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2019-2020年高中生物 （人教大綱版）第二冊(cè) 第八章　生物與環(huán)境 2種群與生物群落(第二課時(shí)) ●教學(xué)過程 ［導(dǎo)課］ 1.提問學(xué)生：種群的特征主要包括哪些內(nèi)容？ 2.教師講解：種群特征直接影響著種群數(shù)量的變化，而種群研究的核心問題是種群數(shù)量的變化規(guī)律，有著重大的實(shí)踐意義。 ［教學(xué)目標(biāo)達(dá)成］ 三、種群數(shù)量的變化 種群數(shù)量是有變動(dòng)的，在內(nèi)外條件合適時(shí)，種群數(shù)量就增加；條件不合適時(shí)，種群數(shù)量就會(huì)減少；種群數(shù)量保持不變的情況是少見的。種群數(shù)量變動(dòng)取決于出生率和死亡率，遷入和遷出這兩組對(duì)立的過程。出生和遷入是種群增加的因素，死亡和遷出是種群減少的因素。下面主要分析種群的增長(zhǎng)。 1.種群增長(zhǎng)的“J”型曲線 （1）“J”型曲線形成的條件（指導(dǎo)學(xué)生閱讀課文） 在食物（養(yǎng)料）和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等理想條件下，種群的數(shù)量往往會(huì)連續(xù)增長(zhǎng)。以某種動(dòng)物為例，假定種群的數(shù)量為N0，年增長(zhǎng)率（指第二年的種群數(shù)量除以第一年的種群數(shù)量所得的倍數(shù)）為λ，該種群每年的增長(zhǎng)率都保持不變，那么一年后該種群的數(shù)量應(yīng)為：N1=N0λ；二年后為N2=N1λ=N0λ2；t年后則應(yīng)為Nt=N0λt。如果繪成曲線圖（指數(shù)曲線），種群的增長(zhǎng)就會(huì)呈“J”型曲線（見下圖）。種群遷入一個(gè)新環(huán)境后，常常在一定時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)“J”增長(zhǎng)。例如，在20世紀(jì)30年代，人們將環(huán)頸雉引入到美國(guó)的一個(gè)島嶼，這個(gè)環(huán)頸雉種群的增長(zhǎng)大致符合“J”型曲線。 （2）“J”型曲線的生物學(xué)含義 “J”型曲線在更多的時(shí)候，它并不是種群增長(zhǎng)的實(shí)際狀況，例如，環(huán)頸雉實(shí)際增長(zhǎng)曲線和理論上的“J”型曲線是大致符合的，而它的生物學(xué)含義是反映了種群增長(zhǎng)的潛力或者趨勢(shì)。 2.種群增長(zhǎng)的“S”型曲線 （1）形成“S”型曲線的制約因素 自然種群不可能長(zhǎng)期地按“J”型曲線增長(zhǎng)。如一對(duì)蒼蠅、一個(gè)細(xì)菌若按“J”型曲線增長(zhǎng)，不用很長(zhǎng)時(shí)間，就能充滿地球上的一切空間。因此，種群不可能無限地長(zhǎng)時(shí)間地呈“J”型增長(zhǎng)。當(dāng)種群在一個(gè)有限的環(huán)境中增長(zhǎng)時(shí)，隨著種群密度的上升，個(gè)體間對(duì)有限的空間、食物和其他生活條件的種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)也將加劇，這必然要影響到種群的出生率和死亡率，從而降低種群的實(shí)際增長(zhǎng)率，一直到停止生長(zhǎng)，甚至使種群下降。這種增長(zhǎng)方式用坐標(biāo)圖表示出來就會(huì)呈“S”型曲線（如下圖）。 （2）“S”型曲線的特點(diǎn) 種群在生長(zhǎng)的環(huán)境中，存在著限制種群增長(zhǎng)的因素（可能是有限的食物、可能是廢物的積累，可能是環(huán)境條件的變化，也可能是種內(nèi)或種間的相互作用等），因此，種群數(shù)量的增長(zhǎng)不可能是“J”型的，而是“S”型的，其特點(diǎn)是：①S曲線上有一個(gè)漸近線（K值），即“S”型增長(zhǎng)曲線漸近于K值，但不會(huì)超過K值即環(huán)境容量。