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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(zhǎng)的分析 掌握建構(gòu)種群增長(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)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(duì)象 提出問題 提出 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 用適當(dāng)?shù)膶?duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá) 通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等 對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng) 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(shí)間 種群數(shù)量 J 三 種群增長(zhǎng)的 S 型曲線 閱讀P67 1 種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長(zhǎng)后 數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長(zhǎng)曲線 稱為型曲線 2 S 型增長(zhǎng)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(zhǎng)達(dá)到平衡 數(shù)量趨于穩(wěn)定 呈 S 型增長(zhǎng) 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(zhǎng) 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(huì)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(dòng)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(dòng)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(huì)急劇甚至消亡 人工控制 種群數(shù)量 波動(dòng) 下降 3 研究意義 1 有害動(dòng)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(dòng)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(zhǎng) 波動(dòng)和下降等 3 研究種群數(shù)量的變化有利于對(duì)有害動(dòng)物的防治以及對(duì)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(zhǎng) 解析在培養(yǎng)早期 外界環(huán)境對(duì)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(zhǎng) 5 對(duì)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(zhǎng)模型的建構(gòu) 課堂講義重點(diǎn)難點(diǎn) 個(gè)個(gè)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(cè)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(shì) 但不夠精確 2 從曲線的走向分析可以預(yù)計(jì) 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(zhǎng)不會(huì)受的影響 往往會(huì)持續(xù)增長(zhǎng) 充裕 適宜 敵害 種群密度增加 應(yīng)用示例 1 在營(yíng)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(gè)個(gè)體 接種到培養(yǎng)基上 資源 空間無限 Th后 該種群的個(gè)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(zhǎng)時(shí)種群數(shù)量表達(dá)式為 2 Th后細(xì)菌繁殖代數(shù)是 個(gè)體總數(shù)為 解析在營(yíng)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(zhǎng) 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(gè)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(gè)培養(yǎng)基中 細(xì)菌的數(shù)量會(huì)一直按照上述數(shù)學(xué)模型增長(zhǎng) 2 生物按何形式增長(zhǎng)可以用實(shí)驗(yàn)計(jì)數(shù)法來檢驗(yàn)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(zhǎng) 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(dòng)植物對(duì)于瀕危動(dòng)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(shí) 種群增長(zhǎng)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(zhǎng) 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(shí)期則在之前 思維激活 3 在 S 型曲線中 有一段時(shí)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?yàn)?J 型曲線是理想條件下的種群增長(zhǎng)趨勢(shì) S 型曲線是在環(huán)境有限的條件下種群的增長(zhǎng)趨勢(shì) 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(huì)影響動(dòng)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(huì)影響動(dòng)物的環(huán)境容納量 同一種生物的K值不是固定不變的 會(huì)受到環(huán)境的影響 5 請(qǐng)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(zhēng)被淘汰的個(gè)體數(shù)量 6 在調(diào)查某林場(chǎng)松鼠的種群數(shù)量時(shí) 計(jì)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(shí)個(gè)體數(shù)量最少 答案第10年種群數(shù)量最少 因?yàn)閺牡?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(zhǎng)曲線 下列有關(guān)種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線的敘述中正確的是 A 圖甲為 J 型增長(zhǎng) 每年增加的個(gè)體數(shù)量始終不變B 圖乙為 S 型增長(zhǎng) G點(diǎn)時(shí)增長(zhǎng)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(shí)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(shí)間點(diǎn) 曲線的斜率不同 即種群的不同 2 圖乙中G點(diǎn)時(shí)種群的數(shù)目不再變化 增長(zhǎng)速率為 3 超過D點(diǎn) 蝗蟲增長(zhǎng)速率 滅蟲效果 4 E點(diǎn)時(shí)種群的增長(zhǎng)速率最 漁業(yè)捕撈應(yīng)該在超過時(shí)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(zhǎng)速率 0 加快 差 快 解析圖甲曲線的斜率代表種群的增長(zhǎng)速率 即單位時(shí)間內(nèi)種群個(gè)體的增加數(shù)目 由題圖曲線特征可以看出 在不同的時(shí)間點(diǎn) 曲線的斜率不同 即種群的增長(zhǎng)速率不同 故A錯(cuò)誤 圖乙中G點(diǎn)時(shí)種群的數(shù)目不再變化 增長(zhǎng)速率為0 故B錯(cuò)誤 防治蝗災(zāi)應(yīng)該在D點(diǎn)附近 超過D點(diǎn) 蝗蟲增長(zhǎng)速率加快 滅蟲效果差 故C錯(cuò)誤 漁業(yè)捕撈應(yīng)該在超過時(shí)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(shí)種群的增長(zhǎng)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(zhǎng)速率隨時(shí)間變化的曲線 請(qǐng)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(zhǎng) 