高二生物人教版必修三課件第4章第2節(jié)種群數(shù)量的變化

第2節(jié)

種群數(shù)量的變化目標(biāo)導(dǎo)航1.通過細(xì)菌數(shù)量增長的分析，掌握建構(gòu)種群增長模型的方法。2.通過“J”型和“S”型曲線分析，理解種群數(shù)量變化的影響因素及其內(nèi)在邏輯關(guān)系。3.結(jié)合探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型。1預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)挑戰(zhàn)自我，點點落實

2課堂講義重點難點，個個擊破3對點練習(xí)即時訓(xùn)練，體驗成功預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)

挑戰(zhàn)自我，點點落實1.數(shù)學(xué)模型：是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的

形式。2.建構(gòu)模型的步驟：觀察研究對象，提出問題→提出

→根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)?/p>

對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)→通過進(jìn)一步實驗或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗或修正。3.某細(xì)菌每20min分裂一次，細(xì)菌分裂增殖公式為Nn＝2n，N代表

，n表示

。一、建構(gòu)種群增長模型的方法(閱讀P65－66)數(shù)學(xué)合理的假設(shè)數(shù)學(xué)形式細(xì)菌數(shù)量第幾代二、種群增長的“J”型曲線(閱讀P66)1.模型假設(shè)(1)條件：

和

條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等。(2)數(shù)量變化：種群的數(shù)量每年以

增長，第二年的數(shù)量是第一年的λ倍。2.建立模型t年后種群數(shù)量表達(dá)式為

。如果以

為橫坐標(biāo)，

為縱坐標(biāo)畫出曲線來表示，曲線則大致呈

型。食物空間一定的倍數(shù)Nt＝N0λt時間種群數(shù)量“J”三、種群增長的“S”型曲線(閱讀P67)1.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

型曲線。2.“S”型增長的數(shù)學(xué)模型(1)形成原因“S”自然資源和空間→有限天敵增加加劇降低增長達(dá)到平衡，數(shù)量趨于穩(wěn)定，呈“S”型增長。(2)曲線特點：種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境條件所允許的

(K值)后，將停止增長。3.環(huán)境容納量：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

，又稱“K”值。同一種群的K值不是

，會隨著環(huán)境條件的改變而變化。環(huán)境容納量最大數(shù)量固定不變的四、種群數(shù)量的波動和下降(閱讀P67－68)1.影響因素(1)自然因素：氣候、食物、被捕食、傳染病等。(2)人為因素：受

的種群數(shù)量不斷增加，野生動植物

不斷減少。2.數(shù)量變化大多數(shù)種群的數(shù)量總是在

中，在不利的條件下，種群數(shù)量還會急劇

甚至消亡。人工控制種群數(shù)量波動下降3.研究意義(1)

有害動物。(2)保護(hù)和利用

。(3)拯救和恢復(fù)

。防治野生生物資源瀕危動物種群預(yù)習(xí)診斷判斷正誤：(1)氣候、食物、天敵、傳染病等都是影響種群數(shù)量變化的外界因素。(

)解析影響種群數(shù)量變化的外界因素主要是種群生存所需的資源和空間，還受氣候、天敵和傳染病等因素的影響?！?2)種群數(shù)量的變化包括種群數(shù)量的增長、波動和下降等。(

)(3)研究種群數(shù)量的變化有利于對有害動物的防治以及對野生生物資源的保護(hù)和利用。(

)(4)培養(yǎng)液中酵母菌的種群數(shù)量在培養(yǎng)早期呈“J”型增長。(

)解析在培養(yǎng)早期，外界環(huán)境對酵母菌的生存非常有利，食物、生存空間無限,無天敵,因此早期可以看做是“J”型增長?！獭獭?5)對于“S”型曲線，同一種群的K值是固定不變的，與環(huán)境因素?zé)o關(guān)。(

)解析種群的K值，即環(huán)境容納量，是某一特定環(huán)境下的種群最大數(shù)量，若環(huán)境改變，環(huán)境容納量即隨之改變?！烈弧⒎N群增長模型的建構(gòu)課堂講義

重點難點，個個擊破1.建構(gòu)方法項目研究方法研究實例提出問題觀察研究對象，提出問題細(xì)菌每20min分裂一次合理假設(shè)提出合理的假設(shè)在資源和空間無限的環(huán)境中，細(xì)菌的種群增長不會受密度影響建立模型根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)

