人教版必修3 种群数量的变化 学案.doc

第2节种群数量的变化目标导读1.阅读分析教材p65细菌数量增长的实例，学会建构种群增长模型的方法。2.通过教材p6869探究培养液中酵母菌种群数量的变化，尝试建构种群增长的数学模型。3.结合教材p66图45，理解种群“j”型增长的数学模型。4.结合教材p67图46，理解种群“s”型增长的数学模型。重难点击根据实例建构种群增长的“j”型、“s”型数学模型，并据此解释种群数量的变化和指导实践。课堂导入方式一：2013年8月9日湖南省林业厅发布信息：受持续晴热干旱天气影响，从7月中旬至8月初，长沙、益阳、常德、邵阳、娄底等多地发生蝗虫灾害，受灾面积从23万亩增加至31万亩，并有进一步扩散蔓延趋势，灾害对竹产业造成一定影响。目前，湖南已采取三大措施遏制蝗虫病害：诱杀成蝗；重点地区组织化学防治；加强监测，调查产卵地，为明年防治打好基础。有效遏制蝗虫灾害需要研究蝗虫种群数量的变化规律，这节课我们共同学习种群数量的变化。方式二：地球上的每种生物都具有很大的生殖潜力，如果这种生殖潜力不受食物、空间、天敌和气候条件等的限制而任其发展的话，生物种群会在短期内达到惊人的数量。但是大多数情况下，种群的生存和发展受到资源、空间、天敌等因素的限制，所以其种群的数量增长不可能出现上述现象。那么，种群的数量变化有什么规律呢？一、建构种群增长模型的方法1.数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。2.建构方法项目研究方法研究实例提出问题观察研究对象，提出问题细菌每20 min分裂一次合理假设提出合理的假设在资源和空间无限的环境中，细菌的种群增长不会受种群密度增加的影响建立模型根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达时间(min)020406080细菌数量(个)2021222324时间(min)100120140160180细菌数量(个)2526272829nn2n(n代表细菌数量，n表示第几代)修正检验通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正3.意义数学模型是联系实际问题与数学规律的桥梁，具有解释、判断、预测等重要功能。在科学研究中，数学模型是发现问题、解决问题和探索新规律的有效途径之一。合作探究1.同是数学模型，曲线图与方程式比较，分别具有怎样的特点？答案曲线图与方程式都是数学模型，方程式能准确反映种群数量变化，但不够直观；而曲线图能更直观地反映出种群数量的变化趋势，但不够精确。2.从曲线的走向分析可以预计：若在食物(养料)和空间条件充裕、气候适宜和没有敌害等理想条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响，往往会持续增长。1.在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，某细菌每20 min就分裂繁殖一代。现将该细菌种群(m个个体)接种到培养基上(资源、空间无限)，t h后，该种群的个体总数是()a.m2t b.m220 c.2 d.m23t答案d解析在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，种群呈“j”型增长。由于该细菌每20 min繁殖一代，则t h后，繁殖3t代，故t h后，该种群的个体总数为ntn02tm23t。一题多变判断正误(1)在一个培养基中，细菌的数量会一直按照上述数学模型增长。()(2)生物按何形式增长可以用实验计数法来检验或修正。()(3)自然界中的食物和空间无限，生物一般按指数形式增长。()答案(1)(2)(3)二、种群数量的变化曲线和应用1.种群增长的“j”型曲线(1)前提条件(判断依据)若出现以下五种情况即可判断为“j”型曲线理想条件下；实验室条件下；食物和空间条件充裕、气候适宜和没有敌害等几个条件同时满足；外来物种入侵早期阶段；无环境阻力状况。(2)公式：ntn0t。n0为该种群的起始数量，t为时间，表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。若1，种群密度增大，为增长型种群；1，种群密度减小，为衰退型种群；1，数量不变，为稳定型种群。