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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 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)挑戰(zhàn)自我 點(diǎn)點(diǎn)落實(shí) 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(shí)驗數(shù)據(jù) 用適當(dāng)?shù)膶κ挛锏男再|(zhì)進(jìn)行表達(dá) 通過進(jìn)一步實(shí)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 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 N0 t 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(diǎn) 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 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 一 種群增長模型的建構(gòu) 課堂講義重點(diǎn)難點(diǎn) 個個擊破 1 建構(gòu)方法 Nn 2n N代表細(xì)菌數(shù)量 n表示第幾代 2 意義數(shù)學(xué)模型是聯(lián)系實(shí)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(diǎn) 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 現(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 2TB m 220C 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D Nt N0 2t 3T Nt 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(shí)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 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(diǎn)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 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 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(diǎn)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(diǎn)時進(jìn)行D 漁業(yè)捕撈后剩余量應(yīng)該在E點(diǎn)左右 問題導(dǎo)析 1 圖甲曲線在不同的時間點(diǎn) 曲線的斜率不同 即種群的不同 2 圖乙中G點(diǎn)時種群的數(shù)目不再變化 增長速率為 3 超過D點(diǎn) 蝗蟲增長速率 滅蟲效果 4 E點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn) 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(diǎn)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(diǎn)附近 超過D點(diǎn) 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(diǎn)左右 此時種群的增長速率最快 故D正確 答案D 一題多變 若如圖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 三 探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1 實(shí)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(shí)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 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) 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 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(shí)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 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(shí)驗需要設(shè)置對照嗎 需要做重復(fù)實(shí)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(shí)驗 但需要做重復(fù)實(shí)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(shí)驗時 同樣實(shí)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(shí)驗結(jié)果判斷 下列說法錯誤的是 應(yīng)用示例 A 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 內(nèi)種群的K值與試管 不同D 試管 內(nèi)的種群數(shù)量先于試管 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 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 和 和 的試管內(nèi)種群數(shù)量越先下降 而的試管 如 和 和 的試管內(nèi)種群數(shù)量越先下降 答案B 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(shí)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(diǎn)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(diǎn)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) J S 對點(diǎn)練習(xí) 1 2 3 1 有關(guān) 探究培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量動態(tài)變化 的實(shí)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 D 1 2 3 2 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 1 2 3 A 在時控制有害動物最有效B 圖示規(guī)律可作為控制人口增長的依據(jù)C 該圖可用于實(shí)踐中估算種群最大凈補(bǔ)充量D 在時捕撈魚類最易得到最大日捕獲量 1 2 3 解析從圖中看出 時凈補(bǔ)充量最大 此時不是控制有害動物的最有效時間 而應(yīng)在之前 種群密度越高 數(shù)量越多 所以日捕獲量最大應(yīng)為K時 答案C 1 2 3 3 某研究所調(diào)查發(fā)現(xiàn) 某種魚遷入一生態(tài)系統(tǒng)后 其種群數(shù)量增長速率隨時間變化的曲線如圖所示 請分析回答問題 1 2 3 1 在t0 t2時間內(nèi) 種群數(shù)量增長曲線呈 型曲線 若在t2時種群數(shù)量為N 則在t1時種群數(shù)量為 t1時該種群的年齡組成可能為 解析t0 t2時間內(nèi)種群數(shù)量增長應(yīng)呈現(xiàn) S 型曲線 若在t2時種群數(shù)量為N 則t1時對應(yīng) t1時種群的年齡組成呈增長型 S 增長型 1 2 3 2 捕獲該魚的最佳時期為 時 原因是 解析由于t1時種群增長率最大 資源更新能力最強(qiáng) 故t3時捕撈有利于獲得較大捕獲量且不影響資源更新 t3 在t1時種群增長速 率最大 t3時捕獲該魚并使捕撈后維持在t1時的數(shù)量 獲得的量較大且不影響該魚類資源的再生 1 2 3 3 在t2時期后 該魚種群數(shù)量變化將呈現(xiàn) 狀態(tài) 主要原因是 解析在t2時期后種群數(shù)量變化將呈波動狀態(tài) 原因是種內(nèi)斗爭加劇 天敵增加等 波動 種內(nèi)斗爭加劇 捕食者數(shù)量增加