人教版 (2019)选择性必修2第2节 种群数量的变化学案及答案

  高二生物学案             中心备课人：            审核人：                   

第2节　种群数量的变化

学习目标                                    

1.通过探究酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建立数学模型表征和解释种群的数量变化。

2.举例说明种群的J形增长、S形增长、波动等数量变化情况。

3.阐明环境容纳量原理在实践中的应用。    4.关注人类活动对种群数量变化的影响。

学习重难点种群的J形增长、S形增长；建构种群增长模型的方法

课前自主探究

一、建构种群增长模型的方法

1.数学模型：用来描述一个系统或它的性质的______________。

2.建立数学模型的一般步骤：

观察研究对象，提出问题→               →根据实验数据，用适当的         形式对事物的性质进行表达→通过进一步              等，对模型进行               。

二、种群的“J”形增长

1．含义：在          条件下的种群，以       为横坐标，以         为纵坐标画出的曲线图，曲线大致呈“J”形。

2．“J”形增长的数学模型：

（1）模型假设：

条件：在                       条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种；

数量变化：种群的数量每年             增长，第二年的数量是第一年的     倍。

（2）建立模型：t年以后种群的数量表达式为：               

三、种群的“S”形增长

1．含义：种群经过一定时间的增长后，数量            ，增长曲线呈“S”形。

2．“S”形增长的数学模型

（1）模型假设：自然界中的_______和________总是有限的

（2）建立模型，曲线分析：

①在自然界，当一种生物迁入一个条件适宜的新分布地时，初始阶段一般会出现__________。

②但是，资源和环境总是_________。当种群密度增大时，____________就会加剧，导致_________降低，__________升高。

③当死亡率升高至与出生率________时，种群增长_________，有时会稳定在一定的水平。

可见，种内竞争对种群数量起_______作用。

3. 环境容纳量：又称________，即一定的环境条件所能维持的__________________。

四、种群数量的波动

1. 有的种群能够在一段时间内______________。大多数种群的数量总是在        中。

2. 处于波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现___________；当种群长久处于不利条件下，种群的数量还会出现                             。

课堂合作探究

探究一：建构种群增长模型的方法

1、实例：以教材P7“问题探讨”中的素材为例

在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20 min就通过分裂繁殖一代。

(1)请根据该细菌分裂繁殖的规律，完善下表：

(2)观察上表中细菌数量(N)和繁殖代数(n)之间的关系，写出相应的方程式：N＝2n。

(3)根据所得到的方程式和表格中数据，在课本P8图1-4中画出细菌种群数量增长的曲线。

2.数学模型的表现形式：

（1）数学公式：科学、准确，但不_____________。（eg: ）

（2）曲线图：直观但不够________________。（eg:细菌种群的增长曲线）

典例分析

例题1．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式.建立数学模型一般包括以下步骤。下列排列顺序正确的是        （    ）

①根据实验数据,用适当的数学形式对事物的性质进行表达

②观察研究对象,提出问题

③通过进一步实验或观察等,对模型进行检验或修正

④提出合理的假设

A.②④①③   B. ②③④①    C. ④②①③   D. ①②④③

探究二：种群增长的曲线

1、“J”形增长曲线分析

t年以后种群的数量表达式为：                   

各参数含义：N0表示                ；Nt表示             

t表示                ；λ表示               

①种群增长率不变

增长率=种群数量差/初始总数×100%

若某种群数量在某年，由初始数量Nt-1增长到Nt，则该种群的增长率：

=_____________(无单位)    

②种群增长速率逐渐增大

增长速率=种群数量差/时间×100%（即种群数量增长曲线的斜率）

(有单位，如个/年)

问题：请分析在λ<1, λ=1, λ>1时的种群数量分别发生什么变化？

2、“S”形增长曲线分析

左图A-D段对应右图t0-t2：出生率＞死亡率，种群数量增加。

左图D点时对应右图t2：出生率= 死亡率，种群数量稳定。

①种群增长率：由于环境阻力的存在，增长率逐渐____________

②种群增长速率：先增大后减小。

种群数量为0～K/2时，资源和空间相对充裕，数量增加加快，种群的增长速率一直增加。

种群数量为K/2时，种群增长速率(斜率)_____。

K/2～K时，由于资源和空间有限，数量增加减慢，种群的增长速率开始降低。

K值时，数量增长停止，种群增长速率为________。

3. 环境容纳量（K值）的变化

（1）K值不是固定不变的，环境不遭受破坏的情况下，种群数量围绕K值上下波动。

（2）K值会随环境的改变而发生变化。当环境破坏时，K值下降；当环境改善时，K值上升。

（3）K值并非种群数量的最大值，K值是在保证环境不被破坏前提下所能容纳的最大值；

种群所达到的最大值可以超过K值，但这个值存在的时间很短，因为环境已遭到破坏。

① K值的不同表示方法

图中代表K值的点是？代表K/2的点是？

② K值和K/2值应用：

4. 种群增长的“J”形曲线和“S”形曲线的比较

典例分析

例2．经调查，第一年某种昆虫种群数量为N0，如果在理想的条件下，每年的增长倍数

λ=1.3保持不变，则第三年该种群数量为（  ） 

A. 1.3 N0   B. 1.69 N0   C. 2.3 N0  D．5.29 N0

例3.用牛奶瓶培养黑腹果蝇,观察成虫数量的变化,结果如下表。正确的是(　　)

A.第13-25 d,成虫数量增长快的主要原因是个体生长加快

B.第17-29 d,成虫增长速率上升、死亡率下降

C.第21-37 d,成虫增长速率的下降与种群密度的改变有关

D.第1-37 d,成虫数量呈“J”形增长

例4．某中学建校14年，校园中白头翁14年间的种群增长速率如表。据表分析可知(    )

