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

第2課時(shí)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(zhǎng)的“j”型曲線。2.理解種群數(shù)量增長(zhǎng)的“s”型曲線。3.學(xué)會(huì)探究酵母菌種群大小的動(dòng)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(zhǎng)沙、益陽(yáng)、常德、邵陽(yáng)、婁底等多地發(fā)生蝗蟲災(zāi)害，受災(zāi)面積從23萬(wàn)畝增加至31萬(wàn)畝，并有進(jìn)一步擴(kuò)散蔓延趨勢(shì)，災(zāi)害對(duì)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(diǎn)地區(qū)組織化學(xué)防治；加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，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(lái)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(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型及影響種群數(shù)量波動(dòng)的因素1種群數(shù)量增長(zhǎng)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(yàn)證兩個(gè)過(guò)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(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)問(wèn)題，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言確切地表述出來(lái)。驗(yàn)證就是用現(xiàn)實(shí)對(duì)象的信息檢驗(yàn)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(gè)體數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)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(méi)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(gè)體數(shù)量3個(gè)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(gè)體數(shù)量的增長(zhǎng)過(guò)程用坐標(biāo)圖表示而形成的曲線。特點(diǎn)：種群內(nèi)個(gè)體數(shù)量達(dá)到環(huán)境條件所允許的最大值(k值)時(shí)不再增加。2影響種群數(shù)量波動(dòng)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(huì)使種群數(shù)量發(fā)生波動(dòng)。在某些不利的條件下，種群會(huì)急劇衰退，甚至滅亡，這種情況最易出現(xiàn)在個(gè)體大、出生率低、生長(zhǎng)慢、成熟晚的生物種群中。(2)人為干擾：如在人類過(guò)度捕獵、種群棲息地遭到破壞的情況下，某些動(dòng)物種群數(shù)量會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)期下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)種群滅亡。知識(shí)整合種群增長(zhǎng)的“j”型曲線和“s”型曲線比較項(xiàng)目“j”型曲線“s”型曲線前提條件環(huán)境資源無(wú)限環(huán)境資源有限種群增長(zhǎng)率保持穩(wěn)定隨種群密度上升而下降圖像模型種群增長(zhǎng)速率k值無(wú)k值種群數(shù)量在k值上下波動(dòng)聯(lián)系“j”型增長(zhǎng)曲線“s”型增長(zhǎng)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(shuō)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(dòng)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(zhǎng)為“s”型增長(zhǎng)，c點(diǎn)時(shí)種群密度最小d若不考慮其他因素，僅由圖可知，a、b兩點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的種群的年齡結(jié)構(gòu)分別為增長(zhǎng)型和衰退型答案b解析在od范圍內(nèi)，只能體現(xiàn)出一個(gè)變化過(guò)程，沒(méi)有呈現(xiàn)出周期性波動(dòng)，a項(xiàng)錯(cuò)誤；據(jù)圖可知，曲線在虛線1之上時(shí)，即r1，種群數(shù)量一直在增長(zhǎng)，曲線在虛線1之下時(shí)，即r1，種群數(shù)量一直在下降，b項(xiàng)正確；根據(jù)b項(xiàng)分析可知，種群數(shù)量不是一直在增長(zhǎng)，而且cd期間種群數(shù)量一直在下降，所以d點(diǎn)時(shí)種群密度最小，c項(xiàng)錯(cuò)誤；a、b兩點(diǎn)時(shí)種群數(shù)量都在增長(zhǎng)，若不考慮其他因素，僅由圖可知，a、b兩點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的種群年齡結(jié)構(gòu)均為增長(zhǎng)型，d項(xiàng)錯(cuò)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(cuò)誤的是()a為有效防治蝗災(zāi)，應(yīng)在a點(diǎn)之前及時(shí)控制種群密度bab段，該種群的增長(zhǎng)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(diǎn)出現(xiàn)d在de段，該種群的增長(zhǎng)率不變答案b解析圖示a點(diǎn)東亞飛蝗數(shù)量急劇上升，此時(shí)種群增長(zhǎng)速率達(dá)到最大，病蟲防治工作應(yīng)在a點(diǎn)所示時(shí)間之前進(jìn)行，a項(xiàng)正確；圖示ab段種群數(shù)量仍然在上升，但種群增長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì)，b項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)正確；在de段，種群數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定，增長(zhǎng)率為0，d項(xiàng)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(zhǎng)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(dòng)態(tài)變化1材料選擇：酵母菌繁殖速度快、個(gè)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(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(wú)限環(huán)境中，酵母菌種群的增長(zhǎng)呈“j”型曲線；在有限的環(huán)境中，酵母菌種群的增長(zhǎng)呈“s”型曲線。