第二節(jié) 種群數(shù)量的變化 【課標點擊】 1、說明建構種群增長模型的方法。 2、通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化，嘗試建構種群增長的數(shù)學模型。 3、用數(shù)學模型解釋種群數(shù)量的變化。 4、關注人類活動對種群數(shù)量變化的影響。 學習重點：嘗試建構種群增長的數(shù)學模型，并據(jù)此解釋種群數(shù)量變化。 學習難點：建構種群增長的數(shù)學模型。 【導入設計】 同學們好，在上課之前呢，我們先來欣賞幾幅圖片：第一幅：這是鳳眼蓮，也就是我們平時說的水葫蘆，它曾經被喻為“美化世界的淡紫色花冠”，但是在20世紀被我國作為花卉和飼料引入后，卻成為了我國的災難。因為沒有競爭對手和天敵，它們瘋狂的生長，現(xiàn)在已經達到184萬噸這樣一個重量。 再來看第二幅：這是什么？（金絲猴）對這是金絲猴，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，非常可惜。因此保護它們是非常重要的。 從上面實例我們可以看到，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習的內容——《種群數(shù)量的變化》。[板書：第二節(jié)種群數(shù)量的變化] 導入示例2： 【自主學習】 一、 構建種群增長模型的方法——數(shù)學模型 1．數(shù)學模型：是用來描述一個系統(tǒng)或它的 的 形式。 2．研究方法或步驟： 提出問題→提出 →根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用 對事物的性質進行表達→檢驗或修正 3．表達形式 例：在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每20分鐘就通過分裂繁殖一次。 （1） 用數(shù)學方程式表示：n代以后細菌的數(shù)量N （2）請將該細菌產生的后代在不同時期的數(shù)量填入下表,并畫出細菌的種群增長曲線： 時間（min） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 細菌數(shù)量 數(shù)學方程式的優(yōu)點：科學、準確； 曲線圖的優(yōu)點：能更 地反映出種群數(shù)量的增長趨勢。 二、 種群增長的“J”型曲線 1．含義：在 條件下的種群，以 為橫坐標，以 為縱坐標畫出的曲線圖，曲線大致呈“J”型。 2．“J”型增長數(shù)學模型： （1）模型假設： 條件：在 條件充裕、氣候適宜、沒有敵害； 數(shù)量變化：種群的數(shù)量每年以 增長，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)量表達式為： 各參數(shù)含義：N0表示 ；Nt表示 t表示 ；λ表示 三、 種群增長的“S”型曲線 1．含義：種群經過一定時間的增長后，數(shù)量 的曲線，稱為“S”型曲線。 2．產生原因： 自然界的資源和空間總是 的，當種群密度增大時，種內競爭就會 ，以該種群為食的動物數(shù)量也會 ，這就會使種群的出生率 ，死亡率 。當種群的死亡率與出生率相等時，種群就穩(wěn)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 值。 四、種群數(shù)量的波動和下降 1．影響因素 （1）自然因素： 、食物、 、傳染病等。 （2）人為因素：人類活動的影響 2．數(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)量還會急劇 甚至 。 3．研究意義 有害動物 、野生動物資源的 和利用，瀕危動物的拯救和 。 教材精講 一、構建種群增長模型的方法 1.數(shù)學模型：用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數(shù)學形式。 2.建立數(shù)學模型的步驟 (1)觀察研究對象，提出問題。 (2)提出合理的假設。 (3)根據(jù)所作的假設分析對象的因果關系，利用對象的內在規(guī)律和實驗數(shù)據(jù)，構造各個量間的等式或不等式關系或其他數(shù)學結構，用適當?shù)臄?shù)學形式對事物的性質進行表達，如：解方程、畫圖形等各種方法。 (4)通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正。 3．表達式與曲線圖的比較 數(shù)學方程式科學、準確；曲線圖能更直觀地反映出種群數(shù)量的增長趨勢但不夠精確。 二、種群數(shù)量變化曲線分析 1.種群增長的“J”型曲線 （1）條件：理想狀態(tài)——食物和空間條件充裕，氣候適宜，沒有敵害等，有兩種情形： ①實驗室條件下； ②當一個種群剛遷入到一個新的適宜環(huán)境中時。 （2）特征：種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，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：每年都保持的增長率；t：年數(shù)。 （4）建立數(shù)學模型——曲線圖 2.種群增長的“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)量的增長速率。 ①a點以前是對環(huán)境的適應期，由于個體數(shù)量少，所以增長速率很小，種群數(shù)量增長慢；②ab段是快速增長期，某個體數(shù)量快速增長，K/2時增長速率達到最大，此時食物、空間相對充裕，天敵數(shù)量少； ③bc段，隨著種群密度的增加，個體因食物、空間和其他生活條件的爭奪而導致種內斗爭加劇。達到K值時，種群出生率等于死亡率，種群數(shù)量保持相對穩(wěn)定。 （3）S型曲線的應用 ①野生生物資源的保護：保護野生生物生活的環(huán)境，減小環(huán)境阻力，增大K值。 ②資源開發(fā)與利用：種群數(shù)量在K/2時，種群增長速率最大，再生能力最強，所以對養(yǎng)殖生物進行捕撈時，被捕撈后的種群數(shù)量維持在K/2處，以保證持續(xù)獲取高產量。 ③有害生物的防治：增大環(huán)境阻力，（如增加天敵，減少生存空間等）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點以前采取消滅措施。 【提醒】種群數(shù)量的變化除增長之外，還有波動和下降。大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動中，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人類活動的影響。 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，有氧時產生二氧化碳和水，無氧時產生二氧化碳和酒精。 (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，酵母菌種群的增長呈“J”型曲線；在有限的環(huán)境下，酵母菌種群的增長呈“S”型曲線。 2.探究步驟 (1)將10 mL無菌馬鈴薯培養(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)每天取樣計數(shù)酵母菌數(shù)量，采用抽樣檢測方法：將蓋玻片放在計數(shù)板上，用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入到計數(shù)板上的方格內，顯微觀察計數(shù)一個方格內的菌種數(shù)，已知小方格的培養(yǎng)液厚度為0.1 mm，計算出培養(yǎng)液體積，換算出10 mL培養(yǎng)液中酵母菌的總數(shù)。 (5)分析結果、得出結論：將所得數(shù)值用曲線表示出來，分析實驗結果，得出酵母菌種群數(shù)量的變化規(guī)律。 3．注意事項 (1)顯微鏡計數(shù)時，對于壓在小方格界線上的酵母菌，應只計數(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。 (3)記錄結果最好用記錄表。表格如下： 次數(shù) 時間 1 2 3 4 5 6 …… 1 2 3 平均 (4)每天計數(shù)酵母菌數(shù)量的時間要固定。 (5)培養(yǎng)和記錄過程要尊重事實，真實記錄，不能主觀臆造。 4．表達和交流 (1)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可得如圖所示的增長曲線。 (2)增長曲線的總趨勢是先上升再下降。 (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.酵母菌的計數(shù)方法 （1）儀器：血細胞計數(shù)板（如圖） 如圖：一個大方格的容積為0.1mm3，每個大方格又分為16個中方格，共有25×16個小方格。用計數(shù)公式計算1mL菌液中的總菌數(shù)，設四個中方格的總菌數(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常表現(xiàn)為“S”型增長曲線。下列有關種群增長的正確說法是 （ ） A、“S”型增長曲線表示了種群數(shù)量和食物的關系 B、種群增長率在各階段是不相同的 C、“S”型增長曲線表示種群數(shù)量與時間無關 D、種群增長不受種群密度制約 解析：當種群在一個有限的環(huán)境中增長時，隨著種群密度的上升，個體間對有限的空間．食物和其他生活條件的種內斗爭加劇，以該種群生物為食的捕食者的數(shù)量也會增加，這就會使這個種群的出生率降低，死亡率增高，從而使種群數(shù)量的增長率下降，當種群數(shù)量達到環(huán)境條件所允許的最大值時，種群數(shù)量將停止增長而保持相對穩(wěn)定?？