人教版教材word版必修3種群數(shù)量的變化

第2節(jié)種群數(shù)量的變化問題探討在營養(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。討論：1、n代細菌數(shù)量的計算公式是什么?2、72h后，由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？3、在一個培養(yǎng)基中，細菌的數(shù)量會一直按照這個公式增長嗎。如何驗證你的觀點?本節(jié)聚焦1、怎樣建構(gòu)種群數(shù)量增長的模型？2、種群的數(shù)量是怎樣變化的？3、什么是環(huán)境容納量？4、影響種群數(shù)量變化的因素有哪些？描述、解釋和預測種群數(shù)量的變化，常常需要建立數(shù)學模型。在上面的問題探討活動中，你已經(jīng)在嘗試對某種細菌種群的數(shù)量變化建立數(shù)學模型。建構(gòu)種群增長模型的方法數(shù)學模型數(shù)學模型是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學形式。建立數(shù)學模型一般包括以下步驟(以“問題探討”中的素材為例)：旁欄思考：同數(shù)學方程式相比，曲線圖表示的模型有什么局限性。旁欄思考這兩個實例中，種群呈“J”型增長的原因有哪些?下面請你算出一個細菌產(chǎn)生的后代在不同時間(單位為min)的數(shù)量，并填入下表，然后以時間為橫坐標，細菌數(shù)量為縱坐標，畫出細菌的種群增長曲線(圖4-4)。這樣的曲線圖是數(shù)學模型的另一種表現(xiàn)形式。同數(shù)學方程式相比，它能更直觀地反映出種群數(shù)量的增長趨勢。你所得出的公式和增長曲線，只是對理想條件下細菌數(shù)量增長的推測。在自然界中，種群的數(shù)量變化情況是怎樣的呢?種群增長的“J”型曲線實例：1859年，一位英國人來到澳大利亞定居。他帶來了24只野兔。讓他沒有想到的是，一個世紀之后，這24只野兔的后代竟達到6億只以上。漫山遍野的野兔與牛羊爭食牧草，啃嚙樹皮，造成植被破壞，導致水土流失。后來，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。類似的事情還發(fā)生在其他國家。在20世紀30年代，人們將環(huán)頸雉引入美國的一個島嶼。在1937—1942年期間，這個種群數(shù)量的增長如圖4-5所示。通過上述兩個實例可以看出，自然界確有類似細菌在理想條件下種群數(shù)量增長的形式，如果以時間為橫坐標，種群數(shù)量為縱坐標畫出曲線來表示，曲線則大致呈“J”型。與社會的聯(lián)系查一查歷年來世界和我國人口增長的數(shù)據(jù)，分析人口增長是否呈“J”型曲線?"J”型增長的數(shù)學模型模型假設：在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等條件下，種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年的數(shù)量是第一年的λ倍。建立模型：t年后種群數(shù)量為：Nt=N0λt模型中各參數(shù)的意義：N0為該種群的起始數(shù)量，t為時間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，λ表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)。“J”型增長能一直持續(xù)下去嗎?種群增長的“S”型曲線自然界的資源和空間總是有限的，當種群密度增大時，種內(nèi)競爭就會加劇，以該種群為食的動物的數(shù)量也會增加，這就會使種群的出生率降低，死亡率增高。當死亡率增加到與出生率相等時，種群的增長就會停止，有時會穩(wěn)定在一定的水平。有實例證明嗎?生態(tài)學家高斯曾經(jīng)做過這樣一個實驗：在mL培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，然后每隔24h統(tǒng)計一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復實驗，得出了如圖4-6所示的結(jié)果。從圖中可以看出，大草履蟲的數(shù)量在第二天和第三天增長較快，第五天以后基本維持在375個左右。像這樣，種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長曲線，稱為“S”型曲線。不論哪種生物的種群，總是生活在一定的環(huán)境中。在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量(carryingcapacity)，又稱K值。上述大草履蟲種群的K值是375個。大熊貓棲息地遭到破壞后，由于食物的減少和活動范圍的縮小，其K值就會變小。這是大熊貓種群數(shù)量銳減的重要原因。因此，建立自然保護區(qū)，給大熊貓更寬廣的生存空間，改善它們的棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量，是保護大熊貓的根本措施。旁欄思考：同一種群的K值是固定不變的嗎？思考與討論對家鼠等有害動物的控制，應當采取什么措施?從環(huán)境容納量的角度思考，能得到什么啟發(fā)嗎?注意，家鼠的繁殖力很強，種群數(shù)量每天可增加％。種群數(shù)量達到K值時，都能在K值維持穩(wěn)定嗎?種群數(shù)量的波動和下降在自然界，影響種群數(shù)量的因素有很多，如氣候、食物、天敵、傳染病等。因此，大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動中(圖4-7)；在不利的條件下，種群數(shù)量還會急劇下降甚至消亡。第二次世界大戰(zhàn)時，捕鯨業(yè)停了下來，鯨的數(shù)量恢復到較高的水平。戰(zhàn)后捕鯨船的噸位不斷上升，鯨的捕獲量越來越大，導致許多鯨的種群數(shù)量急劇下降，有的鯨瀕臨絕滅。