時間(min)020406080細(xì)菌數(shù)量(個)2021222324時間(min)10012014060180細(xì)菌數(shù)量(個)2526272829Nn＝2n(N代表細(xì)菌數(shù)量，n表示第幾代)修正檢驗通過進(jìn)一步實驗或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗或修正觀察、統(tǒng)計細(xì)菌數(shù)量，對自己所建立的模型進(jìn)行檢驗或修正2.意義數(shù)學(xué)模型是聯(lián)系實際問題與數(shù)學(xué)規(guī)律的橋梁，具有解釋、判斷、預(yù)測等重要功能。在科學(xué)研究中，數(shù)學(xué)模型是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和探索新規(guī)律的有效途徑之一。思維激活1.同是數(shù)學(xué)模型，曲線圖與方程式比較，具有什么優(yōu)點？答案曲線圖與方程式都是數(shù)學(xué)模型，方程式能準(zhǔn)確反映種群數(shù)量變化，但不夠直觀；而曲線圖能更直觀地反映出種群數(shù)量的變化趨勢，但不夠精確。2.從曲線的走向分析可以預(yù)計：若在食物(養(yǎng)料)和空間條件

、氣候

和沒有

等理想條件下，細(xì)菌種群的增長不會受

的影響，往往會持續(xù)增長。充裕適宜敵害種群密度增加應(yīng)用示例1.在營養(yǎng)和生存空間等沒有限制的理想條件下，某細(xì)菌每20min就分裂繁殖一代?，F(xiàn)將該細(xì)菌種群(m個個體)接種到培養(yǎng)基上(資源、空間無限)，Th后，該種群的個體總數(shù)是(

)。A.m·2T

B.m·220

C.2·

D.m·23T問題導(dǎo)析

(1)指數(shù)增長時種群數(shù)量表達(dá)式為

。(2)Th后細(xì)菌繁殖代數(shù)是

，個體總數(shù)為

。解析

在營養(yǎng)和生存空間等沒有限制的理想條件下，種群呈指數(shù)增長。由于該細(xì)菌每20min繁殖一代，則Th后，繁殖3T代，故Th后，該種群的個體總數(shù)為Nt＝N0·2t＝m·23T。答案DNt＝N0·2t3TNt＝N0·2t＝m·23T一題多變判斷正誤：(1)在一個培養(yǎng)基中，細(xì)菌的數(shù)量會一直按照上述數(shù)學(xué)模型增長。(

)(2)生物按何形式增長可以用實驗計數(shù)法來檢驗或修正。(

)(3)自然界中的食物和空間無限，生物一般按指數(shù)形式增長。(

)×√×二、種群數(shù)量的變化曲線和應(yīng)用1.兩種曲線模型比較項目“J”型曲線“S”型曲線增長模型前提條件理想狀態(tài)：資源無限、空間無限、不受其他生物制約(無種內(nèi)競爭，缺少天敵)現(xiàn)實狀態(tài)：資源有限、空間有限、受其他生物制約(種內(nèi)競爭加劇，捕食者數(shù)量增加)種群增長速率K值的有無無K值有K值曲線形成原因無種內(nèi)競爭，缺少天敵種內(nèi)競爭加劇，天敵數(shù)量增多2.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用(1)保護(hù)瀕危動植物對于瀕危動植物而言，由于環(huán)境污染、人類破壞等，導(dǎo)致此種生物的K值變小，通過建立自然保護(hù)區(qū)等措施提高環(huán)境容納量，是保護(hù)這些生物的根本措施。(2)合理利用自然資源在“S”型曲線中，種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境容納量的一半

時，種群增長速率最大，資源再生能力最強(qiáng)。因此，在野生生物資源合理開發(fā)利用方面，要保證捕撈或利用后，生物種群數(shù)量不得低于

，這樣既可獲得最大利用量，又可保持種群的高速增長。(3)防止有害生物在農(nóng)林害蟲的防治方面，降低農(nóng)林害蟲的環(huán)境容納量是防治的根本，殺蟲效果最好的時期則在

之前。思維激活3.在“S”型曲線中，有一段時期近似于“J”型曲線，這一段是否等同于“J”型曲線？答案不是。因為“J”型曲線是理想條件下的種群增長趨勢，“S”型曲線是在環(huán)境有限的條件下種群的增長趨勢。4.結(jié)合下圖分析，同種生物的K值是固定不變的嗎？哪些因素會影響動物種群的環(huán)境容納量？答案生物自身的遺傳特性和食物、棲所、天敵及其他生存條件均會影響動物的環(huán)境容納量。同一種生物的K值不是固定不變的，會受到環(huán)境的影響。5.請用達(dá)爾文的進(jìn)化觀點分析下圖中的陰影部分所表示的含義是什么？答案經(jīng)過生存斗爭被淘汰的個體數(shù)量。6.在調(diào)查某林場松鼠的種群數(shù)量時，計算當(dāng)年種群數(shù)量與一年前種群數(shù)量的比值(λ)，并得到如圖所示的曲線，則該種群在第幾年時個體數(shù)量最少？答案第10年種群數(shù)量最少。因為從第4年到第10年，λ一直小于1，說明種群數(shù)量一直在下降。應(yīng)用示例2.如圖表示種群在理想環(huán)境中和有環(huán)境阻力條件下的增長曲線，下列有關(guān)種群數(shù)量增長曲線的敘述中正確的是(

