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

高二生物學(xué)案中心備課人：審核人：第2節(jié)種群數(shù)量的變化學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)探究酵母菌種群數(shù)量的變化等活動(dòng)，嘗試建立數(shù)學(xué)模型表征和解釋種群的數(shù)量變化。2.舉例說(shuō)明種群的J形增長(zhǎng)、S形增長(zhǎng)、波動(dòng)等數(shù)量變化情況。3.闡明環(huán)境容納量原理在實(shí)踐中的應(yīng)用。4.關(guān)注人類活動(dòng)對(duì)種群數(shù)量變化的影響。學(xué)習(xí)重難點(diǎn)種群的J形增長(zhǎng)、S形增長(zhǎng)；建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法課前自主探究一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法1.數(shù)學(xué)模型：用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的______________。2.建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟：觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題→→根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)男问綄?duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)→通過(guò)進(jìn)一步等，對(duì)模型進(jìn)行。二、種群的“J”形增長(zhǎng)1．含義：在條件下的種群，以為橫坐標(biāo)，以為縱坐標(biāo)畫出的曲線圖，曲線大致呈“J”形。2．“J”形增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型：（1）模型假設(shè)：條件：在條件充裕、氣候適宜、沒(méi)有天敵和其他競(jìng)爭(zhēng)物種；數(shù)量變化：種群的數(shù)量每年增長(zhǎng)，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(dá)式為：三、種群的“S”形增長(zhǎng)1．含義：種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量，增長(zhǎng)曲線呈“S”形。2．“S”形增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型（1）模型假設(shè)：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(dāng)一種生物遷入一個(gè)條件適宜的新分布地時(shí)，初始階段一般會(huì)出現(xiàn)__________。②但是，資源和環(huán)境總是_________。當(dāng)種群密度增大時(shí)，____________就會(huì)加劇，導(dǎo)致_________降低，__________升高。③當(dāng)死亡率升高至與出生率________時(shí)，種群增長(zhǎng)_________，有時(shí)會(huì)穩(wěn)定在一定的水平?？梢?jiàn)，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(dòng)1.有的種群能夠在一段時(shí)間內(nèi)______________。大多數(shù)種群的數(shù)量總是在中。2.處于波動(dòng)狀態(tài)的種群，在某些特定條件下可能出現(xiàn)___________；當(dāng)種群長(zhǎng)久處于不利條件下，種群的數(shù)量還會(huì)出現(xiàn)。課堂合作探究探究一：建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法1、實(shí)例：以教材P7“問(wèn)題探討”中的素材為例在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒(méi)有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過(guò)分裂繁殖一代。(1)請(qǐng)根據(jù)該細(xì)菌分裂繁殖的規(guī)律，完善下表：時(shí)間(min)020406080100120…180繁殖代數(shù)(代)0123456…細(xì)菌數(shù)量(個(gè))1…(2)觀察上表中細(xì)菌數(shù)量(N)和繁殖代數(shù)(n)之間的關(guān)系，寫出相應(yīng)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(xì)菌種群數(shù)量增長(zhǎng)的曲線。2.數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式：（1）數(shù)學(xué)公式：科學(xué)、準(zhǔn)確，但不_____________。（eg:）（2）曲線圖：直觀但不夠________________。（eg:細(xì)菌種群的增長(zhǎng)曲線）典例分析例題1．?dāng)?shù)學(xué)模型是用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式.