资源描述
第4章 种群和群落
第2节 种群数量的变化
学习目标
1.通过讨论细菌种群数量的变化,尝试建构种群增长的数学模型。
2.阐明种群的“J”型增长和“S”型增长。
3.运用种群数量变化规律解决生产生活中的实际问题。
4.通过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。
学习过程
●导入新课
种群具有哪些特征?研究出生率和死亡率、迁入率和迁出率有什么意义?研究年龄组成和性别比例有什么意义?
●探究新知
探究一、建构理想条件下细菌种群增长模型
[自主学习1]
阅读教材,回答下列问题:
在营养和生存空间没有限制的情况下,某种细菌每20分钟就通过分裂繁殖一次。
(1)如果在营养和生存空间等条件都适宜的情况下,1个细菌会增殖为多少?完成下列表格。
时间/min
20
40
60
80
100
120
140
160
180
细菌数量
(2)如果我们用N表示细菌数量,n表示细菌繁殖的代数,请尝试写出细菌种群增长的公式。
n代以后细菌的数量Nn=
(3)利用表格中的数据,以时间(繁殖代数)为横轴,细菌数量为纵轴,尝试在下图中画出细菌种群增长的曲线。
[自主总结1]
(1)数学模型:用来描述一个系统或它的性质的 形式。
(2)建构数学模型的方法步骤:观察研究对象,提出问题→提出合理的 →用适当的 形式对事物的性质进行表达→通过进一步实验或观察,对模型进行检验或修正。
(3)数学模型的表达形式
①数学方程式:优点是 。
②曲线图:优点是 。
探究二、构建种群“J”型增长的数学模型
[自主学习2]
阅读课本P66的两个实例,分析种群呈“J”型增长的原因,并构建种群“J”型增长的数学模型。
(1)模型假设:
条件:在 条件充裕、气候适宜、没有敌害等条件下。
数量变化:种群的数量每年以 增长,第二年的数量是第一年的 倍。
(2)建立模型:t年以后种群的数量表达式为: 。
参数含义:N0表示 ;Nt表示 ;
t表示 ;λ表示 。
[自主总结2]
(1)根据实例理解“J”型增长的数量变化特点: 。
(2)当λ>1、λ=1、1<λ<0时,种群的数量变化分别会怎样?
(3)自然界中“J”型增长能一直持续下去吗?原因是什么?
探究三、种群增长的“S”型曲线
[自主学习3]
阅读课本P67高斯的实验,完成下列题目。
(1)含义:种群经过一定时间的增长后,数量 的曲线,称为“S”型曲线。
(2)产生原因:自然界的资源和空间总是 的,当种群密度增大时,种内斗争就会 ,以该种群为食的动物数量也会 ,这就会使种群的出生率 ,死亡率 。当种群的死亡率与出生率相等时,种群就稳定在一定的水平。
(3)环境容纳量:在环境条件 的情况下,一定空间中所能维持的种群 ,又称 值。
[自主总结3]
(1)试从环境容纳量上分析保护大熊猫和控制鼠害的根本措施。
(2)种群数量在K/2处增长速率最大,此点在生产实践中有哪些用途?
(3)种群增长的“J”型曲线和“S”型曲线的比较。
“J”型曲线
“S”型曲线
前提条件
增长特点
增长一段时间后,数量趋于稳定
有无K值
相同点
均为增长型曲线
探究四、种群数量的波动和下降
[自主学习4]
(1)影响因素
①自然因素: 、食物、 、传染病等。
②人为因素:人类活动的影响。
(2)数量变化
大多数种群的数量总是在 中,在不利条件下,种群的数量还会急剧 甚至 。
(3)研究种群数量变化的意义
①对有害动物的 。 例如通过采取相应措施减小环境容纳量,来有效防治有害动物。
②有利于对濒危动物种群的 。通过建立自然保护区,改善环境,拯救濒危动物。
③通过研究种群数量变动规律,为害虫的 提供科学依据。
探究五、实验:培养液中酵母菌种群数量的变化
[自主学习5]
(一)实验原理
酵母菌属 微生物; 用液体培养基培养酵母菌,种群的增长受培养液的成分、空间、pH、温度等因素的影响;在理想的环境中,酵母菌种群的增长呈 型曲线,在有限的环境下,酵母菌种群的增长呈 型曲线。
利用血球计数板在显微镜下直接计数,由于血球计数板盖上盖玻片后的容积是一定的,所以可根据观察到的细胞数目来计算单位体积的细胞的总数目。
(二)探究问题
培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的?
(三)作出假设
在有限的环境条件下,酵母菌种群的数量随时间呈 型增长变化。
(四)实验步骤
1.将10 mL肉汤培养液(或马铃薯培养液)加入试管中。
2.将酵母菌接种入试管中的培养液。
3.将各试管放在恒温箱 ℃下培养7天。
4.每天同一时间取样计数酵母菌个数,并作记录,连续观察7天。
5.分析数据,画出曲线。
(五)注意问题
1.血球计数板的使用
①图中共有400个小格,每小格面积为1/400 mm2,厚度为0.1 mm,则小格的体积为 mm3。
②取5个中格分别进行计数,求每个小格的平均数(a)。
③求每毫升中酵母菌细胞数的公式为:
酵母菌细胞数/mL=每小格酵母菌细胞平均数(a)×400×104×K,其中K代表酵母菌溶液稀释的倍数。
2.从试管中吸取培养液进行记数之前,为什么要将试管振荡几次?
