人教版(新教材)高中生物选择性必修2学案：1 2 1 建构种群增长模型的方法及种群数量的变化

人教版(新教材)高中生物选择性必修2PAGEPAGE1第2节种群数量的变化第1课时建构种群增长模型的方法及种群数量的变化〖学习目标〗1.尝试建立数学模型表征和解释种群的数量变化。2.举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长、波动等数量变化情况。3.阐明环境容纳量原理在实践中的应用。〖素养要求〗1.生命观念：自然界中的种群呈“S”形增长，揭示了种群数量在有限条件下通过种内调节维持相对稳定的机制，体现了稳态与平衡观。2.科学思维：建立和运用数学模型，即用数学模型来表征、解释和预测种群的数量变化。3.社会责任：关注人类活动对种群数量变化的影响。一、建构种群增长模型的方法探讨点建构某种细菌种群的增长模型根据教材P7问题探讨，回答下列问题：1.填写下表：计算一个细菌在不同时间(单位为min)产生后代的数量时间(min)020406080100120140160180代数0123456789数量(个)202481632641282565122.第n代细菌数量的计算公式是什么？〖提示〗设细菌初始数量为N0，第一次分裂产生的细菌数为第一代，数量为N0×2，第n代的细菌数量为Nn＝N0×2n。3．72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？〖提示〗2216个。4．以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，请在下面坐标图中画出细菌的数量增长曲线。〖提示〗如图所示5．在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗？如何验证你的观点？〖提示〗不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。6．曲线图能更直观地反映出种群的增长趋势，但是同数学公式相比，曲线图表示的模型有什么局限性？〖提示〗同数学公式相比，曲线图表示的模型不够精确。核心归纳建立数学模型的一般步骤1．(2021·山东省招远第一中学高二期末)数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式，某同学在分析某种细菌(每20min分裂一次)在营养和空间没有限制的情况下数量变化模型时，采取如下的模型构建程序和实验步骤，你认为建构的模型和对应的操作不合理的一组是()A．观察研究对象，提出问题：细菌每20min分裂―次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？B．提出合理假设：资源和生存空间无限时，细菌种群的增长不会受种群密度增加的制约C．根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达：Nn＝2nD．进一步实验或观察，对模型进行检验或修正：根据Nn＝2n画出数学“J”形曲线图〖答案〗D〖解析〗对模型进行检验或修正，需要观察、统计细菌数量，对模型进行检验或修正，D错误。2．在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，某细菌每20min就分裂繁殖一代。现将该细菌种群(t个个体)接种到培养基上(资源、空间无限)，m小时后，理论上该种群的个体总数是()A．t·2mB．t·220C．t·22mD．t·23m〖答案〗D〖解析〗在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，m小时细菌繁殖代数为3m，则种群的数量为t·23m，故选D。二、种群数量的变化1．种群的“J”形增长(1)含义：在理想条件下种群增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线则大致呈“J”形。(2)数学模型①模型假设a．条件：食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等。b．数量变化：种群的数量每年以一定倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。②建立模型：t年后种群数量表达式为Nt＝N0λt。③各参数的含义eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(N0：种群的起始数量,t：时间,Nt：t年后该种群的数量,λ：该种群数量是前一年种群数量的倍数))2.种群的“S”形增长(1)含义：种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形。(2)数学模型①模型假设②建立模型：(3)环境容纳量：一定的环境条件所能维持的种群最大数量，又称K值。