2022-2023學年人教版（2019）選擇性必修二 1.2 種群數(shù)量的變化- 學案

高二生物學案中心備課人：審核人：第2節(jié)種群數(shù)量的變化學習目標1.通過探究酵母菌種群數(shù)量的變化等活動，嘗試建立數(shù)學模型表征和解釋種群的數(shù)量變化。2.舉例說明種群的J形增長、S形增長、波動等數(shù)量變化情況。3.闡明環(huán)境容納量原理在實踐中的應用。4.關注人類活動對種群數(shù)量變化的影響。學習重難點種群的J形增長、S形增長；建構種群增長模型的方法課前自主探究一、建構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______________。2.建立數(shù)學模型的一般步驟：觀察研究對象，提出問題→→根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當?shù)男问綄κ挛锏男再|進行表達→通過進一步等，對模型進行。二、種群的“J”形增長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”形。2．“J”形增長的數(shù)學模型：（1）模型假設：條件：在條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競爭物種；數(shù)量變化：種群的數(shù)量每年增長，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：三、種群的“S”形增長1．含義：種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量，增長曲線呈“S”形。2．“S”形增長的數(shù)學模型（1）模型假設：自然界中的_______和________總是有限的（2）建立模型，曲線分析：①在自然界，當一種生物遷入一個條件適宜的新分布地時，初始階段一般會出現(xiàn)__________。②但是，資源和環(huán)境總是_________。當種群密度增大時，____________就會加劇，導致_________降低，__________升高。③當死亡率升高至與出生率________時，種群增長_________，有時會穩(wěn)定在一定的水平。可見，種內競爭對種群數(shù)量起_______作用。3.環(huán)境容納量：又稱________，即一定的環(huán)境條件所能維持的__________________。四、種群數(shù)量的波動1.有的種群能夠在一段時間內______________。大多數(shù)種群的數(shù)量總是在中。2.處于波動狀態(tài)的種群，在某些特定條件下可能出現(xiàn)___________；當種群長久處于不利條件下，種群的數(shù)量還會出現(xiàn)。課堂合作探究探究一：建構種群增長模型的方法1、實例：以教材P7“問題探討”中的素材為例在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一代。(1)請根據(jù)該細菌分裂繁殖的規(guī)律，完善下表：時間(min)020406080100120…180繁殖代數(shù)(代)0123456…細菌數(shù)量(個)1…(2)觀察上表中細菌數(shù)量(N)和繁殖代數(shù)(n)之間的關系，寫出相應的方程式：N＝2n。(3)根據(jù)所得到的方程式和表格中數(shù)據(jù)，在課本P8圖1-4中畫出細菌種群數(shù)量增長的曲線。2.數(shù)學模型的表現(xiàn)形式：（1）數(shù)學公式：科學、準確，但不_____________。（eg:）（2）曲線圖：直觀但不夠________________。（eg:細菌種群的增長曲線）典例分析例題1．數(shù)學模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數(shù)學形式.建立數(shù)學模型一般包括以下步驟。下列排列順序正確的是（）=1\*GB3①根據(jù)實驗數(shù)據(jù),用適當?shù)臄?shù)學形式對事物的性質進行表達=2\*GB3②觀察研究對象,提出問題=3\*GB3③通過進一步實驗或觀察等,對模型進行檢驗或修正=4\*GB3④提出合理的假設A.=2\*GB3②=4\*GB3④=1\*GB3①=3\*GB3③B.=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=1\*GB3①C.=4\*GB3④=2\*GB3②=1\*GB3①=3\*GB3③D.=1\*GB3①=2\*GB3②=4\*GB3④=3\*GB3③探究二：種群增長的曲線1、“J”形增長曲線分析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①種群增長率不變增長率=種群數(shù)量差/初始總數(shù)×100%若某種群數(shù)量在某年，由初始數(shù)量Nt-1增長到Nt，則該種群的增長率：=_____________(無單位)②種群增長速率逐漸增大增長速率=種群數(shù)量差/時間×100%（即種群數(shù)量增長曲線的斜率）(有單位，如個/年)問題：請分析在λ<1,λ=1,λ>1時的種群數(shù)量分別發(fā)生什么變化？2、“S”形增長曲線分析左圖A-D段對應右圖t0-t2：出生率＞死亡率，種群數(shù)量增加。左圖D點時對應右圖t2：出生率=死亡率，種群數(shù)量穩(wěn)定。①種群增長率：由于環(huán)境阻力的存在，增長率逐漸____________②種群增長速率：先增大后減小。種群數(shù)量為0～K/2時，資源和空間相對充裕，數(shù)量增加加快，種群的增長速率一直增加。種群數(shù)量為K/2時，種群增長速率(斜率)_____。K/2～K時，由于資源和空間有限，數(shù)量增加減慢，種群的增長速率開始降低。K值時，數(shù)量增長停止，種群增長速率為________。3.