人教版教材word版必修3種群數(shù)量的變化

第2節(jié)種群數(shù)量的變化問(wèn)題探討在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒(méi)有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過(guò)分裂繁殖一代。討論：1、n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是什么?2、72h后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？3、在一個(gè)培養(yǎng)基中，細(xì)菌的數(shù)量會(huì)一直按照這個(gè)公式增長(zhǎng)嗎。如何驗(yàn)證你的觀點(diǎn)?本節(jié)聚焦1、怎樣建構(gòu)種群數(shù)量增長(zhǎng)的模型？2、種群的數(shù)量是怎樣變化的？3、什么是環(huán)境容納量？4、影響種群數(shù)量變化的因素有哪些？描述、解釋和預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化，常常需要建立數(shù)學(xué)模型。在上面的問(wèn)題探討活動(dòng)中，你已經(jīng)在嘗試對(duì)某種細(xì)菌種群的數(shù)量變化建立數(shù)學(xué)模型。建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型是用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟(以“問(wèn)題探討”中的素材為例)：旁欄思考：同數(shù)學(xué)方程式相比，曲線圖表示的模型有什么局限性。旁欄思考這兩個(gè)實(shí)例中，種群呈“J”型增長(zhǎng)的原因有哪些?下面請(qǐng)你算出一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)間(單位為min)的數(shù)量，并填入下表，然后以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫(huà)出細(xì)菌的種群增長(zhǎng)曲線(圖4-4)。這樣的曲線圖是數(shù)學(xué)模型的另一種表現(xiàn)形式。同數(shù)學(xué)方程式相比，它能更直觀地反映出種群數(shù)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)。你所得出的公式和增長(zhǎng)曲線，只是對(duì)理想條件下細(xì)菌數(shù)量增長(zhǎng)的推測(cè)。在自然界中，種群的數(shù)量變化情況是怎樣的呢?種群增長(zhǎng)的“J”型曲線實(shí)例：1859年，一位英國(guó)人來(lái)到澳大利亞定居。他帶來(lái)了24只野兔。讓他沒(méi)有想到的是，一個(gè)世紀(jì)之后，這24只野兔的后代竟達(dá)到6億只以上。漫山遍野的野兔與牛羊爭(zhēng)食牧草，啃嚙樹(shù)皮，造成植被破壞，導(dǎo)致水土流失。后來(lái)，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。類(lèi)似的事情還發(fā)生在其他國(guó)家。在20世紀(jì)30年代，人們將環(huán)頸雉引入美國(guó)的一個(gè)島嶼。在1937—1942年期間，這個(gè)種群數(shù)量的增長(zhǎng)如圖4-5所示。通過(guò)上述兩個(gè)實(shí)例可以看出，自然界確有類(lèi)似細(xì)菌在理想條件下種群數(shù)量增長(zhǎng)的形式，如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫(huà)出曲線來(lái)表示，曲線則大致呈“J”型。與社會(huì)的聯(lián)系查一查歷年來(lái)世界和我國(guó)人口增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，分析人口增長(zhǎng)是否呈“J”型曲線?"J”型增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型模型假設(shè)：在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒(méi)有敵害等條件下，種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)，第二年的數(shù)量是第一年的λ倍。建立模型：t年后種群數(shù)量為：Nt=N0λt模型中各參數(shù)的意義：N0為該種群的起始數(shù)量，t為時(shí)間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，λ表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)?！癑”型增長(zhǎng)能一直持續(xù)下去嗎?種群增長(zhǎng)的“S”型曲線自然界的資源和空間總是有限的，當(dāng)種群密度增大時(shí)，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)就會(huì)加劇，以該種群為食的動(dòng)物的數(shù)量也會(huì)增加，這就會(huì)使種群的出生率降低，死亡率增高。當(dāng)死亡率增加到與出生率相等時(shí)，種群的增長(zhǎng)就會(huì)停止，有時(shí)會(huì)穩(wěn)定在一定的水平。