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文檔簡介
1.2種群數(shù)量的變化
教案
一、教學(xué)目標(biāo)
i.通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(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.舉例說明種群的“J”型增長、“S”型增長、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。
二、教學(xué)重難點(diǎn)
1.教學(xué)重點(diǎn)
(1)建構(gòu)種群增長模型的方法。
(2)種群的“J”型增長和“S”型增長。
2.教學(xué)難點(diǎn)
建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型。
三、教學(xué)過程
【本節(jié)聚焦】1.怎樣建構(gòu)種群增長的模型?
2.種群的數(shù)量是怎樣變化的?
【導(dǎo)入】問題探討:我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快,因而
我們要經(jīng)常洗手。假設(shè)在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下,某種細(xì)菌每20min
就通過分裂繁殖一代。討論:
1.第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是什么?
1
答:設(shè)細(xì)菌初始數(shù)量為N。,第一次分裂產(chǎn)生的細(xì)菌為第一代,數(shù)量為N0x2,
第n代的數(shù)量為Nn=NoX2"0
2.72h后,由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少?
答:個(gè)
3.在一個(gè)培養(yǎng)瓶中,細(xì)菌的數(shù)量會(huì)一直按照這個(gè)公式描述的趨勢(shì)增長嗎?如
何驗(yàn)證你的觀點(diǎn)?
根據(jù)假設(shè)計(jì)算出1個(gè)細(xì)菌在不同時(shí)間產(chǎn)生后代的數(shù)量,記錄在自己設(shè)計(jì)的表
格中。(表格略)
以時(shí)間為橫坐標(biāo),細(xì)
菌數(shù)量為縱坐標(biāo),畫出細(xì)
菌種群的增長曲線。
o??—*
020406080100120140160180200
時(shí)間/min
思考:數(shù)學(xué)公式與曲線圖各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?
2
600
5g
數(shù)學(xué)公式與曲線圖各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?
4oo
<-一
3oo
曲
兼
法2
第〃代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式:oo
舄
1OO
Nn=lX2n
0
020406080100120140160180200
時(shí)間/min
優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)
數(shù)學(xué)公式精確
曲線圖能直觀地反映變化趨勢(shì)不精確
@科學(xué)方法建酒學(xué)庭
(以“問題探討”中的素材為例)
研究殛
細(xì)菌每20min^裂一次,怎樣計(jì)觀察研究對(duì)象,提出問題
算細(xì)菌繁殖n代后的數(shù)量?
在資崎生存空間沒有限制的條
件下,細(xì)菌種群的增長不會(huì)受種提出合理的假設(shè)
群密度增加的影響
-r-根據(jù)實(shí)鰥據(jù),用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形
心=2-繪制曲線圖式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá),即建
哦利田南數(shù)量,示第幾代
觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量,對(duì)自己所通過實(shí)驗(yàn)演耨,旅
建立的犍進(jìn)行檢/或修正型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正
,一、建構(gòu)種群增長模型的方法】
數(shù)學(xué)模型是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。
數(shù)學(xué)公式和曲線圖是比較常見的數(shù)學(xué)模型表現(xiàn)形式。
【過渡】上述是對(duì)理想條件下細(xì)菌數(shù)量增長的推測。自然界中種群數(shù)量能出
現(xiàn)類似增長嗎?
{思考與討論}分析自然界種群增長的實(shí)例
3
資料11859年,一位來到澳大利亞定居的英國人在他的農(nóng)場中放生了24
只野兔。讓他沒有想到的是,一個(gè)世紀(jì)之后,這24只野兔的后代竟超過6億只。
漫山遍野的野兔不僅與牛羊爭食牧草,還啃樹皮,造成植被破壞,導(dǎo)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。
資料220世紀(jì)30年代,人們將環(huán)頸雉引入某地一個(gè)島嶼。1937T942年,
這個(gè)種群增長如圖所示。
討論:1.這兩個(gè)資料中種群增長有什么共同點(diǎn)?