3.本实验是否需要设置对照?如果需要,请讨论对照组应怎样设计和操作,如果不需要,请说明理由。
4.需要做重复实验吗?
5.怎样记录结果?
6.如果一个小方格内酵母菌过多,难以数清,应当采取怎样的措施?
7.对于压在小方格界线上的酵母菌,应当怎样计数?
优化训练
1.下列关于种群数量变化的叙述,不正确的是( )
A.在理想条件下,种群数量增长的数学模型为:Nt=N0λt
B.一个物种引入新的地区后,一定呈“J”型增长
C.对家鼠等有害动物的控制,要尽量降低其K值
D.一个呈“S”型增长的种群,数量在K/2左右时增长速率最大
2.某种群刚迁入一个新的栖息地后,种群开始增长,随着时间的推移,种群停止增长并维持相对稳定。在停止增长期间( )
A.增长率大于零 B.老年个体数量最多
C.出生率及死亡率均为零 D.种群密度最大
3.下列图中,表示种群在无环境阻力状况下增长的是( )
4.右图表示某物种迁入新环境后,种群增长速率随时间的变化关系。在第10年时经调查该种群数量为200只,估算该种群在此环境中的环境容纳量约为( )
A.100只 B.200只 C.300只 D.400只
5.2007年6月下旬,栖息在洞庭湖400多万亩湖区中的约20亿只东方田鼠,随水位上涨部分内迁,所到之处,它们四处打洞,啃食庄稼。地方政府组织群众展开一场“人鼠大战”。在灭鼠时,若杀死老鼠总量的一半,过一段时间后,会发现( )
A.很快恢复到原来的数量 B.数量会继续下降
C.保持数量不变 D.数量先增加,然后快速下降
6.如右图所示种群数量增长曲线,下列叙述正确的是( )
A.当种群数量达到E点后,种群数量不再发生变化
B.种群增长过程中出现环境阻力是在D点之后
C.防治蝗灾应在害虫数量达到C点时进行
D.K值会因环境条件的改变而改变
7.假定当年种群数量是一年前种群数量的λ倍,如图表示λ值随时间变化的曲线示意图。下列相关叙述错误的是( )
A.0~a年,种群数量不变,其年龄组成为稳定型
B.a~c年,种群数量下降,其年龄组成是衰退型
C.b~d年,种群数量增加,种群呈“S”型曲线增长
D.d~e年,种群数量增加,种群呈“J”型曲线增长
8.每年的7月11日被定为“世界人口日”,人口问题越来越受到国际社会的重视。右图表示三种可能的人口增长曲线,请回答下列问题。
(1)16世纪以来,世界人口增长表现为图中a曲线,人口剧增带来的严重后果有 。如果这种现状不能得到有效改善,人口增长趋势终将表现为图中 曲线。
(2)按生态学原理,世界人口增长应该表现为图中 曲线,该曲线与a曲线产生差别的原因是 。若地球环境对人类种群的容纳量(K)为110亿,则全球人口的最适数量为 。
参考答案
学习过程
●导入新课
种群密度、出生率和死亡率、迁入率和迁出率、年龄组成和性别比例。这些都是决定种群大小和种群密度的重要因素。年龄组成对于预测种群数量的变化趋势具有重要意义,性别比例对种群密度也有一定的影响。
●探究新知
[自主学习1]
(1)2 4 8 16 32 64 128 256 512
(2)2n
(3)
[自主总结1]
(1)数学 (2)假设 数学 (3)①精确 ②直观
[自主学习2]
(1)食物和空间 一定的倍数 λ (2)Nt=N0λt 该种群的起始数量 t年后该种群的数量 时间 该种群数量是一年前种群数量的倍数
[自主总结2]
(1)呈指数增长,增长率不变 (2)λ>1种群数量增加,λ=1种群数量不变,1<λ<0种群数量减少。(3)不能,存在环境阻力。
[自主学习3]
(1)趋于稳定 (2)有限 加剧 增加 降低 增加 (3)不受破坏 最大数量 K
[自主总结3]
(1)保护大熊猫:建立自然保护区,给大熊猫更宽广的生存空间,改善它们的栖息环境,从而提高环境容纳量是保护大熊猫的根本措施。
控制鼠害:可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量,如将食物储藏在安全处,断绝或减少它们的食物来源;室内采取硬化地面等措施,减少它们挖造巢穴的场所。
(2)野生生物的保护和利用,如捕捞鱼类时捕到K/2。
(3)食物空间充裕,气候适宜,没有敌害 食物等资源和空间有限,种内竞争不断加剧,捕食者数量不断增加 种群数量呈指数增长 无K值 有K值
[自主学习4]
(1)①气候 天敌
(2)波动 下降 消亡
(3)①防治 ②拯救和恢复 ③预防与防治
[自主学习5]
(一)单细胞 J S
(三)S
(四)3.28
(五)1.①1/4 000
2.目的是使培养液中的酵母菌均匀分布,以保证估算的准确性。
3.不需要,已有前后对照。
4.需要,分组实验获得平均值。
5.每天取样时间要固定。
6.摇匀试管取1 mL酵母菌培养液稀释n倍后,再用血球计数板计数,所得数值乘以n×2.5×104,即为10 mL酵母菌液中酵母菌个数。
7.只计数相邻两边及其顶角。
优化训练
1.B 2.D 3.B 4.D 5.A 6.D 7.C
8.(1)环境污染(环境破坏、生态破坏)、资源短缺(生物多样性降低、可耕地减少) c
(2)b 环境阻力(资源或空间有限) 55亿
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