有實(shí)例證明嗎?生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過(guò)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在mL培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲(chóng)，然后每隔24h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲(chóng)的數(shù)量。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出了如圖4-6所示的結(jié)果。從圖中可以看出，大草履蟲(chóng)的數(shù)量在第二天和第三天增長(zhǎng)較快，第五天以后基本維持在375個(gè)左右。像這樣，種群經(jīng)過(guò)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(chēng)為“S”型曲線。不論哪種生物的種群，總是生活在一定的環(huán)境中。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最大數(shù)量稱(chēng)為環(huán)境容納量(carryingcapacity)，又稱(chēng)K值。上述大草履蟲(chóng)種群的K值是375個(gè)。大熊貓棲息地遭到破壞后，由于食物的減少和活動(dòng)范圍的縮小，其K值就會(huì)變小。這是大熊貓種群數(shù)量銳減的重要原因。因此，建立自然保護(hù)區(qū)，給大熊貓更寬廣的生存空間，改善它們的棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量，是保護(hù)大熊貓的根本措施。旁欄思考：同一種群的K值是固定不變的嗎？思考與討論對(duì)家鼠等有害動(dòng)物的控制，應(yīng)當(dāng)采取什么措施?從環(huán)境容納量的角度思考，能得到什么啟發(fā)嗎?注意，家鼠的繁殖力很強(qiáng)，種群數(shù)量每天可增加％。種群數(shù)量達(dá)到K值時(shí)，都能在K值維持穩(wěn)定嗎?種群數(shù)量的波動(dòng)和下降在自然界，影響種群數(shù)量的因素有很多，如氣候、食物、天敵、傳染病等。因此，大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)中(圖4-7)；在不利的條件下，種群數(shù)量還會(huì)急劇下降甚至消亡。第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，捕鯨業(yè)停了下來(lái)，鯨的數(shù)量恢復(fù)到較高的水平。戰(zhàn)后捕鯨船的噸位不斷上升，鯨的捕獲量越來(lái)越大，導(dǎo)致許多鯨的種群數(shù)量急劇下降，有的鯨瀕臨絕滅。與社會(huì)的聯(lián)系隨著人口的增長(zhǎng)，科技水平的提高，人類(lèi)活動(dòng)范圍的擴(kuò)大，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然界種群數(shù)量變化的影響越來(lái)越大，有時(shí)甚至成為決定性的因素。研究種群的變化規(guī)律以及影響種群數(shù)量變化的因素，對(duì)于有害動(dòng)物的防治、野生生物資源的保護(hù)和利用，以及瀕危動(dòng)物種群的拯救和恢復(fù)，都有著重要意義。探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化釀酒和做面包都需要酵母菌。這些酵母菌可以用液體培養(yǎng)基(培養(yǎng)液)來(lái)墻養(yǎng)。培養(yǎng)液中酵母菌種群的增長(zhǎng)情況，與發(fā)酵食品的制作有密切關(guān)系。問(wèn)題培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時(shí)間變化的?作出假設(shè)根據(jù)前面所學(xué)知識(shí)，針對(duì)這一問(wèn)題作出假設(shè)：討論探究思路探究所需要的菌種和無(wú)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、滴管、顯微鏡等，都由老師提供。在制訂計(jì)劃前，你需要思考以下問(wèn)題，并與同學(xué)討論。1怎樣進(jìn)行酵母菌的計(jì)數(shù)?提示:對(duì)一支試管中的培養(yǎng)液(可定為10mL)中的酵母菌逐個(gè)計(jì)數(shù)是非常困難的，可以采用抽樣檢測(cè)的方法：先將蓋玻片放在計(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。多余培養(yǎng)液用濾紙吸去。稍待片刻，待酵母菌細(xì)胞全部沉降到計(jì)數(shù)室底部，將計(jì)數(shù)板放在載物臺(tái)的中央，計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，再以此為根據(jù)，估算試管中的酵母菌總數(shù)。蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1mm，請(qǐng)推導(dǎo)出將一個(gè)小方格范圍內(nèi)的酵母菌數(shù)，換算成10mL培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)的公式。2.從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)之前，建議你將試管輕輕振蕩幾次。