答:種群數(shù)量增長迅猛,且呈無限增長趨勢(shì)。
2.種群出現(xiàn)這種增長的原因是什么?
答:食物充足,缺少天敵等。
3.這種種群增長的趨勢(shì)能不能一直持續(xù)下去?為什么?
答:不能,因?yàn)橘Y源和空間是有限的。
【二、種群的型增長】
自然界中有類似細(xì)菌在理想條件下種群增長的形式,如果以時(shí)間為橫坐標(biāo),
種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線來表示,曲線則大致呈“J”形。這種類型的種群增
長稱為“J”形增長。
【過渡】怎樣用數(shù)學(xué)公式表示“J”形增長的數(shù)學(xué)模型?
“J”形增長的數(shù)學(xué)模型
1.模型假設(shè):在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競爭物種
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)量是第一年的人倍。
2.數(shù)學(xué)模型:(指數(shù)函數(shù))
3.各參數(shù)的意義:N。表示種群的起始數(shù)量,t為時(shí)間,N,表示t年后種群的
4
數(shù)量,入表示種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)。
4.對(duì)入的理解
x現(xiàn)有個(gè)體數(shù)
■'前一年個(gè)體數(shù)
①當(dāng)入=i時(shí),種群數(shù)量如何變化?
科睇數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定
②當(dāng)%>i時(shí),種群數(shù)量如何變化?
種群數(shù)量增長
③當(dāng)入VI時(shí),種群數(shù)量如何變化?
科蟒數(shù)量下降
①增長率:增長率=(現(xiàn)有個(gè)體數(shù)-原有個(gè)體數(shù))/種群原有個(gè)體數(shù)。即:
注:“J”型增長曲線的特點(diǎn)之一是增長率但定不變.為11
②增長速率:單位時(shí)間內(nèi)增加的個(gè)體數(shù)量。即:
增長速率
().-1)No¥1
注:“J”型增長曲線的特點(diǎn)之二是增長速率也呈
指數(shù)增長曲線,實(shí)質(zhì)就是
【小結(jié):種群的“J”型增長】
5
1、條件:食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競爭物種等。
2、發(fā)生時(shí)期:新物種遷入的開始階段、實(shí)驗(yàn)條件下
3、種群J型增長方式的數(shù)學(xué)模型是:
N,=Na入,
4、特點(diǎn):種群數(shù)量連續(xù)增長,增長率保持不變(入T)。
增長速率呈指數(shù)函數(shù)增長(“J”型曲線的斜率)。
【過渡】如果遇到資源、空間等方面的限制,種群還會(huì)呈“J”形增長嗎?
,三;種群的“S”型增長】
生態(tài)學(xué)家高斯的實(shí)驗(yàn):在0.5mL培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲,每隔24h統(tǒng)
計(jì)一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn),結(jié)果如下圖所示。
<-
、
喇
驟
踞
關(guān)
種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長后,數(shù)量趨于穩(wěn)定,增長曲線呈“S”形。這種類
型的種群增長稱為“S”形增長。
在自然界,當(dāng)一種生物進(jìn)入一個(gè)條件適宜的新分布地時(shí),初始階段會(huì)出現(xiàn)較
快增長,但資源和空間總是有限的。當(dāng)種群密度增大時(shí),種內(nèi)競爭加劇,這就導(dǎo)
致種群的出生率降低,死亡率升高。當(dāng)出生率升高至與出生率相等時(shí),種群增長
就會(huì)停止,種群數(shù)量有可能穩(wěn)定在一定水平,我們把這一水平稱為K。
6
“S”形增長的數(shù)學(xué)模型
1.模型假設(shè):隨著種群數(shù)量的增加,它們對(duì)食物和空間的競爭也趨于激烈,
導(dǎo)致出生率降低,死亡率升高,當(dāng)出生率等于死亡率時(shí),種群增長停滯,可能穩(wěn)