環(huán)境容納量（K值）的變化（1）K值不是固定不變的，環(huán)境不遭受破壞的情況下，種群數(shù)量圍繞K值上下波動。（2）K值會隨環(huán)境的改變而發(fā)生變化。當環(huán)境破壞時，K值下降；當環(huán)境改善時，K值上升。（3）K值并非種群數(shù)量的最大值，K值是在保證環(huán)境不被破壞前提下所能容納的最大值；種群所達到的最大值可以超過K值，但這個值存在的時間很短，因為環(huán)境已遭到破壞。①K值的不同表示方法圖中代表K值的點是？代表K/2的點是？②K值和K/2值應用：應用有害動物的控制有益動物的保護與利用K/2值嚴防有害動物種群數(shù)量達到K/2值附近，否則種群數(shù)量會迅速增加難以控制。使有益動物的種群數(shù)量維持在K/2值左右，此時該種群數(shù)量會迅速回升，從而保持資源更新能力。K值降低K值，改變環(huán)境，使之不適合有害生物生存保護K值，保證種群的生存環(huán)境條件，盡量提升環(huán)境容納量，增大K值4.種群增長的“J”形曲線和“S”形曲線的比較J形曲線S形曲線產(chǎn)生條件理想狀態(tài)：食物和空間充裕等現(xiàn)實狀態(tài)：食物、空間有限、存在天敵等增長率或增長速率曲線增長率＝λ-1種群數(shù)量為K/2時，種群的增長速率最大，種群數(shù)量為K時，種群的增長速率為0。有無K值無有差異分析兩種增長曲線的差異主要是環(huán)境阻力的有無，圖中陰影部分表示的含義為環(huán)境阻力，即指生存斗爭中被淘汰的個體。典例分析例2．經(jīng)調查，第一年某種昆蟲種群數(shù)量為N0，如果在理想的條件下，每年的增長倍數(shù)λ=1.3保持不變，則第三年該種群數(shù)量為（）A.1.3N0B.1.69N0C.2.3N0 D．5.29N0例3.用牛奶瓶培養(yǎng)黑腹果蠅,觀察成蟲數(shù)量的變化,結果如下表。正確的是()時間/d15913172125293337成蟲/只6102871130207270302327341A.第13-25d,成蟲數(shù)量增長快的主要原因是個體生長加快B.第17-29d,成蟲增長速率上升、死亡率下降C.第21-37d,成蟲增長速率的下降與種群密度的改變有關D.第1-37d,成蟲數(shù)量呈“J”形增長例4．某中學建校14年，校園中白頭翁14年間的種群增長速率如表。據(jù)表分析可知()年份第2年第4年第6年第8年第10年第12年第14年增長速率0．661．522．833．692．911．200．03A．這14年中，白頭翁的種群數(shù)量呈“J”形增長B．第12年時，白頭翁種群的年齡結構為衰退型C．該學校中，白頭翁的K值約為第8年時其種群數(shù)量的兩倍D．用樣方法調查白頭翁的種群密度并計算出增長速率例5.如圖是種群增長數(shù)學模型，下列敘述不正確的是()A.“J”形增長曲線反映的是種群在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵等條件下的增長B.“S”形增長曲線可用數(shù)學方程式Nt=N0λt表示t年后種群的數(shù)量C.K值可隨著環(huán)境的變化而變化D.兩種曲線的變化都受出生率和死亡率的影響探究三:探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”1、實驗目的：通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，來研究一個種群的數(shù)量變化情況，嘗試構建種群增長的數(shù)學模型。2、實驗原理：酵母菌可以用液體培養(yǎng)基來培養(yǎng)，培養(yǎng)液中的酵母菌種群的增長情況與培養(yǎng)液中的成分、空間、pH、溫度等因素有關。3、實驗方法：抽樣檢測法先將蓋玻片放在計數(shù)室上，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。多余培養(yǎng)液用濾紙吸去。稍待片刻，待酵母菌細胞全部沉降到計數(shù)室底部，將計數(shù)板放在載物臺的中央，計數(shù)一個小方格內的酵母菌數(shù)量，再以此為據(jù)，估算試管中的酵母菌總數(shù)。計數(shù)板：左圖為25×16型的計數(shù)板：大方格規(guī)格1mm×1mm×0.1mm=0.1mm3，25個中方格，每個中方格16個小方格，一共400小方格方法：采用五點取樣法計算每小方格中酵母菌平均數(shù)目，如果一個小方格內酵母菌過多難以數(shù)清，可以進行稀釋公式：酵母細胞數(shù)/ml=每小格酵母菌數(shù)目×400×104×稀釋倍數(shù)注：1ml=1000mm3，大方格的體積為0.1mm3，即相當于1×10-4ml4、實驗步驟(1)將10mL無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中。(2)將酵母菌接種入試管的培養(yǎng)液，顯微鏡觀察估算出10mL培養(yǎng)液中酵母菌的初始數(shù)量。(3)將試管放在25℃條件下培養(yǎng)。(4)每天定時取樣計數(shù)酵母菌數(shù)量。(5)以時間為橫坐標，酵母菌的數(shù)量為縱坐標，畫出酵母菌種群數(shù)量的變化曲線。4、結果分析：增長曲線的總趨勢是_________________，開始時資源空間充足，種群數(shù)量______。隨著數(shù)量增多、營養(yǎng)消耗、PH變化、有害物積累等，種群數(shù)量_________。后期生存條件進一步惡化，種群數(shù)量___________。注意：（1）從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數(shù)之前，要將試管輕輕震蕩幾次。使酵母菌在培養(yǎng)液中分布均勻,計數(shù)更準確。（2）對于壓在小方格界線上的酵母菌，只計數(shù)相鄰兩邊及其頂角的酵母菌數(shù)。（3）此實驗酵母菌的變化在時間上形成自身的前后對照，不需要設置對照實驗。需要做重復實驗以減少誤差。典例分析