②曲線的變化是逐漸的、平滑的，而不是驟然的。 有一位生態(tài)學(xué)家曾經(jīng)做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在0.5 mL培養(yǎng)液中，加入5個(gè)大草履蟲，然后每隔24 h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出如上圖的結(jié)果。試分析K值。 教學(xué)討論：從上圖可以看出，大草履蟲在這個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下的最大種群數(shù)量是375個(gè)，這就是該實(shí)驗(yàn)種群的K值。 （3）種群增長(zhǎng)的“J”型和“S”型曲線的比較 銀幕顯示：“環(huán)境阻力對(duì)種群增長(zhǎng)的影響”的多媒體課件。 教師分析：種群數(shù)量的J型和S型增長(zhǎng)是兩種典型情況，雖不一定完全與自然界中種群增長(zhǎng)的實(shí)際情況相吻合，但它說明了種群增長(zhǎng)有的接近J型，有的接近S型，中間有許多過渡類型。即使同一物種在不同的環(huán)境條件下，也會(huì)有不同形狀的增長(zhǎng)曲線。另外，自然種群的數(shù)量達(dá)到K值時(shí)，仍有變動(dòng)，其變動(dòng)方式或有周期性，或不規(guī)則，穩(wěn)定在K值上不變是不現(xiàn)實(shí)的。當(dāng)一個(gè)種群遷入一個(gè)新環(huán)境后，常常在一定時(shí)期內(nèi)呈“J”型增長(zhǎng)。兩種增長(zhǎng)曲線的差異，主要在于環(huán)境阻力或者擁擠效應(yīng)的作用。 師生共同比較兩種增長(zhǎng)曲線。 種群兩種增長(zhǎng)曲線比較 “S”型曲線 “J”型曲線 前提條件 環(huán)境資源有限 環(huán)境資源無限 種群增長(zhǎng)率 隨種群密度上升而下降 保持穩(wěn)定 有無K值 有K值 無K值 （4）影響種群數(shù)量變化因素 影響種群數(shù)量變化的因素有種內(nèi)因素、種間因素和其他非生物因素如氣候，尤其是人類活動(dòng)對(duì)自然界中種群數(shù)量變化的影響越來越大。一方面，隨著種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，受人工控制的種群數(shù)量在不斷增加；另一方面，生物生存環(huán)境的破壞和污染等，使許多野生動(dòng)植物的種群數(shù)量急劇減少。這種現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，將會(huì)使人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展面臨困境。關(guān)于這方面的內(nèi)容，我們將在第九章進(jìn)一步探討。 教師強(qiáng)調(diào)：無論哪種因素、無論是什么因素，它們都是通過影響種群出生率、死亡率或遷移率而起著控制種群數(shù)量的作用的。 四、研究種群數(shù)量變化的意義 指導(dǎo)學(xué)生閱讀P95的課文內(nèi)容。 教師歸納：研究種群的數(shù)量變化規(guī)律，不僅具有一定的理論意義，而且具有重大的實(shí)踐意義。例如，在對(duì)待魚類的捕撈問題上，人們總是希望每年既能捕到較多的魚，又不危及魚類種群以后的持續(xù)生存，也就是希望長(zhǎng)期獲得較高的魚產(chǎn)量。因此，我國(guó)科學(xué)工作者，在研究捕撈量與種群數(shù)量變化之間的關(guān)系的基礎(chǔ)上，調(diào)查統(tǒng)計(jì)我國(guó)海域魚類各種群的現(xiàn)有數(shù)量，對(duì)魚類各種群的數(shù)量變化做出預(yù)測(cè)，制定出了伏季休漁的政策?？傊?，種群的數(shù)量變化規(guī)律是種群研究的核心問題。 五、生物群落的概念 在自然界中，任何一個(gè)種群都不是單獨(dú)存在的，而是與其他種群通過種間關(guān)系緊密聯(lián)系的。生活在一定的自然區(qū)域內(nèi)，相互之間具有直接或間接關(guān)系的各生物種群的總和，叫做生物群落，簡(jiǎn)稱群落。