定在一定水平。
2.數(shù)學(xué)模型:(公式略)
一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量,又稱K值。
3.一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量,又稱K值。
4.曲線圖分析:
ab段:種群基數(shù)小,需要適應(yīng)新環(huán)
境,增長較緩慢;
be段:資源和空間豐富,出生率升
高,種群數(shù)量增長迅速;
c點(diǎn):種群數(shù)量為K/2,種群增長速
率達(dá)到最大;
cd段:資源和空間有限,種群密度增大,種內(nèi)競爭加劇,出生率
降低,死亡率升高,種群增長減緩;
de段:出生率約等于死亡率,種群增長速率幾乎為0,種群數(shù)量達(dá)
到K值,且維持相對(duì)穩(wěn)定。
“S”型曲線圖
5.增長率和增長速率:
種野數(shù)量de
增長率
6.對(duì)K值的理解:
7
①同一種生物的K值不是固定不變的:K值會(huì)隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化,
當(dāng)環(huán)境遭受
破壞時(shí),K值變化是_____;當(dāng)環(huán)境條件狀況改善時(shí),K值會(huì)_____o
②在環(huán)境不遭受破壞的情況下,種群數(shù)量會(huì)在K值附近上下波動(dòng)。當(dāng)種群數(shù)
量偏離K值的時(shí)候,會(huì)通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)使種群數(shù)量回到K值。
【四、種群數(shù)量的波動(dòng)】
①在自然界,有的種群能夠在一段時(shí)間內(nèi)維持?jǐn)?shù)量的相對(duì)穩(wěn)定。
②但對(duì)于大多數(shù)生物的種群來說,種群數(shù)量總是在波動(dòng)中。處在波動(dòng)狀態(tài)的
種群,在特定條件下可能出現(xiàn)種群爆發(fā)。如蝗災(zāi)、鼠災(zāi)、赤潮等。
③當(dāng)種群長久處于不利條件下,種群數(shù)量會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。
④當(dāng)一個(gè)種群數(shù)量過少,種群可能會(huì)由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。
【探究?實(shí)踐:培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化】
這是為什么?
8
答:振蕩的目的:使培養(yǎng)液中酵母菌分布均勻,以減少誤差。另外,取樣時(shí)
間需一致,且應(yīng)做到隨機(jī)取樣(每天同一時(shí)間取樣,或者每隔相同一段時(shí)間取樣。)
(2)如果一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量過多,難以數(shù)清,應(yīng)當(dāng)采取什么措施?
答:稀釋適當(dāng)倍數(shù)。
(3)對(duì)于壓在小方格界線上的酵母菌應(yīng)當(dāng)怎樣計(jì)數(shù)?
答:只計(jì)相鄰兩邊及其頂角上的酵母菌,一般遵循“計(jì)上不計(jì)下,計(jì)左不計(jì)右”
的原則。
課堂小結(jié)
rO
建構(gòu)種群憎長_
模型的方法HS)
探究培養(yǎng)
“J”形曲線)
液中酵母
種群數(shù)量量的增
菌種群數(shù)■
百勺變化》長曲線“S”形曲線)
量的變化
種群數(shù)量
的波動(dòng)
【隨堂練習(xí)】
一、概念檢測
1.在自然界,種群數(shù)量的增長既是有規(guī)律的,又是復(fù)雜多樣的。判斷下列
相關(guān)表述是否正確。
(1)將一種生物引入一個(gè)新環(huán)境中,在一定時(shí)期內(nèi),這個(gè)生物種群就會(huì)出
現(xiàn)“J”形增長。()
(2)種群的“S”形增長只適用于草履蟲等單細(xì)胞生物。()
(3)由于環(huán)境容納量是有限的,種群增長到一定數(shù)量就會(huì)保持穩(wěn)定。()
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