1.2 种群的数量变化 第1课时（解析版）（导学案）生物人教版2019选择性必修2

/1.2种群的数量变化（第1课时）（导学案）1.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，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。学习重点：建构种群增长模型的方法、种群的“J”形增长和“S”形增长学习难点：建构种群增长模型的方法。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。建立数学模型的一般步骤:观察研究对象,提出问题→提出合理的假设→根据实验数据,用适当的数学形式对事物的性质进行表达,即建立数学模型→通过进一步实验或观察等,对模型进行检验或修正。

2.曲线图:数学模型的另一种表现形式。同数学公式相比,它能更直观地反映出种群的增长趋势。

二、种群的“J”形增长1.模型假设:在理想条件,即在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条件下,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,种群数量增长曲线(以时间为横坐标,种群数量为纵坐标)呈“J”形。

2.建立模型:N0为种群的起始数量,t为时间,Nt表示t年后该种群的数量,λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数,建立的数学模型是Nt=N0·λt。

三、种群的“S”形增长1.模型假设:在自然界,资源和空间总是有限的,当种群密度增大时,种内竞争加剧,这就会使种群的出生率降低,死亡率升高,当死亡率升高至与出生率相等时,种群增长停止,数量趋于稳定,增长曲线呈“S”形。

2.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。

任务一建构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？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？2216个。4.请以时间为横坐标,细菌数量为纵坐标,在下列坐标图中画出细菌种群的增长曲线。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？分析其原因。不会；因为培养瓶中的营养物质和空间都是有限的。任务二、种群数量的“J”形增长资料11859年，一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔，一个世纪后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃噬树皮，造成植被破坏，导致水土流失。直到人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。资料220世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937-1942年，这个种群增长如下图。1.这两个资料中的种群增长有什么共同点？种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。2.种群出现这种增长的原因是什么？食物充足、缺少天敌等。3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？不能。因为资源和空间是有限的。4.野兔和环颈雉种群的增长曲线是否类似于细菌种群的增长曲线？类似，均成“J”形。任务三、种群数量的“S”形增长资料3高斯把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中,每隔24小时统计一次大草履虫的数量,经过反复实验,得出了如图所示的结果。从下图可以看出,大草履虫的数量在第二天和第三天增长较快,第五天以后基本维持在375个左右1.为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？随着大草履虫数量的增多，对食物和空间的竞争趋于激烈，导致出生率下降，死亡率升高。2.观察上图,曲线的斜率有什么变化?这说明大草履虫的数量增长出现什么变化?结合数学知识分析可知,在种群的“S”形增长中,曲线的斜率(种群增长速率)先增大后减小。这说明大草履虫的种群数量先快速增长,随后增长放缓,最终稳定在一定水平。3.在实验第五天后,大草履虫的数量基本维持在375个左右,这个数值意味着什么?这个数值是该环境条件所能维持的大草履虫种群的最大数量,即环境容纳量,又称K值。4.由曲线图可知,大草履虫增长速率最大的时间大致在哪天?对应的种群数量是多少?大草履虫增长速率最大的时间约为第2.5天。此时种群数量大致为K/2。5.哪些措施会影响种群的K值?栖息地遭到破坏后,由于食物的减少和活动范围的缩小,种群的K值会变小;建立自然保护区,创造更宽广的生存空间,改善栖息环境,可提高K值。任务三、K值与K/2值在实践中的应用1.为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？为什么？应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平，因为在这个水平上种群增长速率最大。2.怎样做才能最有效的灭鼠？降低环境容纳量：如断绝或减少它们的食物来源；养殖或释放它们的天敌，等等。在K/2前捕杀：灭鼠时及时控制种群数量，严防达到K/2值，若达到该值，会导致该有害生物成灾。3怎样做才是保护大熊猫的根本措施？建立自然保护区，改善大熊猫的栖息环境，提高环境容纳量。1．有关下图的说法错误的是（）A．A图是某人在饭前、饭后血糖含量变化曲线，引起c~d段快速下降的激素是胰岛素B．B图中若P表示肾小管，则B可表示其中葡萄糖的含量逐渐升高C．C图能正确表示唾液淀粉酶的作用与温度关系D．D图表示的是在天然的草原生态系统中，狼由于某种疾病而大量死亡，较长时间内鹿群数量变化的曲线【答案】B【详解】A、胰岛素能调节糖在体内的吸收、利用和转化，A图中c~d段血糖快速下降是因为胰岛素的作用，A正确；B、肾小管具有重吸收作用，会把原尿中的葡萄糖全部重吸收回血液，若P表示肾小管，葡萄糖含量应逐渐降低，B错误；C、唾液淀粉酶在37℃左右活性最高，温度过高或过低都会影响其活性，故C图能正确表示唾液淀粉酶的作用与温度关系，C正确；D、在草原生态系统中，狼大量死亡，鹿群因缺少天敌数量先增加，后因食物等资源减少数量又下降，最后趋于稳定，D图符合，D正确。故选B。2．在某退耕农田自然演替过程中，植物物种甲、乙和丙分别在不同阶段占据优势，它们的相对多度与演替时间的关系如图Ⅰ所示。植物乙种群的种群增长速率如图Ⅱ所示。下列说法错误的是（）