(3)1时的曲线模型(4)特点：无k值，持续增加。2.种群增长的“s”型曲线(1)前提条件：资源、空间有限、受其他生物制约。(2)形成原因自然资源和空间有限种群密度增长达到平衡，数量趋于稳定，呈“s”型增长。(3)曲线模型(4)特点：有最大值即k值，k/2时斜率最大，增长速率最大。(5)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，又称“k”值。同一种群的k值不是固定不变的，会随着环境条件的改变而变化。3.农业生产中的应用(1)保护濒危动植物对于濒危动植物而言，由于环境污染、人类破坏等，导致此种生物的k值变小，通过建立自然保护区等措施提高环境容纳量，是保护这些生物的根本措施。(2)合理利用自然资源在“s”型曲线中，种群数量达到环境容纳量的一半时，种群增长速率最大，资源再生能力最强。因此，在野生生物资源合理开发利用方面，要保证捕捞或利用后，生物种群数量不得低于，这样既可获得最大利用量，又可保持种群的高速增长。(3)防止有害生物在农林害虫的防治方面，降低农林害虫的环境容纳量是防治的根本，杀虫效果最好的时期则在之前。合作探究1.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？答案不是。因为“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。2.结合下图分析，同种生物的k值是固定不变的吗？哪些因素会影响动物种群的环境容纳量？答案同一种生物的k值不是固定不变的，会受到环境的影响。生物自身的遗传特性和食物、栖所、天敌及其他生存条件均会影响动物的环境容纳量。3.请用达尔文的进化观点分析下图中的阴影部分所表示的含义是什么？答案经过生存斗争被淘汰的个体数量。4.在调查某林场松鼠的种群数量时，计算当年种群数量与一年前种群数量的比值()，并得到如图所示的曲线，则该种群在第几年时个体数量最少？答案第10年时种群数量最少。因为从第4年到第10年，一直小于1，说明种群数量一直在下降。2.如图表示种群在理想环境中和有环境阻力条件下的增长曲线，下列有关种群数量增长曲线的叙述中正确的是()a.图甲为“j”型增长，每年增加的个体数量始终不变b.图乙为“s”型增长，g点时增长速率达到最大值c.防治蝗灾应在害虫数量达到f点时进行d.渔业捕捞后剩余量应该在e点左右答案d解析图甲曲线的斜率代表种群的增长速率(即单位时间内种群个体的增加数目)，由题图曲线特征可以看出，在不同的时间点，曲线的斜率不同，即种群的增长速率不同，故a错误；图乙中g点时种群的数目不再变化，增长速率为0，故b错误；防治蝗灾应该在d点附近，超过d点，蝗虫增长速率加快，灭虫效果差，故c错误；渔业捕捞应该在超过时进行，且每次捕捞后的剩余量应保持在e点左右，此时种群的增长速率最快，故d正确。一题多变若如图表示某种小型淡水鱼迁入新的湖泊后种群增长速率随时间变化的曲线，请判断如下叙述的正误：(1)该种小型淡水鱼在新的环境中呈“j”型增长。()(2)该种鱼在新湖泊中的环境容纳量约为t2时该鱼数量的两倍。()(3)t4时该种小型淡水鱼在新环境中逐渐消失。()(4)t3时该种小型淡水鱼的年龄组成为衰退型。()答案(1)(2)(3)(4)解析(1)此曲线的纵坐标为“种群增长速率”，其种群为“s”型增长。(2)t2时刻对应的种群数量为。(3)t4时刻种群数量达到k值，并非在新环境中逐渐消失。(4)t3时刻年龄组成应为增长型。三、探究培养液中酵母菌种群数量的变化1.提出问题：培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？2.作出假设：培养液中的酵母菌数量开始一段时间呈“j”型增长，随着时间推移，由于营养物质的消耗、有害代谢产物的积累、ph的改变，酵母菌数量呈“s”型增长。3.探究步骤(1)将10 ml无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中。(2)将酵母菌接种到试管中的培养液。(3)将试管放在25 条件下培养。(4)每天取样计数酵母菌数量。用血细胞计数板在显微镜下计数，估算10 ml培养液中酵母菌的初始种群数n0，然后连续观察七天，记录每天的数值。(5)分析数据，以时间为横坐标，酵母菌数量为纵坐标，画出坐标曲线图，分析曲线走向，揭示酵母菌种群数量变化规律。