)。A.圖甲為“J”型增長，每年增加的個體數(shù)量始終不變B.圖乙為“S”型增長，G點時增長速率達(dá)到最大值C.防治蝗災(zāi)應(yīng)在害蟲數(shù)量達(dá)到F點時進(jìn)行D.漁業(yè)捕撈后剩余量應(yīng)該在E點左右問題導(dǎo)析

(1)圖甲曲線在不同的時間點，曲線的斜率不同，即種群的

不同。(2)圖乙中G點時種群的數(shù)目不再變化，增長速率為

。(3)超過D點，蝗蟲增長速率

，滅蟲效果

。(4)E點時種群的增長速率最

，漁業(yè)捕撈應(yīng)該在超過

時進(jìn)行，且每次捕撈后的剩余量應(yīng)保持在E點左右。增長速率0加快差快解析圖甲曲線的斜率代表種群的增長速率(即單位時間內(nèi)種群個體的增加數(shù)目)，由題圖曲線特征可以看出，在不同的時間點，曲線的斜率不同，即種群的增長速率不同，故A錯誤。圖乙中G點時種群的數(shù)目不再變化，增長速率為0，故B錯誤。防治蝗災(zāi)應(yīng)該在D點附近，超過D點，蝗蟲增長速率加快，滅蟲效果差，故C錯誤。漁業(yè)捕撈應(yīng)該在超過

時進(jìn)行，且每次捕撈后的剩余量應(yīng)保持在E點左右，此時種群的增長速率最快，故D正確。答案D一題多變?nèi)羧鐖D表示某種小型淡水魚遷入新的湖泊后種群增長速率隨時間變化的曲線，請判斷如下敘述的正誤：(1)該種小型淡水魚在新的環(huán)境中呈“J”型增長。(

)解析此曲線的縱坐標(biāo)為“種群增長速率”，其種群為“S”型增長?！?2)該種魚在新湖泊中的環(huán)境容納量約為t2時該魚數(shù)量的兩倍。(

)√(3)t4時該種小型淡水魚在新環(huán)境中逐漸消失。(

)解析t4時刻種群數(shù)量達(dá)到K值，并非在新環(huán)境中逐漸消失?！?4)t3時該種小型淡水魚的年齡組成為衰退型。(

)解析t3時刻年齡組成應(yīng)為增長型?！寥?、探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1.實驗原理(1)可用液體培養(yǎng)基(培養(yǎng)液)培養(yǎng)酵母菌，培養(yǎng)基中種群的增長受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響。(2)在理想的無限環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈“J”型曲線；在有限的環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈“S”型曲線。(3)可采用抽樣檢測的方法，進(jìn)行顯微鏡計數(shù)。2.實驗?zāi)康某醪綄W(xué)會酵母菌等微生物的計數(shù)及種群數(shù)量變化曲線的繪制。3.材料用具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(xì)胞計數(shù)板(2mm×2mm方格)、滴管、顯微鏡等。4.方法步驟試管中加入10mL無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液↓接種酵母菌到試管中并混合均勻

↓把試管在28℃條件下連續(xù)培養(yǎng)7d

↓每天抽樣檢測計數(shù)酵母菌數(shù)量：①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)液自行滲入到計數(shù)板小方格內(nèi)；②顯微鏡觀察計數(shù)一個小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)，已知小方格的培養(yǎng)液厚度為0.1mm，計算出培養(yǎng)液體積；③換算出10mL培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)。

↓分析數(shù)據(jù)，畫出曲線。進(jìn)行數(shù)形轉(zhuǎn)換，以時間為橫坐標(biāo)，酵母菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出坐標(biāo)曲線圖，分析曲線走向，揭示酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律。5.實驗結(jié)果酵母菌增長曲線圖(如圖1)及轉(zhuǎn)化后的增長速率曲線圖(如圖2)圖1

圖2

增長曲線的總趨勢是先增加再降低。原因是在開始時培養(yǎng)液的營養(yǎng)充足，空間充裕，條件適宜，因此酵母菌大量繁殖，種群數(shù)量劇增，隨著酵母菌數(shù)量的不斷增多，營養(yǎng)消耗，pH變化、有害產(chǎn)物積累等，使生存條件惡化，酵母菌死亡率高于出生率，種群數(shù)量下降。6.注意事項(1)結(jié)果的記錄最好用記錄表(如下表)。時間/d123456……數(shù)量/個

