2019高中生物 第4章 種群和群落能力 專題4.2 種群的數(shù)量變化導(dǎo)學(xué)案 新人教版必修3.doc

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第2節(jié) 種群的數(shù)量變化 學(xué)習(xí)導(dǎo)讀 學(xué)習(xí)準(zhǔn)備 一、 種群數(shù)量變化的研究方法 1． 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的一般步驟 （1）觀察研究對象， ； （2）提出 ； （3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)? 表達(dá)； （4）通過實驗或觀察，對模型進(jìn)行 。 2．優(yōu)點 與數(shù)學(xué)方程式相比，它更直觀的反映出種群數(shù)量的增長趨勢。 三、種群數(shù)量增長的曲線 1．種群數(shù)量增長的“J”型曲線 （1）理想條件： 條件充足、氣候適宜、沒有敵害等。 （2）數(shù)學(xué)公式： 。 （3）曲線變化： 2．種群數(shù)量增長的“S”型曲線 （1）有限條件：自然界的 是有限的。 （2）概念：種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量 的增長曲線。 （3）K值：又稱 ，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 。 （4）曲線變化： 三、種群數(shù)量波動和下降的原因是 、 、天敵、傳染病等。 破疑解難 一、 建構(gòu)種群增長模型的方法 1．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、判斷和預(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。 2．步驟：⑴ 觀察研究對象是為了發(fā)現(xiàn)問題、探索規(guī)律?！凹?xì)菌每20分鐘分裂一次”便是通過大量觀察和實驗得出的結(jié)論； ⑵ 合理提出假設(shè)是數(shù)學(xué)模型成立的前提條件，假設(shè)不同，所建立的數(shù)學(xué)模型不同，“細(xì)菌義指數(shù)函數(shù)增長”便是合理的假設(shè)； ⑶ 運(yùn)用數(shù)學(xué)語言進(jìn)行表達(dá)。即數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式“Nt=N0. λt” （N為種群的大小，t為時間，λ為種群的周限增長率）,也可以用更直觀的曲線“J”型曲線表示 ⑷ 對模型進(jìn)行檢驗和修正。 二、種群的數(shù)量變化 1．類型：種群的數(shù)量變化包括種群的“J”型增長、“S”型增長、波動和下降。應(yīng)當(dāng)注意的是，這四種情況之間的內(nèi)在聯(lián)系：在理想的無限環(huán)境中，即資源和空間十分充足，沒有天敵和其他災(zāi)害等，種群數(shù)量會呈“J”型增長；而在自然界，資源和空間總是有限的，因此，即使出現(xiàn)“J”型增長，也不可能持續(xù)很久，經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量會在“K”值左右趨于穩(wěn)定，這種增長模型為“S”型增長；在有限環(huán)境中，種群數(shù)量是否都能在“K”值維持穩(wěn)定呢？不是的，由于氣候、食物、天敵、傳染病等因素的影響，大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動的，在不利條件下，甚至?xí)霈F(xiàn)持續(xù)的下降乃至消亡?！胺N群數(shù)量的波動和下降”，注意影響種群數(shù)量的主要因素：內(nèi)部因素（出生率、死亡率、遷入率、遷出率、年齡結(jié)構(gòu)和性比等特征，是種群統(tǒng)計學(xué)的重要特征，它們影響著種群的動態(tài)。）；外部因素（食物、天敵、氣候）。地球的容納量是有限的，食物、水和空間是影響人口多少和增長率的限制因素。自然界中多數(shù)生物種群都已達(dá)到穩(wěn)定期，總體上看，許多種群的種群數(shù)量一般不再增長，而是波動或變動。 