解析此曲線的縱坐標(biāo)為 種群增長(zhǎng)速率 其種群為 S 型增長(zhǎng) 2 該種魚在新湖泊中的環(huán)境容納量約為t2時(shí)該魚數(shù)量的兩倍 3 t4時(shí)該種小型淡水魚在新環(huán)境中逐漸消失 解析t4時(shí)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(shí)該種小型淡水魚的年齡組成為衰退型 解析t3時(shí)刻年齡組成應(yīng)為增長(zhǎng)型 三 探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1 實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(zhǎng)呈 J 型曲線 在有限的環(huán)境中 酵母菌種群的增長(zhǎng)呈 S 型曲線 3 可采用抽樣檢測(cè)的方法 進(jìn)行顯微鏡計(jì)數(shù) 2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康某醪綄W(xué)會(huì)酵母菌等微生物的計(jì)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(jì)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(cè)計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量 將蓋玻片放在計(jì)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(jì)數(shù)板小方格內(nèi) 顯微鏡觀察計(jì)數(shù)一個(gè)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(jì)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(shí)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(yàn)結(jié)果酵母菌增長(zhǎng)曲線圖 如圖1 及轉(zhuǎn)化后的增長(zhǎng)速率曲線圖 如圖2 圖1圖2 增長(zhǎng)曲線的總趨勢(shì)是先增加再降低 原因是在開始時(shí)培養(yǎng)液的營(yíng)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(yíng)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(xiàng) 1 結(jié)果的記錄最好用記錄表 如下表 2 每天計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量的時(shí)間要固定 7 思考下面5個(gè)問題 1 探究本實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置對(duì)照嗎 需要做重復(fù)實(shí)驗(yàn)嗎 答案酵母菌在不同時(shí)間內(nèi)的數(shù)量可以相互對(duì)比 不需另設(shè)對(duì)照實(shí)驗(yàn) 但需要做重復(fù)實(shí)驗(yàn) 以保證計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性 2 從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)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(gè)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(jì)數(shù) 4 對(duì)于壓在小方格界線上的酵母菌 怎樣計(jì)數(shù) 答案只計(jì)算相鄰兩邊及其夾角的酵母菌 5 影響酵母菌種群生長(zhǎng)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(dòng)態(tài)變化 實(shí)驗(yàn)時(shí) 同樣實(shí)驗(yàn)條件下分別在4個(gè)試管中進(jìn)行培養(yǎng) 見下表 均獲得了 S 型增長(zhǎng)曲線 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷 下列說法錯(cuò)誤的是 應(yīng)用示例 A 4個(gè)試管內(nèi)的種群初始階段都經(jīng)歷了 J 型增長(zhǎng)B 4個(gè)試管內(nèi)的種群同時(shí)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(gè)培養(yǎng)過程中酵母菌呈型增長(zhǎng) 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(zhēng)的時(shí)候 酵母菌呈型增長(zhǎng) 3 培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量達(dá)到K值的時(shí)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(shí)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(dòng)態(tài)變化 實(shí)驗(yàn)時(shí) 所測(cè)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(qǐng)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(chǎng)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(shí)段 單位時(shí)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(shí)取樣 統(tǒng)計(jì)的酵母菌種群數(shù)量明顯高于D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)量 原因可能有 和用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤等 取樣時(shí)培養(yǎng)液未搖勻 從底部 未染色 統(tǒng)計(jì)的菌體數(shù)包含了死亡的菌體 取樣 課堂小結(jié) J S 對(duì)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(dòng)態(tài)變化 的實(shí)驗(yàn) 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(duì)酵母菌準(zhǔn)確計(jì)數(shù)D 營(yíng)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(yíng)養(yǎng)條件 pH和溫度的變化都會(huì)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(shí)控制有害動(dòng)物最有效B 圖示規(guī)律可作為控制人口增長(zhǎng)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(shí)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(shí)凈補(bǔ)充量最大 此時(shí)不是控制有害動(dòng)物的最有效時(shí)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(shí) 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(zhǎng)速率隨時(shí)間變化的曲線如圖所示 請(qǐng)分析回答問題 1 2 3 1 在t0 t2時(shí)間內(nèi) 種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線呈 型曲線 若在t2時(shí)種群數(shù)量為N 則在t1時(shí)種群數(shù)量為 t1時(shí)該種群的年齡組成可能為 解析t0 t2時(shí)間內(nèi)種群數(shù)量增長(zhǎng)應(yīng)呈現(xiàn) S 型曲線 若在t2時(shí)種群數(shù)量為N 則t1時(shí)對(duì)應(yīng) t1時(shí)種群的年齡組成呈增長(zhǎng)型 S 增長(zhǎng)型 1 2 3 2 捕獲該魚的最佳時(shí)期為 時(shí) 原因是 解析由于t1時(shí)種群增長(zhǎng)率最大 資源更新能力最強(qiáng) 故t3時(shí)捕撈有利于獲得較大捕獲量且不影響資源更新 t3 在t1時(shí)種群增長(zhǎng)速 率最大 t3時(shí)捕獲該魚并使捕撈后維持在t1時(shí)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(shí)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(shí)期后種群數(shù)量變化將呈波動(dòng)狀態(tài) 原因是種內(nèi)斗爭(zhēng)加劇 天敵增加等 波動(dòng) 種內(nèi)斗爭(zhēng)加劇 捕食者數(shù)量增加