例如，一片農(nóng)田的所有生物，既包括植物和動(dòng)物，又包括各種微生物。 提問：群落和種群的區(qū)別和聯(lián)系各是什么呢？ 要求答出：（1）區(qū)別是，種群是指一定空間和時(shí)間內(nèi)同種生物個(gè)體的總和，是種內(nèi)關(guān)系的研究范圍，而群落是由生活在一定自然區(qū)域內(nèi)，相互之間具有直接或間接關(guān)系的所有種群的總和，是種間關(guān)系的研究范圍。（2）聯(lián)系是，種群是群落的基本單位，群落是各個(gè)生物種群的有機(jī)集合體。 六、生物群落的結(jié)構(gòu) 群落內(nèi)部不同生活型的生物在空間上的配置格局叫群落的結(jié)構(gòu)，它包括垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)。 1.垂直結(jié)構(gòu) 在垂直方向上，生物群落具有明顯的分層現(xiàn)象。為什么在群落中，各個(gè)生物種群在空間具有分層現(xiàn)象呢？現(xiàn)在我們舉例說明原因。 （1）在森林群落中，植物明顯劃分為喬木層、灌木層和草本層。從植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)角度分析，喬木層的植物生活在森林的頂層，都屬于陽生植物，也就是說，喬木層的植物只有在較強(qiáng)光照條件下，才能正常生長(zhǎng)，而灌木層植物屬于耐陰植物，能適應(yīng)弱光環(huán)境，草本層植物都是陰生植物，在較弱光照下才能正常生長(zhǎng)。所以森林中植物的分層現(xiàn)象是生物適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果。事實(shí)上，陽光射入森林后，絕大部分被喬木樹冠攝取，射到灌木層的陽光大約只有10%，到達(dá)地面的陽光只有1%，因此底層的植物只有在微弱的陽光下進(jìn)行光合作用。 （2）在森林群落中，鳥類的分層分布與食性有關(guān)。頂層的雀鳥以喬木種子為食，中層的煤山雀、黃腰柳鶯和橙紅翁等鳥類以灌木種子為食，并在灌木層營(yíng)巢，而底層的血雉和棕尾紅雉等森林底層鳥類主要以地面的苔蘚和昆蟲為食。 以上兩例是關(guān)于群落垂直結(jié)構(gòu)的分析，可以看出群落結(jié)構(gòu)的形成是與生態(tài)因素的影響有關(guān)，你還能舉出群落在垂直結(jié)構(gòu)上的例子并加以說明嗎？ 2.水平結(jié)構(gòu) 林地中的生物由于地形的起伏、光照的明暗、濕度的大小等因素的影響，沿著水平方向分布成不同的小群落的現(xiàn)象叫水平結(jié)構(gòu)。例如，在森林中，在森林樹冠下或因地面起伏不同的原因；光線較暗，分布著不同的陰生植物種群，而在樹冠下的間隙或其他光照較充足的地方，則有較多的灌木和草叢。 ［教學(xué)目標(biāo)鞏固］ 教師演示：出示題例投影片 ［例1］如某一年生植物初始種群有10個(gè)個(gè)體，每個(gè)個(gè)體產(chǎn)生10?？捎N，當(dāng)年親體死亡。若按此生育率計(jì)算，第五年該種群有多少個(gè)個(gè)體（成年植株）？ 教師指導(dǎo)：讓學(xué)生根據(jù)公式Nt=N0λt和數(shù)學(xué)知識(shí)，求知該題例中λ===10，t=4（第五年該種群的個(gè)體數(shù)量，就是第四年后該種群的個(gè)體數(shù)量），故第五年該種群將有： N4=N0λ4=10104=105(個(gè)) 學(xué)生討論：當(dāng)λ＞1時(shí)、λ=1時(shí)、0＜λ＜1時(shí)和λ=0時(shí)，種群數(shù)量（N）將怎樣發(fā)生變化？ 答案：第五年該種群將有105個(gè)個(gè)體。當(dāng)λ＞1時(shí)，種群呈現(xiàn)“J”型曲線增長(zhǎng)；當(dāng)λ=1時(shí)，種群數(shù)量穩(wěn)定；當(dāng)0＜λ＜1時(shí)，種群數(shù)量下降；當(dāng)λ=0時(shí)，種群無繁殖現(xiàn)象，且在下一代滅亡。 ［例2］一個(gè)池塘中的魚類是一個(gè)種群，還是一個(gè)群落？ 