2．意義：研究種群的數(shù)量變化規(guī)律，不僅能夠有一定的理論意義，而且具有重大的實際意義。例如，在對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，也就是希望長期獲得較高的魚產(chǎn)量。這就需要研究捕撈量和種群數(shù)量變化之間的關(guān)系，調(diào)查種群的現(xiàn)有數(shù)量，對種群的數(shù)量變化作出預(yù)測等。因此，中秋的數(shù)量變化規(guī)律是種群研究的核心問題。 三、存活曲線 1．含義：存活曲線是表示一個種群在一定時期內(nèi)存活量的指標(biāo)，也是衡量種群增長的基本參數(shù)。 2．類型： ⑴ Ⅰ型：曲線呈凹型，幼年期死亡率很高，一旦活到某一年齡后，死亡率低且穩(wěn)定。藤壺的存活曲線接近Ⅰ。 ⑵ Ⅱ型；曲線呈對角線，各年齡段死亡率相等。例如，水螅、一些鳥類和小型哺乳動物。 ⑶ Ⅲ型：曲線呈凸型，表示接近生理壽命前只有少數(shù)個體死亡，達(dá)到生理年齡后，短期內(nèi)幾乎全部死亡。例如，大型獸類和人類的存活曲線。 3．意義：存活曲線以環(huán)境條件和對有限資源的競爭為轉(zhuǎn)移。例如，人類的存活曲線因營養(yǎng)、醫(yī)藥衛(wèi)生條件不同有很大的變化。如果環(huán)境變得適合，死亡率變得很低，種群就會突然爆發(fā)。不少農(nóng)業(yè)害蟲就是這種情況。 研究存活曲線可以判斷各種動物種群最易受傷害的年齡，而加以人為的有效控制這一種群的數(shù)量，以達(dá)到造福人類的目的。如可以選擇最有利時間打獵或進(jìn)行害蟲防治。 四、探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化” 提出問題： 作出假設(shè)： 實驗原理： 1．酵母菌是兼性厭氧微生物，在有氧條件下能產(chǎn)生較多的CO2，在無氧條件下產(chǎn)生酒精和少量CO2。 2．在理想的無限環(huán)境中，沒有天敵和其他災(zāi)害，酵母菌種群呈“J”型增長，自然界中資源和空間總是有限的，酵母菌種群呈“S”型增長。 3．計算酵母菌數(shù)量可用抽樣檢測的方法。 進(jìn)行實驗： 1．將10mL無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中。 2．將酵母菌接種入試管中的培養(yǎng)液。 3．將試管放在25℃條件下培養(yǎng)。 4．每天取樣計數(shù)酵母菌數(shù)量。 5．分析數(shù)據(jù)，畫出曲線。 表達(dá)和交流 探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”，是一項有著多方面意義和價值的探究活動：（1）通過親自研究一個真實的種群，加深對種群數(shù)量變化知識的理解；（2）嘗試用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化；（3）運(yùn)用抽樣檢測的方法；（4）運(yùn)用顯微觀察和微生物培養(yǎng)的方法；（5）培養(yǎng)收集、整理、分析數(shù)據(jù)的能力；等等。這項探究在寫法上給學(xué)生留出了較大的自主探究的空間，包括作出假設(shè)、討論探究思路、制定計劃、實施計劃等。 經(jīng)典例題 例1．科研人員對海洋某種食用魚進(jìn)行研究，得出了種群數(shù)量的變化曲線，如圖所示。分析圖示，回答問題： ⑴ 在 點時，種群補(bǔ)充量最大， 點表示種群的環(huán)境容納量（K值）。 ⑵ 該圖所示的原理在海洋生物捕撈中的指導(dǎo)意義是 。 分析：本題考查種群增長“S”型曲線在實踐中的應(yīng)用。⑴根據(jù)圖示可知該海洋魚類的增長近似“S”型。在曲線b處，個體增長最快，對種群的補(bǔ)充里最大；在d點處種群增長速率幾乎為0，個體數(shù)量接近K值，這時的種群數(shù)量最大。⑵從曲線的變化規(guī)律可確定捕撈量，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 答案：⑴ b d ⑵可以根據(jù)中取得變化規(guī)律以及環(huán)境容納量，確定最適捕撈量，實現(xiàn)每年既能捕到比較多的魚類，有補(bǔ)危機(jī)海洋魚類種群以后的持續(xù)生存，實現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)。 