A．这14年中，白头翁的种群数量呈“J”形增长

B．第12年时，白头翁种群的年龄结构为衰退型

C．该学校中，白头翁的K值约为第8年时其种群数量的两倍

D．用样方法调查白头翁的种群密度并计算出增长速率

例5. 如图是种群增长数学模型，下列叙述不正确的是  (    )

A.“J”形增长曲线反映的是种群在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌等条件下的增长

B.“S”形增长曲线可用数学方程式Nt=N0λt表示t年后种群的数量

C.K值可随着环境的变化而变化

D.两种曲线的变化都受出生率和死亡率的影响

探究三: 探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”

1、实验目的：通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化，来研究一个种群的数量变化情况，尝试构建种群增长的数学模型。

2、实验原理：

酵母菌可以用液体培养基来培养，培养液中的酵母菌种群的增长情况与培养液中的成分、空间、pH、温度等因素有关。

3、实验方法：抽样检测法

先将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。多余培养液用滤纸吸去。稍待片刻，待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央，计数一个小方格内的酵母菌数量，再以此为据，估算试管中的酵母菌总数。 

计数板：左图为25×16型的计数板：大方格规格

1mm×1mm×0.1mm =0.1mm3，25个中方格，每个中方格16

个小方格， 一共400小方格

方法：采用五点取样法计算每小方格中酵母菌平均数目，如果一个

小方格内酵母菌过多难以数清，可以进行稀释

公式：酵母细胞数/ml=每小格酵母菌数目×400×104×稀释倍数

注：1ml=1000mm3，大方格的体积为0.1mm3，即相当于1×10-4ml

4、实验步骤

(1)将10 mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中。

(2)将酵母菌接种入试管的培养液，显微镜观察估算出10mL培养液中酵母菌的初始数量。   

(3)将试管放在25℃条件下培养。

(4)每天定时取样计数酵母菌数量。

(5) 以时间为横坐标，酵母菌的数量为纵坐标，画出酵母菌种群数量的变化曲线。

4、结果分析：

增长曲线的总趋势是_________________，开始时资源空间充足，种群数量______。随着数量增多、营养消耗、PH变化、有害物积累等，种群数量_________。后期生存条件进一步恶化，种群数量___________。

注意：

（1）从试管中吸出培养液进行计数之前，要将试管轻轻震荡几次。使酵母菌在培养液中分布均匀,计数更准确。

（2）对于压在小方格界线上的酵母菌，只计数相邻两边及其顶角的酵母菌数。

（3）此实验酵母菌的变化在时间上形成自身的前后对照，不需要设置对照实验。需要做重复实验以减少误差。

典例分析 

例题6．某生物兴趣小组利用酵母菌开展相关探究实验。在500 mL已煮沸、冷却的质量分数为5%的葡萄糖培养液中接种一定量的酵母菌,在适宜的条件下培养,探究酵母菌种群大小的动态变化。分析回答:

(1)将葡萄糖培养液煮沸的主要目的是　　　　　,冷却后才接种酵母菌可防止　　　　　　　　。 

(2)对培养液中酵母菌进行计数时,逐个统计是非常困难的,可以采用　　　　　　法。 

(3)本实验没有另设对照实验,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。该实验需要重复取样,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)在培养后期对培养液稀释100倍后,用血细胞计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm,25×16)计数,显微观察时,甲同学在调焦后,只能看清血细胞计数板的横线而看不清竖线,此时应该　　　　　　　　　　　　　　　　,之后统计其中的五个中方格共有酵母菌120个。同时兴趣小组的同学另取一定量培养液用台盼蓝对酵母菌进行染色(活细胞的细胞膜具有选择透过性,台盼蓝不能穿过),多次镜检求得一个中方格中的酵母菌数量如下: 

则培养液中活酵母菌的密度为　　　　个/毫升。 

1.2 种群数量的变化 课前案答案

课前自主探究

一、建构种群增长模型的方法

1. 数学形式

2. 提出合理的假设 数学 实验或观察 检验和修正

二、种群增长的“J”形曲线

1．理想  时间  种群数量  

2．（1）资源和空间     以一定倍数   λ   （2）Nt＝N0λt

三、种群增长的“S”形曲线

1. 趋于稳定 

2. 资源  空间  较快增长  有限的  种内竞争  出生率  死亡率  相等  停止  调节

3. K值  种群最大数量

四、种群数量的波动

1. 维持数量的相对稳定  波动

2. 种群爆发  持续性或急剧的下降

课堂合作探究

探究一：建构种群增长模型的方法

1、 2  4  8  16  32  64  第9代 512

2、直观  准确  典例分析：例1  A  

探究二:种群增长的曲线

1、Nt＝N0λt  该种群的起始数量  t年后该种群的数量  时间  该种群数量是前一年种群数量的倍数  λ－1

问题: 当λ＞1时，增长率＞0，种群数量增加；当λ＝1时，增长率＝0，种群数量稳定；当λ＜1时，增长率＜0，种群数量下降；当λ＝0时，种群无繁殖，下一代将灭亡。

2、① 减小 ② 最大  0

3、 CDAB   C’D’A’

典例分析 : 例题2 B    例题3 C   例题4  C   例题5  B

探究三: 探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”

4、结果分析: 先增加再稳定再降低  剧增  不再增长  下降

典例分析: 例题6　

　(1)消灭杂菌　高温杀死酵母菌　(2)抽样检测　(3)该实验在时间上形成前后对照　避免实验偶然性带来的误差　(4)(调节反光镜和光圈,)将视野亮度调暗　5.0×108