(3)可采用抽樣檢測(cè)的方法，進(jìn)行顯微鏡計(jì)數(shù)。3提出問(wèn)題：培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時(shí)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(shí)間呈“j”型增長(zhǎng)，隨著時(shí)間推移，由于營(yíng)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(zhǎng)。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(shí)取樣，用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)，計(jì)算出酵母菌的種群數(shù)量。(2)以時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果(1)酵母菌增長(zhǎng)曲線圖(如圖1)及轉(zhuǎn)化后的增長(zhǎng)速率曲線圖(如圖2)(2)分析增長(zhǎng)曲線的總趨勢(shì)是先增加再降低。原因是在開始時(shí)培養(yǎng)液的營(yíng)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(yíng)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(xiàng)(1)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。(2)若一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌過(guò)多，難以數(shù)清，可增大稀釋倍數(shù)后再計(jì)數(shù)。(3)對(duì)于壓在小方格界線上的酵母菌，只計(jì)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(dòng)態(tài)變化”實(shí)驗(yàn)時(shí)，同樣實(shí)驗(yàn)條件下分別在4個(gè)試管中進(jìn)行培養(yǎng)(見下表)，均獲得了“s”型增長(zhǎng)曲線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()試管號(hào)培養(yǎng)液體積/ml105105起始酵母菌數(shù)/103個(gè)105510a.4個(gè)試管內(nèi)的種群初始階段都經(jīng)歷了“j”型增長(zhǎng)b4個(gè)試管內(nèi)的種群同時(shí)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(zhēng)，酵母菌呈“j”型增長(zhǎng)；培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量達(dá)到k值的時(shí)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(shí)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(jì)數(shù)板(規(guī)格為0.1 mm,1/400 mm2)進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖甲是某天顯微鏡鏡檢結(jié)果(視野中每個(gè)黑點(diǎn)含2個(gè)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(guò)多，需加水稀釋后再統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)，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(huì)影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)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(xiàng)錯(cuò)誤；圖乙中第47d酵母菌的數(shù)量基本不變，說(shuō)明出生率與死亡率相等，b項(xiàng)正確；環(huán)境條件不變，則環(huán)境容納量不變，c項(xiàng)正確；酵母菌自身的代謝產(chǎn)物會(huì)改變培養(yǎng)液的理化性質(zhì)，影響酵母菌的生命活動(dòng)，從而影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，d項(xiàng)正確。易錯(cuò)易混計(jì)數(shù)時(shí)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(lái)描述一個(gè)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，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)；觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題；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；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(wú)環(huán)境阻力狀況下增長(zhǎng)的是()答案b3種群的“j”型增長(zhǎng)是有條件的，條件之一是()a在該環(huán)境中只有一個(gè)種群b該種群對(duì)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(wú)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(zhǎng)常表現(xiàn)為“s”型增長(zhǎng)。下列有關(guān)種群“s”型增長(zhǎng)的說(shuō)法正確的是()a“s”型增長(zhǎng)僅表示了種群數(shù)量和食物的關(guān)系b種群增長(zhǎng)率在各階段是不同的c“s”型增長(zhǎng)只表示了種群數(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(zhǎng)速率隨時(shí)間變化的曲線如圖所示，請(qǐng)分析回答下列問(wèn)題：(1)在t0t3時(shí)間內(nèi)，種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線呈_型；若在t3時(shí)種群數(shù)量為n，則在t1時(shí)種群數(shù)量為_。t1時(shí)該種群的年齡結(jié)構(gòu)可能為_。(2)捕獲該魚的最佳時(shí)期為_時(shí)，原因是_。(3)在t3時(shí)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(zhǎng)型(2)t2在t1時(shí)種群增長(zhǎng)速