增长、波动、下降，甚至消亡。
种群增长数量曲线
[问题探究]
1．据图回答种群数量变化的相关问题
甲 乙
（1）尝试分析曲线a、b之间的阴影部分表示的含义。
提示：
阴影部分表示由于环境阻力的存在，在生存斗争中被淘汰的个体数目。
（2）下列因素中能使图乙中曲线c变为曲线d的有哪些？
（填序号）。
①过度放牧对某种牧草种群的影响 ②硬化地面、管理好粮食对鼠种群的影响 ③增加水中的溶氧量对鱼种群的影响 ④大量引进外来物种对本地物种的影响 ⑤引进某种害虫的天敌对害虫种群的影响
提示：
①②④⑤。
2．在“S”型曲线中，有一段时期近似于“J”型曲线，这一段是否等同于“J”型曲线？
（1）判断：
__________（填“是”或“否”）。
（2）理由：
________________________________________________________
_____________________________________________________。
提示：
（1）否
（2）“J”型曲线是理想条件下的种群增长趋势，“S”型曲线是在环境有限的条件下种群的增长趋势
3．从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应采取什么措施？
提示：
降低有害动物种群的环境容纳量，如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌等。
[归纳总结]
“S”型增长曲线的解读
图甲 图乙 图丙
三图对比分析解读：
（1）t1之前，种群数量小于K/2，由于资源和空间条件相对充裕，种群数量增长较快，当种群数量为K/2时，出生率远大于死亡率，种群增长速率达到最大值。
（2）t1～t2，由于资源和空间有限，当种群密度增大时，种内斗争加剧，天敌数量增加，种群增长速率下降。
（3）t2时，种群数量达到K值，此时出生率等于死亡率，种群增长速率为0。
1．下图表示有限环境中某一种群的增长曲线。
下列有关叙述正确的是（ ）
①K值是环境条件所允许达到的种群数量最大值
②在K值时，种群的增长速率最大
③如果不考虑迁入和迁出等其他因素，在K值时出生率等于死亡率
④假设该图表示鱼的种群数量变化趋势，当种群达到K值时开始捕捞，可持续获得最高产量
A．①② B．①④
C．①③D．③④
C [K值为环境容纳量，其含义为特定环境条件所允许的种群数量的最大值，①正确；K值时种群数量最大，此时种群增长速率为0，即不考虑迁入和迁出等其他因素时，出生率等于死亡率，②错误、③正确；K/2值时，种群增长速率最大，在鱼群数量超过K/2时捕捞，并使剩余数量维持在K/2的水平，才可获得持续高产，④错误。
]
（1）影响上题图中K值大小变化的因素有哪些？
（2）下图为种群增长速率随时间变化曲线，根据本题所述，可表示K值的点是a点还是b点？
提示：
（1）食物、活动范围、气候条件等。
（2）b点。
a点时种群增长速率最大，此时种群数量为K/2；b点时种群增长速率为0，此时种群数量达到最大，即K值。
2．（2017·全国卷Ⅰ）假设某草原上散养的某种家畜种群呈S型增长，该种群的增长率随种群数量的变化趋势如图所示。
若要持续尽可能多地收获该种家畜，则应在种群数量合适时开始捕获，下列四个种群数量中合适的是（ ）
A．甲点对应的种群数量
B．乙点对应的种群数量
C．丙点对应的种群数量
D．丁点对应的种群数量
D [该种群数量变化曲线的纵坐标为种群增长率，横坐标为种群数量，曲线最高点时种群增长率最大，对应种群数量的K/2。
为持续尽可能多地收获该种家畜，应在种群数量超过K/2时捕获，剩余量保持在K/2，此时种群数量增长率最大，可使种群数量迅速得以恢复。
]
探究培养液中酵母菌种群数量的变化
[问题探究]
1．从试管中吸出培养液进行计数之前，需将试管轻轻振荡几次，试分析其原因。
提示：
这是为了使培养液中的酵母菌均匀分布，以保证估算的准确性。
2．培养液的量是有限的，其中酵母菌种群数量的变化曲线，是不是标准的“S”型曲线？
若不是，应该是怎样的？
尝试绘出其数量变化曲线。
提示：
不是。
因为培养液中的营养物质等是有限的，是不能循环的。
当消耗殆尽时种群数量变为零。
曲线如右图所示：
3．尝试绘出实验结果的记录表。
提示：
起始
1
2
3
4
5
6
7
甲
乙
丙
平均
[归纳总结]
实验中的注意事项
（1）每天取样计数的时间要固定。
（2）计数时先将盖玻片放在计数室上，将培养液滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入，多余培养液用滤纸（吸水纸）吸去。
（3）血球计数板必须保持干燥，否则培养液将不能渗入计数室。
（4）清洗血球计数板的正确方法是浸泡和冲洗，不能用试管刷或抹布擦洗。
冲洗干净后不能用纱布或吸水纸擦干，应自然晾干或烘干或用吹风机吹干。
（5）用显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应只计数相邻两边及其顶角的酵母菌（类似于“样方法”）。
1．温度在15～35℃时，酵母菌种群数量增长较快。
下表是同学们进行相关探究实验得到的结果（单位：
×106个/mL）：
温度（℃）
第1次
第2次
第3次
第4次
第5次
第6次
第7次
第8次
0h
24h
48h
72h
96h
120h
144h
168h
15
1.2
3.0
3.8
4.6
4.0
3.2
2.8
2.5
20
1.2
5.0
5.3
4.2
2.1
1.2
0.8
0.6
25
1.2
5.2
5.6
4.6
2.9
1.0
0.6
0.2
30
1.2
4.9
5.5
4.8
2.2
1.3
0.7
0.5
35
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