A．由图Ⅰ可知，演替前期甲的种群数量可能呈“J”形增长B．图Ⅱ中c点时，植物乙种群的年龄结构为增长型C．图Ⅱ中d~e时间段，植物乙种群数量仍在增加D．演替过程中，植物丙的相对多度增加时，植物乙的种群数量一定会持续下降【答案】D【详解】A、在演替前期，资源相对充足，甲种群可能处于理想状态，数量可能呈“J”形增长，A正确；B、图Ⅱ中c点时，植物乙种群增长速率最大，种群数量在增加，年龄结构为增长型，B正确；C、图Ⅱ中d~e时间段，植物乙种群增长速率虽然在下降，但仍大于0，说明种群数量仍在增加，C正确；D、演替过程中，植物丙的相对多度增加时，植物乙的相对多度下降，但相对多度下降不意味着种群数量持续下降，种群数量还受其他因素影响，D错误。故选D。3．如图为两种生物种群的生长曲线，以下说法错误的是（）A．按甲曲线增长的种群无K值，增长率越来越大，种内斗争愈发激烈B．按乙曲线增长的种群，到a点后种内斗争最为激烈，且理论上增长率和增长速率均为零，若有波动，是因为发生负反馈调节C．按乙曲线增长的不同种群在同一环境下，b（K/2）点时的增长速率不同，但均为最大值；a点的位置也不同，即代表的环境容纳量不同D．甲曲线的数学模型为Nt=N0λt，其中λ代表增长倍数【答案】A【详解】A、甲曲线为“J”型增长曲线，“J”型增长是在理想条件（食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等）下的增长模式，种群增长率不变，无K值（环境容纳量），A错误；B、乙曲线是“S”型增长曲线，a点时种群数量达到K值（环境容纳量），此时种群数量最多，种内斗争最为激烈。理论上达到K值时，出生率等于死亡率，增长率（出生率-死亡率）和增长速率（单位时间内种群数量变化）均为零。自然状态下种群数量在K值上下波动，是因为存在负反馈调节（比如种群数量增加，导致资源减少，进而抑制种群增长；种群数量减少，资源相对充裕，又会促进种群增长），B正确；C、对于“S”型增长曲线，b点对应K/2，此时增长速率达到最大值，但不同种群因自身遗传特性等不同，在同一环境下，b（K/2点）时增长速率数值不同（比如繁殖能力强的种群和繁殖能力弱的种群，增长速率最大值有差异）。a点是环境容纳量（K值），不同种群在同一环境中，因对环境适应能力等不同，K值（a点位置）不同，C正确；D、甲曲线的数学模型为Nt=N0λt，其中N0为种群起始数量，t为时间，λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数（增长倍数），D正确。故选A。4．如图所示为不同物种的甲、乙种群在一段时间内的增长率与种群密度的关系（种群增长率等于出生率减死亡率）。随时间推移种群密度逐渐增加，a为种群延续所需的最小种群数量所对应的种群密度。下列说法正确的是（

）A．b点时乙种群的出生率等于死亡率B．由a至c，物种乙的数量先增加后减少C．由a至c，甲种群的数量增长曲线呈“J”形D．由a至c，乙种群的年龄结构可能由增长型向稳定型转变【答案】D【详解】AB、c点之前，乙种群增长率大于0，即出生率大于死亡率，种群数量不断增大，AB错误；C、由a至c，甲种群的增长率不断降低，应是环境阻力不断增加，所以不属于“J”形曲线，C错误；D、由a至c，乙种群的增长率逐渐减小，说明种群增长速度逐渐变慢，在增长初期，种群数量增长较快，年龄结构为增长型；随着增长率逐渐减小，当增长率接近0时，种群数量趋于稳定，年龄结构可能由增长型向稳定型转变，D正确。故选D。种群数量变化趋势主要包括上升、下降、波动和灭绝等。种群数量上升趋势多种多样，其中“J”形增长比较理想化、“S”形增长比较常见。图1～图3表示投放到某大型水库的青鱼，其种群增长数据曲线在t0到t1时间段近“J”形增长。请回答下列问题：(1)图1～图4都是描述青鱼种群数量变化的模型，在t0到t1时间段青鱼种群近“J”形增长，这个阶段青鱼种群数量随时间变化的数学表达式为。(2)根据图1、图2、图3的信息，为了维持青鱼产量的可持续发展，每年捕捞后种群存留量维持在水平，原因是。(3)调查青鱼种群数量变化趋势主要参考值是其，该参考值可为鱼情作出科学的预测预报。(4)请写出水库的青鱼种群呈现“S”形增长的原因（答出两点即可）：。【答案】(1)数学Nt=1000×2t（或Nt=1000×2t1-t0）(2)K/2K/2水平时种群的增长速率和增长量都最大，青鱼种群数量恢复最快(3)年龄结构(4)空间资源有限，存在天敌，存在种内、种间竞争，气候等环境因素限制等【分析】在理想的环境中，种群数量会呈现J型增长，在资源、空间有限的条件下，常呈现S型增长。【详解】（1）图1～图4