(2)每天計數(shù)酵母菌數(shù)量的時間要固定。7.思考下面5個問題：(1)探究本實驗需要設(shè)置對照嗎？需要做重復(fù)實驗嗎？答案酵母菌在不同時間內(nèi)的數(shù)量可以相互對比，不需另設(shè)對照實驗，但需要做重復(fù)實驗，以保證計數(shù)的準(zhǔn)確性。(2)從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計數(shù)前，為什么需將試管輕輕振蕩幾次？答案目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，減少誤差。思維激活(3)若一個小方格內(nèi)酵母菌過多，難以數(shù)清，采取的措施是什么？答案可增大稀釋倍數(shù)后再計數(shù)。(4)對于壓在小方格界線上的酵母菌，怎樣計數(shù)？答案只計算相鄰兩邊及其夾角的酵母菌。(5)影響酵母菌種群生長的因素可能有哪些？答案養(yǎng)料、溫度、pH及有害代謝廢物等。3.某小組進(jìn)行“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”實驗時，同樣實驗條件下分別在4個試管中進(jìn)行培養(yǎng)(見下表)，均獲得了“S”型增長曲線。根據(jù)實驗結(jié)果判斷，下列說法錯誤的是(

)。應(yīng)用示例試管號ⅠⅡⅢⅣ培養(yǎng)液體積/mL105105起始酵母菌數(shù)/103個105510A.4個試管內(nèi)的種群初始階段都經(jīng)歷了“J”型增長B.4個試管內(nèi)的種群同時達(dá)到K值C.試管Ⅲ內(nèi)種群的K值與試管Ⅱ不同D.試管Ⅳ內(nèi)的種群數(shù)量先于試管Ⅱ開始下降問題導(dǎo)析

(1)培養(yǎng)液的體積是

，則整個培養(yǎng)過程中酵母菌呈

型增長。(2)在培養(yǎng)初期，酵母菌之間不因數(shù)量較多而存在生存斗爭的時候，酵母菌呈

型增長。(3)培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量達(dá)到K值的時間取決于

和酵母菌的起始數(shù)量：酵母菌起始數(shù)量相同的試管(如

和

、

和

)，

的試管越先達(dá)到K值；而有限的“S”“J”培養(yǎng)液的體積ⅠⅣⅡⅢ培養(yǎng)液體積越小培養(yǎng)液體積相同的試管(如

和

、

和

)，

的試管越先達(dá)到K值。(4)酵母菌數(shù)量開始下降的時間取決于

：

的試管(如Ⅰ和Ⅲ、Ⅱ和Ⅳ)，

的試管內(nèi)種群數(shù)量越先下降；而

的試管(如Ⅰ和Ⅳ、Ⅱ和Ⅲ)，

的試管內(nèi)種群數(shù)量越先下降。答案BⅠⅢⅡⅣ酵母菌起始數(shù)量越大酵母菌的起始數(shù)量和培養(yǎng)液的體積培養(yǎng)液體積相同酵母菌起始數(shù)量越大酵母菌起始數(shù)量相同培養(yǎng)液體積越小如圖為某小組進(jìn)行“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”實驗時，所測得的不同培養(yǎng)階段酵母菌種群數(shù)量、葡萄糖濃度和乙醇濃度的變化曲線，請回答下列問題：一題多變(1)曲線AB段酵母菌呼吸發(fā)生的場所是__________________；曲線BC段酵母菌呼吸的方式為__________________。(2)酵母菌種群數(shù)量從C點開始下降的主要原因除葡萄糖被大量消耗外，還有____________、_______________。(3)在T1～T2時段，單位時間內(nèi)酵母菌消耗葡萄糖量迅速增加的主要原因有____________________________________、___________________。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體有氧呼吸和無氧呼吸乙醇含量過高培養(yǎng)液的pH下降酵母菌進(jìn)行無氧呼吸，產(chǎn)生的能量少酵母菌種群數(shù)量增多(4)某同學(xué)在T3時取樣，統(tǒng)計的酵母菌種群數(shù)量明顯高于D點對應(yīng)的數(shù)量，原因可能有_______________________________、______________________________________和用血球計數(shù)板計數(shù)時出現(xiàn)錯誤等。取樣時培養(yǎng)液未搖勻，從底部未染色，統(tǒng)計的菌體數(shù)包含了死亡的菌體取樣課堂小結(jié)JS對點練習(xí)1231.有關(guān)“探究培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量動態(tài)變化”的實驗，正確的敘述是(

)。A.改變培養(yǎng)液的pH不影響K值(環(huán)境容納量)大小B.用樣方法調(diào)查玻璃容器中酵母菌數(shù)量的變化C.取適量培養(yǎng)液滴于普通載玻片后對酵母菌準(zhǔn)確計數(shù)D.營養(yǎng)條件并非影響酵母菌種群數(shù)量變化的唯一因素解析營養(yǎng)條件、pH和溫度的變化都會影響種群數(shù)量。D1232.如圖表示出生率、死亡率和種群密度的關(guān)系，據(jù)此分析得出的正確表述是(

)