(4)应用①野生大熊猫数量锐减的原因：栖息地遭到破坏，食物减少和活动范围缩小，K值变小。②应对措施：建立自然保护区，改善栖息环境，提高环境容纳量。3．种群数量的波动(1)影响因素eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自然因素,人为因素：人类活动的影响))(2)数量变化：①大多数种群的数量总是在波动中；②处于波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发；③长久处于不利的条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。判断正误(1)“J”形曲线是发生在自然界中最为普遍的种群增长模式()(2)种群数量达到K值以后，种群受食物、空间等因素的限制，增长速率为零，种群数量不再发生变化()(3)对于“S”形增长曲线，同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响()(4)环境容纳量即为种群数量最大值()〖答案〗(1)×(2)×(3)√(4)×探讨点1种群“S”形增长曲线分析1．特殊点、曲线段分析(1)AB段：出生率大于死亡率，种群数量增加。(2)B点(K/2)：出生率与死亡率差值最大，种群增长速率最大。(3)BC段：出生率仍大于死亡率，但差值在减小，种群增长速率下降。(4)C点(K值)：出生率等于死亡率，种群增长速率为0，种群数量达到最大，趋于稳定。2．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？〖提示〗同种生物的K值不是固定不变的，会受到环境因素的影响。生物自身的遗传特性和食物、栖息场所、天敌及其他生存条件均会影响动物的环境容纳量。3．请据图分析：该种群的K值为K2。4．下图体现了种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系，二者之间的阴影部分代表什么？〖提示〗环境阻力(按自然选择学说，它就是在生存斗争中被淘汰的个体数量)。探讨点2λ和增长率、增长速率的分析1．λ表示种群数量是前一年种群数量的倍数。请分析当λ>1、λ＝1、λ<1时，种群的数量变化及其年龄结构类型：项目种群数量变化年龄结构λ>1增加增长型λ＝1不变稳定型λ<1减少衰退型2.已知种群增长率＝eq\f(一定时间内增长的数量,初始数量)。请在下图中绘出“J”形增长的增长率曲线。〖提示〗如图所示3．已知种群增长速率＝eq\f(一定时间内增长的数量,时间)，也可用种群数量变化曲线的斜率来表示；据此推测“S”形增长的增长速率的变化趋势，并在下图中绘出其变化曲线。〖提示〗先增大，后减小。如图所示探讨点3环境容纳量与现实生活1．你认为当今人口是否已达到K值？科技进步是否能够提高地球对人类的环境容纳量？有什么证据可以支持你的观点？〖提示〗资源危机和能源紧缺说明人口已经接近或达到环境容纳量。随着科技进步，农作物产量不断提高，人类开发、利用和保护资源能力不断加强，因而可以提高地球对人的环境容纳量。2．假如大熊猫的栖息地遭到破坏，其K值会受到什么影响？有哪些措施可以保护大熊猫？〖提示〗K值会减小；建立自然保护区，改善它们的栖息环境，从而提高其K值，建立大熊猫繁育研究基地及大熊猫研究中心；立法保护等。3．从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？〖提示〗采取适当措施降低有害动物种群的环境容纳量，如密封粮食、硬化地面、引入天敌、搞好环境卫生等。核心归纳1．K值并不是种群数量的最大值K值是环境容纳量，即在保证环境不被破坏前提下所能维持的种群最大数量；在环境不遭到破坏的情况下，种群数量会在K值附近上下波动；种群所达到的最大值有时会超过K值，但这个值存在的时间很短，因为环境已遭到破坏。2．种群“J”形增长和“S”形增长的比较项目“J”形增长“S”形增长前提条件理想状态：①食物和空间条件充裕；②气候适宜；③没有天敌和其他竞争物种自然状态：①资源和空间有限；②种群密度增大时，种内竞争加剧增长模型种群增长率曲线种群增长速率曲线特点种群数量以恒定倍数连续增长，Nt＝N0λt种群数量增长经历慢→快→慢，最终达到K值后基本保持稳定有无K值无有二者联系3．(2021·北京丰台区高二期末)下图为种群数量增长曲线，不考虑迁入和迁出，下列有关叙述不正确的是()A．种群的数量变化除了“J”形和“S”形增长，还有稳定、波动和下降等B．bc段种群增长速率逐渐下降，是因为出生率小于死亡率C．自然状态下种群数量达到K值时，种群的增长速率接近于0D．当环境条件发生变化时，种群的K值也会发生相应的变化〖答案〗B〖解析〗bc段种群增长速率逐渐下降，但是种群的增长速率仍然大于零，出生率大于死亡率，B错误。4．科学家对某荒原上的子午沙鼠种群数量进行连续多年的调查，获得如图所示信息。下列叙述正确的是()A．第5年的子午沙鼠种群属于衰退型B．第10年和第20年的子午