這是為什么?3.本探究需要設(shè)置對(duì)照嗎?如果需要，請(qǐng)討論對(duì)照組應(yīng)怎樣設(shè)計(jì)和操作；如果不需要，請(qǐng)說(shuō)明理由。4.需要做重復(fù)實(shí)驗(yàn)嗎?5.怎樣記錄結(jié)果?記錄表怎樣設(shè)計(jì)?6.如果一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌過(guò)多，難以數(shù)清，應(yīng)當(dāng)采取怎樣的措施?7.對(duì)于壓在小方格界線上的酵母菌，應(yīng)當(dāng)怎樣計(jì)數(shù)?制訂計(jì)劃在小組討論的基礎(chǔ)上，寫(xiě)出探究方案，方法步驟應(yīng)當(dāng)具體，并且是可操作的。確定小組同學(xué)間的分工。向老師匯報(bào)本小組的探究計(jì)劃，以求得老師的指導(dǎo)。實(shí)施計(jì)劃首先通過(guò)顯微鏡觀察，估算出10mL培養(yǎng)液中酵母菌的初始數(shù)量(N0)，在此之后連續(xù)觀察7天，分別記錄下這7天的數(shù)值。分析結(jié)果，得出結(jié)論將所得數(shù)值用曲線圖表示出來(lái)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否支持你所作的假設(shè)。探究的結(jié)論是表達(dá)和交流1.向全班匯報(bào)本小組7天的數(shù)據(jù)，算出每一天全班各組數(shù)據(jù)的平均值，根據(jù)平均值重新畫(huà)酵母菌種群數(shù)量的增長(zhǎng)曲線。將這個(gè)增長(zhǎng)曲線與本小組的曲線進(jìn)行比較，分析其相似程度，并作出合理的解釋。2.根據(jù)各組平均數(shù)據(jù)畫(huà)出的增長(zhǎng)曲線有沒(méi)有什么總趨勢(shì)?如果有，請(qǐng)作出說(shuō)明。3.影響酵母菌種群數(shù)量增長(zhǎng)的因素可能是什么?進(jìn)一步探究根據(jù)你對(duì)影響酵母菌種群數(shù)量增長(zhǎng)的因素作出的推測(cè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。練習(xí)一、基礎(chǔ)題1.種群的“J”型增長(zhǎng)和“S”型增長(zhǎng)，分別會(huì)在什么條件下出現(xiàn)?你能舉出課本以外的例子加以說(shuō)明嗎?2.20世紀(jì)初，人們將駝鹿引人加拿大密執(zhí)根湖的一個(gè)孤島。該種群從1915年到1960年的數(shù)量變化情況如一下表。(1)用曲線圖表示該種群數(shù)量自1915年至1943年的消長(zhǎng)情況。(2)從1915年到1930年，該種群數(shù)量不斷增加，可能的原因有哪些?(3)該種群的數(shù)量后來(lái)急劇下降，可能的原因有哪些?3.舉例說(shuō)明什么是環(huán)境容納量。二、拓展題假設(shè)你承包了一個(gè)魚(yú)塘，正在因放養(yǎng)多少魚(yú)而困惑：放養(yǎng)密度過(guò)大，魚(yú)競(jìng)爭(zhēng)加劇，死亡率會(huì)增加；放養(yǎng)密度過(guò)小，水體的資源和空間不能充分利用。如何來(lái)解決這個(gè)難題呢?請(qǐng)查閱有關(guān)書(shū)籍或網(wǎng)站，如等。與生物學(xué)有關(guān)的職業(yè)植保員“本報(bào)訊近日，記者從市植保站獲悉：目前，大豆蚜蟲(chóng)已在我市大豆田點(diǎn)片發(fā)生，農(nóng)民朋友應(yīng)引起注意，盡早防治。由于近期氣溫高、降雨少、田間比較干旱，氣象條件非常有利于大豆蚜蟲(chóng)的繁殖。據(jù)測(cè)報(bào)站7月3日調(diào)查，大豆百株蚜量1436頭，有蚜株率58％，卷葉率8%……上述調(diào)查結(jié)果表明：今年大豆蚜蟲(chóng)在我市發(fā)生早且比常年同期發(fā)生量大。同時(shí)，因今年大豆苗小、抗蟲(chóng)能力弱，這也有利于蚜蟲(chóng)加重危害。為此，各縣植保站及廣大農(nóng)戶要盡早深入田間查田治蟲(chóng)，對(duì)達(dá)到防治指標(biāo)的地塊，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行防治……”“目前我市夏蝗已經(jīng)出土黃驟植保站5月5~6日在黃灶東洼發(fā)現(xiàn)一齡蝗蝻6頭，南大港植保站5月6日在張洼口夾荒地發(fā)現(xiàn)一齡蝗蝻31頭，海興植保站5月5日在楊呈水庫(kù)發(fā)現(xiàn)一齡蝗蝻5頭，小山東洼夾荒地發(fā)現(xiàn)一齡蝗蝻3頭，滄縣植保站5月7日在東關(guān)鎮(zhèn)舊州農(nóng)田夾荒地發(fā)現(xiàn)一齡蝗蝻5頭。我市今年夏蝗始見(jiàn)出土?xí)r間為5月5日，較去年晚3天，去年5月2日在南大港水庫(kù)始見(jiàn)一齡蝗蝻。原因是今年春季氣溫回升緩慢，3~4月份平均氣溫為℃，而去年同期平均氣溫為℃，這對(duì)蝗卵的發(fā)育有一定影響，所以蝗蜻出土較晚。近期隨著氣溫的升高，夏蝗將很快進(jìn)入出土盛期。根據(jù)蝗蝻出土情況及挖卵調(diào)查，預(yù)計(jì)今年我市夏蝗出土盛期為5月16日。因此各蝗區(qū)縣、市、場(chǎng)植保站務(wù)必搞好夏蝗出土監(jiān)測(cè)，積極組織力量開(kāi)展拉網(wǎng)式普查……”讀了以上兩則報(bào)道，相信你對(duì)植保員所從事的工作已經(jīng)有了一定認(rèn)識(shí)。