1.3
0.8
0.6
以下分析错误的是（ ）
A．可以用血细胞计数板在显微镜下对酵母菌进行计数
B．据表分析，酵母菌种群数量增长的最适温度约为25℃
C．不同温度条件下酵母菌种群数量达到K值的时间不同
D．每天取样检测一次即可，不需要固定取样的时间
D [每天取样检测一次即可，但需要固定取样的时间，否则无法进行比较酵母菌在每天某一特定时间的数量变化。
]
2．如图表示在一个10mL封闭培养体系中酵母细胞数量的动态变化。
下列相关叙述正确的是（ ）
A．40～60h时，λ＜1[λ＝t时种群数量/（t－1）时种群数量]
B．种内斗争导致0～10h酵母细胞数量增长缓慢
C．调查酵母细胞种群密度时，应用抽样检测法
D．70h后，该体系中酵母细胞活菌数将一直维持稳定
C [40～50h时种群数量仍在增大，λ>1，50～60h种群数量稳定，λ＝1，A错误；0～10h的初始阶段增长缓慢是由于种群数量太少，B错误；由于营养物质的消耗和有害代谢产物的积累，70h后，该体系中酵母细胞活菌数可能下降，D错误。
]
[课堂小结]
知识网络构建
核心语句归纳
1.在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群数量呈“J”型增长，数学模型为Nt＝N0λt。
2.正常情况下，自然界的资源和空间是有限的，种群数量会呈“S”型增长。
3.在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K值。
4.“J”型曲线的增长率是不变的，“S”型曲线的增长速率先增大后减小。
5.影响种群数量的因素很多，因此，大多数种群的数量总是在波动中；在不利条件下，种群数量还会急剧下降甚至消亡。
1．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
调查某种一年生植物的种群时有下列情形，只有80%的种子能发育成成熟植株，每株植物平均产400粒种子，目前有a粒种子，则m年后种子数量为（ ）
A．0.8a·400m B．400a·0.8m
C．a·320mD．320am
C [由于每株植物每年产生400粒种子，只有80%发育成成熟植株，即320株，则m年后变为320m，现有a粒种子，则m年后种子数量为a·320m。
]
2.如图为种群数量增长曲线，下列叙述正确的是（ ）
A．鱼类种群数量的增长不受自身种群密度的制约
B．气候条件的改变不会影响种群的环境容纳量
C．防治蝗灾应在害虫数量达到c点时进行
D．渔业捕捞后剩余量需控制在c点以保持最高的增长速率
D [由于环境资源有限，种群密度越大，种内斗争会越剧烈，从而会影响种群数量的增长；种群的环境容纳量受环境（包括气候条件）的影响；c点时种群的增长速率最大，不利于防治蝗灾；c点时种群的增长速率最大，渔业捕捞后剩余量需控制在c点，有利于种群数量得到快速恢复。
]
3．为了探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，某同学进行了如下操作，其中错误的是（ ）
A．将适量干酵母放入装有一定浓度葡萄糖溶液的锥形瓶中，在适宜条件下培养
B．将培养液振荡摇匀后，用吸管从锥形瓶中吸取一定量的培养液
C．在血球计数板中央滴一滴培养液，盖上盖玻片，并用滤纸吸去边缘多余培养液
D．将计数板放在载物台中央，待酵母菌沉降到计数室底部，在显微镜下观察、计数
C [在探究酵母菌种群数量变化的实验时，将盖玻片放在计数板上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入到计数板小方格内。
]
4．向某天然牧场引入良种肉牛100头，任其自然放养，自然繁殖。
如图表示种群数量增长速率随时间变化的曲线，下列叙述正确的是（ ）
A．在t0～t2时间内，种群数量呈“J”型增长
B．若在t2时种群的数量为N，则在t1时种群的数量约为N/2
C．捕杀肉牛的最佳时期为t1时
D．在t1～t2时，该肉牛的种群数量呈下降趋势
B [在t0～t2时间内，种群数量呈“S”型增长；t2时种群达到环境最大容纳量，即K值，所以t1时种群的数量约为N/2；捕杀肉牛的最佳时期为t2；在t1～t2时，种群增长速率下降，但种群数量仍然上升。
]
5．用一定量的培养液在适宜条件下培养酵母菌，其数量随时间变化情况绘制如图甲，a表示每3h换一次培养液的培养曲线，d表示不更换培养液的培养曲线。
请回答下列问题：
甲 乙
（1）曲线a表示种群呈“________”型增长。
理论上讲，呈现这种增长模型的条件是______、______、______等。
（2）曲线d表示的增长为“________”型增长。
属于这种增长模型的种群随种群密度（个体数量）的增加，种群的增长速率的变化是________________。
当种群个体数量达到最大值的一半时，种群的增长速率达到________。
（3）在实际情况下，塔斯马尼亚绵羊种群增长情况如图乙所示，说明在自然界中，种群数量变化会出现________现象。
解析：
（1）曲线a对应的酵母菌种群，在每3h更换一次培养液的情况下，处于理想状态，呈“J”型增长。
呈现“J”型增长的种群必须处在食物和空间充裕、气候适宜和没有敌害等条件下。
（2）曲线d对应的种群，由于不更换培养液，生活条件受到限制，呈“S”型增长。
呈“S”型曲线增长的种群的增长速率先增后减，最后为零，其在种群个体数量达到环境容纳量的一半时达到最大。
（3）题图乙显示种群数量达到K值时并非固定不变，而是在K值附近波动。
答案：
（1）J 食物和空间充裕 气候适宜 没有敌害
（2）S 先增大，再减小，最后为零 最大 （3）波动
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