建立數(shù)學(xué)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)=2\*GB3②觀察研究對(duì)象,提出問(wèn)題=3\*GB3③通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等,對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正=4\*GB3④提出合理的假設(shè)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(zhǎng)的曲線1、“J”形增長(zhǎng)曲線分析t年以后種群的數(shù)量表達(dá)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(zhǎng)率不變?cè)鲩L(zhǎng)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(zhǎng)到Nt，則該種群的增長(zhǎng)率：=_____________(無(wú)單位)②種群增長(zhǎng)速率逐漸增大增長(zhǎng)速率=種群數(shù)量差/時(shí)間×100%（即種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線的斜率）(有單位，如個(gè)/年)問(wèn)題：請(qǐng)分析在λ<1,λ=1,λ>1時(shí)的種群數(shù)量分別發(fā)生什么變化？2、“S”形增長(zhǎng)曲線分析左圖A-D段對(duì)應(yīng)右圖t0-t2：出生率＞死亡率，種群數(shù)量增加。左圖D點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)右圖t2：出生率=死亡率，種群數(shù)量穩(wěn)定。①種群增長(zhǎng)率：由于環(huán)境阻力的存在，增長(zhǎng)率逐漸____________②種群增長(zhǎng)速率：先增大后減小。種群數(shù)量為0～K/2時(shí)，資源和空間相對(duì)充裕，數(shù)量增加加快，種群的增長(zhǎng)速率一直增加。種群數(shù)量為K/2時(shí)，種群增長(zhǎng)速率(斜率)_____。K/2～K時(shí)，由于資源和空間有限，數(shù)量增加減慢，種群的增長(zhǎng)速率開(kāi)始降低。K值時(shí)，數(shù)量增長(zhǎng)停止，種群增長(zhǎng)速率為_(kāi)_______。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(dòng)。（2）K值會(huì)隨環(huán)境的改變而發(fā)生變化。當(dāng)環(huán)境破壞時(shí)，K值下降；當(dāng)環(huán)境改善時(shí)，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(dá)到的最大值可以超過(guò)K值，但這個(gè)值存在的時(shí)間很短，因?yàn)榄h(huán)境已遭到破壞。①K值的不同表示方法圖中代表K值的點(diǎn)是？代表K/2的點(diǎn)是？②K值和K/2值應(yīng)用：應(yīng)用有害動(dòng)物的控制有益動(dòng)物的保護(hù)與利用K/2值嚴(yán)防有害動(dòng)物種群數(shù)量達(dá)到K/2值附近，否則種群數(shù)量會(huì)迅速增加難以控制。使有益動(dòng)物的種群數(shù)量維持在K/2值左右，此時(shí)該種群數(shù)量會(huì)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(hù)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(zhǎng)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(shí)狀態(tài)：食物、空間有限、存在天敵等增長(zhǎng)率或增長(zhǎng)速率曲線增長(zhǎng)率＝λ-1種群數(shù)量為K/2時(shí)，種群的增長(zhǎng)速率最大，種群數(shù)量為K時(shí)，種群的增長(zhǎng)速率為0。有無(wú)K值無(wú)有差異分析兩種增長(zhǎng)曲線的差異主要是環(huán)境阻力的有無(wú)，圖中陰影部分表示的含義為環(huán)境阻力，即指生存斗爭(zhēng)中被淘汰的個(gè)體。典例分析例2．經(jīng)調(diào)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(zhǎng)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(jié)果如下表。正確的是()時(shí)間/d15913172125293337成蟲/只6102871130207270302327341A.第13-25d,成蟲數(shù)量增長(zhǎng)快的主要原因是個(gè)體生長(zhǎng)加快B.第17-29d,成蟲增長(zhǎng)速率上升、死亡率下降C.第21-37d,成蟲增長(zhǎng)速率的下降與種群密度的改變有關(guān)D.第1-37d,成蟲數(shù)量呈“J”形增長(zhǎng)例4．某中學(xué)建校14年，校園中白頭翁14年間的種群增長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)B．第12年時(shí)，白頭翁種群的年齡結(jié)構(gòu)為衰退型C．該學(xué)校中，白頭翁的K值約為第8年時(shí)其種群數(shù)量的兩倍D．用樣方法調(diào)查白頭翁的種群密度并計(jì)算出增長(zhǎng)速率例5.如圖是種群增長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型，下列敘述不正確的是()A.“J”形增長(zhǎng)曲線反映的是種群在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒(méi)有天敵等條件下的增長(zhǎng)B.“S”形增長(zhǎng)曲線可用數(shù)學(xué)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(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，來(lái)研究一個(gè)種群的數(shù)量變化情況，嘗試構(gòu)建種群增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。2、實(shí)驗(yàn)原理：酵母菌可以用液體培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)，培養(yǎng)液中的酵母菌種群的增長(zhǎng)情況與培養(yǎng)液中的成分、空間、pH、溫度等因素有關(guān)。