梢姺N群增長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環(huán)境下，“小球藻分裂繁殖的細胞數(shù)量”，“雞產蛋數(shù)量（每天產一枚）”和“竹子自然生長的高度”這三個現(xiàn)象與時間的關系依次是（ ） 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，對于小球藻來講是可以無限制的增長，并且其增長速率是逐漸增加的，其增長曲線屬于“J”型曲線，所以符合丙圖的曲線；雞每天只能產一枚雞蛋，在數(shù)量上增長的速率是不變的，所以應該屬于甲圖所示的曲線；竹子雖然是在良好的生長環(huán)境中生長，也不可能是無限制的，這涉及到植物水分運輸問題，其增長率是先增后減，為“S”型曲線，應該與乙圖相似。 答案 C 〖例.〗為探究酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化，某同學用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，接種酵母菌后棉塞封口，在適宜條件下培養(yǎng)。下列相關敘述正確的是 （ ） A.每天定時取樣后，用血細胞計數(shù)板和顯微鏡計數(shù)酵母菌細胞數(shù)量 B.在整個培養(yǎng)過程中，酵母菌以“J”型曲線增長 C.氧氣的總消耗量等于二氧化碳的產生量 D.可直接從靜置的培養(yǎng)瓶中取出培養(yǎng)原液稀釋后進行計數(shù) 【答案】A 【解析】在此實驗中需要每天定時取樣，用血細胞計數(shù)板和顯微鏡計數(shù)，統(tǒng)計酵母菌的細胞數(shù)量，A項正確；在整個培養(yǎng)過程中，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)，所以酵母菌先進行有氧呼吸，氧氣的總消耗量等于二氧化碳的產生量，氧氣消耗完后進行無氧呼吸，不消耗氧氣，但會產生CO2；取樣計數(shù)時，需要將培養(yǎng)瓶搖勻，再取樣，否則得出的實驗數(shù)據(jù)不準確。 達標訓練 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 2. 在一個種群中隨機抽取100個個體，其中基因型AA的個體占40％，基因型Aa的個體占50％，基因型aa的個體占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 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個體數(shù)量的發(fā)展趨勢是 A、衰退型和增長型 B、增長型和衰退型 C、穩(wěn)定型和衰退型 D、穩(wěn)定型和增長 5．下圖表示的是鷂鷹對不同的鴿群進行攻擊時的成功概率，并以此表示鴿群的功能。下列說法正確的是： ①單獨的鴿子被抓住的概率比在鴿群中的鴿子小②鷂鷹攻擊較大群體的鴿群時不大容易成功③鷂鷹只攻擊單獨的鴿子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．在對某種鼠的種群密度調查中，第一次捕獲46只，將其全部標記后釋放，第二次捕獲25只，其中標記鼠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，下列有關敘述錯誤的是 A．d處波動主要是因為出生率和死亡率變動所致 B．“竭澤而漁”會使魚蝦數(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．滅鼠時如果僅殺死一半老鼠，可能效果適得其反 D．微生物初級代謝產物在a 階段大量合成，因此，生產上發(fā)酵必須在a時停止 8．（多選）原產于墨西哥的紫莖澤蘭傳到中國，在中國長勢瘋狂，占地為王，成了我國西南地區(qū)的綠色災難，紫莖澤蘭在我國泛濫成災的原因是 A.我國西南地區(qū)的氣候適宜紫莖澤蘭的生長 B.脫離原產地后，失去天敵的控制 C.脫離原產地后，失去與其競爭關系的物種的制約 D.一旦脫離原產地，就發(fā)生基因突變，變得生命力特別強 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。下列對陰影部分的解釋正確 ①環(huán)境中影響種群增長的阻力 ②環(huán)境中允許種群增長的最大值 ③其數(shù)量表示種群內遷出的個體數(shù) ④其數(shù)量表示通過生存斗爭被淘汰的個體數(shù) A. ①③ B. ②③ C. ①④ D. ②④ 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系。圖中表示生殖數(shù)量變化速率的曲線和K點代表的含義分別是 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。請分析在什么情況下，物種2比物種1的競爭能力強 A．溫度在t1~t2范圍內 B．溫度在t2~t3范圍內 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戶，那里土地肥沃，氣候 宜人，若干年后，島上人口增長如下圖所示。請回答： （1）該島在m年內，人口增長呈 曲線。當人口數(shù)量接近n線時，環(huán)境阻力越來越大，n是該島環(huán)境 ； （2）當人口數(shù)量強行增長到0點時，就會很快下降到P點，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