例題6．某生物興趣小組利用酵母菌開展相關探究實驗。在500mL已煮沸、冷卻的質量分數(shù)為5%的葡萄糖培養(yǎng)液中接種一定量的酵母菌,在適宜的條件下培養(yǎng),探究酵母菌種群大小的動態(tài)變化。分析回答:(1)將葡萄糖培養(yǎng)液煮沸的主要目的是,冷卻后才接種酵母菌可防止。

(2)對培養(yǎng)液中酵母菌進行計數(shù)時,逐個統(tǒng)計是非常困難的,可以采用法。

(3)本實驗沒有另設對照實驗,原因是。該實驗需要重復取樣,原因是。

(4)在培養(yǎng)后期對培養(yǎng)液稀釋100倍后,用血細胞計數(shù)板(規(guī)格為1mm×1mm×0.1mm,25×16)計數(shù),顯微觀察時,甲同學在調焦后,只能看清血細胞計數(shù)板的橫線而看不清豎線,此時應該,之后統(tǒng)計其中的五個中方格共有酵母菌120個。同時興趣小組的同學另取一定量培養(yǎng)液用臺盼藍對酵母菌進行染色(活細胞的細胞膜具有選擇透過性,臺盼藍不能穿過),多次鏡檢求得一個中方格中的酵母菌數(shù)量如下:

第一次第二次第三次未染色酵母菌201723藍色酵母菌435則培養(yǎng)液中活酵母菌的密度為個/毫升。

1.2種群數(shù)量的變化課前案答案課前自主探究一、建構種群增長模型的方法1.數(shù)學形式2.提出合理的假設數(shù)學實驗或觀察檢驗和修正二、種群增長的“J”形曲線1．理想時間種群數(shù)量2．（1）資源和空間以一定倍數(shù)λ（2）Nt＝N0λt三、種群增長的“S”形曲線1.趨于穩(wěn)定2.資源空間較快增長有限的種內競爭出生率死亡率相等停止調節(jié)3.K值種群最大數(shù)量四、種群數(shù)量的波動1.維持數(shù)量的相對穩(wěn)定波動2.種群爆發(fā)持續(xù)性或急劇的下降課堂合作探究探究一：建構種群增長模型的方法1、248163264第9代5122、直觀準確典例分析：例1A探究二:種群增長的曲線1、Nt＝N0λt該種群的起始數(shù)量t年后該種群的數(shù)量時間該種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)λ－1問題:當