3、實(shí)驗(yàn)方法：抽樣檢測(cè)法先將蓋玻片放在計(jì)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(xì)胞全部沉降到計(jì)數(shù)室底部，將計(jì)數(shù)板放在載物臺(tái)的中央，計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)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(jì)數(shù)板：左圖為25×16型的計(jì)數(shù)板：大方格規(guī)格1mm×1mm×0.1mm=0.1mm3，25個(gè)中方格，每個(gè)中方格16個(gè)小方格，一共400小方格方法：采用五點(diǎn)取樣法計(jì)算每小方格中酵母菌平均數(shù)目，如果一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌過(guò)多難以數(shù)清，可以進(jìn)行稀釋公式：酵母細(xì)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(dāng)于1×10-4ml4、實(shí)驗(yàn)步驟(1)將10mL無(wú)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(shí)取樣計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量。(5)以時(shí)間為橫坐標(biāo)，酵母菌的數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出酵母菌種群數(shù)量的變化曲線。4、結(jié)果分析：增長(zhǎng)曲線的總趨勢(shì)是_________________，開(kāi)始時(shí)資源空間充足，種群數(shù)量______。隨著數(shù)量增多、營(yíng)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(jìn)一步惡化，種群數(shù)量___________。注意：（1）從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)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(jì)數(shù)更準(zhǔn)確。（2）對(duì)于壓在小方格界線上的酵母菌，只計(jì)數(shù)相鄰兩邊及其頂角的酵母菌數(shù)。（3）此實(shí)驗(yàn)酵母菌的變化在時(shí)間上形成自身的前后對(duì)照，不需要設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)。需要做重復(fù)實(shí)驗(yàn)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(kāi)展相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)。在500mL已煮沸、冷卻的質(zhì)量分?jǐn)?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(dòng)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(duì)培養(yǎng)液中酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí),逐個(gè)統(tǒng)計(jì)是非常困難的,可以采用法。

(3)本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有另設(shè)對(duì)照實(shí)驗(yàn),原因是。該實(shí)驗(yàn)需要重復(fù)取樣,原因是。

(4)在培養(yǎng)后期對(duì)培養(yǎng)液稀釋100倍后,用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板(規(guī)格為1mm×1mm×0.1mm,25×16)計(jì)數(shù),顯微觀察時(shí),甲同學(xué)在調(diào)焦后,只能看清血細(xì)胞計(jì)數(shù)板的橫線而看不清豎線,此時(shí)應(yīng)該,之后統(tǒng)計(jì)其中的五個(gè)中方格共有酵母菌120個(gè)。同時(shí)興趣小組的同學(xué)另取一定量培養(yǎng)液用臺(tái)盼藍(lán)對(duì)酵母菌進(jìn)行染色(活細(xì)胞的細(xì)胞膜具有選擇透過(guò)性,臺(tái)盼藍(lán)不能穿過(guò)),多次鏡檢求得一個(gè)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(lán)色酵母菌435則培養(yǎng)液中活酵母菌的密度為個(gè)/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(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法1.數(shù)學(xué)形式2.提出合理的假設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)或觀察檢驗(yàn)和修正二、種群增長(zhǎng)的“J”形曲線1．理想時(shí)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(zhǎng)的“S”形曲線1.趨于穩(wěn)定2.資源空間較快增長(zhǎng)有限的種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)出生率死亡率相等停止調(diào)節(jié)3.K值種群最大數(shù)量四、種群數(shù)量的波動(dòng)1.維持?jǐn)?shù)量的相對(duì)穩(wěn)定波動(dòng)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(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法1、248163264第9代5122、直觀準(zhǔn)確典例分析：例1A探究二:種群增長(zhǎng)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(shí)間該種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)λ－1問(wèn)題:當(dāng)