例2．自然界中生物種群增長常表現(xiàn)為“S”型增長曲線。在下列有過種群“S”型增長的正確說法是 A．“S”型增長曲線表示種群數(shù)量和食物的關(guān)系 B．中期增長率在各階段是不同的 C．“S”型增長曲線表示種群數(shù)量魚時間無關(guān) D．種群增長不受種群密度制約 分析：此題主要考查對種群增長的“S”型曲線及種群增長率的理解。解題時應(yīng)注意：（1）種群增長曲線是種群數(shù)量對于時間的函數(shù)關(guān)系曲線；（2）種群增長率是在單位時間內(nèi)的種群數(shù)量變化，這在“S”型曲線上表現(xiàn)出各階段的不同；（3）自然條件下，會由于種群密度的增加導(dǎo)致生活資源的個體占有量減少，使種群出生率下降、死亡率增加，這是“S”型曲線形成的重要原因，說明種群增長受種群密度的制約。 答案：B 實踐探究 一、選擇題 1．右圖表示接種到一定溶積培養(yǎng)液中的酵母菌的生長曲線圖，曲線中表示由于有限空間資源的限制使種內(nèi)斗爭最為劇烈的是 A．CD段 B．DE段 C．EF段 D．FG段 2．在下列哪種條件下，種群可能呈“J”型增長 A．當(dāng)食物受到限制時 B．在物種適宜的環(huán)境中，食物開始出現(xiàn)不足，但遠(yuǎn)不至于影響到該物種在這里生存 C．在一個沒有捕食者的生態(tài)系統(tǒng)中 D．在實驗室內(nèi)的實驗條件下 3．池塘養(yǎng)魚時，為保護(hù)池塘生態(tài)系統(tǒng)和長期保持較高的產(chǎn)魚量，應(yīng)采取的最佳方案是 　　A．大量增加餌料的投入量 B．大量增加魚苗的投入量 　　C．及時、適量的捕撈成魚 D．限制捕魚 4．下列影響種群數(shù)量變化的決定因素是 　　A．遷入率和遷出率 B．種群大小 　　C．年齡組成 D．性別比例 5．下列不能直接影響種群數(shù)量變化的是 　　A．年齡組成和性別比例 B．人類活動 　　C．生物的生長和發(fā)育　 D．營養(yǎng)和空間條件 二、 簡答題 下圖是某一動物物種遷入一個適宜環(huán)境后的增長曲線圖，請回答： ⑴ 圖中的增長曲線是___________形，表示K值的一點是_________。 　 ⑵ 圖中表示種群增長速度最快的階段是___________。 　 ⑶ 遷入種群第2年后，增長明顯加快的原因主要是_______________。 　 ⑷ 第8年后，種群數(shù)量趨于穩(wěn)定，阻礙種群繼續(xù)增長環(huán)境因素主要有哪些：_____________。 達(dá)標(biāo)測評 一、選擇題 1．一個新的物種進(jìn)入某地后，其種群數(shù)量變化，哪一項是不正確的 　　A．先呈“S”形增長，后呈“J”形增長 　　B．先呈“J”形增長，后呈“S”形增長 　　C．種群數(shù)量達(dá)到K值以后會保持穩(wěn)定 　　D．K值是環(huán)境條件允許的種群增長的最大值 2．如果一個種群的密度愈來愈小，下列選項中與之無關(guān)的是 　　A．種群處于衰退期 　　B．種群內(nèi)雄性趨于不育 　　C．種群死亡率超過出生率 　　D．群落結(jié)構(gòu)太復(fù)雜 3．下列關(guān)于種群的敘述不正確的是 　　A．種群的個體之間可以相互交配繁殖 　　B．一個種群由許多個同種個體組成 　　C．種群的個體數(shù)量是通常保持相對穩(wěn)定 　　D．種群內(nèi)的個體間常因空間和食物發(fā)生競爭 4．脊椎動物在自然界長期存在的基本單位是 　　A．個體 B．成對（♀♂） C．種群 D．群落 5．某鼠種群被高速公路分隔成A、B兩個種群，A區(qū)因建化工廠而環(huán)境劇變，污水橫流，B區(qū)地勢較高無變化，經(jīng)數(shù)十年后，種群A的進(jìn)化速率很可能 　　A．比B慢 B．比B快 　　C．與B相同 D．開始比B慢，后來比B快 6．下列對種群概念的正確敘述是 　　A．不同地域中同種生物個體的總稱 　　B．同一地域中同種生物個體的總稱 　　C．一個湖泊中各種魚類的總稱 　　D．一個生態(tài)環(huán)境中有相互關(guān)系的動植物 7．