4.实验结论在有限的环境条件下酵母菌种群数量呈“s”型增长。合作探究1.探究本实验需要设置对照实验吗？需要做重复实验吗？答案酵母菌在不同时间内的数量可以相互对照，不需另设对照实验，但需要做重复实验，以保证计数的准确性。2.从试管中吸出培养液进行计数前，为什么需将试管轻轻振荡几次？答案目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减少误差。3.若一个小方格内酵母菌过多，难以数清，采取的措施是什么？答案可增大稀释倍数后再计数。4.对于压在小方格界线上的酵母菌，怎样计数？答案只计算相邻两边及其夹角的酵母菌。5.影响酵母菌种群生长的因素可能有哪些？答案养料、温度、ph及有害代谢废物等。3.某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验时，同样实验条件下分别在4个试管中进行培养(见表)，均获得了“s”型增长曲线。根据实验结果判断，下列说法错误的是()试管号培养液体积/ml105105起始酵母菌数/103个105510a.4个试管内的种群初始阶段都经历了“j”型增长b.4个试管内的种群同时达到k值c.试管内种群的k值与试管不同d.试管内的种群数量先于试管开始下降答案b解析培养液的体积是有限的，则整个培养过程中酵母菌呈“s”型增长。在培养初期，酵母菌之间不因数量较多而存在生存斗争，酵母菌呈“j”型增长。培养液中酵母菌数量达到k值的时间取决于培养液的体积和酵母菌的起始数量：酵母菌起始数量相同的试管(如和、和)，培养液体积越小的试管越先达到k值；而培养液体积相同的试管(如和、和)，酵母菌起始数量越大的试管越先达到k值。酵母菌数量开始下降的时间取决于酵母菌的起始数量和培养液的体积：培养液体积相同的试管(如和、和)，酵母菌起始数量越大的试管内种群数量越先下降；而酵母菌起始数量相同的试管(如和、和)，培养液体积越小的试管内种群数量越先下降。一题多变如图为某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验时，所测得的不同培养阶段酵母菌种群数量、葡萄糖浓度和乙醇浓度的变化曲线，请回答下列问题：(1)曲线ab段酵母菌呼吸发生的场所是 ；曲线bc段酵母菌呼吸的方式为 。(2)酵母菌种群数量从c点开始下降的主要原因除葡萄糖被大量消耗外，还有 、 。(3)在t1t2时段，单位时间内酵母菌消耗葡萄糖量迅速增加的主要原因有 、 。(4)某同学在t3时取样，统计的酵母菌种群数量明显高于d点对应的数量，原因可能有 、 和用血细胞计数板计数时出现错误等。答案(1)细胞质基质和线粒体有氧呼吸和无氧呼吸(2)乙醇含量过高培养液的ph下降(3)酵母菌进行无氧呼吸，产生的能量少酵母菌种群数量增多(4)取样时培养液未摇匀，从底部取样未染色，统计的菌体数包含了死亡的菌体1.数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。建立数学模型一般包括以下步骤：根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达；观察研究对象，提出问题；通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正；提出合理的假设。下列排列顺序正确的是()a. b.c. d.答案b2.下图中表示种群在无环境阻力状况下增长的是()答案b3.种群的“j”型增长是有条件的，条件之一是()a.在该环境中只有一个种群b.该种群对环境的适应比其他种群优越得多c.环境资源是无限的d.环境资源是有限的答案c4.自然界中生物种群增长常表现为“s”型增长。下列有关种群“s”型增长的说法正确的是()a.“s”型增长仅表示了种群数量和食物的关系b.种群增长率在各阶段是不同的c.“s”型增长只表示了种群数量，与时间无关d.种群增长不受种群密度制约答案b5.某研究所调查发现：某种鱼迁入一生态系统后，其种群数量增长速率随时间变化的曲线如图所示，请分析回答问题：(1)在t0t3时间内，种群数量增长曲线呈 型；若在t3时种群数量为n，则在t1时种群数量为 。t1时该种群的年龄组成可能为 。(2)捕获该鱼的最佳时期为 时，原因是 。(3)在t3时期后