與社會的聯(lián)系隨著人口的增長，科技水平的提高，人類活動范圍的擴大，人類活動對自然界種群數(shù)量變化的影響越來越大，有時甚至成為決定性的因素。研究種群的變化規(guī)律以及影響種群數(shù)量變化的因素，對于有害動物的防治、野生生物資源的保護和利用，以及瀕危動物種群的拯救和恢復，都有著重要意義。探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化釀酒和做面包都需要酵母菌。這些酵母菌可以用液體培養(yǎng)基(培養(yǎng)液)來墻養(yǎng)。培養(yǎng)液中酵母菌種群的增長情況，與發(fā)酵食品的制作有密切關系。問題培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時間變化的?作出假設根據(jù)前面所學知識，針對這一問題作出假設：討論探究思路探究所需要的菌種和無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液、試管、血細胞計數(shù)板、滴管、顯微鏡等，都由老師提供。在制訂計劃前，你需要思考以下問題，并與同學討論。1怎樣進行酵母菌的計數(shù)?提示:對一支試管中的培養(yǎng)液(可定為10mL)中的酵母菌逐個計數(shù)是非常困難的，可以采用抽樣檢測的方法：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(nèi)的酵母菌數(shù)量，再以此為根據(jù)，估算試管中的酵母菌總數(shù)。蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1mm，請推導出將一個小方格范圍內(nèi)的酵母菌數(shù)，換算成10mL培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)的公式。2.從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數(shù)之前，建議你將試管輕輕振蕩幾次。這是為什么?3.本探究需要設置對照嗎?如果需要，請討論對照組應怎樣設計和操作；如果不需要，請說明理由。4.需要做重復實驗嗎?5.怎樣記錄結(jié)果?記錄表怎樣設計?6.如果一個小方格內(nèi)酵母菌過多，難以數(shù)清，應當采取怎樣的措施?7.對于壓在小方格界線上的酵母菌，應當怎樣計數(shù)?制訂計劃在小組討論的基礎上，寫出探究方案，方法步驟應當具體，并且是可操作的。確定小組同學間的分工。向老師匯報本小組的探究計劃，以求得老師的指導。實施計劃首先通過顯微鏡觀察，估算出10mL培養(yǎng)液中酵母菌的初始數(shù)量(N0)，在此之后連續(xù)觀察7天，分別記錄下這7天的數(shù)值。分析結(jié)果，得出結(jié)論將所得數(shù)值用曲線圖表示出來，分析實驗結(jié)果是否支持你所作的假設。探究的結(jié)論是表達和交流1.向全班匯報本小組7天的數(shù)據(jù)，算出每一天全班各組數(shù)據(jù)的平均值，根據(jù)平均值重新畫酵母菌種群數(shù)量的增長曲線。將這個增長曲線與本小組的曲線進行比較，分析其相似程度，并作出合理的解釋。2.根據(jù)各組平均數(shù)據(jù)畫出的增長曲線有沒有什么總趨勢?如果有，請作出說明。3.影響酵母菌種群數(shù)量增長的因素可能是什么?進一步探究根據(jù)你對影響酵母菌種群數(shù)量增長的因素作出的推測，設計實驗進行驗證。練習一、基礎題1.種群的“J”型增長和“S”型增長，分別會在什么條件下出現(xiàn)?你能舉出課本以外的例子加以說明嗎?2.20世紀初，人們將駝鹿引人加拿大密執(zhí)根湖的一個孤島。該種群從1915年到1960年的數(shù)量變化情況如一下表。(1)用曲線圖表示該種群數(shù)量自1915年至1943年的消長情況。(2)從1915年到1930年，該種群數(shù)量不斷增加，可能的原因有哪些?(3)該種群的數(shù)量后來急劇下降，可能的原因有哪些?3.舉例說明什么是環(huán)境容納量。二、拓展題假設你承包了一個魚塘，正在因放養(yǎng)多少魚而困惑：放養(yǎng)密度過大，魚競爭加劇，死亡率會增加；放養(yǎng)密度過小，水體的資源和空間不能充分利用。如何來解決這個難題呢?請查閱有關書籍或網(wǎng)站，如等。與生物學有關的職業(yè)植保員“本報訊近日，記者從市植保站獲悉：目前，大豆蚜蟲已在我市大豆田點片發(fā)生，農(nóng)民朋友應引起注意，盡早防治。由于近期氣溫高、降雨少、田間比較干旱，氣象條件非常有利于大豆蚜蟲的繁殖。據(jù)測報站7月3日調(diào)查，大豆百株蚜量1436頭，有蚜株率58％，卷葉率8%……上述調(diào)查結(jié)果表明：今年大豆蚜蟲在我市發(fā)生早且比常年同期發(fā)生量大。同時，因今年大豆苗小、抗蟲能力弱，這也有利于蚜蟲加重危害。為此，各縣植保站及廣大農(nóng)戶要盡早深入田間查田治蟲，對達到防治指標的地塊，應及時進行防治……”“目前我市夏蝗已經(jīng)出土黃驟植保站5月5~6日在黃灶東洼發(fā)現(xiàn)一齡蝗蝻6頭，南大港植保站5月6日在張洼口夾荒地發(fā)現(xiàn)一齡蝗蝻31頭，海興植保站5月5日在楊呈水庫發(fā)現(xiàn)一齡蝗蝻5頭，小山東洼夾荒地發(fā)現(xiàn)一齡蝗蝻3頭，滄縣植保站5月7日在東關鎮(zhèn)舊州農(nóng)田夾荒地發(fā)現(xiàn)一齡蝗蝻5頭。我市今年夏蝗始見出土時間為5月5日，較去年晚3天，去年5月2日在南大港水庫始見一齡蝗蝻。原因是今年春季氣溫回升緩慢，3~4月份平均氣溫為℃，而去年同期平均氣溫為℃，這對蝗卵的發(fā)育有一定影響，所以蝗蜻出土較晚。近期隨著氣溫的升高，夏蝗將很快進入出土盛期。根據(jù)蝗蝻出土情況及挖卵調(diào)查，預計今年我市夏蝗出土盛期為5月16日。因此各蝗區(qū)縣、市、場植保站務必搞好夏蝗出土監(jiān)測，積極組織力量開展拉網(wǎng)式普查……”讀了以上兩則報道，相信你對植保員所從事的工作已經(jīng)有了一定認識。