下列關(guān)于生物種群出生率和人口出生率的敘述，不正確的是 　　A．生物種群的出生率是指單位數(shù)量的個體在單位時間內(nèi)新產(chǎn)生的個體數(shù)目 　　B．人口出生率是指單位數(shù)量的人口在單位時間內(nèi)新出生的人口數(shù)目 　　C．影響人口出生率和生物種群出生率的因素完全相同 　　D．影響人口生率和生物種群出生率的因素有很大區(qū)別 二、簡答題 1．某市（包括郊區(qū)）每年都定期進(jìn)行一次全市性的投放毒餌的滅鼠活動，試分析填表： 城區(qū)老鼠種群 效區(qū)老鼠種群 滅鼠3周后 種群密度 死亡率 滅鼠9個月后 年齡組成 出生率 遷入率 “打洞”的本領(lǐng) 躲避敵害的能力 2．20世紀(jì)30年代，人們將環(huán)頸雉引入美國的一個島嶼。環(huán)頸雉引入該島的增長曲線于下圖： 環(huán)頸雉引入該島的增長曲線為______________，環(huán)須雉的種群數(shù)量的K值是__________，在1937～1942年，環(huán)須雉的增長曲線相當(dāng)于______________。 拓展延伸 調(diào)查某草原田鼠數(shù)量時，在設(shè)置1公頃的調(diào)查區(qū)內(nèi)放置100個捕鼠籠，一夜間捕獲鼠32只，將捕獲的鼠標(biāo)記后在原地釋放，數(shù)日后，在同一地方再放置同樣數(shù)量的捕鼠籠，這次共捕獲30只，其中有上次標(biāo)記的個體10只，請回答下列問題： （1）若該地區(qū)田鼠種群個體總數(shù)為N，則N= 只 A．30 B．32 C．64 D．96 （2）要使上面所計算的種群個體總數(shù)和實際相符，則在調(diào)查期必須滿足的兩個條件是 A．有較多個體遷出調(diào)查區(qū) B．調(diào)查區(qū)內(nèi)沒有較多的個體死亡 C．調(diào)查區(qū)內(nèi)沒有較多的個體出生 D．有較多的個體遷入調(diào)查區(qū) （3）若某種群有成鼠a只（計算時作為親代），每只雌鼠一生產(chǎn)仔16只，各代性別比例均為1:1，子代幼鼠均發(fā)育為成鼠，所有個體的繁殖力均相等，則從理論上計算，第n代產(chǎn)生的子代數(shù)為 A．a(chǎn)8n－1 B．a(chǎn)8n+1 C．a(chǎn)8n D．a(chǎn)8n－2 （4）若將雌雄成鼠各若干只，放在大小一定的籠內(nèi)飼養(yǎng)，讓它們交 配繁殖，且供給充足的餌料和水，則籠內(nèi)鼠數(shù)量變化和飼養(yǎng)時間之間 的關(guān)系應(yīng)是右圖曲線 。 輕松閱讀 老鼠的毀滅 研究人員把8只老鼠放進(jìn)一個大鐵盒中，4雄4雌配成對。每個老鼠家庭都有寬松獨立的房間。研究人員允許這些老鼠無節(jié)制的進(jìn)行繁殖。假如是在自然界中，老鼠會自動將鼠數(shù)控制在一個范圍之內(nèi)。然而，鐵盒子里的條件太好了，沒有嚴(yán)寒酷暑，食物應(yīng)用盡油，所以，繁殖的成活率差不多是百分之百。很快，鐵盒子里就有了660只老鼠。 越來越多的老鼠組成一個個單獨的社會集團(tuán)，儼然一個個小國家。當(dāng)小老鼠試圖加入這些集團(tuán)時，就遭到大老鼠的拒絕。這些小老鼠就處于社會集團(tuán)的外部，它們變得極其殘暴，相互攻擊，相互殘殺，弄得個個傷痕累累。同時，加入了社會集團(tuán)的老鼠繼續(xù)繁殖，在這本來已經(jīng)很擁擠，而且充滿敵意的環(huán)境中，又有了1600只老鼠出生了。于是，當(dāng)這些老鼠長大后，它們大都不會繁殖了。因為，當(dāng)它們想要交配時，這一行為很快被其他老鼠阻止了。 這樣毫無控制地繁殖，兩年后，老鼠已不再是老鼠了，研究人員稱之為非老鼠。這些非老鼠表現(xiàn)很異常，因為沒有足夠的地方居住，它們的社會組織被破壞了，它們不再彼此交配，它們所能做的就是吃食、喝水。它們無法學(xué)會為征服雌老鼠而進(jìn)行競爭，甚至連交配也忘記了，它們變得非常沉默、懶惰，對周圍的環(huán)境幾乎沒有一點興趣。它們已沒有了一點活力，已經(jīng)喪失了活下去的欲望。到最后，老鼠已經(jīng)老的不能再繁殖小老鼠了，便開始一只一只死去，直到全部毀滅?？茖W(xué)家們做了若干次這樣的實驗，每次都會得出相同的結(jié)果，無一例外。 第2節(jié) 種群的數(shù)量變化