教師提示：在提到種群時(shí)，一定考慮“一定空間和時(shí)間”“同種生物”等內(nèi)容，提到群落時(shí)，一定要考慮“一定區(qū)域”“各種生物即所有種群”“直接或間接關(guān)系”等關(guān)鍵字。 師生分析：池塘中的“魚類”包括了所有魚種，如“四大家魚”（鳙魚、鰱魚、草魚、青魚）、鯉魚等，因此“魚類”不是指一種生物，但也不是指所有的生物。所以“魚類”既不是一個(gè)種群，也不是一個(gè)群落。 答案：（略） ［例3］右圖表示某鼠群遷入一個(gè)有利繁殖的生存環(huán)境后的數(shù)量增長(zhǎng)的曲線。請(qǐng)據(jù)圖回答： 1.該圖表示鼠增長(zhǎng)的“______”型曲線。 2.這個(gè)鼠群繁殖速度最快在______點(diǎn)左右。 3.鼠群繁殖開始受到限制在______點(diǎn)左右。 4.鼠群數(shù)量最大（K值）在______點(diǎn)，最小在______點(diǎn)上。 5.EF段較DE段增長(zhǎng)率下降的原因是______。 答案：1.S　2.D　3.E　4.F　C　5.當(dāng)鼠群在一個(gè)有限的環(huán)境中增長(zhǎng)時(shí)，隨著種群密度的上升，個(gè)體間對(duì)有限空間、食物和其他生活條件的種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)必將加劇，以鼠為食的捕食者的數(shù)量也會(huì)增加，這就會(huì)使鼠的出生率降低，死亡率增高，從而使鼠群數(shù)量的增長(zhǎng)率下降 ［布置作業(yè)］ 1.P78復(fù)習(xí)題二大題第2小題 答案：①在引入初期，綿羊數(shù)量連續(xù)增長(zhǎng)。若干年后，綿羊的數(shù)量在一定的數(shù)值范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。②對(duì)自然界的種群來說，由于受到食物、空間等因素的限制，種群數(shù)量不能增長(zhǎng)下去。 2.選擇題 （1）下面實(shí)例中屬于生物群落的是 A.一片草地上的跳蝻和蝗蟲 B.一棵枯樹和其上的苔蘚、真菌、昆蟲、蝸牛等 C.一個(gè)湖里的全部魚 D.一個(gè)池塘里的藻類、魚類、細(xì)菌、蚌、水生昆蟲等 答案：D (2)下面關(guān)于生物群落結(jié)構(gòu)的敘述不正確的是 A.在垂直方向上，群落具有明顯的分層現(xiàn)象 B.在水平方向上，不同地段的生物種類分布也有差異 C.動(dòng)物在群落中垂直分布依賴于植物 D.在動(dòng)物群落中沒有水平結(jié)構(gòu) 答案：D （3）種群的指數(shù)增長(zhǎng)（J型）是有條件的，條件之一是 A.在該環(huán)境中只有一個(gè)種群 B.該種群對(duì)環(huán)境的適應(yīng)比其他種群優(yōu)越得多 C.環(huán)境資源是無限的 D.環(huán)境資源是有限的 答案：C （4）下列對(duì)種群概念的正確理解是 A.不同地域中的同種生物的總和 B.同一地域中的同種生物的總和 C.一個(gè)湖泊中所有的魚 D.一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中具有相互聯(lián)系的各種生物的總和 答案：B ［結(jié)課］ 本節(jié)課我們討論了種群數(shù)量的變化、研究種群數(shù)量的意義、生物群落的概念和結(jié)構(gòu)，內(nèi)容較多，其中種群數(shù)量的變化，即“J”型曲線和“S”型曲線，是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。種群和群落是生物在地球上客觀存在的基本形式，在一定區(qū)域內(nèi)的生物，同種的個(gè)體形成種群，不同的種群形成群落。種群的各種特征、種群數(shù)量的變化和生物群落的結(jié)構(gòu)，都與環(huán)境的各種生態(tài)因素有著密切的關(guān)系。因此，生物與環(huán)境是相互作用的統(tǒng)一的整體，即生態(tài)系統(tǒng)。我們將在下一節(jié)討論生態(tài)系統(tǒng)。 ●板書設(shè)計(jì) 第二節(jié)　種群和生物群落